CN217346016U - 一种大直径深层搅拌桩钻具和搅拌设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地下施工机械设备技术领域，一种大直径深层搅拌桩钻具和搅拌设备，包括顶部接头、主杆、第一搅拌叶片、第二搅拌叶片、自由叶片、掘进叶片和螺旋钻尖；顶部接头固定连接在主杆的顶部；主杆内设有材料输送通道；第一搅拌叶片和第二搅拌叶片沿主杆的轴向间隔设置在主杆上，自由叶片活动连接在主杆上，掘进叶片设置在钻具下部；掘进叶片底部设置有与材料输送通道相连通的输浆管；掘进叶片上设置有喷浆孔；螺旋钻尖固定连接在主杆底部。本实用新型的优点是防止了搅拌叶片之间的固化土体发生抱团糊钻，也使搅拌更加均匀，提高深层搅拌桩的施工质量。

Description

一种大直径深层搅拌桩钻具和搅拌设备

技术领域

本实用新型涉及地下施工机械设备技术领域，尤其涉及一种大直径深层搅拌桩钻具和搅拌设备。

背景技术

深层搅拌桩是一种常用的软土地基加固的有效方式，采用单轴或多轴搅拌钻机将水泥或其他新型固化材料注入地下，通过搅拌钻具对原状土和固化材料进行搅拌，使固化材料与土体之间发生一系列的物理化学反应，最终形成具有一定强度，水温性好，防渗性能强的桩体、墙体，用于提高地基承载力或对有毒有害物质进行隔离封存。基于我国在深层搅拌桩施工领域的调研，现有的搅拌桩钻具仍存在诸多导致桩体质量不良的结构及工艺问题，施工效果达不到预期具体表现为桩身强度不均匀，固化剂材料喷洒不均导致的局部聚集，桩身界面不明显，施工过程中溢浆情况严重，黏土中施工极易发生抱钻等。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是搅拌钻具搅拌不均匀以及搅拌效果差的技术问题，提供了一种防止搅拌叶片之间的固化土体发生抱团糊钻，也使搅拌更加均匀，提高深层搅拌桩的施工质量的大直径深层搅拌桩钻具。

为达到本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种大直径深层搅拌桩钻具，其特征在于，包括顶部接头、主杆、第一搅拌叶片、第二搅拌叶片、自由叶片、掘进叶片和螺旋钻尖；所述顶部接头固定连接在所述主杆的顶部；所述主杆内设有用于固化材料输送的材料输送通道；所述第一搅拌叶片和第二搅拌叶片沿主杆的轴向间隔设置在主杆上，所述自由叶片活动连接在主杆上，所述掘进叶片设置在钻具下部；掘进叶片底部设置有与材料输送通道相连通的输浆管；掘进叶片上设置有与输浆管连通的喷浆孔；所述螺旋钻尖固定连接在主杆底部。该搅拌桩钻具防止了搅拌叶片之间的固化土体发生抱团糊钻，也使搅拌更加均匀，提高深层搅拌桩的施工质量。

作为优选，还包括螺旋板；所述螺旋板设置在主杆上部的外壁上。通过螺旋板的设置还在一定程度上充当了挡板的作用，防止了浆液沿钻杆与土体之间的间隙向外溢出。

作为优选，所述螺旋板的旋转扩展角度范围为0°～1080°，形成一圈至三圈连续的螺旋板；连续的螺旋板的直径为变径形式，且最大直径为桩径的2/3～1/2；螺旋板的起始端与末端直径逐渐缩小至主杆外壁处，且螺旋板的螺距为等螺距式。通过螺旋板的设置还在一定程度上充当了挡板的作用，防止了浆液沿钻杆与土体之间的间隙向外溢出；通过控制提钻速度和转速，下钻时，螺旋板提升土体，是混合土体由于注浆注气增大的土压力得到释放，提钻时，可利用螺旋板将土体进行挤密压实。

作为优选，所述自由叶片通过转动限位轴套转动连接在主杆上，且自由叶片位于所述第一搅拌叶片和所述第二搅拌叶片之间；自由叶片的长度大于第一搅拌叶片和第二搅拌叶片的长度，自由叶片边缘均采用利刃状，自由叶片上等间距设置有多个土体分散板。

作为优选，所述自由叶片呈中空的框架状，自由叶片的上层框架通过第一转动限位轴套转动连接在主杆上，自由叶片的下层框架通过第二转动限位轴套转动连接在主杆上，并将所述第一搅拌叶片和所述第二搅拌叶片包围在内；自由叶片的上层框架下侧与自由叶片的下层框架上侧分别等间距设置多个土体分散板。自由叶片在土体中不随主杆旋转，仅在竖直方向随钻具上下运动，竖向将各叶片之间的混合土土体切割打散，同时土体分散板与土体分散齿之间的相对运动将混合土体分散打乱，解决了土体抱团糊钻的问题。

