螺纹配合式复合钻具、制备方法及型桩技术

本发明专利技术涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种螺纹配合式复合钻具、制备方法及型桩。该钻具包括第一动力钻具和第二动力钻具；第一动力钻具的中芯管外侧上的螺旋叶片形式为外螺纹结构；第二动力钻具由具有挤排土复合功能的钻具主体构成；第二动力钻具的中芯管内侧设置有内螺纹结构，其内螺纹结构与第一动力钻具外螺纹结构之间相适配以构成螺纹连接，两者形成了螺母与螺丝杆关系，第二动力钻具在其配备动力机构的驱动下，能够在桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，把第一动力钻具(中心钻具)旋排土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡。

Thread-fit compound drilling tools, preparation methods and moulded piles

【技术实现步骤摘要】
螺纹配合式复合钻具、制备方法及型桩
本专利技术涉及土木工程
，尤其是涉及一种螺纹配合式复合钻具、制备方法及型桩。
技术介绍
在建筑结构或桥梁、港口、铁路、公路、机场、水利水电设施等工程软基处理中，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；地基土由浅至深，密实度由松逐渐变密变化规律，映证了岩土沉积理论。根据场地土松密程度和各土层分布情况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及减小地基土沉降量，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。近年来又发展出一些新型挤土工法，如螺纹桩(螺杆桩和浅螺纹桩)、双向螺旋挤土桩(简称SDS桩)。以上挤土工法是通过改进设备、增加自重，加大动力机构动能，使之特制钻具扭矩变大。以上钻具成孔时以挤土为主，钻进并挤土到设计深度后，提钻同时压灌砼成桩至设计标高，因此出土量很少，增高了桩周土密实度。上述两种工法在各种地层中都不同程度的增加了地基土的承载力及减小了地基土沉降量。但对于复杂多样的地基土，两种工法所使用的钻具功能较为单一，在浅层的软弱、中软场地土，密实度较松为可挤土区，CFG桩工法只能简单地排土置换，此工法造成桩周土侧摩阻力不能被增强，造成一定浪费；在深层的中硬场地土，土质较密实为排土区，螺纹桩或SDS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，却打破了其密实结构性，降低了其强度，甚至发生剪胀破坏，侧摩阻力及端阻力反而降低。两种土工工法的功能单一性，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。为解决以上问题，根据岩土土工工法理念，地基处理时松土宜挤，密土宜排，急需专利技术一种复合钻具，把以上两种工法优点集合于一种钻具上，为填补岩土界地基处理岩土土工工法的不足，一种挤排土复合钻具被研发诞生。但是这种挤排土复合钻具不足之处：挤土比变化坡度陡变(挤排土螺旋叶片段相对短些)，只能近距离边旋排土边挤土，避密就松针对性相对差些，达到整体桩孔孔壁密实度上下相对均衡效果差些；挤土比变化坡度缓变(挤排土螺旋叶片段相对长些)，旋排土传递距离相对远些，却影响挤土效果。为规避挤排土复合钻具功效不良之处，一种全新的广义的挤排土复合钻具被研发诞生。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的总体
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的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种螺纹配合式复合钻具以及型桩，以解决现有技术中存在的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种螺纹配合式复合钻具，其包括：第一动力钻具和第二动力钻具；所述第一动力钻具配备有第一动力机构，所述第一动力机构能够单独驱动第一动力钻具进行旋转，所述第一动力钻具在其钻具主体的中芯管外侧设置有外螺纹结构，所述外螺纹结构用于充当所述第一动力钻具的螺旋叶片；所述第二动力钻具配备有第二动力机构,所述第二动力机构能够单独驱动第二动力钻具进行旋转，所述第二动力钻具套装于所述第一动力钻具上，所述第二动力钻具在其钻具主体的中芯管内侧设置有内螺纹结构，所述内螺纹结构与所述外螺纹结构之间相适配以构成螺纹连接，所述第二动力钻具在其配备动力机构的驱动下，能够在桩孔内上下往复/单次旋挤，以使所述第一动力钻具的陆续旋排土被多次/单次挤压挤扩而消纳；其中，所述第二动力钻具由具有挤排土复合功能的钻具主体构成，所述具有挤排土复合功能的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。作为一种进一步的技术方案，所述第一动力钻具包括：第一动力头、中心钻具和第一提升装置；所述第一动力头设置于所述中心钻具的上端，用于驱动所述中心钻具绕其中心线进行旋转动作；所述第一提升装置设置于所述第一动力头的下端，用于带动所述第二动力钻具进行升降动作；所述中心钻具的中芯管外侧设置有外螺纹结构，所述外螺纹结构用于充当所述中心钻具的螺旋叶片。作为一种进一步的技术方案，所述第一动力钻具还包括：上限位装置；所述上限位装置设置于所述第一动力头的下端。作为一种进一步的技术方案，所述第二动力钻具包括：第二动力头、中间套筒钻具和螺旋叶片；所述第二动力头设置于所述中间套筒钻具的上端，用于驱动所述中间套筒钻具绕其中心线进行旋转动作，所述第二动力头与所述第一提升装置连接；所述中间套筒钻具的中芯管内侧设置内螺纹结构，所述中间套筒钻具套装于所述中心钻具上，使得所述内螺纹结构与所述外螺纹结构之间相适配以构成螺纹连接；所述中间套筒钻具采用以挤土为主的具有挤排土复合功能的钻具主体构成。所述螺旋叶片设置于所述中间套筒钻具上。作为一种进一步的技术方案，所述第二动力钻具在其中间套筒钻具的中芯管的下方设置有钻牙，所述钻牙的内侧设置有与所述外螺纹结构之间相适配的内螺纹结构。作为一种进一步的技术方案，所述钻牙的数量为一个或者多个，多个所述钻牙呈等间距分布。作为一种进一步的技术方案，所述第二动力钻具还包括：加压装置，所述加压装置设置于第二动力头上。作为一种进一步的技术方案，所述动力机构包括：电机设备/液压驱动设备。第二方面，本专利技术提供一种所述的螺纹配合式复合钻具以制备的型桩，包括：主体桩身；所述主体桩身上设置有倒圆台阶型体；所述主体桩身在其下部桩身设置有螺纹结构；所述倒圆台阶型体的倒圆台母线延长线与所述主体桩身中心轴线的夹角角度范围为：5°～90°。第三方面，本专利技术提供一种根据所述螺纹配合式复合钻具以制备型桩的方法，其包括：依照地层对工法的需求，第一动力钻具、第二动力钻具分别钻进至各自设计深度,从而能够形成倒圆台阶型钻孔；在各钻具钻进过程中，中间套筒钻具做桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，把第一动力钻具的旋排土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡；启动砼泵，开始压灌砼，边压灌砼边依次陆续提升第一动力钻具、第二动力钻具，各动力钻具底端依次平齐后同步提升,直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高,实现一次性完成成孔和砼压灌成桩。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螺纹配合式复合钻具，第二动力钻具套装于第一动力钻具上，第一动力钻具和第二动力钻具分别配备有一动力机构。第一动力钻具的中芯管外侧上的螺旋叶片形式为螺丝杆外螺丝结构(外螺纹结构)；第二动力钻具的中芯管内侧设置有内螺丝结构，两者形成了螺母与螺丝杆关系，在各自动力机构驱动下第二动力钻具可以做桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，把第一动力钻具(中心钻具)陆续旋排上之土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡。通过动力机构实现单独驱动其对应钻具进行旋转，该复合钻具进行施工时，各个钻具由传统的联动方式转化为主动驱动的方式，挤土、排土同时俱进，并可一次性完成成孔和砼压灌成桩，自动化程度高，实现了工效的提高；桩身合理得变径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺纹配合式复合钻具，其特征在于，包括：依次同轴相套第一动力钻具和第二动力钻具；所述第一动力钻具配备有第一动力机构，所述第一动力机构能够单独驱动第一动力钻具进行旋转，所述第一动力钻具在其钻具主体的中芯管外侧设置有外螺纹结构，所述外螺纹结构用于充当所述第一动力钻具的螺旋叶片；所述第二动力钻具配备有第二动力机构,所述第二动力机构能够单独驱动第二动力钻具进行旋转，所述第二动力钻具套装于所述第一动力钻具上，所述第二动力钻具在其钻具主体的中芯管内侧设置有内螺纹结构，所述内螺纹结构与所述外螺纹结构之间相适配以构成螺纹连接，所述第二动力钻具在其配备动力机构的驱动下，能够在桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，以使所述第一动力钻具的旋排土被多次/单次挤压、挤扩而消纳；其中，所述第二动力钻具由具有挤排土复合功能的钻具主体构成，所述具有挤排土复合功能的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。

