擠密鑽具的製作方法

2024-03-29 02:40:05

專利名稱：擠密鑽具的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種地基施工技術，特別是涉及一種變截面擠密螺紋樁成樁方法及擠密鑽具。
背景技術：
對於軟土地基處理國內外有很多研究，目前常用的低強度混凝土樁(ere樁)屬於端承摩擦樁，且多為排土型成孔，由於樁身呈單一柱狀，樁身側摩表面積受到一定限制， 雖然樁身強度較大，但土體摩擦力不夠，使其樁身混凝土不能充分發揮作用，從而工程造價高，應用也受到一定的局限性。擠密螺紋樁由於樁體是擠壓澆注成型，而且樁體周圍有螺紋，與土體的側摩面積大，樁體的承載力大為提高。專利號為89215780. 1的擠密成孔鑽具，由鑽杆、鑽頭體和鑽頭芯所組成，鑽杆為光圓杆件，鑽頭體的錐形面上焊有雙線螺旋葉片，鑽頭芯嵌裝在鑽頭體的緊孔內，鑽頭芯的下部是定位尖。利用土壤可壓縮性原理，將切削下來的土，由螺旋葉片送到鑽頭體的光滑圓柱面，把土強制性擠壓到孔壁四周的土層中去，提高其密實度，這層擠密的土與混凝土灌注樁一起形成一個複合樁基，從而既解決了樁成孔而不出土的問題又提高了單樁的承載力。專利申請號為200610040028. 3螺紋灌注樁的成樁方法，包括(1)在成孔設置護筒，護筒內徑大於樁徑；( 用螺紋鑽機擠土鑽孔至規定深度；幻邊旋轉邊提升鑽杆，以形成螺旋樁槽形，同時從鑽杆中心注入清水，直至鑽杆升至地面，清水也灌滿螺紋樁槽；(4) 將鑽杆移位至下一樁孔；( 在樁槽中插入鋼筋籠；(6)將砼灌注管插入鋼筋籠內；(7)啟動振動器，振實樁孔底部虛土； (8)開始灌注砼，一邊灌注砼，一邊提升灌注管，一邊振動； (9)成樁終結，移位開始下一個樁孔；本實用新型不但使原有操作大為簡便，成樁質量好， 縮短了施工周期，提高了施工效率，且大大地降低了施工成本。但是，專利號為89215780. 1的擠密成孔鑽具和專利申請號為2006100400 . 3螺
紋灌注樁的成樁方法，其製作出的樁身只能呈單一柱狀，即樁身的截面不變，其對提高樁身的承載能力的幅度不大。
發明內容本實用新型的目的是提供一種擠密鑽具，採用此擠密鑽具和此成樁方法製作的樁體為變截面擠密螺紋樁，樁體承載力大。為了達到上述目的，本實用新型的擠密鑽具，包括內鑽杆和外鑽杆，外鑽杆上有螺旋狀旋翼，內鑽杆下端有螺旋狀旋翼，外鑽杆上的螺旋狀旋翼與內鑽杆下端的螺旋狀旋翼的螺距相等，外鑽杆和內鑽杆的螺旋狀旋翼上都安裝有擴刀頭，擴刀頭與螺旋狀旋翼通過銷軸活動連接，其特徵在於外鑽杆套在內鑽杆外部，內鑽杆上端有外花鍵，外鑽杆上有內花鍵，外鑽杆的內花鍵與內鑽杆的外花鍵相配合，內鑽杆上端的外花鍵與外鑽杆的內花鍵的周向間隙大於或等於一個花鍵齒寬，外鑽杆的內花鍵的每個鍵齒下端有一軸向擋塊，軸向擋塊與相鄰的一個鍵齒的距離大於或等於一個鍵齒寬。所述的擠密鑽具，其特徵在於內鑽杆前端有錐形的粗牙螺紋。內鑽杆前端的粗牙螺紋，向下鑽進時可初次對土體進行擠密。因為外鑽杆套在內鑽杆外部，內鑽杆上端有外花鍵，外鑽杆上有內花鍵，外鑽杆的內花鍵與內鑽杆的外花鍵相配合，內鑽杆上端的外花鍵與外鑽杆的內花鍵的周向間隙大於或等於一個花鍵齒寬，外鑽杆的內花鍵的每個鍵齒下端有一軸向擋塊，軸向擋塊與相鄰的一個鍵的距離大於或等於一個鍵齒寬。