作为优选，所述第一搅拌叶片、第二搅拌叶片及掘进叶片的旋转搅拌直径范围为1500～3000mm，第一搅拌叶片、第二搅拌叶片及掘进叶片与水平面的夹角范围为10°～35°，且第一搅拌叶片、第二搅拌叶片及掘进叶片的切土面均呈利刃状，第一搅拌叶片及第二搅拌叶片按平均分隔的方式设置成至少两品，掘进叶片设置成两品。第一搅拌叶片4及第二搅拌叶片5可根据不同地质条件选择不同品数的搅拌叶片，更加合理地对土体进行搅拌；掘进叶片7保持两品的形式，两品设置的掘进叶片给破碎土体留了更多的空间。

作为优选，所述第一搅拌叶片上等间距布置有多个第一土体导流板；所述第二搅拌叶片上等间距布置有多个第二土体导流板，且第一土体导流板和第二土体导流板为成对设置，所述第一搅拌叶片和第二土体导流板的另一面等间距布置有多个土体分散齿，第一土体导流板与第一搅拌叶片长边之间的锐角呈45°～75°，第二土体导流板与第二搅拌叶片长边之间的锐角呈45°～75°，同一叶片上的土体导流板单排设置或双排插空设置；第一土体导流板与第一搅拌叶片夹角方向与第二土体导流板与第二搅拌叶片夹角方向相反设置；所述第一土体导流板和第二土体导流板的高度分别为50～100mm；所述第一搅拌叶片和第二搅拌叶片端部设置端部切削板，所述端部切削板切土面呈利刃状，切在外表面设置多个合金粒。通过相反方向设置的土体导流板可以将相邻的复搅叶片之间的土体分别推动至桩周与桩心附近，从而达到土体相互揉搓搅剪，使固化材料与土体混合更加均匀。

作为优选，所述掘进叶片上还间隔排列设置有多个截齿；所述每个所述截齿在掘进叶片旋转所成的圆形面的半径上插空设置，截齿与掘进叶片长边的夹角随远离主杆的方向逐渐增大，截齿与水平面的夹角和掘进叶片与水平面的夹角一致。上述结构保证了截齿利刃面始终垂直切割土体，确保了有效切割，截齿与水平面夹角和掘进叶片一致可使截齿与掘进叶片切土更加顺畅。

作为优选，所述喷浆孔设置在掘进叶片的底部，且隐藏于掘进叶片与输浆管之间的空档中；所述喷浆孔呈连通缝状；喷浆孔的开口在远离主杆的方向上开口缝宽逐渐增大，每个阶梯所扫过的圆环面积一致且相同流量下每个阶梯的材料输出量一致，在输浆管末端设置堵口螺丝。上述结构通过整体的缝状喷浆孔可以有效的防止喷浆孔整体堵塞，即便一部分堵塞相邻缝喷射出的固化材料亦可渐渐将堵塞处逐渐冲开，最终将整个喷浆孔贯通；堵口螺丝的设置便于拆卸清洗输浆管及喷浆孔。

一种搅拌设备，包括主动钻杆、高压气泵和高压注浆泵和上述的大直径深层搅拌桩钻具；所述主动钻杆的下端与所述顶部接头连接，顶部接头采用内六方母接头，主动钻杆下端与外六方公接头固定连接，主动钻杆和顶部接头通过相互插接并用销杆插入接头上的销孔固定；所述材料输送通道与主动钻杆内设的材料通道相连通，主动钻杆上连接有动力头；所述动力头上设置有与材料通道相连通的水龙头；所述高压气泵连接有外部气体输送通道连接，所述高压注浆泵连接有外部浆液输送通道，所述外部气体输送通道与所述外部浆液输送通道通过三通接头连接后与水龙头相连通。通过在注浆过程中加入高压缩空气，提高浆液喷射速度，同时合理设置喷浆孔的形状使固化剂浆液均匀喷洒在桩体横截面上，再利用相邻复搅叶片上成对的导流板对混合土体进行揉搓挤压，使固化材料与土体混合均匀，钻具上设置的自由叶片在下钻与提钻过程中不随钻杆转动，在过程中可竖向对混合土体进行切割，防止搅拌叶片之间的固化土体发生抱团糊钻，从而使搅拌更加均匀，提高深层搅拌桩的施工质量。

综上所述，本实用新型的优点是：①本实用新型利用高压缩空气对固化剂浆液进行雾化增加喷射速度提高固化剂的撒布均匀性；②钻具上部设置螺旋板，可有效防止浆液外溢，同时下钻过程中提升土体降低地内压力；提钻过程中反向旋转对加固土体进行挤压密实；③固化材料喷浆孔设置成台阶状、三角形状等异形缝状结构，并沿远离主杆方向缝宽不断增大，可保证桩身截面上不同位置的固化材料喷洒量保持一致；同时避免了喷浆孔堵塞的风险；④在搅拌叶片上下表面上成对设置土体导流板，实现了叶片之间的混合土体在桩体径向范围内的往复运动，并对混合土体揉搓搅剪，使混原状土与固化材料搅拌更加均匀；⑤掘进叶片上截齿的特殊布置形式保证了截齿利刃面始终垂直切割土体，更加有效地对原状土进行切割松散；⑥端部切削板的设置使桩身边界更加明显，同时合金粒提升了桩身粗糙程度使侧摩阻力增强；⑦土体分散板和土体分散齿的交错布置及相对搅动，有效解决了混合土体抱钻糊钻的问题。

