CN217460539U - 一种内置双框架双向搅拌钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种内置双框架双向搅拌钻具，包括中心轴，还包括安装在中心轴外周侧并径向等均分隔的外凸U型内框架和外框架，中心轴至少设有两个材料输送通道，且中心轴由外向内依次包括外管、内管、中心管；外框架固定连接在外管上，内框架固定连接在内管上，且外框架位于内框架的外侧，并均沿中心轴径向分布；内框架上设有第一搅拌翼板，外框架上设有第二搅拌翼板，外管的外周侧安装有第三横向搅拌翼板，第一搅拌翼板与第二搅拌翼板呈间隔设置，第一搅拌翼板与第三横向搅拌翼板呈间隔设置；本实用新型适用于内陆地区的深层土体，具有搅拌直径大、搅拌均匀、施工效率高的优点。

Description

一种内置双框架双向搅拌钻具

技术领域

本实用新型属于地下施工机械设备技术领域，尤其涉及一种内置双框架双向搅拌钻具。

背景技术

作为地基处理工程技术领域中的一种主要工法，单向旋转搅拌的深层搅拌桩技术，已于上世纪60年代起应用于工程建筑领域，包括土木工程、建筑工程、铁路工程、公路工程、水利工程、市政工程及港口工程等领域。深层搅拌桩工程技术采用单轴或多轴搅拌钻机将水泥等固化剂输入地下，通过与软硬土体进行搅拌混合，使固化剂与土体之间产生一系列的物理与化学反应，生成强度高，水稳定性好，防渗性能强的桩体、墙体、块体。从而有效解决了复合地基承载力、搅拌桩承载力、劲芯复合桩承载力、SMW工法桩承载力、隔水墙抗渗力以及污染土、有毒物质填埋场的封隔墙与封隔层等实际工程问题。

由于深层搅拌桩工程技术具有钻机装备简单、施工高效、成本低廉等优点，已经在土木建筑领域广泛应用。但是，在应用单向旋转搅拌的搅拌桩施工钻具与工艺时，经常产生土体搅拌不均匀、固化剂沿钻具与钻杆周边间隙向上排出、在黏性土体施工中成团抱钻、固化土整体强度低于设计值等严重的工程质量问题，并时常引发严重的工程安全问题。特别在工程需要采用大直径、大深度的搅拌桩施工时，采用单动力头、单向旋转搅拌钻具及技术施工时，会使得工程质量与工程安全风险尤为突显，甚至出现被行业行政部门及地方政府封杀使用的现象。因此，急需研发一种双动力头的双向搅拌钻具，但在内陆地区的有些深层土体较为密实，现有的双向搅拌钻具不能完全适用于盖深层土体的搅拌，会存在搅拌钻具搅拌不均匀、施工效率低的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种搅拌均匀、施工效率高的内置双框架双向搅拌钻具。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，这种内置双框架双向搅拌钻具包括中心轴，还包括安装在所述中心轴外周侧并径向等均分隔的外凸U型内框架和外框架，所述中心轴至少设有两个材料输送通道，且所述中心轴由外向内依次包括外管、内管、中心管；所述外框架固定连接在所述外管上，所述内框架固定连接在所述内管上，且所述外框架位于所述内框架的外侧，并均沿所述中心轴径向分布；所述内框架上设有第一搅拌翼板，所述外框架上设有第二搅拌翼板，所述外管的外周侧安装有第三横向搅拌翼板，所述第一搅拌翼板与所述第二搅拌翼板呈间隔设置，所述第一搅拌翼板与所述第三横向搅拌翼板呈间隔设置；所述中心轴下端安装有前导钻头，所述中心轴上端安装有用于将搅拌钻具与内外主动钻杆固定连接的连接组件。

本实用新型的有益效果为：采用上述技术方案，与现有技术相比，适用于内陆地区的深层土体，且在搅拌过程中，具有搅拌直径大、搅拌均匀、施工效率高的优点。

作为优选，所述外框架上端与所述外管的外侧壁通过第一固定环套固定连接，所述外框架下端与所述内管的外侧壁通过第一环形限位支撑轴承轴套转动连接，并可实现外框架随动于所述外管旋转；所述内框架上端与所述外管的外侧壁通过第二环形限位支撑轴承轴套转动连接，所述内框架下端与所述内管的外侧壁通过第二固定环套固定连接，并可实现内框架随动于所述内管旋转；这样内外框架在转动时互不影响，可以独立的同向或反向旋转。

