一種陀螺鑽頭、帶有陀螺鑽頭的成樁機械及其成樁方法
2023-05-28 04:00:36 1
專利名稱:一種陀螺鑽頭、帶有陀螺鑽頭的成樁機械及其成樁方法
技術領域：
本發明涉及一種建構築物的樁基礎施工機械及施工方法，尤其是一種陀螺鑽頭、帶有陀螺鑽頭的成樁機械及其成樁方法。
背景技術：
在建築、橋梁、市政、水利、碼頭工程的樁基施工中通常採用螺旋鑽成樁，現有的螺旋鑽除鑽頭的一小部分外，其餘部分的螺片直徑都是相等的且長螺旋鑽的螺旋分布長度與樁長等長，其旋轉阻力很大。實施大口徑長樁施工時，由於其阻力巨大而使動力極高，或不得已縮小樁徑、樁長，因此往往不能滿足設計要求。而短螺旋鑽螺旋部分雖然短，但需分若干次鑽進提土，在軟土中無法實現。螺旋鑽用在沿海的淤泥質粘土中，由於粘性土的清除困難，使其無法應用。帶護筒的螺旋鑽施打大口徑長樁時，拔筒十分困難，且造價極高。現有的螺旋鑽靠螺片上提，將孔中土體帶出地面，然後再清除，如中國ZL200410094076.1中的方法。
所以，在沿海淤泥、淤泥質粘土、粉質粘土深厚、粉土等地質特點的地方，現有的長、短螺旋鑽、帶套筒的螺旋鑽以及鑽孔、沉拔管樁機都存在著技術、承載力和成本方面的缺陷。
發明內容本發明所要解決的技術問題是，提供一種可以不用護筒，不開挖護壁，且能進入一定深度硬土層的成樁機械及其方法，即陀螺鑽頭、帶有陀螺鑽頭的成樁機械及其成樁方法。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種陀螺鑽頭，鑽頭中間部分的螺片直徑相等，上部螺片和下部螺片直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鑽頭呈陀螺形。
一種帶有陀螺鑽頭的成樁機械，包括移動系統、底盤、樁架、動力系統、管狀鑽杆、鑽頭和高壓注砼系統，鑽頭位於鑽杆的頭部，鑽頭中間部分的螺片為等徑螺片，上部螺片和下部螺片直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鑽頭為呈陀螺形的陀螺鑽頭。
所述高壓注砼系統由高壓混凝土泵、輸砼導管和注砼口構成，輸砼導管插入管狀鑽杆，通過管狀鑽杆中形成的高壓注砼通道和形成在陀螺鑽頭下尖的注砼口注砼。
一種帶有陀螺鑽頭的成樁機械的成樁方法，包括以下步驟首先用陀螺鑽機鑽進，當鑽進到達設計深度後，啟動混凝土泵將混凝土通過輸砼導管泵入鑽杆芯管，通過注砼口向陀螺鑽頭上提時形成的柱狀孔內注入混凝土，邊注入混凝土邊提陀螺鑽，直到設計標高，形成素混凝土的樁身。
還包括在混凝土初凝前，將鋼筋籠插入素混凝土的樁身。
用於淤泥、淤泥質粘土或粉質粘土的軟土地基施工或非開挖管道的施工。
一種帶有陀螺鑽頭的成樁機械的成樁方法，用於上軟下硬地基中的成樁，依次包括以下步驟a.首先用陀螺鑽機鑽進，當鑽頭鑽過軟土到達硬土層時，先將鑽頭鑽入硬層，當陀螺鑽頭全部進入硬層後，開始同向旋轉提鑽，提至軟土後，反向轉鑽，使鑽頭等徑螺片間的硬土被上部鑽周軟土擠入周圍的軟土中，螺片間的存土被置換成軟土，然後再正向旋轉下沉鑽進至上次到達的深度後繼續鑽進，直至鑽頭再次全部進入上次達到的深度以下後，再一次提鑽，循環重複上述步驟，直至達到設計要求的深度；b.當上下置換到達設計深度後，啟動混凝土泵將混凝土通過輸砼導管和注砼口注入到陀螺鑽鑽下尖的孔中，邊泵送混凝土邊提陀螺鑽，靠陀螺鑽頭擠土成孔，邊提鑽邊注直到設計標高，形成素混凝土的樁身。
還包括在混凝土初凝前，將鋼筋籠插入素混凝土的樁身。
還用於非開挖管道的施工。
本發明的有益效果是1、在軟粘土中，不用像現有的螺旋鑽那樣靠螺片上提將孔中土體帶出地面，然後再清除，它利用了軟土中可以擠土成孔的特性，靠陀螺鑽頭的等徑螺片部分(即陀螺鑽頭的中部螺片直徑相等的部分)提鑽時擠土形成的柱狀孔來成孔，由於陀螺鑽頭的長度僅為螺旋鑽的十分之一或更少，其扭力、阻力大大減小；陀螺鑽頭的上部為「尖」狀，其上拔的阻力大大減小；鑽頭部分攜帶泥土極少，也就免除了粘土、淤泥清除之苦，陀螺鑽使螺旋鑽在粘土地質中不能實現的方法得以實現成孔成樁。