附图说明

图1是本实用新型的大直径深层搅拌桩钻具的第一侧视图。

图2是本实用新型的大直径深层搅拌桩钻具的第二侧视图。

图3是本实用新型中截齿切割路径示意图。

图4是本实用新型中输浆管安装位置示意图。

图5是本实用新型中输浆管及喷浆孔结构剖面图。

图6是本实用新型中喷浆孔撒布路径示意图。

图7是本实用新型中各类喷浆孔形式示意图。

图8是本实用新型中土体导流板在搅拌叶片上的布置图。

图9是本实用新型中端部切削板结构示意图。

图10是本实用新型中实施例一钻具俯视图。

图11是本实用新型中钻具固化剂输送路径示意图。

图12是本实用新型中实施例二钻具俯视图。

图13是本实用新型中实施例二钻具结构的侧视图。

图14是本实用新型中实施例三钻具结构侧视图。

图15是本实用新型中实施例三钻具固化剂输送路径示意图。

图16是本实用新型中实施例三钻具的俯视图。

图17是本实用新型的搅拌设备的结构示意图。

其中：100、搅拌桩钻具；200、主动钻杆；300、动力头；400、水龙头；500、外部浆液输送通道；600、外部气体输送通道；700、高压气泵；800、高压注浆泵；1、顶部接头；2、主杆；2-1、材料输送通道；3、螺旋板；3-1、耐磨板；4、第一搅拌叶片； 4-1、第一土体导流板；5、第二搅拌叶片；5-1、第二土体导流板；6、自由叶片；61、上层框架；62、下层框架；6-1、土体分散板；7、掘进叶片；7-1、截齿；8、螺旋钻尖； 8-1、钻尖齿；9、转动限位轴套；9-1、第一转动限位轴套；9-2、第二转动限位轴套； 10、合金耐磨条；11、端部切削板；12、土体分散齿；13、喷浆孔；14、堵口螺丝；15、输浆管；16、合金粒。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。虽然从附图中显示了本实用新型的示范性的实施例，但应当理解为可以以本实施例为基础拓展形成各种形式的实施方式。同时，本实施例仅是为了方便阐释本实用新型，使相应的技术人员可以更好的理解其内容。在使用过程中，本实用新型中各特征可相互组合以及增减。

如图1、图2和图11所示，一种大直径深层搅拌桩钻具100，包括顶部接头1、主杆2、螺旋板3、第一搅拌叶片4、第二搅拌叶片5、自由叶片6、掘进叶片7和螺旋钻尖8；顶部接头1固定连接在主杆2的顶部；主杆2内设有用于固化材料输送的材料输送通道2-1；螺旋板3设置在钻具上部；第一搅拌叶片4和第二搅拌叶片5沿主杆2的轴向间隔设置在主杆2上，第一搅拌叶片4上间隔排列设置有多个第一土体导流板4-1；第二搅拌叶片5上间隔排列设置有多个第二土体导流板5-1；自由叶片6活动连接在主杆2上，掘进叶片7设置在钻具下部；掘进叶片7底部设置有与材料输送通道2-1相连通的输浆管15；掘进叶片7上设置有与输浆管15连通的喷浆孔13；掘进叶片7上还间隔排列设置有多个截齿7-1；螺旋钻尖8固定连接在主杆2底部，用于破碎坚硬地层。

如图1和图2所示，螺旋板3的旋转扩展角度范围为0°～1080°，形成一圈至三圈连续的螺旋板3；连续的螺旋板3的直径为变径形式，且最大直径为桩径的2/3～1/2；螺旋板3的起始端与末端直径逐渐缩小至主杆2外壁处，且螺旋板3的螺距为等螺距式。钻具上部设置螺旋板3，在下钻过程中控制钻杆的转速及下钻速度，螺旋板3可对土体有提升作用，地下土体中产生的空间可以降低由于气体注入所带来的高气压，避免在孔隙率较小的黏土中由于加气导致桩身质量下降的问题及对相邻桩体的影响；螺旋板的设置还在一定程度上充当了挡板的作用，防止了浆液沿钻杆与土体之间的间隙向外溢出；当提钻时，通过控制提钻速度和转速，可利用螺旋板3将土体进行挤密压实。

如图1和图2所示，第一搅拌叶片4、第二搅拌叶片5及掘进叶片7的旋转搅拌直径范围为1500～3000mm，第一搅拌叶片4、第二搅拌叶片5及掘进叶片7与水平面的夹角范围为10°～35°，且第一搅拌叶片4、第二搅拌叶片5及掘进叶片7的切土面均呈利刃状，有利于更好的切割打散土体。第一搅拌叶片4及第二搅拌叶片5可按平均分隔的方式设置成两品、三品或四品的形式，可根据不同地质条件选择不同品数的搅拌叶片，更加合理地对土体进行搅拌；掘进叶片7保持两品的形式，两品设置的掘进叶片给破碎土体留了更多的空间。