當整個樁體成樁過程中，反向迴轉並提升內鑽杆，提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆上螺旋狀旋翼螺距的乘積時，形成的變截面擠密樁下段和上段外側都有側螺紋；當整個樁體成樁過程中，內鑽杆正向迴轉和提升，提升速度小於迴轉轉速與內鑽杆上螺旋狀旋翼螺距的乘積，至與外鑽杆的內花鍵結合時，改為反向迴轉並提升， 提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆上螺旋狀旋翼螺距的乘積，形成的變截面擠密樁體下段外側無螺紋，而上段外側則有螺紋；當整個樁體成樁過程中，內鑽杆正向迴轉和提升至與外鑽杆的內花鍵結合時，改為反向迴轉並提升，提升速度小於迴轉轉速與內鑽杆上螺旋狀旋翼螺距的乘積，形成的變截面擠密樁體下段外側和上段外側都無側螺紋；當在樁體下段成樁時，提升速度小於迴轉轉速與內鑽杆上螺旋狀旋翼螺距的乘積時，並且內鑽杆反向迴轉一段後再改為正向迴轉提升，形成的變截面擠密樁樁體下段直徑大、上段直徑小的無螺紋樁體。本實用新型採用變截面擠密螺紋樁成樁方法，其特徵在於①、樁機就位將樁機擠密鑽具的內鑽杆對準要成樁的位置；②、樁體上段成孔樁機內鑽杆正向迴轉向下鑽進，內鑽杆下段完全鑽進後，隨即與外鑽杆同時向下鑽進，至上段孔的設計深後暫停迴轉；③、內鑽杆與外鑽杆軸向分離向上提升內鑽杆大於0. 1米以上，反向迴轉內鑽杆大於其外花鍵的一個鍵齒所對應的圓心角，使內鑽杆的外花鍵與外鑽杆的內花鍵軸向分離，下降內鑽杆至原鑽孔的深度，此時外鑽杆停留在上段大直徑樁孔處；④、樁體下段成孔內鑽杆正向迴轉繼續向下鑽進，直到設計樁深度，形成擠密變截面的下段柱狀裸孔；⑤、提升擠壓成樁反向迴轉並提升內鑽杆，在內鑽杆提升至其外花鍵與外鑽杆的內花鍵結合時，內鑽杆與外鑽杆同時反向迴轉並提升，提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆上螺旋狀旋翼螺距的乘積，此時，在反向迴轉和提升的作用力下，外鑽杆上的螺旋狀旋翼的擴刀頭的切點與土體摩擦，呈一開合角度自動張開，擴刀頭呈螺旋形式擠壓土體形成螺紋，在內鑽杆初始提升和反向迴轉的同時，直至樁設計標高段均由樁機的內鑽杆內及時地連續泵送混凝土充填成樁，形成的變截面擠密樁樁體下段和上段外側都有側螺紋，並且樁體上段直徑大，樁體下段直徑小。根據工程實踐和受力分析，變截面擠密螺紋樁既改變了樁體的結構，又適應了附加應力隨深度遞減的特點，樁體上段所受應力最大，樁體下段所受應力漸小的原理，將樁體設計為變截面的上大下小形式，並利用樁體不同截面的土體擠密，使樁體與樁周擠密的土共同受力，形成複合地基，其滾壓擠密形成的側螺紋可增加樁體的粗糙度，加大樁體的側摩阻力，同時，由於樁體下段採用小截面樁體結構，相對容易鑽入堅硬的地層和減少樁的混凝土材料用量，達到既能提高樁的承載力，減少樁體和複合地基的沉降率，又能降低工程造價的目的，以滿足高速鐵路、高速公路及各種建築對地基承載力和地基沉降的要求；同時，樁體下段的小截面樁體結構更適應較為堅硬的黏土和北方地區的溼陷性黃土地層，其地層的適用範圍較廣。施工成樁時混凝土出口與擠密螺紋段的距離較小，成樁時受地下水的影響亦較小，質量更有保證。所述的變截面擠密螺紋樁成樁方法，其特徵在於提升擠壓成樁時，反向迴轉並提升內鑽杆，提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆上螺旋狀旋翼螺距的乘積。由於內鑽杆前端具有錐形的粗牙螺紋，向下鑽進時可初次對土體進行擠密，鑽進至設計井深；反向迴轉提升時，內鑽杆上的螺旋狀旋翼的擴刀頭的切點與土體摩擦，呈一開合角度自動張開，擴刀頭呈螺旋形式二次擠壓土體並形成螺紋，形成的變截面擠密樁樁體下段外側有側螺紋，變截面擠密樁樁體下段和樁體上段外側都有側螺紋，其承載能力更大。本實用新型採用此擠密鑽具和此成樁方法製作的樁體為變截面擠密螺紋樁，樁體承載力大。

