CN217514186U - 一种用于搅拌桩的搅拌钻具和搅拌设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及地下施工机械设备技术领域，一种用于搅拌桩的搅拌钻具和搅拌设备，包括顶部接头、主杆、第一复搅叶片、第二复搅叶片、主搅叶片、自由叶片和钻尖；第一复搅叶片和第二复搅叶片固定连接在主杆的外壁上；主搅叶片固定连接在主杆下部的外壁上，主搅叶片上设置有多个间隔排列的截齿；主搅叶片底部设置有至少两条输浆管；每条输浆管上设置有喷浆孔；主杆内部设有至少两条用于输送固化材料的材料输送通道，自由叶片活动连接在主杆外壁上，自由叶片上活动连接有自由随动叶片；搅拌时，由第一复搅叶片带动自由随动叶片拨动旋转。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

一种用于搅拌桩的搅拌钻具和搅拌设备

技术领域

本实用新型涉及地下施工机械设备技术领域，尤其涉及一种用于搅拌桩的搅拌钻具和搅拌设备。

背景技术

深层搅拌桩是一种软土地基处理的有效方式，将水泥或新型固化材料利用搅拌钻具与深层软土混合搅拌，使两者发生一系列物理化学反应，最终形成具有一定强度，水稳性好，防渗性能强的桩体、墙体，从而达到提高地基的强度、有效隔离污染物的目的。传统的深层搅拌桩按施工方法主要有单轴、双轴和多轴搅拌桩，其中双轴和三轴搅拌桩机由于桩机机架过高且占地面积过大，故在一些狭窄地段限制了其使用。深层搅拌桩于上世纪中后期就已被我国引进并使用在实际工程当中，但由于该施工工艺在使用当中仍然存在施工不便与施工效果不佳的情况，故目前该桩型多用于基坑支护中的止水，并未大面积作为承力桩使用。

施工效果不佳具体体现在桩身各位置强度值不同，水泥分布不均匀。这主要是由于施工中应用的搅拌桩钻具设计不合理，未能将原状土体与固化材料搅拌均匀；固化剂材料喷撒不均匀，部分区域较富集，部分区域较贫瘠，直接导致固化土体未能良好的成型；同时在现有的单向旋转搅拌钻具在黏土中施工时，极易发生土体糊钻抱钻的情况。为解决以上问题，很多立体搅拌钻头出现，利用钻杆中设置同轴异向传动装置的方式获得竖向搅拌效果，但由于该装置传递扭矩的能力有限，故在对较密实土层进行施工时，对桩机动力及钻具材料的要求较高，实际使用极不经济，且难以保证工程质量与安全问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有的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搅拌钻具。

为达到本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种用于搅拌桩的搅拌钻具，包括顶部接头、主杆、第一复搅叶片、第二复搅叶片、主搅叶片、自由叶片和钻尖；所述顶部接头与所述主杆的顶端固定连接；所述第一复搅叶片和所述第二复搅叶片沿主杆轴向间隔固定连接在主杆的外壁上；所述主搅叶片固定连接在主杆下部的外壁上，主搅叶片底部设置有至少两条输浆管；每条所述输浆管上设置有喷浆孔；所述主杆内部设有至少两条用于输送固化材料的材料输送通道，所述输浆管与所述材料输送通道分别独立相连通；所述自由叶片活动连接在主杆外壁上，且位于所述第一复搅叶片和所述第二复搅叶片之间；自由叶片上活动连接有自由随动叶片；搅拌时，由所述第一复搅叶片旋转拨动所述自由随动叶片旋转搅拌，所述钻尖固定设置在主杆底部。该搅拌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，所述第一复搅叶片、第二复搅叶片和主搅叶片的旋转直径范围为1500～ 3000mm；第一复搅叶片、第二复搅叶片和主搅叶片与水平面的夹角范围为15°～35°，第一复搅叶片、第二复搅叶片和主搅叶片切割土体一面均设置为利刃状。通过第一复搅叶片、第二复搅叶片和主搅叶片的设置有利于切割土体，同时伴随着下钻和提钻的速度变化，可将搅拌土体压实或搅散。