如图8所示，第一土体导流板4-1等间距布置在第一搅拌叶片4的单一面或上下两面；第二土体导流板5-1等间距布置在第二搅拌叶片5的单一面或上下两面，且第一土体导流板4-1和第二土体导流板5-1为成对设置，第一搅拌叶片4和第二土体导流板5-1的另一面(相对于土体导流板的一面)上等间距布置有多个土体分散齿12，第一土体导流板4-1 与第一搅拌叶片4长边之间的锐角呈45°～75°，第二土体导流板5-1与第二搅拌叶片5 长边之间的锐角呈45°～75°，第一土体导流板4-1和第二土体导流板5-1可单排设置或双排插空设置，第一土体导流板4-1和第二土体导流板5-1的高度分别为50～100mm。第一土体导流板4-1与第一搅拌叶片4夹角方向与第二土体导流板5-1与第二搅拌叶片5夹角方向相反设置，相反方向设置的土体导流板可以将相邻的搅拌叶片之间的土体分别推动至桩周与桩心附近，从而达到土体相互揉搓搅剪，使固化材料与土体混合更加均匀，双排设置的土体导流板可以在同一时间的同一叶片上对导流的土体进行二次切割，使土体与固化剂混合的更加均匀，成对设置并倾斜方向相反的土体导流板保证了混合土体在桩体截面上来回推动，单数设置土体导流板易导致混合土体向一个方向聚集，土体容易抱团糊钻，地质条件过硬的地区甚至发生埋钻的情况。如图9所示，第一搅拌叶片4和第二搅拌叶片5端部设置端部切削板11，端部切削板11切土面呈利刃状，切在外表面设置多个合金粒16。端部切削板11的设置使钻具在旋转过程中划过整个桩身表面，使桩身边界更加清晰，同时合金粒16的设置可提升桩身边界的粗糙程度，有利于增加桩体的侧摩阻力。

如图1和图13所示，自由叶片6呈水平叶片状，自由叶片6通过转动限位轴套9转动连接在主杆2上，且自由叶片6位于所述第一搅拌叶片4和所述第二搅拌叶片5之间；自由叶片6的长度略大于第一搅拌叶片4和第二搅拌叶片5的长度，自由叶片6可设置为单层或双层结构。自由叶片6边缘均采用利刃状，自由叶片6上等间距设置有多个土体分散板6-1，土体分散板6-1与土体分散齿12插空间隔设置；搅拌中互不影响，自由叶片6在土体中不随主杆2旋转，仅在竖直方向随钻具上下运动，竖向将各叶片之间的混合土土体切割打散，同时土体分散板6-1与土体分散齿12之间的相对运动将混合土体分散打乱，解决了土体抱团糊钻的问题。

如图14和图15所示，所述自由叶片6也能呈中空的框架状，自由叶片6的上层框架61 通过第一转动限位轴套9-1转动连接在主杆2上，自由叶片6的下层框架62通过第二转动限位轴套9-2转动连接在主杆2上，并将所述第一搅拌叶片4和所述第二搅拌叶片5包围在内；自由叶片6的上层框架61下侧与自由叶片6的下层框架62上侧分别等间距设置多个土体分散板6-1。通过框架状能够进一步增大搅拌面积和搅拌空间，同时还与各叶片之间相互配合，对各叶片之间的混合土土体进行切割打散，从而能够进一步提升搅拌均匀度，进而进一步提升搅拌效果。

如图1至图4所示，每个截齿7-1在掘进叶片7旋转所成的圆形面的半径上插空设置，截齿7-1与掘进叶片7长边的夹角随远离主杆2的方向逐渐增大，保证了截齿7-1利刃面始终垂直切割土体，确保了有效切割。截齿7-1与水平面的夹角和掘进叶片7与水平面的夹角一致可使截齿7-1与掘进叶片7切土更加顺畅。

如图4至图7所示，喷浆孔13设置在掘进叶片7的底部，且隐藏于掘进叶片7与输浆管 15之间的空档中；保证了下钻及提钻过程中土体不会与喷浆孔13直接接触，有效的减小了喷浆孔13堵塞的几率。喷浆孔13呈连通缝状；喷浆孔13开口形状为阶梯状、三角状等缝宽不断变化的形状，喷浆孔13的开口在远离主杆2的方向上开口缝宽逐渐增大，整体的缝状喷浆孔可以有效的防止喷浆孔整体堵塞，即便一部分堵塞相邻缝喷射出的固化材料亦可渐渐将堵塞处逐渐冲开，最终将整个喷浆孔贯通；同时缝宽不断增大可保证每个阶梯所扫过的圆环面积一致且相同流量下每个阶梯的材料输出量一致，使固化材料均匀撒布在桩身截面，防止固化材料的局部聚集。在输浆管15末端设置堵口螺丝14，方便拆卸清洗输浆管内部沉淀的固化剂材料颗粒。

