螺旋挤土桩钻具制造技术

本实用新型专利技术公开一种螺旋挤土桩钻具；解决的技术问题：针对常规非挤土钻具所成灌注桩桩身侧阻力与桩底端阻力难以充分发挥而致桩基承载力大幅折损的难题。采用的技术方案：一种螺旋挤土桩钻具，包括位于底端的钻头、与钻头连接的钻杆和与钻杆相连且位于顶端的挤土杆。优点，本实用新型专利技术利用挤土片独具的刮、挤、压、抹功能将钻头切磨经叶片提卷上升的孔底土挤入孔周并抹平孔壁，以增大密实度改良桩周土性状的方式激发侧阻力；以清除孔底残渣提高成桩质量的方式激发端阻力，实现桩基整体承载性能显著提升。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种螺旋挤土桩钻具，是一种用于施作建筑工程桩基和深基坑支护体系的钻掘机具。适宜解决常规非挤土钻具所成灌注桩桩身侧阻力与桩底端阻力难以充分发挥而致桩基承载力大幅折损的难题。广泛适于素填土、粘土、粉土、中等密实砂土、砂卵互层等工程地质下成桩作业，尤其针对环境污染受严格限制，缩径、塌孔等施工事故严禁发生的重大项目桩基工程文明施工而设计。
技术介绍
螺旋钻孔灌注桩具有单桩承载性能突出、掘进速度快、施工效率高等特点，近年来在高层建筑桩基和大中型基坑支护体系中被广泛采用。该桩型采用从日本CIP工法演变而来的泵送砼及反插钢筋笼成桩工艺，通过大扭矩动力头带动螺旋钻杆干式钻进成孔，利用中空钻杆泵送超流态砼至孔口为止，最后插入钢筋笼成桩。掺入粉煤灰等外加剂的超流态砼具有内摩擦系数小、流动性强、抗分散性好、抗离析能力强，因此细石骨料在砼中悬而不沉，钢筋笼下放顺畅、施工高效。螺旋钻孔法适用于多种地层，独具无振动、无噪音、无泥浆污染、施工速度快、穿透能力强、成孔成桩高效一体化优势。然而常规非挤土钻具所成灌注桩桩身侧阻力与桩底端阻力无法充分发挥而大幅折损桩基承载力，导致该类桩型的最大优势无处施展。以往的研究人员曾通过压力灌砼的方式增大砼与桩周土结合的紧密度，寄此增加桩身侧阻力进而提升桩基承载性能。然而压力损失常随传递路径增加大幅攀升，就大直径灌注桩而言，其压力传递路径较长，仅通过压力灌砼的方式较难实现砼与桩周土紧密结合，桩基承载力提升效果不佳。采用钻杆上端装配挤土叶片，借助挤土叶片旋转挤压功能可实现以增加密实度改良桩周土性状的方式激发侧阻力；以清除孔底沉渣改善成桩质量的方式激发端阻力，最终达到桩基承载力显著提升效果。本技术充分发挥挤土叶片独具的刮、挤、压、抹功能将钻头切磨经叶片提卷上升的孔底土挤入孔周并抹平孔壁，利用一个旋转方向完成孔底土切削提卷、孔周土刮抹挤密两步钻掘进程；基于两步钻掘进程实现孔底沉渣清理、土体性状改良、弃土污染规避三大安全文明作业目标。有效发挥螺旋钻孔法的挤土功效，拓宽钻孔灌注桩的适用对象与应用范围，有助建筑工程桩基和深基坑支护体系中环保、高效、节能施工理念的推广。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：针对常规非挤土钻具所成灌注桩桩身侧阻力与桩底端阻力难以充分发挥而致桩基承载力大幅折损的难题。本技术提供一种改良桩周土性状、改善成桩质量、显著提升桩基承载性能的螺旋挤土桩钻具。