作为优选，所述第一复搅叶片和所述第二复搅叶片按平均分隔的方式设置成至少两品；所述主搅叶片按平均分隔的方式设置成两品。通过所述第一复搅叶片和所述第二复搅叶片为多品增加搅拌次数来保证混合土体的均匀拌和。

作为优选，所述第一复搅叶片上间隔排列设置有多个第一土体导流板；所述第二复搅叶片上间隔排列设置有多个第二土体导流板；所述第一土体导流板和第二土体导流板成对等间距分别设置在第一复搅叶片的上表面或下表面，且第一土体导流板和第二土体导流板以两复搅叶片中心在上下表面对称分布，第一土体导流板与第二土体导流板的倾斜方向和角度各自保持一致。上述结构进一步保证了混合土体在桩体截面上来回推动，成对设置土体导流板避免了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。

作为优选，所述第一土体导流板与第一复搅叶片长边之间的夹角呈45°～75°；所述第二土体导流板与第二复搅叶片长边之间的夹角呈45°～75°；相邻第一复搅叶片上的第一土体导流板与第二复搅叶片上的第二土体导流板夹角方向相反设置；第一土体导流板和第二土体导流板的高度为50～100mm。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，所述主搅叶片上设置有多个间隔排列的截齿；每个所述截齿呈一定角度设置在主搅叶片上；且每个截齿在主搅叶片旋转所成的圆形面的半径上插空设置，截齿与主搅叶片长边的夹角随远离主杆的方向逐渐增大，截齿与水平面夹角和主搅叶片一致。通过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，并且使截齿与主搅叶片切土更加顺畅。

作为优选，所述喷浆孔设置在主搅叶片的底部，且隐藏于位于主搅叶片与输浆管之间的空档中；喷浆孔呈连通缝状；喷浆孔的开口在远离主杆的方向上缝宽逐渐增大，位于所述输浆管末端设置堵口螺丝。通过上述结构使喷出的固化剂浆液形成一个整体，可以有效的防止喷浆孔整体堵塞。

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，自由叶片长度大于主搅叶片，自由叶片设置为单层，自由叶片边缘均采用利刃状，在自由叶片上通过自由转动限位轴套连接所述自由随动叶片，搅拌时，所述第一复搅叶片水平旋转拨动所述自由随动叶片旋转，且自由随动叶片形成竖向搅拌效果。通过上述结构既解决了土体抱团糊钻的问题，又从另一维度提高了混合土体的搅拌均匀度。

作为优选，所述材料输送通道的数量为两条，且分别为第一材料输送通道和第二材料输送通道；所述输浆管的数量为两条，且分别为第一输浆管和第二输浆管；所述第一输浆管与所述第一材料输送通道相连通；所述第二输浆管与所述第二材料输送通道相连通；所述喷浆孔由第一喷浆孔和第二喷浆孔组成；第一喷浆孔设置在第一输浆管上；所述第二喷浆孔设置在第二输浆管上。上述结构采用两路两孔喷浆可有效调节喷浆压力，使固化剂浆液撒播更均匀。

一种搅拌设备，包括主动钻杆、第一高压注浆泵、第二高压注浆泵和上述的用于搅拌桩的搅拌钻具；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，主动钻杆和公母接头通过相互插接并用销杆插入接头上的销孔固定；主动钻杆上主动钻杆上连接有动力头；所述动力头设置有水龙头；水龙头上的两个接口分别通过外部浆液输送通道与第一高压注浆泵和第二高压注浆泵连接，主动钻杆内设置有两条主动钻杆材料输送通道，且两条主动钻杆材料输送通道上端分别与水龙头的两个接口连通；两条主动钻杆材料输送通道下端分别与所述第一材料输送通道和所述第二材料输送通道连通。