如图1和图2所示，螺旋钻尖8采用短螺旋结构，并呈一定角度布置钻尖齿8-1，螺旋钻尖8利用螺旋自攻的特性，在钻具的最底端进行强力的钻掘作业。截齿7-1、钻尖齿8-1 均采用合金材料，第一搅拌叶片4、第二搅拌叶片5及掘进叶片7切割土体一面均加焊合金耐磨条10，螺旋板3边缘加焊耐磨板3-1，可以减少叶片及各齿板的磨损，延长钻具的使用寿命，整体提高经济效益。

如图11和图17所示，一种搅拌设备，包括主动钻杆200、高压气泵700和高压注浆泵800和上述的大直径深层搅拌桩钻具100；主动钻杆200的下端与顶部接头1连接，顶部接头1采用内六方母接头，主动钻杆200下端与外六方公接头固定连接，主动钻杆200和顶部接头1通过相互插接并用销杆插入接头上的销孔固定；材料输送通道2-1与主动钻杆 200内设的材料通道相连通，主动钻杆200上连接有动力头300；动力头300设置有与材料通道相连通的水龙头400；高压气泵700连接有外部气体输送通道600连接，高压注浆泵 800连接有外部浆液输送通道500，外部气体输送通道600与所述外部浆液输送通道500通过三通接头连接后与水龙头400相连通。

一种搅拌设备的施工工艺，包括以下施工工序：

1)装备组装：钻机进场后，将高压气泵700和高压注浆泵800通过外部气体输送通道600和外部浆液输送通道500与钻机上的水龙头400连接；主动钻杆200上部与动力头300连接，下部与搅拌桩钻具100通过顶部接头1连接。

2)施工参数设定：针对两搅一喷或四搅两喷工艺，设定钻机下钻速度、提钻速度、钻杆钻速、钻杆转动方向，及单位桩长内的固化剂喷注量；搅拌站后台开始进行固化剂浆液搅拌作业。待浆液制备完成，利用压缩空气产生的强大压力增加固化剂材料的喷射速度。

3)钻机下行阶段：钻机就位启动钻机、高压气泵700和高压注浆泵800调节气压和注浆压力进行固化剂定量撒布，搅拌桩钻具100按照顺时针方向旋转进行下行阶段的钻掘和搅拌作业，其中螺旋钻尖8利用螺旋自攻的特性，在钻具的最底端进行强力的钻掘作业；固化剂定量撒布时，压缩空气产生的强大压力增加了固化剂材料的喷射速度；搅拌桩钻具100上部的螺旋板3在下钻过程中将土体提升，使地内压力减小；由于喷浆孔13采用阶梯的连通缝状结构，水泥浆可在桩身横截面得到均匀撒布，土体导流板的设置将混合土体来回拨动、揉搓挤压，起到了更强更加均匀的搅拌效果；自由叶片6及在其上布置的土体分散板6-1和搅拌叶片上布置的土体分散齿12相对运动可将土体打散，不至于混合土体糊钻抱钻；端部切削板11的切割使桩身表面更加明显，同时合金粒16增加了桩身表面的粗糙程度；直至搅拌钻具的下行作业到达设计桩底标高为止。

4)钻机上行阶段：钻机继续依据施工参数，对主动钻杆200施加反向的扭矩与提拔力，实施钻机上行阶段的二次搅拌作业，在上行阶段的搅拌施工中，高压注浆泵800 停止注浆，此时由于桩体经过一次搅拌，混合土体已相对松软，故可适当提高搅拌转速和提升速度，反向搅拌的同时土体与水泥浆进行二次混合，土体导流板、搅拌叶片、掘进叶片共同发挥作用，同时自由叶片6在竖向切割土体，防止固化土抱团糊钻，直至钻具上行作业到达设计桩顶标高，即完成了搅拌桩两搅一喷施工工艺的施工作业。

5)若采取四搅两喷的施工工艺，则需重复进行上述步骤3)和4)。

实施例一

下面结合图1～2、图7(a)、图8(a)、图8(b)、图10和图11对本实用新型作进一步阐述说明，本实施例的工程背景是沿海港口混凝土预制构件堆放场的复合地基地坪中的大直径搅拌桩，桩长为25m，桩径为2500mm，搅拌桩复合地基设计极限承载力为 320kPa，搅拌桩的28天无侧限抗压强度不小于1.0MPa。

本实施例的基本情况：场地地基土为深厚的海相饱和黏土地基，含水量为w＝56％， e＝1.21，qc＝0.2MPa，fs＝6.7kPa，SPT＝3～8，固化剂采用KD固化剂，掺入量为15％，水灰比为0.6，使用浆液+气喷注方法进行固化剂浆液喷注；采用图1所示钻具施工工程桩A组，同时采用市场上的传统搅拌钻具进行对比施工B组，施工应用搅拌桩的两搅一喷施工工艺。