作为优选，所述中心管设有第一材料输送通道，所述中心管与所述内管之间的环状间隙形成第二材料输送通道，所述内管与所述外管之间的环状间隙形成第三材料输送通道；通过上述设置的材料输送通道便于同时输送不同材质的材料至深层土体内。

作为优选，所述中心管底部连接的横向注浆管上设有第一喷注口并位于所述前导钻头旋转方向的后部，所述第一喷注口与所述第一材料输送通道连通；所述内管的下端设有第二喷注口，所述第二喷注口与所述第二材料输送通道连通；所述第二搅拌翼板为内置空心管状且设有第三喷注口并位于所述第二搅拌翼板的内侧或外侧，所述第三喷注口与所述第三材料输送通道连通；便于通过喷注口将材料输送通道内的材料喷注到深层土体内。

作为优选，所述第三材料输送通道内设有引流堵口组件，所述引流堵口组件位于所述第二搅拌翼板所设横向通道的进口处，所述引流堵口组件包括密封轴承和托举底座，所述托举底座固定在所述第三材料输送通道内，所述密封轴承安装在所述托举底座上并与所述第三材料输送通道内壁密封，且所述密封轴承的上端面与所述横向通道的进口处的下端壁平齐；能防止第三材料输送通道与第二搅拌翼板之间的转角处的固化剂沉淀，大大提高通畅性。

作为优选，所述中心管底部连接的横向注浆管上的第一喷注口沿横向注浆管的轴向依次设有若干个，且若干个所述第一喷注口沿框架的宽度方向由疏向密分布；使得搅拌钻具旋转一圈之后，各个喷注口所扫过的覆盖面积相等。

作为优选，所述中心管底部连接的横向注浆管内通过复位弹簧连接有压力单向阀管，所述压力单向阀管的一侧通过复位弹簧与所述横向注浆管的一侧固定连接，且所述压力单向阀管上开设有与所述第一喷注口分布形式相同的孔口；能解决第一喷注口的堵塞而导致的施工困难、并降低固定材料的浪费及避免清理输浆管的工作。

作为优选，所述第一搅拌翼板包括第一横向搅拌翼板和第一竖向搅拌翼板，所述第二搅拌翼板包括第二横向搅拌翼板和第二竖向搅拌翼板；位于所述内框架外侧的第一横向搅拌翼板与位于外框架内侧第二横向搅拌翼板沿框架的高度方向呈间隔设置，位于所述内框架上下外侧的第一竖向搅拌翼板与位于所述外框架上下内侧的第二竖向搅拌翼板沿框架的宽度方向呈间隔设置；位于所述内框架内侧的第一横向搅拌翼板与所述第三横向搅拌翼板沿所述中心轴轴向呈间隔设置；这样的结构设置，能使土体通过相互剪切、揉搓破碎及强力搅拌能够实现固化土的整体均匀性和高强度。

作为优选，所述外框架的外侧上端安装有垂直向上的上齿板，所述外框架的外侧下端设有截齿；更能便于搅拌钻具的下行或上行施工，大大提高了施工的效率。

作为优选，所述外框架和所述内框架的竖向外侧壁均设有耐磨材料板；能大大提升框架的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的内置双框架双向搅拌钻具结构示意图。

图2是本实用新型的内置双框架双向搅拌钻具固化剂流向结构示意图。

图3是本实用新型的内置非对称双框架双向搅拌钻具固化剂流向结构示意图。

图4是本实用新型的内置非对称双框架双向搅拌钻具结构示意图一。

图5是本实用新型的内置非对称双框架双向搅拌钻具结构示意图二。

图6是本实用新型的引流堵口组件结构示意图。

图7是本实用新型的两品双向搅拌钻具结构示意图。

图8是本实用新型的三品双向搅拌钻具结构示意图。

图9是本实用新型的四品双向搅拌钻具结构示意图。

图10是本实用新型的喷注口喷注覆盖面积结构示意图。

图11是本实用新型的第一喷注口分布结构示意图。

图12是本实用新型的压力单向阀管初始位置结构示意图。

图13是本实用新型的压力单向阀管工作状态结构示意图。

附图中的标号分别为：100、中心轴；101、内框架；102、外框架；103、外管；104、内管；105、中心管；106、第一固定环套；107、第一环形限位支撑轴承轴套；108、第二环形限位支撑轴承轴套；109、第二固定环套；110、横向注浆管；111、上齿板；112、截齿；113、耐磨材料板；200、第一搅拌翼板；201、第一横向搅拌翼板；202、第一竖向搅拌翼板；300、第二搅拌翼板；301、第二横向搅拌翼板；302、第二竖向搅拌翼板；303、横向通道；400、第三横向搅拌翼板；500、前导钻头；600、连接组件；700、引流堵口组件；701、密封轴承；702、托举底座；801、复位弹簧；802、压力单向阀管；105-1、第一材料输送通道；105-2、第二材料输送通道；105-3、第三材料输送通道；105-4、第一喷注口；105-5、第二喷注口；105-6、第三喷注口；802-1、孔口。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：如附图1至13所示，本实用新型包括中心轴100，还包括安装在中心轴100外周侧并径向等均分隔的外凸U型内框架101和外框架102，中心轴100至少设有两个材料输送通道，且中心轴100由外向内依次包括外管103、内管104、中心管105；外框架102固定连接在外管103上，内框架101固定连接在内管104上，且外框架102位于内框架101的外侧，并均沿中心轴100径向分布；内框架101上设有第一搅拌翼板200，外框架102上设有第二搅拌翼板300，外管103的外周侧安装有第三横向搅拌翼板400，第一搅拌翼板200与第二搅拌翼板300呈间隔设置，第一搅拌翼板200与第三横向搅拌翼板400呈间隔设置；中心轴100下端安装有前导钻头500，中心轴100上端安装有用于将搅拌钻具与内外主动钻杆固定连接的连接组件600。例如：外管103在搅拌施工过程中为顺时针转动，那么外框架102上的第二搅拌翼板300也为顺时针转动，同时外管103上的第三横向搅拌翼板400也顺时针转动；内管104在搅拌施工过程中为逆时针转动，那么内框架101上的第一搅拌翼板200也为逆时针转动；从而实现搅拌翼板之间对被加固土体能进行相互剪切、揉搓破碎及强力搅拌。

如附图7至9所示，上述中的外凸U型内框架101和外框架102均以180度、120度或90度平均分隔并径向安装两品、三品或四品结构的框架；此形成的框架可为对称形式或非对称形式，特别在施工大直径搅拌桩，一般都是采用非对称形式，如附图3至5所示，各品内框架101和各品外框架102的大小与形状均不同。

外框架102上端与外管103的外侧壁通过第一固定环套106固定连接，外框架102下端与内管104的外侧壁通过第一环形限位支撑轴承轴套107转动连接，并可实现外框架102随动于外管103旋转；内框架101上端与外管103的外侧壁通过第二环形限位支撑轴承轴套108转动连接，内框架101下端与内管104的外侧壁通过第二固定环套109固定连接，并可实现内框架101随动于内管104旋转。

中心管105设有第一材料输送通道105-1，中心管105与内管104之间的环形间隙形成第二材料输送通道105-2，内管104与外管103之间的环形间隙形成第三材料输送通道105-3；上述中的材料输送通道可用于气、水、浆或粉状固化剂的输送。

中心管105底部连接的横向注浆管110上设有第一喷注口105-4并位于前导钻头500旋转方向的后部，第一喷注口105-4与第一材料输送通道105-1连通；内管104的下端设有第二喷注口105-5，第二喷注口105-5与第二材料输送通道105-2连通；第二搅拌翼板300为内置空心管状且设有第三喷注口105-6并位于第二搅拌翼板300的内侧或外侧，该第二搅拌翼板300指的是第二竖向搅拌翼板302，第三喷注口105-6与第三材料输送通道105-3连通。如附图10、11所示，中心管105底部连接的横向注浆管110上的第一喷注口105-4沿横向注浆管110的轴向依次设有若干个，且若干个第一喷注口105-4沿框架的宽度方向由疏向密分布。如附图12、13所示，中心管105底部连接的横向注浆管110内通过复位弹簧801连接有压力单向阀管802，压力单向阀管802的一侧通过复位弹簧801与横向注浆管110的一侧固定连接，且压力单向阀管802上开设有与第一喷注口105-4分布形式相同的孔口802-1。

第三材料输送通道105-3内设有引流堵口组件700，引流堵口组件700位于第二搅拌翼板300所设横向通道303的进口处，引流堵口组件700包括密封轴承701和托举底座702，托举底座702固定在第三材料输送通道105-3内，密封轴承701安装在托举底座702上并与第三材料输送通道105-3内壁密封，且密封轴承701的上端面与横向通道303的进口处的下端壁平齐。

第一搅拌翼板200包括第一横向搅拌翼板201和第一竖向搅拌翼板202，第二搅拌翼板300包括第二横向搅拌翼板301和第二竖向搅拌翼板302；位于内框架101外侧的第一横向搅拌翼板201与位于外框架102内侧的第二横向搅拌翼板301沿框架的高度方向呈间隔设置，位于内框架101上下外侧的第一竖向搅拌翼板202与位于外框架102上下内侧的第二竖向搅拌翼板302沿框架的宽度方向呈间隔设置；位于内框架101内侧的第一横向搅拌翼板201与第三横向搅拌翼板400沿中心轴100轴向呈间隔设置。

外框架102的外侧上端安装有垂直向上的上齿板111，在钻机上行阶段施工过程中起到二次搅拌的作用；外框架102的外侧下端设有截齿112，在钻机下行阶段施工过程中起到搅拌的作用。

外框架102和内框架101的竖向外侧壁均设有耐磨材料板113。

本实用新型的工作原理为：

钻机下行阶段施工：钻机下行阶段施工：确定搅拌桩的桩位，在钻机就位后启动钻机和后台供浆系统，依据设定的施工参数分别对搅拌钻具施加顺时针与逆时针扭矩和竖向钻压，进行钻机下行阶段的钻掘和搅拌作业，同时利用高压注浆泵通过上述喷注口实施固化剂定量撒布；由于钻具各相邻的横向搅拌翼板的旋转方向相反，被加固土体经过相互剪切、揉搓破碎及强力搅拌可实现固化土的充分整体均匀拌合；直至搅拌钻具的下行作业达到设计桩底标高为止，完成了下行钻掘和搅拌作业阶段的施工。

钻机上行阶段施工：钻机继续依据设定的施工参数，对搅拌钻具施加顺时针和逆时针扭矩与提拔力，进行钻机上行阶段的搅拌桩二次搅拌作业；根据施工需要此时也可以利用上述喷注口进行二次固化剂定量撒布；在二次搅拌作业阶段中，钻机可以提高外置双框架双向搅拌钻具的旋转速度和提升速度，利用各相邻内外框架的竖向搅拌翼板和横向搅拌翼板的相互反向旋转，对土体和固化剂浆液进行二次充分的相互剪切与反复搅拌，直至双向搅拌机构的上行作业达到设计桩顶标高，完成了上行搅拌作业阶段的施工；对于采用一喷两搅或两喷两搅施工工艺的搅拌桩在本阶段已完成施工作业。

本实用新型不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本实用新型所提供的结构设计，都是本实用新型的一种变形，均应认为在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内置双框架双向搅拌钻具，包括中心轴(100)，其特征在于：还包括安装在所述中心轴(100)外周侧并径向等均分隔的外凸U型内框架(101)和外框架(102)，所述中心轴(100)至少设有两个材料输送通道，且所述中心轴(100)由外向内依次包括外管(103)、内管(104)、中心管(105)；所述外框架(102)固定连接在所述外管(103)上，所述内框架(101)固定连接在所述内管(104)上，且所述外框架(102)位于所述内框架(101)的外侧，并均沿所述中心轴(100)径向分布；所述内框架(101)上设有第一搅拌翼板(200)，所述外框架(102)上设有第二搅拌翼板(300)，所述外管(103)的外周侧安装有第三横向搅拌翼板(400)，所述第一搅拌翼板(200)与所述第二搅拌翼板(300)呈间隔设置，所述第一搅拌翼板(200)与所述第三横向搅拌翼板(400)呈间隔设置；所述中心轴(100)下端安装有前导钻头(500)，所述中心轴(100)上端安装有用于将搅拌钻具与内外主动钻杆固定连接的连接组件(600)。