综上所述，本实用新型的优点是：

1、本实用新型中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，同时采用双通道供浆，双孔喷浆，从根源上解决了固化材料在桩身中混合不均匀的问题；

2、通过在复搅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，并对其揉搓搅剪，使混原状土与固化材料搅拌更加均匀，充分拌和；

3、两品主搅叶片上的截齿在搅拌圆环轨迹上插空设置，保证了桩身截面上每个位置的土体均能受到切割，更加有效地对土体进行切割松散，为固化材料的掺入提供良好的拌和条件；

4、自由叶片及自由随动叶片的设置针对混合土体抱钻糊钻的问题的到了解决，将成团土体进行竖向切割打散，使搅拌叶片不粘带土体，同时形成了竖向的搅拌效果，保证了搅拌叶片作用的发挥及多维度的搅拌均匀性。

通过以上技术方案可实现搅拌桩桩身中固化材料与原状土充均匀分拌和，保证桩身各个位置均能得到固化加固，提高搅拌桩的桩体质量，达到施工设计要求，打破了目前该桩型在应用上的限制。

附图说明

图1为本实用新型的用于搅拌桩的搅拌钻具的结构示意图。

图2为本实用新型的用于搅拌桩的搅拌钻具的固化剂输送路径示意图。

图3为本实用新型中截齿切割的路径示意图。

图4为本实用新型中输浆管安装的位置示意图。

图5为本实用新型中输浆管及喷浆孔的结构剖面图。

图6为本实用新型中喷浆孔布置的结构示意图。

图7为本实用新型中自由随动叶片的结构示意图。

图8为本实用新型中土体导流板在复搅叶片上的布置图。

图9为本实用新型实施例一钻具俯视图。

图10为本实用新型实施例二钻具俯视图。

图11为本实用新型中各类喷浆孔形式示意图。

图12为本实用新型搅拌设备的结构示意图。

其中：100、搅拌钻具；200、主动钻杆；300、动力头；400、水龙头；500、第一外部浆液输送通道；600、第二外部浆液输送通道；700、第一高压注浆泵；800、第二高压注浆泵；1、顶部接头；2、主杆；2-1、第一材料输送通道；2-2、第二材料输送通道；3、第一复搅叶片；4、第二复搅叶片；5、主搅叶片；6、自由叶片；6-2、自由随动叶片；6-3、自由转动限位轴套；7、钻尖；8-1、第一土体导流板；8-2、第二土体导流板；9、转动限位轴套；10、截齿；11、钻尖齿；12、喷浆孔；12-1、第一喷浆孔； 12-2、第二喷浆孔；13、堵口螺丝；14、输浆管；14-1、第一输浆管；14-2、第二输浆管。

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至图11所示，一种用于搅拌桩的搅拌钻具100，包括顶部接头1、主杆2、第一复搅叶片3、第二复搅叶片4、主搅叶片5、自由叶片6和钻尖7；顶部接头1与主杆2的顶端固定连接；第一复搅叶片3和第二复搅叶片4沿主杆2轴向间隔固定连接在主杆2的外壁上；且第一复搅叶片3上间隔排列设置有多个第一土体导流板8-1；第二复搅叶片4上间隔排列设置有多个第二土体导流板8-2；主搅叶片5固定连接在主杆2下部的外壁上，主搅叶片5上设置有多个间隔排列的截齿10；主搅叶片5底部设置有至少两条输浆管14；每条输浆管14上设置有喷浆孔12；主杆2内部设有至少两条用于输送固化材料的材料输送通道，输浆管14与材料输送通道分别独立相连通；自由叶片6活动连接在主杆2外壁上，且位于所述第一复搅叶片3和所述第二复搅叶片4之间；自由叶片6上活动连接有自由随动叶片6-2；搅拌时，由所述第一复搅叶片3旋转拨动所述自由随动叶片6-2旋转搅拌，钻尖7固定设置在主杆2底部。该搅拌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。