如图1所示，实施例一中的施工钻具包括顶部接头1、主杆2、螺旋板3、第一搅拌叶片4、第二搅拌叶片5、自由叶片6、掘进叶片7、螺旋钻尖8；其中顶部接头1连接在主动钻杆200上；螺旋板3直径为桩径的2/3，旋转扩展角度范围为0°～540°，形成1.5圈连续的螺旋板3；如图10所示，第一搅拌叶片4、第二搅拌叶片5和掘进叶片 7直径为2500mm，叶片与水平面的夹角范围为25°，均为两品设置；如图8(a)、图8 (b)所示，土体导流板形式为单排，第一土体导流板4-1设置在第一搅拌叶片4的上表面，第二土体导流板5-1设置在第二搅拌叶片5的下表面，土体导流板尺寸为 100mm×50mm，与复搅叶片长边之间的锐角为45°；土体分散齿12分别设置在第一搅拌叶片4的下表面和第二搅拌叶片5的上表面；第一搅拌叶片4和第二搅拌叶片5端部设置端部切削板11，端部切削板11切土面呈利刃状，端部切削板11在外表面设置多个合金粒16；自由叶片6通过转动限位轴套9转动连接在主杆2上，位于第一搅拌叶片4 和第二搅拌叶片5之间，自由叶片6长度略大于第一搅拌叶片4和第二搅拌叶片5，自由叶片6上等间距设置多个土体分散板6-1，土体分散板6-1与土体分散齿12插空间隔设置；截齿布置同基础实施例，与水平面夹角为25°；如图7(a)所示，喷浆孔13开口为阶梯缝状，并保证喷浆孔13隐藏在掘进叶片7后部，避免其与土体直接接触发生堵塞；螺旋钻尖8的形式、合金耐磨条10及耐磨板3-1的布置均同基础实施例。

本实施例钻具的施工工序与上述的一种搅拌设备的施工工艺基本相似，只是施工工艺采用两搅一喷，故对本实施例的实施步骤不再重复介绍了。

试验当中，工程桩A组在施工过程中，由于在钻头上部增设了螺旋板3对土体进行提升，喷浆加气过程中地内的压力明显要小于对比施工B组，气体在地下消散较快，同时搅拌过程中未见有浆液沿钻杆周边反出，在钻具提至地表时也未发生由于地内压力过大浆液喷出的现象。

28天后，通过对桩身水泥土取芯及芯样无侧限抗压强度的试验可知：采用本实施例1钻具的A组工程桩整体取芯率为90％，无侧限抗压强度均维持在1.2MPa左右，波动不大；采用市场上的传统搅拌钻具的B组对照试验桩整体取芯率为67％，无侧限抗压强度为0.1～3.0MPa，桩身均匀性较差，从以上结果表面本实用新型钻具搅拌性能要由于市面上传统搅拌钻具。

实施例二

下面结合图13、图7(c)、图8(c)、图8(d)、图12对本实用新型作进一步阐述说明，本实施例的工程背景为施工用于深基坑支护的重力式水泥土挡墙,采用双排搅拌桩设计，桩长为35m，桩径为1800mm，要求搅拌桩的28天无侧限抗压强度不小于0.9MPa，渗透系数k不大于10^-7cm/s。

本实施例的基本情况：场地两层地基土为①黏土，层厚14m，含水量为w＝35％，e＝1.14,SPT＝3～7，②粉质砂土，层厚28m，含水量为w＝27％，SPT＝7～28；采用42.5 水泥，外加3％的膨润土，掺入量为13％，水灰比为1.2，使用浆液+气喷注方法进行固化剂浆液喷注；采用图13所示钻具施工工程桩A组，同时采用市场上的传统搅拌钻具进行对比施工B组，施工应用搅拌桩的两搅一喷施工工艺。

本实施例中使用的施工钻具与实施例一中使用的钻具结构大致相同，仅在以下方面进行改变：螺旋板3旋转扩展角度范围为0°～720°，形成两圈的连续螺旋板；如图 12所示，第一搅拌叶片4、第二搅拌叶片5和掘进叶片7直径为1800mm，叶片与水平面的夹角范围为20°，搅拌叶片为三品设置，掘进叶片为两品设置；如图8(c)、图8(d) 所示，土体导流板形式为双排，第一土体导流板4-1设置在第一搅拌叶片4的上下表面，第二土体导流板5-1设置在第二搅拌叶片5的是上下表面，第一土体导流板4-1和第二土体导流板5-1的尺寸为60mm×50mm，与复搅叶片长边之间的锐角为60°；自由叶片6 和搅拌叶片上不设置土体分散板6-1和土体分散齿12；截齿与水平面夹角为20°；喷浆孔13开口为渐变缝状，如图7(c)所示。