圖1是採用本實用新型變截面擠密螺紋樁成樁方法所成的樁體上下兩段都有側螺紋的樁體示意圖。圖2是樁體上段有側螺紋樁體下段無側螺紋的樁體示意圖。圖3是樁體上下兩段都無螺紋的樁體示意圖。圖4是樁體上段直徑小樁體下段直徑大的無螺紋的樁體示意圖。圖5是樁機內鑽杆對準要成樁位置的示意圖。圖6是樁體上段成孔的示意圖。圖7是樁體下段成孔的示意圖。圖8是樁體下段成樁的示意圖。圖9是樁體上段成樁的示意圖。圖10是樁體完成後的示意圖。圖11是內鑽杆反向迴轉的示意圖。圖12是內鑽杆反向迴轉並提升的示意圖。圖13是內鑽杆正向迴轉提升的示意圖。圖14是完成後的樁體上段直徑小樁體下段直徑大的無螺紋樁體示意圖。圖15是擠密鑽具的結構示意圖。圖16是圖15的軸向截面示意圖。圖17是外鑽杆的結構示意圖。圖18是圖17的軸向截面示意圖。圖19是內鑽杆的結構示意圖。
具體實施方式
圖1標記的說明樁體上段1，樁體下段2，側螺紋3。圖4標記的說明擠密鑽具4。圖15標記的說明外鑽杆5，內鑽杆6。[0042]圖16標記的說明螺旋狀旋翼7，銷軸8，擴刀頭9。圖17標記的說明內花鍵10，擋塊11。圖19標記的說明外花鍵12，砼門13，粗牙螺紋14。本實用新型的變截面擠密螺紋樁成樁方法的實施採用如下工序步驟①、樁機就位將樁機擠密鑽具4的內鑽杆6對準要成樁的位置(參見圖5)；②、樁體上段1成孔樁機內鑽杆6正向迴轉向下鑽進，內鑽杆6下段完全鑽進後， 隨即與外鑽杆5同時向下鑽進，至上段孔的設計深後暫停迴轉(參見圖6)；③、內鑽杆6與內鑽杆6軸向分離向上提升內鑽杆6大於0. 1米以上，砼門13在扭簧的作用力下，處於關閉狀態，反向迴轉內鑽杆6大於其外花鍵12的一個鍵齒所對應的圓心角，即大於40度，使內鑽杆6的外花鍵12與外鑽杆5的內花鍵10軸向分離，下降內鑽杆6至原鑽孔的深度，此時外鑽杆5停留在上段大直徑樁孔處(參見圖7)；④、樁體下段2成孔內鑽杆6正向迴轉繼續向下鑽進，直到設計樁深度，形成擠密變截面的下段柱狀裸孔(參見圖8)；⑤、提升擠壓成樁反向迴轉並提升內鑽杆6，提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆6 上螺旋狀旋翼7螺距的乘積，此時，內鑽杆6上的螺旋狀旋翼7上安裝的擴刀頭9的切點與土體摩擦，呈一開合角度自動張開，擴刀頭9呈螺旋形式擠壓土體形成下段螺紋3，在反向提升和迴轉的同時，由內鑽杆內及時地連續泵送混凝土對擠密成型的空間進行充填，當提升至大截面段時，內鑽杆6的花鍵進入外鑽杆5的內花鍵，帶動外鑽杆一起反向迴轉和提升，使外鑽杆5上的螺旋狀旋翼7上安裝的擴刀頭9的切點與土體摩擦，呈一開合角度自動張開，擴刀頭9呈螺旋形式擠壓土體形成螺紋，由於混凝土是在提升狀態下連續泵送進行的而充填成樁，形成的變截面擠密樁樁體上段1外側有側螺紋3 (參見圖9)，並且樁體上段 1直徑大，樁體下段2直徑小(參見圖10)。 