如图2所示，材料输送通道的数量为两条，且分别为第一材料输送通道2-1和第二材料输送通道2-2；输浆管14的数量为两条，且分别为第一输浆管14-1和第二输浆管14-2；第一输浆管14-1与第一材料输送通道2-1相连通；第二输浆管14-2与第二材料输送通道 2-2相连通；喷浆孔12由第一喷浆孔12-1和第二喷浆孔12-2组成；第一喷浆孔12-1设置在第一输浆管14-1上；第二喷浆孔12-2设置在第二输浆管14-2上。采用两路喷浆，采用这样的结构主要是由于在施工大直径搅拌桩时，单注浆泵压力在喷浆孔远端提供的压力略小，固化剂浆液喷洒效果略低于桩心周围的位置，导致桩身强度不均匀的现象，采用两路两孔喷浆可有效调节喷浆压力，使固化剂浆液撒播更均匀。

如图1、图9和图10所示，第一复搅叶片3、第二复搅叶片4和主搅叶片5的旋转直径范围分别为1500～3000mm；第一复搅叶片3、第二复搅叶片4和主搅叶片5与水平面的夹角分别为15°～35°，第一复搅叶片3、第二复搅叶片4和主搅叶片5切割土体一面分别设置为利刃状，利刃状叶片配合叶片与水平面的夹角，有利于切割土体，同时伴随着下钻和提钻的速度变化，可将搅拌土体压实或搅散。第一复搅叶片3、第二复搅叶片4可按平均分隔的方式设置成两品、三品或四品，在软土中，由于土体松软但黏度较大不易搅拌均匀，将复搅叶片设置成三品或四品的形式，可增加搅拌次数来保证混合土体的均匀拌和；主搅叶片5保持设置为两品，主要是由于主搅叶片5上布置有截齿10用来进行掘进，动力需求较大，两品的主搅叶片5有利于动力输出，能够保证钻具及时扰动土体。

如图1、图2、图8所示，第一土体导流板8-1与第一复搅叶片3长边之间的夹角呈45°～75°；第二土体导流板8-2与第二复搅叶片4长边之间的夹角呈45°～75°；相邻第一复搅叶片3上的第一土体导流板8-1与第二复搅叶片4上的第二土体导流板8-2夹角方向相反设置；第一土体导流板8-1和第二土体导流板8-2的高度为50～100mm。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。

第一土体导流板8-1和第二土体导流板8-2成对等间距分别设置在第一复搅叶片3的上表面或下表面，且第一土体导流板8-1和第二土体导流板8-2以两复搅叶片中心在上下表面对称分布，第一土体导流板8-1与第二土体导流板8-2的倾斜方向和角度各自保持一致。通过相邻复搅叶片上的土体导流板与复搅叶片夹角方向相反成对设置的土体导流板，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1、图3所示，每个截齿10呈一定角度设置在主搅叶片5上；且每个截齿10 在主搅叶片5旋转所成的圆形面的半径上插空设置，插空设置的各截齿10旋转过后形成的圆周面可覆盖整个桩体截面，保证了每个位置均能得到切割，原状土均匀被切碎，为后续的搅拌提供了良好的基础。截齿10与主搅叶片5长边的夹角随远离主杆2的方向逐渐增大，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10与水平面夹角和主搅叶片5一致，可使截齿与主搅叶片5切土更加顺畅。

如图1、图2、图4、图5、图6和图11所示，将喷浆孔12由传统的孔状改良为连通缝状，喷浆孔12整体开口形状为阶梯状、三角状等缝宽不断变化的形状，在远离主杆2的方向上开口缝宽逐渐增大，使喷出的固化剂浆液形成一个整体，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12贯通。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。如图5所示，喷浆孔12设置在主搅叶片5的底部，且喷浆孔12隐藏在主搅叶片5后部与输浆管14之间形成的空档中，保证了下钻及提钻过程中土体不会与喷浆孔直接接触，有效的减小了喷浆孔堵塞的几率；在输浆管末端设置堵口螺丝13，方便拆卸清洗双管内部沉淀的固化剂材料颗粒。

