本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种挤排土复合钻具以及CFG挤排土桩。
背景技术：
目前，在建筑物或铁路、公路软基处理中，需要进行处理的地基土的范围内场地土类型由浅到深根据等效剪切波速值变化规律基本划分为软弱场地土、中软场地土、中硬场地土、坚硬场地土。根据场地土软硬程度可以把地基土简单划分为挤土区(软弱场地土、中软场地土，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。该工法使用钻具参数为：钻具挤土比为：0.27～0.45，平均值为：0.34(钻具中芯管外直径与钻具直径之比)，螺径比：0.50～0.90，平均值为：0.69，(钻具螺距与钻具直径之比),螺旋叶片宽度偏大，螺旋叶片厚度偏薄，该螺旋叶片功能主要是旋排土。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。该设备钻具与常规长螺旋不同，钻具挤土比为：0.6～0.75平均值为：0.68(钻具中芯管外直径与钻具直径之比)，螺径比：0.66～1.00，平均值为：0.79，(钻具螺距与钻具直径之比),螺牙宽度偏小，螺牙厚度较厚，该螺旋叶片功能不是旋排土，而是旋挤土。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。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，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。
技术实现要素：
本实用新型是为解决上述钻具功能单一性造成的不良影响而提出的，目的在于提供一种用于地基处理的挤排土复合钻具。通过该复合钻具施工，挤土、排土同时俱进，并可一次性完成成孔和砼压灌成桩，实现了工效的提高，单桩承载力的提高，同时降低了成本，缩短了工期。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
第一方面，本实用新型提供一种挤排土复合钻具，其包括：动力机构、挤土钻具、排土钻具和钻头，所述挤土钻具与所述排土钻具自上而下一体连接以构成钻具主体，所述动力机构通过第一联动装置与所述挤土钻具的上端连接，所述钻头与所述排土钻具的下端连接，所述钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，所述钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减少，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布。
作为一种优选的技术方案，所述动力机构包括：电机设备和/或液压驱动设备。
作为一种优选的技术方案，所述中芯管的内径为等直径设置。
作为一种优选的技术方案，所述钻头上设有出料口，所述出料口与所述中芯管的内部管道连通。
作为一种优选的技术方案，所述中芯管的外径不大于所述螺旋叶片外轮廓的直径。
作为一种优选的技术方案，所述挤土钻具的上端具有光杆段，所述光杆段的顶部通过第一联动装置与所述动力机构连接。
作为一种优选的技术方案，所述挤土钻具中的中芯管外直径与钻具主体直径之比由下至上逐渐变大，其中，定义该比值为所述挤土钻具的挤土比，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。
作为一种优选的技术方案，所述排土钻具中的中芯管外直径与钻具主体直径之比由下至上逐渐变大，且定义该比值为挤土比，所述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以一定值。
第二方面，本实用新型还提供一种根据所述的挤排土复合钻具以制备的CFG挤排土桩，所述CFG挤排土桩桩身直径由下而上为等径，横截面为圆形。
第三方面，本实用新型还提供一种根据所述的挤排土复合钻具以制备CFG挤排土桩的方法，其包括如下步骤：
采用所述挤排土复合钻具施工时，通过动力机构带动挤土钻具、排土钻具同步旋转，带动钻头向下钻进成孔，此时根据场地土情况结合钻具匹配不同，成孔工艺分两种情况：
第一种，场地土以中硬场地土为主，工法采用以排土为主，挤土为辅的原则，挤排土复合钻具匹配为以排土钻具为主导，挤土钻具配合：
