挤排土复合叠加相套钻具、CFG变径倒锥台阶型桩及方法技术

本发明专利技术涉及建筑技术领域，尤其是涉及一种挤排土复合叠加相套钻具、CFG变径倒锥台阶型桩及方法。该钻具包括：依次同轴套设的外套筒钻具、中间套筒钻具和中心钻具，各个钻具均具有挤、排土复合功能；该钻具的各个联动装置为叠加相套式，通过与辅助设备提升机构相配合，最终可形成一种挤排土复合叠加相套钻具制备的CFG变径倒锥台阶型桩。因此桩型的优化，钻具功能的改进，综合体现了工法的三高特点：高质量、高速度、高效益。节能、减排的绿色施工工法使企业受益，业主受益，社会受益。

Compaction and drainage composite overlay drilling tool, CFG variable diameter inverted cone stepped pile and method

The invention relates to the field of building technology, in particular to a compacting and discharging soil composite superposition phase drilling tool, a CFG variable diameter inverted cone stepped pile and a method thereof. The drilling tools include the outer sleeve drilling tool, the middle sleeve drilling tool and the central drilling tool. Each drilling tool has the compound function of squeezing and discharging soil. Each linkage of the drilling tool is superimposed phase sleeve. By matching with the auxiliary equipment lifting mechanism, a kind of composite overlay and overlay drilling tool can be formed in the end. CFG variable diameter inverted cone step type pile. Therefore, the optimization of the pile type and the improvement of the drilling tool function comprehensively reflect the three characteristics of the construction method: high quality, high speed and high efficiency. The green construction method of energy saving and emission reduction benefits the enterprises, and the owners benefit and the society benefits.