如图1、图2、图7、图9所示，自由叶片6通过转动限位轴套9升降且转动连接在主杆2上，自由叶片6长度略大于主搅叶片5，自由叶片6略微靠近第一复搅叶片3，远离第二复搅叶片4，自由叶片6设置为单层，自由叶片6边缘均采用利刃状，在自由叶片6上通过自由转动限位轴套6-3转动连接自由随动叶片6-2，搅拌时，所述第一复搅叶片3横向旋转拨动所述自由随动叶片6-2旋转，且自由随动叶片6-2形成竖向搅拌效果。由于自由叶 6片直径略大于桩径，故在下钻过程中两段卡在桩周边缘，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，同时在自由叶片6上设置的可自由转动的自由随动叶片6-2在第一复搅叶片3转动过程中被拨动，形成了轴向方向的搅拌效果，既解决了土体抱团糊钻的问题，又从另一维度提高了混合土体的搅拌均匀度。

钻尖7采用十字型结构，且在十字型结构钻尖的每个棱的底部设置多个钻尖齿11，保证钻具能够交为容易入土，并可针对较硬地层进行掘进。截齿10、钻尖齿11采用合金材料，所述主搅叶片5、第一复搅叶片3和第二复搅叶片4切割土体的一面均加焊合金耐磨条，减少叶片及各齿的磨损，延长钻具的使用寿命，整体提高经济效益。

如图12所示，一种搅拌设备，包括主动钻杆200、第一高压注浆泵700、第二高压注浆泵800和上述的用于搅拌桩的搅拌钻具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 和公母接头通过相互插接并用销杆插入接头上的销孔固定；主动钻杆200上连接有动力头300；所述动力头300设置有水龙头400；水龙头400的一个接口通过第一外部浆液输送通道500与第一高压注浆泵700连接，水龙头400的另一个接口通过第二外部浆液输送通道600与第二高压注浆泵800连接，主动钻杆200内设置有两条主动钻杆材料输送通道，且两条主动钻杆材料输送通道上端分别与水龙头400的两个接口连通；两条主动钻杆材料输送通道下端分别与第一材料输送通道2-1和第二材料输送通道2-2连通。采用两路喷浆，采用这样的结构主要是由于在施工大直径搅拌桩时，单注浆泵压力在喷浆孔远端提供的压力略小，固化剂浆液喷洒效果略低于桩心周围的位置，导致桩身强度不均匀的现象，采用两路两孔喷浆可有效调节喷浆压力，使固化剂浆液撒播更均匀。

实施例1

下面结合图1-2、图9、图11(a)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小高层住宅建筑的基础桩劲芯复合桩，搅拌桩桩长为22m，桩径为1500mm， PHC管桩桩长为22m，桩径为800mm，单桩设计极限承载力为5000kN。

本实施例的基本情况：场地三层地基土分别为①黏性土，层厚9m，含水量为w＝36％，e＝1.26，SPT＝3～8，②粉质黏土，层厚15m，含水量为w＝31％，e＝1.06,SPT＝7～17，③全风化土层，层厚21m，含水量为w＝24％，SPT＝13～32；采用水泥作为固化材料，掺入量为13％，水灰比为0.6，采用单通道喷浆法进行固化剂撒布，采用本实用新型钻具100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，施工应用搅拌桩的一喷两搅施工工艺和PHC管桩抱压施工工艺。

