变径搅拌桩机及其成桩施工方法、钻杆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及搅拌桩技术领域，特别是涉及一种变径搅拌桩机及其成桩施工方法、钻杆。
【背景技术】
[0002]建筑基础工程中的软土地基处理是保证工程质量的关键环节，并在工程总价中占有较大比例。大量工程实践表明，水泥土搅拌桩法具有施工简单、快速、振动小等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制沉降量。水泥土搅拌桩现己发展成一种常用的软弱地基处理方法，主要适用于加固饱和软粘土地基。其具体是使用搅拌桩机将水泥(或石灰)等固化剂泵入软土中，并通过搅拌桩机的搅拌叶片就地将软土和固化剂搅拌，使固化剂与软土间混合，产生一系列的物理和化学反应，硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥土搅拌桩，这种水泥土搅拌桩与桩周的泥土一起组成的复合地基具有较高的承载力，减少地基沉降。
[0003]现有的常规搅拌桩机一般为单钻杆搅拌桩机，叶片搅拌时产生的剪切力大，搅拌桩施工对桩周土体的扰动大，存在搅拌方向单一、地面冒浆、搅拌不够均匀，钻杆容易进浆堵塞、成桩质量差，成桩效率低下等问题。专利公开号CN1632233A公开了一种“双向搅拌桩的成桩操作方法”，提出一种双向搅拌桩的成桩方法，该方法采用同轴正反方向的内钻杆和外钻杆同时搅拌，保证水泥浆在桩体内搅拌均匀，避免出现地面冒浆的问题，而且可提高成桩质量和效率。但是该方法的施工工艺只能形成一种桩径的水泥土搅拌桩，但是很多地基存在不同质地的土层，而不同土层的原始承载力也不一样，需要不同桩径的水泥土搅拌桩，如果全部按照小桩径进行施工，则水泥土搅拌桩的强度不够；如果全部按照大桩径施工，则大量浪费固化剂，成本增大。专利公开号CN102808408A公开了 “一种双向变径搅拌桩机及其成桩施工方法”，其搅拌浆叶具有固定叶片和活动叶片，通过改变内钻杆和外钻杆的转动方向打开活动叶片，从而实现变径。但是该变径搅拌桩机仍然存在着以下问题:(I)存在着改变转动方向后，活动叶片未打开或者未完全打开，未按照设计要求完成变桩径施工，或者施工质量差；(2)只能实现两种桩径，不能实现无级变径。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本发明的目的是提供一种能够确保叶片打开和/或收缩，完成变桩径施工的钻杆、变径搅拌桩机及其成桩施工方法。
[0006]( 二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供一种变径搅拌桩机，包括:机座、塔架、搅拌头和升降机构，所述塔架固定在所述机座上；所述搅拌头通过所述升降机构吊装在所述塔架上，所述升降机构带动所述搅拌头上下移动；所述搅拌头包括钻杆、转动驱动机构和伸缩机构，所述钻杆包括外管和内管，所述内管空套在所述外管中，且所述内管的前部穿出所述外管；所述内管的前部设有喷浆口 ；所述外管设有外管辐圈；所述内管的前部设有内管辐圈；所述内管前部还设有可滑动的过渡套，且位于所述外管辐圈与所述内管辐圈之间；所述过渡套设有可相对转动的上辐圈和下辐圈；所述外管辐圈与上辐圈之间及所述内管辐圈与下辐圈之间均铰接安装至少一组搅拌叶组，每组所述搅拌叶组包括至少一个搅拌叶；所述搅拌叶包括通过铰链相铰接的第一叶片和第二叶片；所述转动驱动机构分别与所述外管及内管连接，用于带动所述外管和内管正反转动或者同向转动；所述伸缩机构用于驱动所述内管和所述外管沿轴向相对移动。
[0008]其中，所述外管辐圈与上辐圈之间铰接安装有多组所述搅拌叶组，任意相邻的两组所述搅拌叶组之间通过一个上滑动辐圈相铰接，所述上滑动辐圈可滑动地安装在所述内管的外壁；所述内管辐圈与下辐圈之间铰接安装有多组所述搅拌叶组，任意相邻的两组所述搅拌叶组之间通过一个下滑动辐圈相铰接，所述下滑动辐圈可滑动地安装在所述内管的外壁。
[0009]其中，所述外管辐圈与上辐圈之间安装的所述搅拌叶组数量与所述内管辐圈与下辐圈之间安装的所述搅拌叶组数量相同。
[0010]其中，每组所述搅拌叶组包括的所述搅拌叶为多个，多个所述搅拌叶均沿所述内管辐圈和外管辐圈的周向均匀排列。