【技术实现步骤摘要】
挤排土复合叠加相套钻具、CFG变径倒锥台阶型桩及方法
本专利技术涉及建筑
，尤其是涉及一种挤排土复合叠加相套钻具、CFG变径倒锥台阶型桩及方法。
技术介绍
现有桩型缺陷：在改革开放的浪潮中，建筑业有了飞速发展，建筑工程对地基基础的设计、施工要求越来越高，砼桩和钢筋砼桩基础和复合地基在高层建筑、桥梁、港口等工程中得到广泛应用，为了使砼桩和钢筋砼桩满足抗弯、抗剪切，提高承载力和抗震要求等设计要求，人们不断对砼桩和钢筋砼桩的形状进行改进。以期进一步满足设计要求，节约原材料用量，提高工程质量及缩短施工进度。以现有设备与工艺建造的传统桩型，其纵横断面通常是不随桩长而变化的圆形或方形桩，其承载力主要由桩侧的摩阻力及桩端的端阻力组成。现有工法缺陷：在建筑结构或铁路、公路软基处理中，需要进行处理场地土的地基土由浅到深根据等效剪切波速值变化规律一般可划分为软弱场地土、中软场地土、中硬场地土、坚硬场地土。根据场地土软硬程度和土层深度可以把地基土简单划分为挤土区(软弱场地土、中软场地土，其中含水量较高或饱和黏性土除外)；排土区(中硬场地土、坚硬场地土除外)。为提高地基土的承载力和提高地基的压缩模量，一般采取以桩体置换地基土为主的长螺旋压灌桩—CFG桩工法。近年来又发展出一种新型工法—螺杆桩，该工法是通过改进设备、增加自重，加大动力机构动能，使之钻具扭矩变大。该钻具成孔、成桩时采用同步技术，成孔时以挤土为主，钻进并挤土到设计深度后，反转同步技术提钻同时压灌砼成桩至设计标高，因此出土量很少，加密了桩周土。上述两种工法在适合的地层中都不同程度的增加了地基土的承载力。但对于复杂的地基土层，两种工法所使用的钻具功能较为单一，在浅层的可挤土区，CFG桩工法只能简单地置换土，造成桩周土侧摩阻力降低；在深层较硬的排土区，螺杆桩工法进一步加大扭矩去挤扩，造成钻进困难，影响工效，如对密实砂性土，企图挤扩它，会破坏其结构性强度，甚至发生剪胀，侧摩阻力及端阻力反而降低。两种工法的功能单一性，不能因地制宜处理地基土，造成了一定的成本浪费，影响了单桩承载力发挥效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种CFG变径倒锥台阶型桩以及制备方法和挤排土复合叠加相套钻具，以解决现有设备的工法单一，适应性差的弊病，以解决成本浪费，单桩承载力不高的技术问题。为解决上述技术问题，第一方面，本专利技术提供一种挤排土复合叠加相套钻具，其包括：依次同轴套设的外套筒钻具、中间套筒钻具和中心钻具；其中，所述外套筒钻具、中间套筒钻具和中心钻具之中至少一者由一具有挤、排土复合功能的钻具主体构成；所述钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，并按照预定的挤土比进行变化；所述挤土比被定义为中芯管外直径与钻具主体直径之比；所述钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减小，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布；所述中心钻具设置有第一联动装置；所述中间套筒钻具设置有第二联动装置；所述外套筒钻具设置有第三联动装置；当所述外套筒钻具被向上提升时，所述第三联动装置能够套设并锁定于所述第二联动装置上，所述第二联动装置能够套设并锁定于所述第一联动装置上。作为一种进一步的技术方案，所述中心钻具包括：空心钻杆、可开合的钻头和第一螺旋叶片；所述第一螺旋叶片沿所述空心钻杆的轴向设置于所述空心钻杆的外壁上，所述钻头连接于所述空心钻杆的下端，所述第一联动装置同轴设置于所述空心钻杆的上端，在所述第一联动装置上设置有第一法兰盘；其中，所述空心钻杆的上部为中心钻具的挤土钻具，所述空心钻杆的下部为中心钻具的排土钻具；所述挤土钻具的挤土比的数值范围在0.6-1.0，所述挤土钻具的挤土比值由下至上逐渐由小到大渐变；其中，所述排土钻具的挤土比的数值范围小于0.6；其中，所述排土钻具的挤土比由下至上逐渐由小到大渐变或者为一定值。作为一种进一步的技术方案，所述中间套筒钻具包括：第一套筒钻具和第二螺旋叶片，所述第二螺旋叶片沿所述第一套筒钻具的轴向设置于所述第一套筒钻具的外壁上，所述第二联动装置同轴设置于所述第一套筒钻具的上端，在所述第二联动装置的上端设置有第二法兰盘，其中，所述第一套筒钻具采用挤土比值不小于0.6且以挤土为主的钻具主体。作为一种进一步的技术方案，所述外套筒钻具包括：第二套筒钻具、第三螺旋叶片和护筒，所述第三螺旋叶片沿所述第二套筒钻具的轴向设置于所述第二套筒钻具的外壁上，所述第三联动装置设置于所述第二套筒钻具的上端，所述护筒设置于所述外套筒钻具上端，且在所述护筒上设置有用于与提升机构钢丝绳相连的弹簧装置，在所述第三联动装置的上端设置有第三法兰盘。其中，所述第二套筒钻具采用挤土比值不小于0.6且以挤土为主的钻具主体。作为一种进一步的技术方案，所述第一联动装置包括第一四方柱体，所述第一四方柱体同轴设置有截面为圆形的第一套孔，所述第一套孔用于固定在所述中心钻具的上端；所述第二联动装置包括第二四方柱体，所述第二四方柱体同轴设置有截面为方形的第二套孔，所述第二套孔用于套入所述第一联动装置；所述第三联动装置包括圆筒体，所述圆筒体同轴设置有截面为方形的第三套孔，所述第三套孔用于套入所述第二联动装置。为解决上述技术问题，第二方面，本专利技术提供一种所述挤排土复合叠加相套钻具制备的CFG变径倒锥台阶型桩，其特征在于，包括主体桩身，所述主体桩身上设置有至少两个倒锥台阶型体，所述主体桩身可根据设计要求桩身中插有钢筋笼。作为一种进一步的技术方案，所述倒锥台阶型体的横截面为圆形，纵剖面为倒梯型；所述倒锥台阶型体的倒圆锥盘斜面延长线与主体桩身中心轴线的夹角角度范围为：300～450。为解决上述技术问题，第三方面，本专利技术提供一种所述的挤排土复合叠加相套钻具以制备CFG变径倒锥台阶型桩的方法，其特征在于，包括如下步骤：通过动力装置使中心钻具顺时针/逆时针转动，同时向下移动；中心钻具的第一联动装置接近中间套筒钻具的第二联动装置时，由辅助设备提升机构提升外套筒钻具与中间套筒钻具，使它们与各个钻具联动装置接触，各个联动装置通过中心钻具转动、提升机构的预设应力自动提升动作，实现自动叠加相套锁定，以使各个联动装置互相锁定；通过动力装置使各个钻具同时顺时针/逆时针转动，并向下移动；各个钻具钻至各自设计深度时，停止转动，钻机主卷扬提升中心钻具，将中心钻具的下端钻头打开，启动砼泵，开始压灌砼，边压灌砼边提升中心钻具，之后依次提升中间套筒钻具、外套筒钻具，直至将外套筒钻具提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高。作为一种进一步的技术方案，所述辅助设备提升机构提升外套筒钻具时包括如下步骤：在外套筒钻具上安装一个护筒，在护筒上设置有弹簧装置，辅助设备提升机构通过钢丝绳、弹簧装置与护筒连接，利用提升机构预设应力自动提升动作，在中心钻具转动配合下，使外套筒钻具的第三联动装置、中间套筒钻具的第二联动装置、中心钻具的第一联动装置自动叠加相套锁定；并且在提升机构上通过预设功能实现提升机构预设应力，通过钢丝绳、弹簧装置实现各个联动装置自动叠加相套锁定的自动工作。采用上述技术方案，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供了一种挤排土复合叠加相套钻具，该钻具上的各个联动装置为叠加相套式，与辅助设备提升机构相配合，从而能够形成多个倒锥台阶型钻孔，依次提升钻具同时压灌砼得以实现一种CFG变径倒锥本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种挤排土复合叠加相套钻具，其特征在于，包括：依次同轴套设的外套筒钻具、中间套筒钻具和中心钻具；其中，所述外套筒钻具、中间套筒钻具和中心钻具之中至少一者由一具有挤、排土复合功能的钻具主体构成；所述钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，并按照预定的挤土比进行变化；所述挤土比被定义为中芯管外直径与钻具主体直径之比；所述钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减小，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布；所述中心钻具设置有第一联动装置；所述中间套筒钻具设置有第二联动装置；所述外套筒钻具设置有第三联动装置；当所述外套筒钻具被向上提升时，所述第三联动装置能够套设并锁定于所述第二联动装置上，所述第二联动装置能够套设并锁定于所述第一联动装置上。