如图1、图2和图9所示，实施例一中的施工钻具包括顶部接头1、主杆2、第一复搅叶片3、第二复搅叶片4、主搅叶片5、自由叶片6、钻尖7。其中顶部接头1按照基础实施例中的连接方式连接在主动钻杆200上，主搅叶片5与第一复搅叶片3、第二复搅叶片4的旋转直径为1500mm，复搅叶片采用两品形式固定连接在主杆2的外壁上，叶片与水平面的夹角为20°；土体导流板分别设置在第一复搅叶片3的下表面和第二复搅叶片4的上表面，保证土体导流板成对设置，土体导流板尺寸为150mm×50mm，与复搅叶片长边之间的锐角为55°，第一土体导流板8-1偏向主杆方向，第二土体导流板8-2 偏向第二复搅叶片4的末端；各截齿10在主搅叶片5旋转所成的圆形面的半径上插空设置，插空设置的各截齿10旋转过后形成的圆周面可覆盖整个桩体截面，截齿10与主搅叶片5长边的夹角随远离主杆2的方向逐渐增大，截齿10与水平面夹角和主搅叶片5 均为20°；喷浆孔12整体开口形式为阶梯缝状并分为第一喷浆孔12-1和第二喷浆孔 12-2，如图11(a)所示，并保证喷浆孔12隐藏在主搅叶片5后部，避免其与土体直接接触发生堵塞；本实施例中自由叶片6设置一层，自由叶片6采用四品形式，设置在第一复搅叶片3和第二复搅叶片4之间偏向第一复搅叶片3，自由叶片6固定连接在转动限位轴套9上，转动限位轴套9转动固定在主杆2上；自由叶片6上设置了四组自由随动叶片6-2，自由随动叶片6-2由第一复搅叶片3拨动旋转，且自由叶片6及其破碎板边缘均采用利刃状用于切割土体；钻尖11的形式同上述基础实施例。

本实施例的工作原理为：

钻机下行阶段：钻机移至指定桩位并调整桅杆垂直度，后台供浆系统开始制备水泥浆液，钻机依据施工参数对主动钻杆200施加扭矩并提供竖向钻压，供浆系统开始输出浆液，浆液通过阶梯状喷浆孔12的两个喷浆孔进行水泥浆液均匀撒布，下行阶段钻掘及搅拌开始作业；由于喷浆孔12采用阶梯缝状结构，水泥浆可在桩身横截面得到均匀撒布，同时土体导流板8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的竖向切割和自由随动叶片6-2的旋转提高了搅拌效率，直至搅拌钻具的下行作业到达设计桩底标高为止。

钻机上行阶段：钻机继续依据施工参数，对主动钻杆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，两台注浆泵停止注浆，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、复搅叶片、主搅叶片5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，自由随动叶片6-2 在竖向上搅拌，直至钻具上行作业到达设计桩顶标高，即完成了搅拌桩一喷两搅施工工艺的施工作业。

搅拌桩施工完成后，利用静压桩机将PHC管桩植入搅拌桩桩中心，即完成了劲芯复合桩的整个施工流程。

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：采用本实用新型钻具的A组工程桩整体取芯率为92％，无侧限抗压强度维持在1.0MPa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，充分体现了本实用新型钻具搅拌性能的优越性。

实施例二

下面结合图1、图2、图10、图11(c)对本实用新型作进一步阐述说明，本实施例的工程背景是施工港口集装箱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580kPa，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＝63％， e＝1.41，qc＝0.18MPa，fs＝5.3kPa，SPT＝3～11，场地表层土为2.8m厚的杂填土；固化剂采用KD固化剂，掺入量为15％，水灰比为0.5，采用双通道喷浆法进行固化剂撒布，采用本实用新型钻具100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喷四搅施工工艺。