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种螺旋挤土桩钻具，包括位于底端的钻头、与钻头连接的钻杆和与钻杆相连且位于顶端的挤土杆；钻头包括基座和设置在基座下端的扩大端头；基座包括基础杆和钻头卷土叶片；基础杆的纵断面为梯形；卷土叶片自基础杆底端起螺旋攀升至基础杆顶端；扩大端头底面辐射状散布不少于一个的切磨钻齿；钻杆包括传力杆和钻杆卷土叶片；传力杆连接基础杆，传力杆的纵断面为矩形；钻杆卷土叶片自传力杆底端起螺旋攀升至传力杆顶端；挤土杆包括连接杆和挤土片；连接杆连接传力杆，连接杆的纵断面为矩形；挤土片自连接杆底端起螺旋攀升至连接杆顶端。对本技术技术方案的改进，钻头卷土叶片和钻杆卷土叶片的导程均为10cm、曲率半径均为15cm。对本技术技术方案的改进，基础杆为内径渐变的中空不锈钢杆件，上端内径为20-25cm、下端内径为40-50cm、高度为30-40cm、壁厚为1-2cm；钻头卷土叶片为一条焊接于基础杆外侧并绕基础杆螺旋攀升的不锈钢薄片，厚度为0.5-1cm、宽度为15-20cm；扩大端头直径为40-50cm，扩大端头底面散布15-20个切磨钻齿，切磨钻齿长度为4-6cm。对本技术技术方案的改进，传力杆为中空不锈钢杆件，内径为20-25cm、高度为100-200cm、壁厚为1-2cm；钻杆卷土叶片为一条焊接于传力杆外侧并绕传力杆螺旋攀升的不锈钢薄片，厚度为0.5-1cm、宽度为15-20cm。对本技术技术方案的改进，连接杆为中空不锈钢杆件，内径为20-25cm、高度为100-200cm、壁厚为1-2cm；挤土片是面积为30cm×20cm的弧形曲面，曲率半径为30-40cm，厚度为0.5-1cm。对本技术技术方案的改进，挤土片排布的最小曲率半径大于钻头卷土叶片和钻杆卷土叶片的曲率半径。此技术特征设置目的，从平面投影轨迹看，挤土片排布的最小曲率半径大于卷土叶片曲率半径，即挤土片均位于叶片外缘与钻孔内壁形成的环状间隙内，旨在保障挤土片实施有效挤压。比如孔底土被卷土叶片提卷至顶端后依靠螺旋上升的惯性运输至叶片外缘与钻孔内壁形成的环状间隙，触及间隙内螺旋排布的挤土片后被顺势挤入孔周土层。对本技术技术方案的改进，连接杆自下而上横向布设6-8条直径2-3cm的钢筋外伸件，挤土片焊接于外伸件末端并与竖直方向形成角度为15°-30°的夹角。此技术特征设置目的，倾斜展布形态自然构建“宽进窄出”收放格局，对叶片提卷上来的孔底土施加最大挤压作用的同时有效避免土体拥堵堆积，有力保证卷提、挤压流程有序畅通。对本技术技术方案的改进，钢筋外伸件自下而上以1-2cm等间隔递增并保持最上层钢筋外伸件焊接挤土片后近乎触及孔壁，挤土片自下而上逐渐贴近孔壁呈层状螺旋排布。此技术特征设置目的，此类挤土片排布方式便于形成挤压脉冲效应，逐层叠加挤压效果确保螺旋叶片提卷上来的孔底土被更加均匀密实的挤入孔周土层，巧妙避免漏土沉渣至孔底而降低成桩质量此类情况的发生。比如孔底土即便从底层挤土片孔隙中漏出亦会被随后跟进的上层挤土片进一步吸纳进而挤入周边土层。本技术与现有技术相比，其有益效果是：1、目的明确，针对性改善桩基承载性能。本技术针对常规非挤土钻具所成灌注桩桩身侧阻力与桩底端阻力难以充分发挥而致桩基承载力大幅折损的缺陷，以增大密实度改良桩周土性状的方式激发侧阻力；以清除孔底残渣提高成桩质量的方式激发端阻力，实现桩基整体承载性能显著提升。2、土体自产自销，杜绝弃土污染。本技术借助旋转叶片将切削下来的孔底土提升至有效挤压区域，然后利用层层分布的螺旋挤土片将其脉冲式挤入孔周土层。