本实施例钻具的施工工序与上述的一种搅拌设备的施工工艺基本相似，只是施工工艺采用两搅一喷，故对本实施例的实施步骤不再重复介绍了。

试验当中，工程桩A组喷浆加气搅拌过程中未见有浆液沿钻杆周边反出，在钻具提至地表时也未发生由于地内压力过大浆液喷出的现象。

28天后，采用本实施例钻具的A组工程桩整体取芯率为92％，无侧限抗压强度均维持在1.12MPa左右，波动不大；B组对照试验桩整体取芯率为53％，无侧限抗压强度为 0.1～3.2MPa，桩身均匀性较差，从以上结果表面本实施例2钻具搅拌性能要由于市面上传统搅拌钻具。

实施例三

下面结合图14、图15、图16、图7(d)、图8(a)、图8(b)、图11对本实用新型作进一步阐述说明，本实施例的工程背景为施工用于深基坑支护的型钢水泥土搅拌桩墙(SMW工法桩),设计搅拌桩桩长为22m，桩径为2000mm，H型钢桩长为22m，H型钢截面为850x300，搅拌桩的28天无侧限抗压强度不小于0.8MPa，渗透系数k＝10^-7cm/s。

本实施例的基本情况：场地两层地基土分别为①黏性土，层厚20m，含水量为w＝51％，e＝1.22,SPT＝3～12，②粉质黏土，层厚26m，含水量为w＝38％，SPT＝10～ 26；采用42.5水泥，掺入量为16％，水灰比为0.9，采用单通道浆液+气喷注方法进行固化剂浆液喷注进行固化剂撒布，采用图1所示钻具施工工程桩A组，同时采用市场上的传统搅拌钻具进行对比施工B组，施工应用搅拌桩的四搅两喷施工工艺和H型钢振动插入施工工艺。

如图14至图16所示，实施例一中的施工搅拌钻具100包括顶部接头1、主杆2、螺旋板3、第一搅拌叶片4、第二搅拌叶片5、自由叶片6、掘进叶片7和螺旋钻尖8；螺旋板3直径为桩径的1/2，旋转扩展角度范围为0°～900°，形成2.5圈的连续螺旋板；如图16所示，第一搅拌叶片4、第二搅拌叶片5和掘进叶片7直径为2000mm，叶片与水平面的夹角范围为15°，第一搅拌叶片4和第二搅拌叶片5为四品设置，掘进叶片7 为两品设置；如图8(a)、图8(b)所示，土体导流板形式为单排，第一土体导流板4-1 设置在第一搅拌叶片4的下表面，第二土体导流板5-1设置在第二搅拌叶片5的是上表面，土体导流板尺寸为100mm×60mm，与复搅叶片长边之间的锐角为70°；搅拌叶片土体分散齿12分别布置在第一搅拌叶片4的上表面和第二搅拌叶片5的是下表面；自由叶片6的上层框架61位于第一搅拌叶片4上方，并通过第一转动限位轴套9-1转动连接在主杆2上，下层框架62位于第二搅拌叶片5下方，并通过第二转动限位轴套9-2 转动连接在主杆2上，上层框架61下侧与下层框架62上侧上等间距设置多个土体分散板6-1，土体分散板6-1与土体分散齿12插空间隔设置；截齿与水平面夹角为15°；喷浆孔13开口形状如图7(d)所示。

本实施例搅拌钻具的施工工序与实施例1的施工工艺基本相似，只是施工工艺采用四搅两喷和增加了H型钢振动插入施工，故对本实施例的实施步骤不再重复介绍了。

在试验过程和28天取芯的情况来看，采用本实施例3钻具的A组工程桩整体取芯率为88％，无侧限抗压强度均维持在0.9MPa左右，波动不大；采用市场上的传统搅拌钻具的B组对照试验桩整体取芯率为63％，无侧限抗压强度为0.07～3.1MPa，桩身均匀性较差，从以上结果表面本实用新型钻具搅拌性能要由于市面上传统搅拌钻具。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种大直径深层搅拌桩钻具，其特征在于，包括顶部接头(1)、主杆(2)、第一搅拌叶片(4)、第二搅拌叶片(5)、自由叶片(6)、掘进叶片(7)和螺旋钻尖(8)；所述顶部接头(1)固定连接在所述主杆(2)的顶部；所述主杆(2)内设有用于固化材料输送的材料输送通道(2-1)；所述第一搅拌叶片(4)和第二搅拌叶片(5)沿主杆(2)的轴向间隔设置在主杆(2)上，所述自由叶片(6)活动连接在主杆(2)上，所述掘进叶片(7)设置在钻具下部；掘进叶片(7)底部设置有与材料输送通道(2-1)相连通的输浆管(15)；掘进叶片(7)上设置有与输浆管(15)连通的喷浆孔(13)；所述螺旋钻尖(8)固定连接在主杆(2)底部。

2.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌桩钻具，其特征在于，还包括螺旋板(3)；所述螺旋板(3)设置在主杆(2)上部的外壁上。