當整個樁體成樁過程中，反向迴轉並提升內鑽杆6，提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆6上螺旋狀旋翼7螺距的乘積時，形成的變截面擠密樁下段和上段外側都有側螺紋(參見圖1);當整個樁體成樁過程中，內鑽杆6正向迴轉和提升，提升速度小於迴轉轉速與內鑽杆 6上螺旋狀旋翼7螺距的乘積，至與外鑽杆5的內花鍵10結合時，改為反向迴轉並提升，提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆6上螺旋狀旋翼7螺距的乘積，形成的變截面擠密樁體下段外側無螺紋，而上段外側則有螺紋(參見圖2)；當整個樁體成樁過程中，內鑽杆6正向迴轉和提升至與外鑽杆5的內花鍵10結合時，改為反向迴轉並提升，提升速度小於迴轉轉速與內鑽杆6上螺旋狀旋翼7螺距的乘積，形成的變截面擠密樁體下段和上段外側都無側螺紋 (參見圖3)；當在樁體下段成樁時，提升速度不等於迴轉轉速與內鑽杆6上螺旋狀旋翼7螺距的乘積時，並且內鑽杆6反向迴轉一段後再改為正向迴轉提升，形成的變截面擠密樁樁體下段直徑大、上段直徑小的無螺紋樁體(參見圖4)。 根據工程實踐和受力分析，變截面擠密螺紋樁既改變了樁體的結構，又適應了附加應力隨深度遞減的特點，樁體上段1所受應力最大，樁體下段2所受應力漸小的原理，將樁體設計為變截面的上大下小形式，並利用樁體不同截面的樁體擠密，使樁體與樁周土共同受力，形成複合地基，其滾壓擠密形成的側螺紋3可增加樁體的粗糙度，加大樁體的側摩阻力，同時，由於樁體下段2採用小截面樁體結構，減少樁的混凝土材料用量，達到既能提高樁承載力，減少樁體和複合地基的沉降率，又能降低工程造價的目的，以滿足高速鐵路、高速公路及各種建築對地基承載力和沉降的要求；同時，樁體下段2的小截面樁體結構更適應較為堅硬的黏土和北方地區的溼陷性黃土地層，其地層的適用範圍較廣。提升擠壓成樁時，反向迴轉並提升內鑽杆6，提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆6上螺旋狀旋翼7螺距的乘積，此時，內鑽杆6上的螺旋狀旋翼7的擴刀頭9的切點與土體摩擦，在反向迴轉和提升的作用力下，呈一開合角度自動張開，擴刀頭9呈螺旋形式擠壓土體形成螺紋，形成的變截面擠密樁樁體下段2外側有側螺紋3，變截面擠密樁樁體下段2和樁體上段1外側都有側螺紋3 (參見圖1和圖10)，其承載能力更大。參見圖15，本實用新型的擠密鑽具4，包括內鑽杆6和外鑽杆5，外鑽杆5上有螺旋狀旋翼7(參見圖16)，內鑽杆6下端有螺旋狀旋翼7，外鑽杆5上的螺旋狀旋翼7與內鑽杆 6下端的螺旋狀旋翼7的螺距相等，外鑽杆5和內鑽杆6的螺旋狀旋翼7上都安裝有擴刀頭9，擴刀頭9與螺旋狀旋翼7通過銷軸8活動連接，外鑽杆5套在內鑽杆6外部，內鑽杆6 上端有外花鍵12 (參見圖19)，外鑽杆5上有內花鍵10 (參見圖17)，外鑽杆5的內花鍵10 與內鑽杆6的外花鍵12相配合，內鑽杆6上端的外花鍵12與外鑽杆5的內花鍵10的周向間隙大於或等於一個花鍵齒寬，外鑽杆5的內花鍵10的每個鍵齒下端有一軸向擋塊11，軸向擋塊11與相鄰的一個鍵齒的距離大於或等於一個鍵齒寬。內鑽杆6為中空杆，其下端開有砼門13，內鑽杆6最下端安裝有錐形的粗牙螺紋14，粗牙螺紋14由耐磨材料製作，粗牙螺紋14用來直接切削地基，在內鑽杆6被提升過程中，混凝土從其中被泵入而從砼門13注出，以形成樁體。