其中，排土钻具的长度为待处理中硬场地土厚度，排土钻具的挤土比宜选用一定值；挤土钻具的长度或挤土比变化程度，视待处理软弱、中软场地土密实度及钻机动力机构输出扭矩大小而定；挤土钻具的上端具有光杆段，光杆段的挤土比为1.0，光杆段及挤土钻具有叶片段的长度其和应大于处理软弱、中软场地土厚度；
其中，成孔采取以置换方式钻进，排土钻具预先在软弱、中软场地土钻进成孔，一部分桩排土由排土钻具螺旋叶片旋排至孔口，但随着挤土钻具跟进，排土量逐步变小至孔口被封，此时排土钻具螺旋叶片把中硬场地土孔内土继续往孔上部挤土区旋排，土在挤土区旋排过程中随挤土钻具螺旋叶片由大变小，中芯管外直径由细变粗过程中，被均匀且又有针对性适量挤压、挤扩消纳于软弱、中软场地土孔壁内，使孔壁侧摩阻力增强，待挤土钻具、排土钻具都达到设计深度后，然后停钻，一边向中芯管中压灌砼，一边提升动力机构带动挤排土复合钻具同步提升，直到压灌砼成桩至设计标高；
其中，挤排土复合钻具在钻进过程中，成孔后桩弃土一部分旋附于钻杆螺旋叶片中，一部分旋排于孔口边，一部分被挤压、挤扩消纳于挤土区孔壁内；
第二种，场地土以软弱、中软场地土为主，工法全部采用挤土，排土也为挤土服务的原则，挤排土复合钻具匹配为挤土钻具为主导，排土钻具配合：
其中，排土钻具的长度为待处理中硬场地土厚度，排土钻具的挤土比选用渐变值，挤土钻具的长度或挤土比变化程度，视要处理软弱、中软场地土密实度及钻机动力机构输出扭矩大小而定，挤土钻具的上端具有光杆段，光杆段的挤土比为1.0，光杆段及挤土钻具有叶片段的长度其和应大于处理软弱、中软场地土厚度；
其中，成孔钻进采取大扭矩、缓速下钻方式，钻具预先在软弱、中软场地土旋拧钻进，钻头未进入中硬场地土之前，钻具旋挤于土中，钻具周边土被挤压、挤扩，钻具光杆段进入孔中若干后，将孔口封住，孔口不能出土，此时钻具转速逐步变快，钻头破土钻进，排土钻具旋排土，同时挤土钻具把旋排土进行旋挤，当钻头进入中硬场地土之后，排土钻具把中硬场地土孔中土往孔上部旋排，在旋排过程中随螺旋叶片由大变小至无，中芯钻杆管直径由细变粗过程中，旋排土被均匀且又有针对性适量挤压、挤扩消纳于软弱、中软场地土孔壁内，使孔壁侧摩阻力增强，待挤土钻具、排土钻具都达到设计深度后，然后停钻，一边向中芯管中压灌砼，一边提升动力机构带动复合钻具同步提升，直到压灌砼成桩至设计标高；
挤排土复合钻具在钻进过程中，成孔后桩弃土一部分旋附于钻杆螺旋叶片中，大部分被挤压、挤扩消纳于孔壁内。
采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：
一、结构简单，功能齐全，挤、排土功能于一身；
二、旋排土在排过程中被挤压、挤扩消纳于孔壁内，挤压、挤扩具有针对性，使孔壁密实性均衡，侧摩阻力增强，单桩承载力得以提高，减小建筑物的沉降量；
三、在排土区成孔采取了置换工法，土密实性没有被破坏，侧摩阻力及端摩阻力未被折减；在挤土区成孔采取了挤密工法，使桩周土密实性得以加强。
四、挤排土复合钻具在钻进过程中，旋排土在排的过程中被挤压、挤扩，排土、挤土两不误；
五、挤土区、排土区，由相应钻具与这匹配，提高了工效、承载力的同时，降低了成本；
六、挤排土成孔、护壁、压灌砼成桩的全部工序一次完成，速度快、效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的挤排土复合钻具的第一种结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的挤排土复合钻具的第二种结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的CFG挤排土桩的结构示意图；
图4至图6为本实用新型实施例提供的挤排土复合钻具的第一种工艺状态示意图；
图7-10为本实用新型实施例提供的挤排土复合钻具的第二种工艺状态示意图。
图标：1-动力机构；2-挤土钻具；3-排土钻具；4-钻头；5-砼泵；6-桩身；11-第一联动装置；21-光杆段；22-挤土钻杆；23-挤土螺旋叶片；31-排土钻杆；32-排土螺旋叶片。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
实施例一
结合图1至图10所示，本实用新型提供一种挤排土复合钻具，其包括：动力机构1、挤土钻具2、排土钻具3和钻头4，所述挤土钻具2与所述排土钻具3自上而下一体连接以构成钻具主体(其中，挤土钻具2包括光杆段21、挤土钻杆22和其上的挤土螺旋叶片23，排土钻具3包括排土钻杆31和其上的排土螺旋叶片32)，所述动力机构1通过第一联动装置11与所述挤土钻具2的上端连接，所述钻头4与所述排土钻具3的下端连接，所述钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，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。通过该复合钻具施工，挤土、排土同时俱进，并可一次性完成成孔和砼压灌，实现了工效的提高，单桩承载力的提高，同时降低了成本，缩短了工期。
本实施例中，排土钻具3旋转钻进时负责：进尺、往上部旋排土。挤土钻具2同步钻进旋转时负责：挤压、挤扩排土钻具3旋上的土。排土钻具3底端钻头4负责破土、钻进。
其中，上述挤土钻具2中，所述挤土钻具中的中芯管外直径与钻具主体直径(可以理解为钻具主体的最大直径)之比由下至上逐渐变大，其中，定义该比值为所述挤土钻具的挤土比，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。
具体而言，中芯管外直径与钻具直径之比由下至上逐渐变大，最小的挤土比不小于0.6，(注：钻具挤土比不小于0.6的为挤土钻具。)挤土钻具挤土比由下至上逐渐由小到大缓变，最大为1.0(即为光杆段21)。叶片厚度满足强度要求，叶片宽度由下至上逐步变小至无变为光杆段21，选用合适螺径比控制螺距宽度适用边旋排边挤土，中芯管外直径由下至上按一定坡度变粗。钻具挤土比为1.0的为光杆段21，其作用延长挤土钻具，支撑孔侧壁，防止孔壁出现松弛效应。该钻具成孔时以挤土为主。
其中，上述排土钻具3中，所述排土钻具中的中芯管外直径与钻具主体直径(可以理解为钻具主体的最大直径)之比由下至上逐渐变大，且定义该比值为挤土比，所述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以一定值。
具体而言，中芯管外直径与钻具直径之比由下至上逐渐变大,最大挤土比小于0.6。(注：钻具挤土比小于0.6的为排土钻具。)排土钻具挤土比由下至上逐渐由小到大渐变，亦可以为一定值。叶片宽度由下至上逐渐由大到小渐变，亦可以为一定值。叶片厚度满足强度要求，选用合适螺径比控制螺距宽度适用旋土上排。中芯管外直径由下至上按一定坡度变粗，亦可以为一定值。该钻具成孔时以排土为主。
本实施例中，螺旋叶片的具体形式(叶片规格尺寸及螺距)并不局限，可根据实际需要灵活调整，实施时可以选择如下几种方式。
例如：排土钻具螺旋叶片可以采用普通形式的叶片，即，多层螺旋叶片呈螺旋状分布，该螺旋叶片通用性强，结构简单，等厚，制造成本低。螺距根据钻具排土功能选用适合螺径比调整。挤排土复合钻具匹配为以排土钻具为主导，挤土钻具配合，该钻具螺旋叶片整体均可采用普通形式的叶片。
又例如：挤土钻具螺旋叶片也可以采用无缺口牙齿状的叶片，螺旋叶片的外边缘厚度小于内边缘厚度，从外边缘过渡到内边缘的两面均为斜面，土在旋排过程中更有利于挤土。螺距根据钻具边排土边挤土功能选用适合螺径比调整。挤排土复合钻具匹配为挤土钻具为主导，排土钻具配合，该钻具螺旋叶片整体均可采用无缺口牙齿状的叶片。
本实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述动力机构1包括：电机设备和/或液压驱动设备。动力机构1启动后带动挤土钻具2、排土钻具3同步旋转钻进。
本实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述中芯管的内径为等直径设置。优选的，所述中芯管的外径不大于所述螺旋叶片外轮廓的直径。
本实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述钻头4上设有出料口，所述出料口与所述中芯管的内部管道连通。
本实施例中，作为一种进一步的技术方案，所述挤土钻具2的上端具有光杆段，所述光杆段的顶部通过第一联动装置11与所述动力机构1连接。优选的，第一联动装置11可以选用法兰盘(或等多边形接头)。
综上，本实施例具有如下有益效果：
一、结构简单，功能齐全，挤、排土功能于一身；
二、旋排土在排过程中被挤压、挤扩消纳于孔壁内，挤压、挤扩具有针对性，使孔壁密实性均衡，侧摩阻力增强，单桩承载力得以提高，减小建筑物的沉降量；
三、在排土区成孔采取了置换工法，土密实性没有被破坏，侧摩阻力及端摩阻力未被折减；在挤土区成孔采取了挤密工法，使桩周土密实性得以加强。
四、挤排土复合钻具在钻进过程中，旋土在排的过程中被挤压、挤扩，排土、挤土两不误；
五、挤土区、排土区，由相应钻具与这匹配，提高了工效、承载力的同时，降低了成本；
六、挤排土成孔、护壁、压灌砼成桩的全部工序一次完成，速度快、效率高。
实施例二
本实施例提供一种根据实施例一所述挤排土复合钻具制备的CFG挤排土桩，其桩身6，直径由下而上为等径，横截面为圆形。
实施例三
结合图1至图5所示，本实施例还提供一种根据实施例一所述的挤排土复合钻具以制备CFG挤排土桩的方法，其包括如下步骤：
采用所述挤排土复合钻具施工时，通过动力机构1带动挤土钻具2和排土钻具3同步旋转，带动钻头4向下钻进成孔；此时根据场地土情况结合钻具匹配不同，成孔工艺分两种情况：
第一种，场地土以中硬场地土为主，工法采用以排土为主，挤土为辅的原则。复合钻具匹配为排土钻具3为主导，挤土钻具2配合。
排土钻具3的长度为要处理中硬场地土厚度，挤土比例宜选用一定值。挤土钻具2的长度或挤土比变化程度，视要处理软弱、中软场地土密实度及钻机动力机构输出扭矩大小而定。钻具挤土比为1.0的为光杆段21，光杆段21及挤土钻具2有叶片段的长度其和应大于处理软弱、中软场地土厚度。
成孔采取以置换方式钻进，排土钻具3预先在挤土区(软弱、中软场地土)钻进成孔，一部分桩排土由排土钻具3螺旋叶片旋排至孔口，但随着挤土钻具2跟进，排土量逐步变小至孔口被封，此时排土钻具3螺旋叶片把中硬场地土孔内土继续往孔上部挤土区旋排。土在挤土区旋排过程中随挤土钻具2螺旋叶片由大变小，中芯钻杆外直径由细变粗过程中，被均匀且又有针对性适量挤压、挤扩消纳于(软弱、中软场地土)孔壁内，使孔壁侧摩阻力增强。待挤土钻具2、排土钻具3都达到设计深度后，然后停钻，一边向中芯管中压灌砼，一边提升动力机构1带动复合钻具同步提升，直到压灌砼成桩至设计标高。
挤、排土复合钻具在钻进过程中，成孔后桩弃土一部分旋附于钻杆螺旋叶片中，一部分旋排于孔口边，一部分被挤压、挤扩消纳于挤土区孔壁内。
第二种，场地土以软弱、中软场地土为主，工法全部采用挤土，排土也为挤土服务的原则。复合钻具匹配为挤土钻具2为主导，排土钻具3配合。
排土钻具3的长度为要处理中硬场地土厚度，挤土比例宜选用缓变值。挤土钻具2的长度或挤土比变化程度，视要处理软弱、中软场地土密实度及钻机动力机构1输出扭矩大小而定。钻具挤土比为1.0的为光杆段21，光杆段21及挤土钻具2有叶片段的长度其和应大于处理软弱、中软场地土厚度。
成孔钻进采取大扭矩、缓速下钻方式，钻具预先在挤土区(软弱、中软场地土)旋拧钻进，钻头4未进入中硬场地土之前，钻具旋挤于土中，钻具周边土被挤压、挤扩，钻具光杆段21进入孔中若干后，将孔口封住，孔口不能出土。此时钻具转速逐步变快，钻头4破土钻进，排土钻具3旋排土，同时挤土钻具2把旋排土进行旋挤。当钻头4进入中硬场地土之后，排土钻具3把中硬场地土孔中土往孔上部旋排，在旋排过程中随螺旋叶片由大变小至无，中芯钻杆直径由细变粗过程中，旋排土被均匀且又有针对性适量挤压、挤扩消纳于(软弱、中软场地土)孔壁内，使孔壁侧摩阻力增强。待挤土钻具2、排土钻具3都达到设计深度后，然后停钻，一边向中芯管中压灌砼，一边提升动力机构1带动复合钻具同步提升，直到压灌砼成桩至设计标高。
挤、排土复合钻具在钻进过程中，成孔后桩弃土一部分旋附于钻杆螺旋叶片中，大部分被挤压、挤扩消纳于孔壁内。
综上，采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：
一、结构简单，功能齐全，挤、排土功能于一身；
二、旋排土在排过程中被挤压、挤扩消纳于孔壁内，挤压、挤扩具有针对性，使孔壁密实性均衡，侧摩阻力增强，单桩承载力得以提高，减小建筑物的沉降量；
三、在排土区成孔采取了置换工法，土密实性没有被破坏，侧摩阻力及端摩阻力未被折减；在挤土区成孔采取了挤密工法，使桩周土密实性得以加强。
四、挤排土复合钻具在钻进过程中，旋土在排的过程中被挤压、挤扩，排土、挤土两不误；
五、挤土区、排土区，由相应钻具与这匹配，提高了工效、承载力的同时，降低了成本；
六、挤排土成孔、护壁、压灌砼成桩的全部工序一次完成，速度快、效率高。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。