3.根据权利要求2所述的大直径深层搅拌桩钻具，其特征在于，所述螺旋板(3)的旋转扩展角度范围为0°～1080°，形成一圈至三圈连续的螺旋板(3)；连续的螺旋板(3)的直径为变径形式，且最大直径为桩径的2/3～1/2；螺旋板(3)的起始端与末端直径逐渐缩小至主杆(2)外壁处，且螺旋板(3)的螺距为等螺距式。

4.根据权利要求1或2所述的大直径深层搅拌桩钻具，其特征在于，所述自由叶片(6)通过转动限位轴套(9)转动连接在主杆(2)上，且自由叶片(6)位于所述第一搅拌叶片(4)和所述第二搅拌叶片(5)之间；自由叶片(6)的长度大于第一搅拌叶片(4)和第二搅拌叶片(5)的长度，自由叶片(6)边缘均采用利刃状，自由叶片(6)上等间距设置有多个土体分散板(6-1)。

5.根据权利要求1或2所述的大直径深层搅拌桩钻具，其特征在于，所述自由叶片(6)呈中空的框架状，自由叶片(6)的上层框架(61)通过第一转动限位轴套(9-1)转动连接在主杆(2)上，自由叶片(6)的下层框架(62)通过第二转动限位轴套(9-2)转动连接在主杆(2)上，并将所述第一搅拌叶片(4)和所述第二搅拌叶片(5)包围在内；自由叶片(6)的上层框架(61)下侧与自由叶片(6)的下层框架(62)上侧分别等间距设置多个土体分散板(6-1)。

6.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌桩钻具，其特征在于，所述第一搅拌叶片(4)、第二搅拌叶片(5)及掘进叶片(7)的旋转搅拌直径范围为1500～3000mm，第一搅拌叶片(4)、第二搅拌叶片(5)及掘进叶片(7)与水平面的夹角范围为10°～35°，且第一搅拌叶片(4)、第二搅拌叶片(5)及掘进叶片(7)的切土面均呈利刃状，第一搅拌叶片(4)及第二搅拌叶片(5)按平均分隔的方式设置成至少两品，掘进叶片(7)设置成两品。

7.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌桩钻具，其特征在于，所述第一搅拌叶片(4)上等间距布置有多个第一土体导流板(4-1)；所述第二搅拌叶片(5)上等间距布置有多个第二土体导流板(5-1)，且第一土体导流板(4-1)和第二土体导流板(5-1)为成对设置，所述第一搅拌叶片(4)和第二土体导流板(5-1)的另一面等间距布置有多个土体分散齿(12)，第一土体导流板(4-1)与第一搅拌叶片(4)长边之间的锐角呈45°～75°，第二土体导流板(5-1)与第二搅拌叶片(5)长边之间的锐角呈45°～75°，同一叶片上的土体导流板单排设置或双排插空设置；第一土体导流板(4-1)与第一搅拌叶片(4)夹角方向与第二土体导流板(5-1)与第二搅拌叶片(5)夹角方向相反设置；所述第一土体导流板(4-1)和第二土体导流板(5-1)的高度分别为50～100mm；所述第一搅拌叶片(4)和第二搅拌叶片(5)端部设置端部切削板(11)，所述端部切削板(11)切土面呈利刃状，切在外表面设置多个合金粒(16)。

8.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌桩钻具，其特征在于，所述掘进叶片(7)上还间隔排列设置有多个截齿(7-1)；所述每个所述截齿(7-1)在掘进叶片(7)旋转所成的圆形面的半径上插空设置，截齿(7-1)与掘进叶片(7)长边的夹角随远离主杆(2)的方向逐渐增大，截齿(7-1)与水平面的夹角和掘进叶片(7)与水平面的夹角一致。

9.根据权利要求1所述的大直径深层搅拌桩钻具，其特征在于，所述喷浆孔(13)设置在掘进叶片(7)的底部，且隐藏于掘进叶片(7)与输浆管(15)之间的空档中；所述喷浆孔(13)呈连通缝状；喷浆孔(13)的开口在远离主杆(2)的方向上开口缝宽逐渐增大，每个阶梯所扫过的圆环面积一致且相同流量下每个阶梯的材料输出量一致，在输浆管(15)末端设置堵口螺丝(14)。

10.一种搅拌设备，其特征在于，包括主动钻杆(200)、高压气泵(700)和高压注浆泵(800)和权利要求1-9任一所述的大直径深层搅拌桩钻具；所述主动钻杆(200)的下端与所述顶部接头(1)连接，顶部接头(1)采用内六方母接头，主动钻杆(200)下端与外六方公接头固定连接，主动钻杆(200)和顶部接头(1)通过相互插接并用销杆插入接头上的销孔固定；所述材料输送通道(2-1)与主动钻杆(200)内设的材料通道相连通，主动钻杆(200)上连接有动力头(300)；所述动力头(300)上设置有与材料通道相连通的水龙头(400)；所述高压气泵(700)连接有外部气体输送通道(600)连接，所述高压注浆泵(800)连接有外部浆液输送通道(500)，所述外部气体输送通道(600)与所述外部浆液输送通道(500)通过三通接头连接后与水龙头(400)相连通。

Images