如图1、图2和10所示，实施例二中的施工钻具包括顶部接头1、主杆2、第一复搅叶片3、第二复搅叶片4、主搅叶片5、自由叶片6、钻尖7。其中顶部接头1按照基础实施例中的连接方式连接在主动钻杆200上，主搅叶片5与第一复搅叶片3、第二复搅叶片4的旋转直径为2500mm，复搅叶片采用四品形式固定连接在主杆2的外壁上，叶片与水平面的夹角为25°；土体导流板分别设置在第一复搅叶片3的下表面和第二复搅叶片4的上表面，保证土体导流板成对设置，土体导流板尺寸为130mm×70mm，与复搅叶片长边之间的锐角为60°，第一土体导流板8-1偏向主杆方向，第二土体导流板8-2 第二复搅叶片4的末端；各截齿10在主搅叶片5旋转所成的圆形面的半径上插空设置，插空设置的各截齿10旋转过后形成的圆周面可覆盖整个桩体截面，截齿10与主搅叶片 5长边的夹角随远离主杆2的方向逐渐增大，截齿10与水平面夹角为25°；喷浆孔12 整体开口形式为渐变窄缝状并分为第一喷浆孔12-1和第二喷浆孔12-2，如图11(c) 所示，并保证喷浆孔12隐藏在主搅叶片5后部，避免其与土体直接接触发生堵塞；本实施例中自由叶片6设置一层，自由叶片6采用两品形式，设置在第一复搅叶片3和第二复搅叶片4之间偏向第一复搅叶片3，自由叶片6固定连接在转动限位轴套9上，转动限位轴套9转动固定在主杆2上；自由叶片6上设置了两组自由随动叶片6-2，自由随动叶片6-2由第一复搅叶片3拨动旋转，且自由叶片6及其破碎板边缘均采用利刃状用于切割土体；钻尖11的形式同上述基础实施例。

本实施例钻具的施工工艺与实施例一所述基本相似，只是增加了一组上行及下行阶段施工过程形成两喷四搅工艺，省去PHC管桩植桩，故对本实施例的实施工艺步骤不再重复介绍了。

28天后，通过对桩身固化土取芯及芯样无侧限抗压强度的试验可知：采用本实用新型钻具的A组工程桩整体取芯率为91％，无侧限抗压强度维持在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62％，无侧限抗压强度为 0.1～3.0MPa，桩身均匀性较差，充分体现了本实用新型钻具搅拌性能的优越性。

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)

1.一种用于搅拌桩的搅拌钻具，其特征在于，包括顶部接头(1)、主杆(2)、第一复搅叶片(3)、第二复搅叶片(4)、主搅叶片(5)、自由叶片(6)和钻尖(7)；所述顶部接头(1)与所述主杆(2)的顶端固定连接；所述第一复搅叶片(3)和所述第二复搅叶片(4)沿主杆(2)轴向间隔固定连接在主杆(2)的外壁上；所述主搅叶片(5)固定连接在主杆(2)下部的外壁上，主搅叶片(5)底部设置有至少两条输浆管(14)；每条所述输浆管(14)上设置有喷浆孔(12)；所述主杆(2)内部设有至少两条用于输送固化材料的材料输送通道，所述输浆管(14)与所述材料输送通道分别独立相连通；所述自由叶片(6)活动连接在主杆(2)外壁上，且位于所述第一复搅叶片(3)和所述第二复搅叶片(4)之间；自由叶片(6)上活动连接有自由随动叶片(6-2)；搅拌时，由所述第一复搅叶片(3)旋转拨动所述自由随动叶片(6-2)旋转搅拌，所述钻尖(7)固定设置在主杆(2)底部。

2.根据权利要求1所述的用于搅拌桩的搅拌钻具，其特征在于，所述第一复搅叶片(3)、第二复搅叶片(4)和主搅叶片(5)的旋转直径范围为1500～3000mm；第一复搅叶片(3)、第二复搅叶片(4)和主搅叶片(5)与水平面的夹角范围为15°～35°，第一复搅叶片(3)、第二复搅叶片(4)和主搅叶片(5)切割土体一面均设置为利刃状。

3.根据权利要求2所述的用于搅拌桩的搅拌钻具，其特征在于，所述第一复搅叶片(3)和所述第二复搅叶片(4)按平均分隔的方式设置成至少两品；所述主搅叶片(5)按平均分隔的方式设置成两品。