由此可见，土体产自孔底消散于孔周，全程无弃土排出地面、无沉渣残存孔底。此钻具有助从源头消除弃土，有效切断污染源。3、高效便捷、可操作性强。本技术施作进程中钻头旋转掘进、叶片螺旋提土、挤土片脉冲挤压同步进行，仅需一个旋转方向即可高效完成孔底土切削提卷、孔周土刮抹挤密两步钻掘进程，操作工序便捷流畅。4、结构紧凑、布局合理、优势尽显。本钻具由钻头掘进段、钻杆提土段和螺旋挤土段依次串联组成，施钻时掘进、提卷、挤压三道工序流畅连贯、一气呵成。处于有效挤压区域的土体因受下部源源上卷土体推送，由底至顶逐层触及螺旋排布的挤土片，该布局有助施展螺旋挤土片独具的脉冲挤压功能，土体旋转攀升时被更加密实挤入孔壁的同时避免散落塌孔事故发生。另外，常规非挤土螺旋钻具均采用逐层提升至地面排出的方式消化切削所得孔底土，施作原理要求全杆布设螺旋叶片即叶片长度等同钻孔深度，直接导致钻具成本增加、结构冗繁、灵活性尽失。本技术钻具因具备自产自销费功能而无需提土至地面，有效缩短叶片长度，简练、自由的组配方式有助结构布局灵活性的发挥。5、节能、环保、安全。本钻具成桩效率高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋挤土桩钻具，其特征在于，包括位于底端的钻头、与钻头连接的钻杆和与钻杆相连且位于顶端的挤土杆；钻头包括基座和设置在基座下端的扩大端头；基座包括基础杆和钻头卷土叶片；基础杆的纵断面为梯形；卷土叶片自基础杆底端起螺旋攀升至基础杆顶端；扩大端头底面辐射状散布不少于一个的切磨钻齿；钻杆包括传力杆和钻杆卷土叶片；传力杆连接基础杆，传力杆的纵断面为矩形；钻杆卷土叶片自传力杆底端起螺旋攀升至传力杆顶端；挤土杆包括连接杆和挤土片；连接杆连接传力杆，连接杆的纵断面为矩形；挤土片自连接杆底端起螺旋攀升至连接杆顶端。

【技术特征摘要】
1.一种螺旋挤土桩钻具，其特征在于，包括位于底端的钻头、与钻头连接的钻杆和与钻杆相连且位于顶端的挤土杆；钻头包括基座和设置在基座下端的扩大端头；基座包括基础杆和钻头卷土叶片；基础杆的纵断面为梯形；卷土叶片自基础杆底端起螺旋攀升至基础杆顶端；扩大端头底面辐射状散布不少于一个的切磨钻齿；钻杆包括传力杆和钻杆卷土叶片；传力杆连接基础杆，传力杆的纵断面为矩形；钻杆卷土叶片自传力杆底端起螺旋攀升至传力杆顶端；挤土杆包括连接杆和挤土片；连接杆连接传力杆，连接杆的纵断面为矩形；挤土片自连接杆底端起螺旋攀升至连接杆顶端。2.如权利要求1所述的螺旋挤土桩钻具，其特征在于，钻头卷土叶片和钻杆卷土叶片的导程均为10cm、曲率半径均为15cm。3.如权利要求1所述的螺旋挤土桩钻具，其特征在于，基础杆为内径渐变的中空不锈钢杆件，上端内径为20-25cm、下端内径为40-50cm、高度为30-40cm、壁厚为1-2cm；钻头卷土叶片为一条焊接于基础杆外侧并绕基础杆螺旋攀升的不锈钢薄片，厚度为0.5-1cm、宽度为15-20cm；扩大端头直径为40-50cm，扩大端头底面散布15-20个切磨钻齿...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡卸文，邓义龙，巫锡勇，张必亮，何鹏，王磊，郭亮，郭辉，裴春，钱德良，王世明，李菁，
申请(专利权)人：西南交通大学，武汉市勘察设计有限公司，江苏省送变电公司，
类型：新型
国别省市：四川;51