2、將現有的螺旋鑽鑽頭改為上、下兩個尖，將上部的螺片全部去掉，只留鑽杆，在同等動力的條件下，可以大大加大樁徑與樁長。
3、陀螺鑽頭靠擠土上、下鑽進，變原來的提土成孔為擠土成孔，由於螺片的數量大大減少(減少70~90％)，僅剩了鑽杆與鑽頭，所以其扭力及側向豎直摩擦阻力大大降低，大幅度降低了動力。動力大大減小，所成樁樁徑、樁長以及樁豎向承載力與抗水平推力都比傳統螺旋鑽施工效益大大提高，成孔不用套筒，無泥漿排放，造價大大降低，適用廣泛。
圖1是本發明的陀螺鑽頭的結構圖。
圖2是本發明的帶有陀螺鑽頭的成樁機械的組成示意圖。
圖3是本發明的帶有陀螺鑽頭的成樁機械的第1種成樁方法示意圖。
圖4是本發明的帶有陀螺鑽頭的成樁機械的第2種成樁方法示意圖。
圖中，1、樁架；2、底盤；3、移動系統；4、動力系統；5、管狀鑽杆；8、陀螺鑽頭；9、等徑螺片；10、上部螺片；11、下部螺片；12、注砼口；13、高壓注砼通道；14、高壓混凝土泵；15、輸砼導管。
具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明如圖1所示，本發明的陀螺鑽頭，鑽頭中間部分的螺片直徑相等，上部螺片和下部螺片直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鑽頭呈陀螺形。
如圖1、2所示，本發明的帶有陀螺鑽頭的成樁機械，包括安裝在移動系統3上的底盤2、樁架1、打樁的動力系統4、管狀鑽杆5、陀螺鑽頭8和高壓注砼系統，陀螺鑽頭8位於鑽杆5的頭部，鑽頭中間部分的螺片直徑相等，上部螺片和下部螺片直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鑽頭呈陀螺形。即陀螺鑽頭8的螺片由等徑螺片9，上部螺片10和下部螺片11組成。一般情況下等徑螺片9部分的長度為1~2米。
高壓注砼系統由混凝土泵14、輸砼導管15和注砼口12構成，輸砼導管15插入管狀鑽杆5，通過管狀鑽杆5中形成的高壓注砼通道13和形成在陀螺鑽頭8下尖的注砼口12注砼。
如圖3所示，帶有上述的陀螺鑽頭的成樁機械的成樁方法，在軟土如淤泥、淤泥質粘土、粉質粘土中成樁，依次包括以下步驟a.首先用陀螺鑽機鑽進，當鑽進到達設計深度後，啟動混凝土泵將混凝土通過輸砼導管泵入鑽杆芯管，通過注砼口向陀螺鑽頭上提時形成的柱狀孔內注入混凝土，邊注入混凝土邊提陀螺鑽，直到設計標高，形成素混凝土的樁身。
b.在混凝土初凝前，將鋼筋籠插入素混凝土的樁身。
上述方法也可用於非開挖管道的施工。
如圖4所示，帶有上述陀螺鑽頭的成樁機械的成樁方法，用於上軟下硬的土地基成樁，依次包括以下步驟a.首先用陀螺鑽機鑽進，當鑽頭鑽過軟土到達硬土層時，先將鑽頭鑽入硬層，當陀螺鑽頭全部進入硬層後，開始同向旋轉提鑽，提至軟土後，反向轉鑽，使鑽頭等徑螺片間的硬土被上部鑽周軟土擠入周圍的軟土中，螺片間的存土被置換成軟土，然後再正向旋轉下沉鑽進至上次到達的深度後繼續鑽進，直至鑽頭再次全部進入上次達到的深度以下後，再一次提鑽，循環重複上述步驟，直至達到設計要求的深度；b.當上下置換到達設計深度後，啟動混凝土泵將混凝土通過輸注砼導管和注砼口注入到陀螺鑽鑽下尖的孔中，邊泵送混凝土邊提陀螺鑽，靠陀螺鑽頭擠土成孔，邊提鑽邊注直到設計標高，形成素混凝土的樁身。
c.在混凝土初凝前，將鋼筋籠插入素混凝土的樁身。
上述方法也可用於非開挖管道的施工。
當然，上述兩個方法中的鋼筋籠插入素混凝土步驟根據情況可以省略。
綜上所述，本發明的設備，在軟粘土中不用像現有的螺旋鑽機那樣作螺片上提將孔中土體帶出地面然後再清除；它利用了軟土中可以擠土成孔的特性，靠鑽頭的柱體(即陀螺鑽頭的中部螺片直徑相等的部分)提鑽時擠土形成的柱狀孔來成孔，由於陀螺鑽頭的長度僅為螺旋鑽頭的十分之一或者更少，其扭力、阻力大大減小；加之，陀螺鑽頭的上部也為「尖」狀，其上拔的阻力大大減小；由於鑽頭部分攜帶泥土極少，也就免除了粘土、淤泥的清除之苦，從而螺旋鑽不能實現的工法陀螺鑽得以在粘土地質中應用。