2.根据权利要求1所述的内置双框架双向搅拌钻具，其特征在于：所述外框架(102)上端与所述外管(103)的外侧壁通过第一固定环套(106)固定连接，所述外框架(102)下端与所述内管(104)的外侧壁通过第一环形限位支撑轴承轴套(107)转动连接，并可实现外框架(102)随动于所述外管(103)旋转；所述内框架(101)上端与所述外管(103)的外侧壁通过第二环形限位支撑轴承轴套(108)转动连接，所述内框架(101)下端与所述内管(104)的外侧壁通过第二固定环套(109)固定连接，并可实现内框架(101)随动于所述内管(104)旋转。

3.根据权利要求1所述的内置双框架双向搅拌钻具，其特征在于：所述中心管(105)设有第一材料输送通道(105-1)，所述中心管(105)与所述内管(104)之间的环形间隙形成第二材料输送通道(105-2)，所述内管(104)与所述外管(103)之间的环形间隙形成第三材料输送通道(105-3)。

4.根据权利要求3所述的内置双框架双向搅拌钻具，其特征在于：所述中心管(105)底部连接的横向注浆管(110)上设有第一喷注口(105-4)并位于所述前导钻头(500)旋转方向的后部，所述第一喷注口(105-4)与所述第一材料输送通道(105-1)连通；所述内管(104)的下端设有第二喷注口(105-5)，所述第二喷注口(105-5)与所述第二材料输送通道(105-2)连通；所述第二搅拌翼板(300)为内置空心管状且设有第三喷注口(105-6)并位于所述第二搅拌翼板(300)的内侧或外侧，所述第三喷注口(105-6)与所述第三材料输送通道(105-3)连通。

5.根据权利要求4所述的内置双框架双向搅拌钻具，其特征在于：所述第三材料输送通道(105-3)内设有引流堵口组件(700)，所述引流堵口组件(700)位于所述第二搅拌翼板(300)所设横向通道(303)的进口处，所述引流堵口组件(700)包括密封轴承(701)和托举底座(702)，所述托举底座(702)固定在所述第三材料输送通道(105-3)内，所述密封轴承(701)安装在所述托举底座(702)上并与所述第三材料输送通道(105-3)内壁密封，且所述密封轴承(701)的上端面与所述横向通道(303)的进口处的下端壁平齐。

6.根据权利要求4所述的内置双框架双向搅拌钻具，其特征在于：所述中心管(105)底部连接的横向注浆管(110)上的第一喷注口(105-4)沿横向注浆管(110)的轴向依次设有若干个，且若干个所述第一喷注口(105-4)沿框架的宽度方向由疏向密分布。

7.根据权利要求6所述的内置双框架双向搅拌钻具，其特征在于：所述中心管(105)底部连接的横向注浆管(110)内通过复位弹簧(801)连接有压力单向阀管(802)，所述压力单向阀管(802)的一侧通过复位弹簧(801)与所述横向注浆管(110)的一侧固定连接，且所述压力单向阀管(802)上开设有与所述第一喷注口(105-4)分布形式相同的孔口(802-1)。

8.根据权利要求1所述的内置双框架双向搅拌钻具，其特征在于：所述第一搅拌翼板(200)包括第一横向搅拌翼板(201)和第一竖向搅拌翼板(202)，所述第二搅拌翼板(300)包括第二横向搅拌翼板(301)和第二竖向搅拌翼板(302)；位于所述内框架(101)外侧的第一横向搅拌翼板(201)与位于外框架(102)内侧的第二横向搅拌翼板(301)沿框架的高度方向呈间隔设置，位于所述内框架(101)上下外侧的第一竖向搅拌翼板(202)与位于所述外框架(102)上下内侧的第二竖向搅拌翼板(302)沿框架的宽度方向呈间隔设置；位于所述内框架(101)内侧的第一横向搅拌翼板(201)与所述第三横向搅拌翼板(400)沿所述中心轴(100)轴向呈间隔设置。

9.根据权利要求1所述的内置双框架双向搅拌钻具，其特征在于：所述外框架(102)的外侧上端安装有垂直向上的上齿板(111)，所述外框架(102)的外侧下端设有截齿(112)。

10.根据权利要求1所述的内置双框架双向搅拌钻具，其特征在于：所述外框架(102)和所述内框架(101)的竖向外侧壁均设有耐磨材料板(113)。

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