4.根据权利要求1所述的用于搅拌桩的搅拌钻具，其特征在于，所述第一复搅叶片(3)上间隔排列设置有多个第一土体导流板(8-1)；所述第二复搅叶片(4)上间隔排列设置有多个第二土体导流板(8-2)；所述第一土体导流板(8-1)和第二土体导流板(8-2)成对等间距分别设置在第一复搅叶片(3)的上表面或下表面，且第一土体导流板(8-1)和第二土体导流板(8-2)以两复搅叶片中心在上下表面对称分布，第一土体导流板(8-1)与第二土体导流板(8-2)的倾斜方向和角度各自保持一致。

5.根据权利要求4所述的用于搅拌桩的搅拌钻具，其特征在于，所述第一土体导流板(8-1)与第一复搅叶片(3)长边之间的夹角呈45°～75°；所述第二土体导流板(8-2)与第二复搅叶片(4)长边之间的夹角呈45°～75°；相邻第一复搅叶片(3)上的第一土体导流板(8-1)与第二复搅叶片(4)上的第二土体导流板(8-2)夹角方向相反设置；第一土体导流板(8-1)和第二土体导流板(8-2)的高度为50～100mm。

6.根据权利要求1所述的用于搅拌桩的搅拌钻具，其特征在于，所述主搅叶片(5)上设置有多个间隔排列的截齿(10)；每个所述截齿(10)呈一定角度设置在主搅叶片(5)上；且每个截齿(10)在主搅叶片(5)旋转所成的圆形面的半径上插空设置，截齿(10)与主搅叶片(5)长边的夹角随远离主杆(2)的方向逐渐增大，截齿(10)与水平面的夹角和主搅叶片(5)与水平面的夹角一致。

7.根据权利要求1所述的用于搅拌桩的搅拌钻具，其特征在于，所述喷浆孔(12)设置在主搅叶片(5)的底部，且隐藏于位于主搅叶片(5)与输浆管(14)之间的空档中；喷浆孔(12)呈连通缝状；喷浆孔(12)的开口在远离主杆(2)的方向上缝宽逐渐增大，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，位于所述输浆管(14)末端设置堵口螺丝(13)。

8.根据权利要求1所述的用于搅拌桩的搅拌钻具，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，自由叶片(6)长度大于主搅叶片(5)，自由叶片(6)设置为单层，自由叶片(6)边缘均采用利刃状，在自由叶片(6)上通过自由转动限位轴套(6-3)连接所述自由随动叶片(6-2)；搅拌时，所述第一复搅叶片(3)横向旋转拨动所述自由随动叶片(6-2)旋转，且自由随动叶片(6-2)形成竖向搅拌效果。

9.根据权利要求1所述的用于搅拌桩的搅拌钻具，其特征在于，所述材料输送通道的数量为两条，且分别为第一材料输送通道(2-1)和第二材料输送通道(2-2)；所述输浆管(14)的数量为两条，且分别为第一输浆管(14-1)和第二输浆管(14-2)；所述第一输浆管(14-1)与所述第一材料输送通道(2-1)相连通；所述第二输浆管(14-2)与所述第二材料输送通道(2-2)相连通；所述喷浆孔(12)由第一喷浆孔(12-1)和第二喷浆孔(12-2)组成；第一喷浆孔(12-1)设置在第一输浆管(14-1)上；所述第二喷浆孔(12-2)设置在第二输浆管(14-2)上。

10.一种搅拌设备，其特征在于，包括主动钻杆(200)、第一高压注浆泵(700)、第二高压注浆泵(800)和权利要求1-9任一所述的用于搅拌桩的搅拌钻具；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；主动钻杆(200)上连接有动力头(300)；所述动力头(300)设置有水龙头(400)；水龙头(400)上的两个接口分别通过外部浆液输送通道与第一高压注浆泵(700)和第二高压注浆泵(800)连接，主动钻杆(200)内设置有两条主动钻杆材料输送通道，且两条主动钻杆材料输送通道上端分别与水龙头(400)的两个接口连通；两条主动钻杆材料输送通道下端分别与第一材料输送通道(2-1)和第二材料输送通道(2-2)连通。

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