【技术特征摘要】
1.一种挤排土复合叠加相套钻具，其特征在于，包括：依次同轴套设的外套筒钻具、中间套筒钻具和中心钻具；其中，所述外套筒钻具、中间套筒钻具和中心钻具之中至少一者由一具有挤、排土复合功能的钻具主体构成；所述钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，并按照预定的挤土比进行变化；所述挤土比被定义为中芯管外直径与钻具主体直径之比；所述钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减小，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布；所述中心钻具设置有第一联动装置；所述中间套筒钻具设置有第二联动装置；所述外套筒钻具设置有第三联动装置；当所述外套筒钻具被向上提升时，所述第三联动装置能够套设并锁定于所述第二联动装置上，所述第二联动装置能够套设并锁定于所述第一联动装置上。2.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，所述中心钻具包括：空心钻杆、可开合的钻头和第一螺旋叶片；所述第一螺旋叶片沿所述空心钻杆的轴向设置于所述空心钻杆的外壁上，所述钻头连接于所述空心钻杆的下端，所述第一联动装置同轴设置于所述空心钻杆的上端，在所述第一联动装置上设置有第一法兰盘；其中，所述空心钻杆的上部为中心钻具的挤土钻具，所述空心钻杆的下部为中心钻具的排土钻具；所述挤土钻具的挤土比的数值范围在0.6-1.0，所述挤土钻具的挤土比由下至上逐渐由小到大渐变；其中，所述排土钻具的挤土比的数值范围小于0.6；其中，所述排土钻具的挤土比由下至上逐渐由小到大渐变或者为一定值。3.根据权利要求2所述的钻具，其特征在于，所述中间套筒钻具包括：第一套筒钻具和第二螺旋叶片，所述第二螺旋叶片沿所述第一套筒钻具的轴向设置于所述第一套筒钻具的外壁上，所述第二联动装置同轴设置于所述第一套筒钻具的上端，在所述第二联动装置的上端设置有第二法兰盘，其中，所述第一套筒钻具采用挤土比不小于0.6且以挤土为主的钻具主体。4.根据权利要求3所述的钻具，其特征在于，所述外套筒钻具包括：第二套筒钻具、第三螺旋叶片和护筒，所述第三螺旋叶片沿所述第二套筒钻具的轴向设置于所述第二套筒钻具的外壁上，所述第三联动装置设置于所述第二套筒钻具的上端，所述护筒设置于所述外套筒钻具上端，且在所述护筒上设置有用于与提升机构钢丝绳相连的弹簧装置，在所述第三联动装置的上端设置有第三法兰盘。其中，所述第二套筒钻具采用挤土比不小于0.6且以挤土为主的钻具主体。5.根据权利要求2所述的钻具，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广信，
申请(专利权)人：李广信，
类型：发明
国别省市：北京,11