【技术特征摘要】
1.一种螺纹配合式复合钻具，其特征在于，包括：依次同轴相套第一动力钻具和第二动力钻具；所述第一动力钻具配备有第一动力机构，所述第一动力机构能够单独驱动第一动力钻具进行旋转，所述第一动力钻具在其钻具主体的中芯管外侧设置有外螺纹结构，所述外螺纹结构用于充当所述第一动力钻具的螺旋叶片；所述第二动力钻具配备有第二动力机构,所述第二动力机构能够单独驱动第二动力钻具进行旋转，所述第二动力钻具套装于所述第一动力钻具上，所述第二动力钻具在其钻具主体的中芯管内侧设置有内螺纹结构，所述内螺纹结构与所述外螺纹结构之间相适配以构成螺纹连接，所述第二动力钻具在其配备动力机构的驱动下，能够在桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，以使所述第一动力钻具的旋排土被多次/单次挤压、挤扩而消纳；其中，所述第二动力钻具由具有挤排土复合功能的钻具主体构成，所述具有挤排土复合功能的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。2.根据权利要求1所述的螺纹配合式复合钻具，其特征在于，所述第一动力钻具包括：第一动力头、中心钻具和第一提升装置；所述第一动力头设置于所述中心钻具的上端，用于驱动所述中心钻具绕其中心线进行旋转动作；所述第一提升装置设置于所述第一动力头的下端，用于带动所述第二动力钻具进行升降动作；所述中心钻具的中芯管外侧设置有外螺纹结构，所述外螺纹结构用于充当所述中心钻具的螺旋叶片。3.根据权利要求2所述的螺纹配合式复合钻具，其特征在于，所述第一动力钻具还包括：上限位装置；所述上限位装置设置于所述第一动力头的下端。4.根据权利要求2所述的螺纹配合式复合钻具，其特征在于，所述第二动力钻具包括：第二动力头、中间套筒钻具和螺旋叶片；所述第二动力头设置于所述中间套筒钻具的上...

【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