[0011]其中，所述钻杆还包括外管头座和内管头座，所述外管与所述外管头座可转动地连接，所述内管与所述内管头座可转动地连接；所述伸缩机构带动所述内管头座和外管头座相对移动，使所述内管和所述外管沿轴向相对移动。
[0012]其中，所述伸缩机构包括伸缩缸，所述伸缩缸安装在所述外管头座和内管头座之间，所述伸缩缸的活塞杆与所述外管相平行，所述伸缩缸驱动所述内管头座与外管头座沿所述外管轴向移动。
[0013]其中，所述外管头座上设有导向杆，所述内管头座与所述导向杆可滑动地套接。
[0014]其中，所述外管头座上设有导向杆，所述内管头座与所述导向杆可滑动地套接；所述伸缩机构包括电动葫芦，所述电动葫芦安装导向杆的顶端，带动所述内管头座沿导向杆移动。
[0015]其中，所述伸缩机构包括导向轨、滚轴直线滑轨和滚轴驱动电机，所述导向轨安装在所述外管头座上，所述内管头座与所述导向轨可滑动地套接；所述滚轴直线滑轨与所述导向轨相平行安装，所述内管头座与所述滚轴直线滑轨的滑块相连接，所述滚轴驱动电机与滚轴直线滑轨的螺纹轴相连接。
[0016]本发明还提供一种成桩施工方法，包括以下步骤:
[0017]S1:将需要施工的场地平整；
[0018]S2:将上述任一项所述的变径搅拌桩机运输到待施工场地，按设定桩位定位并对中，内管与送浆泵相连接；
[0019]S3:启动转动驱动机构,使外管和内管正反转动或者同向转动,启动升降机构使搅拌头沿塔架下降，钻杆开始下沉搅拌，在下沉搅拌的过程中，根据设计要求，不启动伸缩机构，或者一次启动伸缩机构带动内管和外管沿轴向相对移动，或者多次启动伸缩机构带动内管和外管沿轴向相对移动，或者启动伸缩机构在下沉搅拌的同时带动内管和外管沿轴向相对移动，下沉搅拌到设计深度；
[0020]S4:到达设计深度后，改变升降机构的工作方向，实现钻杆提升搅拌，在提升搅拌过程中，根据设计要求，不启动伸缩机构，或者一次启动伸缩机构使内管和外管沿轴向相对移动，或者多次启动伸缩机构带动内管和外管沿轴向相对移动，或者启动伸缩机构在提升搅拌的同时带动内管和外管沿轴向相对移动；
[0021]S5:待钻杆提升到地表后，整机移位到下一根粧的指定粧位，重复以上的每步操作，完成下一根搅拌桩；或者至少一次重复步骤S3和S4后，待钻杆提升到地表后，整机移位到下一根桩的指定桩位，重复以上的每步操作，完成下一根搅拌桩；
[0022]其中，在步骤S3和/或步骤S4中开启送浆泵，向土体喷固化剂。
[0023]进一步的，在所述步骤S2与步骤S3之间还包括步骤S21:根据设计要求，启动伸缩机构，带动内管和外管相对移动，预先调节初始搅拌桩径。
[0024]进一步的，在所述步骤S2与步骤S21之间还包括步骤S20:在所述步骤S2与步骤S21之间还包括步骤S20:启动升降机构，使钻杆自然下沉到桩体开始处；在步骤S4与步骤S5之间还包括步骤S40:在桩体开始处关闭转动驱动机构，钻杆继续自然提升。
[0025]进一步的，所述转动驱动机构带动所述内管和外管正反同速转动。
[0026]本发明还提供一种钻杆，包括:外管和内管，所述内管空套在所述外管中，且所述内管的前部穿出所述外管；所述内管的前部设有喷浆口 ；所述外管设有外管辐圈；所述内管的前部设有内管辐圈；所述内管前部还设有可滑动的过渡套，且位于所述外管辐圈与所述内管辐圈之间；所述过渡套设有可相对转动的上辐圈和下辐圈；所述外管辐圈与上辐圈之间及所述内管辐圈与下辐圈之间均铰接安装至少一组搅拌叶组，每组所述搅拌叶组包括至少一个搅拌叶；所述搅拌叶包括通过铰链相铰接的第一叶片和第二叶片。
[0027]进一步的，所述外管辐圈与上辐圈之间铰接安装有多组所述搅拌叶组，任意相邻的两组所述搅拌叶组之间通过一个上滑动辐圈相铰接，所述上滑动辐圈可滑动地安装在所述内管的外壁；所述内管辐圈与下辐圈之间铰接安装有多组所述搅拌叶组，任意相邻的两组所述搅拌叶组之间通过一个下滑动辐圈相铰接，所述下滑动辐圈可滑动地安装在所述内管的外壁。
[0028](三)有益效果
[0029]本发明提供的变径搅拌桩机及其成桩施工方法，搅拌叶包括通过铰链连接的第一叶片和第二叶片，使用伸缩机构驱动内管和外管沿轴向相对移动，调节搅拌叶的搅拌直径(半径)，形成变径搅拌桩，使用伸缩机构进行调节，确保搅拌叶打开或者收缩，保证在成桩操作过程中按照设计要求进行变径，提高