在上軟下硬的土層中，它可以將硬層中的土用陀螺鑽頭先鑽進後上提，利用正反向旋轉將土體置換，即為硬土中成孔創造了條件，又改善加固了上部軟土，也不用外排泥土、泥漿，經濟環保。
綜上所述，本發明的內容並不局限在的實施例中，相同領域內的有識之士可以在本發明的技術指導思想之內可以輕易提出其他的實施例，但這種實施例都包括在本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種陀螺鑽頭，其特徵在於，鑽頭中間部分的螺片直徑相等，上部螺片和下部螺片直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鑽頭呈陀螺形。
2.一種帶有陀螺鑽頭的成樁機械，包括移動系統、底盤、樁架、動力系統、管狀鑽杆、鑽頭和高壓注砼系統，其特徵在於，鑽頭位於鑽杆的頭部，鑽頭中間部分的螺片為等徑螺片(9)，上部螺片(10)和下部螺片(11)直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鑽頭為呈陀螺形的陀螺鑽頭(8)。
3.根據權利要求
2所述的帶有陀螺鑽頭的成樁機械，其特徵在於，所述高壓注砼系統由高壓混凝土泵(14)、輸砼導管(15)和注砼口(12)構成，輸砼導管(15)插入管狀鑽杆(5)，通過管狀鑽杆(5)中形成的高壓注砼通道(13)和形成在陀螺鑽頭(8)下尖的注砼口(12)注砼。
4.一種帶有陀螺鑽頭的成樁機械的成樁方法，包括以下步驟首先用陀螺鑽機鑽進，當鑽進到達設計深度後，啟動混凝土泵將混凝土通過輸砼導管泵入鑽杆芯管，通過注砼口向陀螺鑽頭上提時形成的柱狀孔內注入混凝土，邊注入混凝土邊提陀螺鑽，直到設計標高，形成素混凝土的樁身。
5.根據權利要求
4所述的帶有陀螺鑽頭的成樁機械的成樁方法，其特徵在於，還包括在混凝土初凝前，將鋼筋籠插入素混凝土的樁身。
6.根據權利要求
4所述的帶有陀螺鑽頭的成樁機械的成樁方法，其特徵在於，用於淤泥、淤泥質粘土或粉質粘土的軟土地基樁基施工或非開挖管道的施工。
7.一種帶有陀螺鑽頭的成樁機械的成樁方法，用於上軟下硬地基中的成樁，依次包括以下步驟a.首先用陀螺鑽機鑽進，當鑽頭鑽過軟土到達硬土層時，先將鑽頭鑽入硬層，當陀螺鑽頭全部進入硬層後，開始同向旋轉提鑽，提至軟土後，反向轉鑽，使鑽頭等徑螺片間的硬土被上部鑽周軟土擠入周圍的軟上中，螺片間的存土被置換成軟土，然後再正向旋轉下沉鑽進至上次到達的深度後繼續鑽進，直至鑽頭再次全部進入上次達到的深度以下後，再一次提鑽，循環重複上述步驟，直至達到設計要求的深度；b.當上下置換達到設計深度後，啟動混凝土泵將混凝土通過輸砼導管和注砼口注入到陀螺鑽鑽下尖的孔中，邊泵送混凝士邊提陀螺鑽，靠陀螺鑽頭擠土成孔，邊提鑽邊注砼直到設計標高，形成素混凝土的樁身。
8.根據權利要求
7所述的帶有陀螺鑽頭的成樁機械的成樁方法，其特徵在於，還包括在混凝土初凝前，將鋼筋籠插入素混凝土的樁身。
9.根據權利要求
7所述的帶有陀螺鑽頭的成樁機械的成樁方法，其特徵在於，用於硬土非開挖管道的施工。
專利摘要
本發明公開了一種陀螺鑽頭、帶有陀螺鑽頭的成樁機械及其成樁方法，帶有陀螺鑽頭的成樁機械，包括移動系統、底盤、樁架、動力系統、管狀鑽杆、鑽頭和高壓注砼系統。鑽頭位於鑽杆的頭部，鑽頭中間部分的螺片為等徑螺片，上部螺片和下部螺片直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鑽頭為呈陀螺形的陀螺鑽頭。成樁方法為在軟弱或欠固結土中採用非取土、非開挖的擠土成孔注砼成樁法；在上部為軟土，下部為粉土、粉砂地質中，採用下部反覆鑽孔，提土至軟土中，利用反正旋轉將下部密實土與上部軟弱土互相置換，最後擠土提鑽注漿成樁。成孔不用套筒，無泥漿排放，造價大大降低，適用廣泛。
文檔編號E21B3/00GK1995689SQ200710056417
公開日2007年7月11日 申請日期2007年1月8日
發明者雷玉華, 張華東, 雷治國 申請人:天津雷華科技有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan