本发明涉及一种水泥土搅拌桩，具体为一种三维掘搅头装置。
背景技术：
软土地基处理方法有多种，其中水泥土搅拌桩技术在最近几十年得到广泛的应用。水泥土搅拌桩技术是利用水泥作为固化剂，通过机械使固化剂与土体进行强制搅拌，然后通过固化剂与土体之间产生的一系列物理化学反应提高被加固土体的强度。水泥土搅拌桩法具有施工简单、快速、基本不振动等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少并控制复合地基沉降。
但我国大量的工程实践表明，传统水泥土搅拌桩应用过程中均发生了不少工程问题，主要表现在地表冒浆、搅拌不彻底、不均匀等原因导致的桩身质量问题，针对该问题，业内发明了双向搅拌头，该发明对上述问题进行了一定程度改善，但由于其双向搅拌叶片跟传统单向搅拌叶片一样进行水平向搅拌，仍易出现冒浆、缩颈，桩身局部搅拌不彻底、不均匀等现象，进而导致出现桩身质量问题。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明克服现有双向搅拌头装置缺陷，提供了一种三维掘搅头装置，使水泥土搅拌桩进行全桩身三维搅拌，拌和更加彻底、均匀，并避免了缩颈及冒浆现象，保证了搅拌桩桩身水泥掺入量，使桩身整体质量得到大范围提高。
为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种三维掘搅头装置由内钻杆、外钻杆、外掘搅片、三维搅拌刀、内掘搅片、钻头组成。其中所述的内钻杆为圆杆，外钻杆为方管、外钻杆中定位套入内钻杆，且内钻杆下端伸出外钻杆，外钻杆设有两对外掘搅片，内钻杆上设有一对三维搅拌刀和一对内掘搅片，内钻杆下端端头接钻头。
进一步的，所述的外掘搅片、三维搅拌刀、内掘搅片及钻头均有耐磨合金制作。
进一步的，所述的三维搅拌刀水平旋转方向与内掘搅片相同，与外掘搅片相反。
进一步的，所述的两对外掘搅片呈十字交叉型设置，即相邻两刀片夹角为90º。一对三维搅拌刀和一对内掘搅片之间的夹角为30º～60º。
进一步的，所述的三维搅拌刀由锥形齿轮系统、密封箱、内轴、外轴、圆柱滚子轴承、密封轴承及八组搅拌刀刀片组成。其中锥形齿轮系统包含一个定锥形齿轮和两个动锥形齿轮，已实现水平向旋转向竖直向旋转的传动切换。
进一步的，所述的定锥形齿轮焊接于外钻杆底端，内钻杆从定锥形齿轮中心穿出，定锥形齿轮与内钻杆采用圆柱滚子轴承连接。所述的动锥形齿轮焊接于外轴一端，外轴另一端密封，然后外轴齿轮端套入内轴，内轴近齿轮端焊接在内钻杆上，内轴与动锥形齿轮及外轴采用两组圆柱滚子轴承连接，同时使动锥形齿轮与定锥形齿轮实现垂直齿合。
进一步的，所述的八组搅拌刀刀片两两对称且均匀焊接在外轴上。
进一步的，所述的密封箱是将锥形齿轮系统进行密封，以防止泥浆及其他杂质影响到锥形齿轮的旋转及齿合，密封箱水平向旋转和内钻杆同步，跟外钻杆相反，故将密封箱用螺丝固定安装在内钻杆，密封箱与外钻杆采用密封轴承连接。三维搅拌刀的外轴与密封箱亦采用密封轴承连接。
进一步的，所述的内掘搅片由导浆管、喷浆口及耐磨合金耙齿组成。其中一对内掘搅片上面均匀设有六个喷浆口，喷浆口朝内钻杆倾斜，与水平向夹角为45º～90º。同时，内掘搅片下面均匀焊接有八个耐磨合金耙齿。
进一步的，所述的内钻杆设置有两个喷气孔，喷气孔连线与内掘搅片在同一平面上且垂直设置。
有益效果：
本发明实现水泥土搅拌桩全桩身三维搅拌，拌和更加彻底、均匀，并避免了缩颈及冒浆现象，保证了搅拌桩桩身水泥掺入量，使桩身整体质量得到大范围提高。
本发明不仅可以保证水泥土搅拌桩的施工质量，避免出现工程质量问题，还可较大幅度地加大水泥土搅拌桩的间距，节约投资，具有一定的经济和社会效益。
附图说明
图1：三维掘搅头装置。
图2：三维掘搅头装置横切面。
图3：三维搅拌刀。
图4：内掘搅片装置。
标号说明：
ⅰ-内钻杆、ⅱ-外钻杆、ⅲ-外掘搅片、ⅳ-三维搅拌刀、v-内掘搅片、ⅵ-钻头。
1-定锥形齿轮、2-动锥形齿轮、3-大圆柱滚子轴承、4-外轴、5-内轴、6-搅拌刀刀片、7-小圆柱滚子轴承、8-密封箱、9-密封轴承、10-固定螺栓、11-导浆管、12-喷浆口、13-耐磨合金耙齿、14-喷气孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明进行详细说明。
参照图1-图4，一种三维掘搅头装置由内钻杆ⅰ、外钻杆ⅱ、外掘搅片ⅲ、三维搅拌刀ⅳ、内掘搅片ⅴ、钻头ⅵ组成。其中所述的内钻杆ⅰ为圆杆，外钻杆ⅱ为方管、外钻杆ⅱ中定位套入内钻杆ⅰ，且内钻杆ⅰ下端伸出外钻杆ⅱ，外钻杆ⅱ设有两对外掘搅片ⅲ，内钻杆ⅰ上设有一对三维搅拌刀ⅳ和一对内掘搅片ⅴ，内钻杆ⅰ下端端头接钻头ⅵ。
进一步的，所述的外掘搅片ⅲ、三维搅拌刀ⅳ、内掘搅片ⅴ及钻头ⅵ均有耐磨合金制作。
进一步的，所述的两对外掘搅片ⅲ与三维搅拌刀ⅳ及内掘搅片ⅴ的水平向旋转方向相反。
进一步的，所述的两对外掘搅片ⅲ呈十字交叉型设置，即相邻两刀片水平夹角为90º。一对三维搅拌刀ⅳ和一对内掘搅片ⅴ之间的水平夹角为30º～60º。
进一步的，所述的三维搅拌刀ⅳ由锥形齿轮系统（1、2）、密封箱8、内轴5、外轴4、圆柱滚子轴承（3、7）、密封轴承9及八组搅拌刀刀片6组成。其中锥形齿轮系统包含一个定锥形齿轮1和两个动锥形齿轮2，已实现水平向旋转向竖直向旋转的传动切换。
进一步的，所述的定锥形齿轮1焊接于外钻杆ⅱ底端，内钻杆ⅰ从定锥形齿轮1中心穿出，定锥形齿轮1与内钻杆ⅰ采用圆柱滚子轴承3连接。所述的动锥形齿轮2焊接于外轴4一端，外轴4另一端密封，然后外轴4齿轮端套入内轴5，内轴5近动锥形齿轮2端焊接在内钻杆ⅰ上，内轴5与动锥形齿轮2及外轴4采用两组圆柱滚子轴承7连接，同时使动锥形齿轮2与定锥形齿轮1实现垂直齿合。
进一步的，所述的八组搅拌刀刀片6两两对称且均匀焊接在外轴上。
进一步的，所述的密封箱8是将锥形齿轮系统进行密封，以防止泥浆及其他杂质影响到锥形齿轮（1、2）的旋转及齿合，密封箱8水平向旋转和内钻杆ⅰ同步，跟外钻杆ⅱ相反，故将密封箱用螺栓10固定安装在内钻杆ⅰ，密封箱8与外钻杆ⅱ采用密封轴承9连接。三维搅拌刀ⅳ的外轴与密封箱8亦采用密封轴承9连接。
进一步的，所述的内掘搅片ⅴ由导浆管11、喷浆口12及耐磨合金耙齿13组成。其中一对内掘搅片ⅴ上面均匀设有六个喷浆口12，喷浆口朝内钻杆ⅰ倾斜，与水平向夹角为45º～90º。同时，内掘搅片ⅴ下面均匀焊接有八个耐磨合金耙齿13。
进一步的，所述的内钻杆ⅰ设置有两个喷气孔14，喷气孔14连线与内掘搅片ⅴ在同一平面上且垂直设置。
工作方式：
该三维掘搅头按以下方式进行工作：
首先通过桩机启动内钻杆ⅰ进行正向旋转，再将整个三维掘搅头向下压入待加固土体直至外钻杆ⅱ上下面一组外掘搅片进入土体，然后启动外钻杆ⅱ进行逆向旋转，同时向内钻杆输浆管中输送水泥浆，同时向内钻杆气管中加气，此时内外钻杆上的掘搅片及三维搅刀对水泥浆和土体进行全方位搅拌，直至设计深度，然后停止水泥浆输送，内外钻杆继续旋转直至桩机将掘搅头提升至地面后停止。
实施例1
在某河堤软土地基处理项目中，采用本发明设备施打水泥土搅拌桩进行软基处理。
对比例1
采用实施例1某河堤软土地基处理项目中其中一块区域，采用双向搅拌头施打水泥土搅拌桩。
实施例1与对比例1中的水泥均采用同一标号且掺量及水灰比一致，施打均采用一喷二搅工艺，即下钻时即搅拌又喷浆，上提时只搅拌，不喷浆。
下面对两种设备施打过程以及施打的水泥土搅拌桩桩身质量进行对比，其中桩身质量对比在成桩龄期28d后进行，采取挖桩检查法及钻孔取芯法进行桩身质量对比。
对比结果如下表所示：
由上表可知，通过使用本发明的掘拌头施打的水泥土搅拌桩桩身质量明显优于现有双向水泥土搅拌桩。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。