本實用新型的擠密鑽具4，外鑽杆5上的內花鍵10和外鑽杆5的內花鍵10都是三個鍵齒，每個鍵齒所對應的圓心角為40度，軸向擋塊11與相鄰的一個鍵的距離所對應的圓心角為40度。因為外鑽杆5套在內鑽杆6外部，內鑽杆6上端有外花鍵12，外鑽杆5上有內花鍵 10，外鑽杆5的內花鍵10與內鑽杆6的外花鍵12相配合，內鑽杆6上端的外花鍵12與外鑽杆5的內花鍵10的周向間隙大於或等於一個花鍵齒寬，外鑽杆5的內花鍵10的每個鍵齒下端有一軸向擋塊11，軸向擋塊11與相鄰的一個鍵的距離大於或等於一個鍵齒寬，當提升擠壓成樁時，反向迴轉並提升內鑽杆6，提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆6上螺旋狀旋翼 7螺距的乘積時，形成的變截面擠密樁外側有側螺紋3 ；當只是在樁體下段2成樁提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆6上螺旋狀旋翼7螺距的乘積時，形成的變截面擠密樁只有樁體下段2外側有側螺紋3 ；當整個樁體成樁過程中，提升速度等於迴轉轉速與內鑽杆6上螺旋狀旋翼7螺距的乘積時，形成的變截面擠密樁樁體上段1和樁體下段2外側都有側螺紋3(參見圖1);當整個樁體成樁過程中，內鑽杆6正向迴轉和提升，形成的變截面擠密樁樁體上段 1和樁體下段2外側都無側螺紋3 (參見圖3)；當在樁體下段2成樁時，提升速度不等於迴轉轉速與內鑽杆6上螺旋狀旋翼7螺距的乘積時(參見圖11、圖12、圖13)，並且內鑽杆6反向迴轉一段後再正向迴轉提升，形成的變截面擠密樁樁體下段2直徑大樁體上段1直徑小 (參見圖4和圖14)。本實用新型採用此擠密鑽具4和此成樁方法製作的樁體為變截面擠密螺紋樁，樁體承載力大，它的推廣運用，對提高地基處理質量，節約施工材料、節約生產成本有著積極的意義。
權利要求1.擠密鑽具，包括內鑽杆和外鑽杆，外鑽杆上有螺旋狀旋翼，內鑽杆下端有螺旋狀旋翼，外鑽杆上的螺旋狀旋翼與內鑽杆下端的螺旋狀旋翼的螺距相等，外鑽杆和內鑽杆的螺旋狀旋翼上都安裝有擴刀頭，擴刀頭與螺旋狀旋翼通過銷軸活動連接，其特徵在於外鑽杆套在內鑽杆外部，內鑽杆上端有外花鍵，外鑽杆上有內花鍵，外鑽杆的內花鍵與內鑽杆的外花鍵相配合，內鑽杆上端的外花鍵與外鑽杆的內花鍵的周向間隙大於或等於一個花鍵齒寬，外鑽杆的內花鍵的每個鍵齒下端有一軸向擋塊，軸向擋塊與相鄰的一個鍵齒的距離大於或等於一個鍵齒寬。
2.根據權利要求2所述的擠密鑽具，其特徵在於內鑽杆前端有錐形的粗牙螺紋。
專利摘要擠密鑽具，包括內鑽杆和外鑽杆，外鑽杆上有螺旋狀旋翼，內鑽杆下端有螺旋狀旋翼，外鑽杆上的螺旋狀旋翼與內鑽杆下端的螺旋狀旋翼的螺距相等，外鑽杆和內鑽杆的螺旋狀旋翼上都安裝有擴刀頭，擴刀頭與螺旋狀旋翼通過銷軸活動連接，其特徵在於外鑽杆套在內鑽杆外部，內鑽杆上端有外花鍵，外鑽杆上有內花鍵，外鑽杆的內花鍵與內鑽杆的外花鍵相配合，內鑽杆上端的外花鍵與外鑽杆的內花鍵的周向間隙大於或等於一個花鍵齒寬，外鑽杆的內花鍵的每個鍵齒下端有一軸向擋塊，軸向擋塊與相鄰的一個鍵齒的距離大於或等於一個鍵齒寬。採用此擠密鑽具製作的樁體為變截面擠密螺紋樁，樁體承載力大。
文檔編號E21B17/22GK202055749SQ20112012611
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者李斌, 潘紅濤, 王相民, 袁德順, 郭克誠, 陳保安 申請人:武漢高鐵樁工科技有限公司