本发明涉及建筑基础施工技术领域，具体讲是一种破除废旧实心桩的钻头和利用该钻头破除废旧实心桩并灌注新桩的方法。
背景技术
在工程建设中，经常需要将低矮老破的建筑物拆除，然后在旧场地内建设更高更新的建筑物，这就涉及到场地内废旧桩的拆除及新桩灌注施工的问题。而本申请针对的，是废旧实心桩的破除，当然，这里的实心桩应作广义的理解，它包括了钻孔灌注桩、cfg桩、实心预制桩等。
现有技术的废旧桩的破除施工的过程为：利用带拔桩套管的拔桩机将地基上的废旧管桩拔出，然后对拔桩后残留的桩孔进行扩孔并加深，使其形成更大更深的桩孔，再进行清孔，放入钢筋笼，灌注混凝土，使之形成新的钻孔灌注桩。这样，将旧的、承载力小的管桩拔出，灌注好新的，桩径更大、更深的、承载力更强的钻孔灌注桩。
但现有技术废旧桩改造的方案存在一个巨大的局限，即现有技术仅能处理管桩，一旦涉及到实心的混凝土桩，则现有的技术方案无能为力，这也构成了一个困扰行业内技术人员多年的技术难题。而即便是针对管桩，现有技术的方案也存在较多缺陷，如拔桩机的拔桩套管的长度有限，一般不超过20米，故只能拔出20米深度以内的管桩；而且，对施工单位来说，专门配备一套拔桩设备也是一个不小的成本，若购置，则使用率低不划算，若租用，其租金又很高，而且还必须承担设备转场的费用，故经济效益差，且设备转场费时费力、很难及时送达因而延误工期；况且，上述旧桩拔除和钻取更大更深的钻孔的过程是分步进行的，故施工效率不高。
技术实现要素：
本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能有效破碎实心桩、且效率快、成本低的破除废旧实心桩的钻头。
本发明的一个技术解决方案是，提供一种破除废旧实心桩的钻头，它包括芯轴和挡圈，芯轴顶部设有用于与螺旋钻杆对接的连接部，芯轴和挡圈之间设有多个第一刮板和第二刮板，上述两种刮板的内端与芯轴连接而外端与挡圈连接；每块刮板的底部设有外低内高的底斜边，第一刮板的底斜边设有多个牙轮齿，第二刮板的底斜边设有多个截齿，挡圈的内径大于欲破碎的实心桩的外径，第一刮板最底部的一个牙轮齿下凸出挡圈底环面。
本发明破除废旧实心桩的钻头与现有技术相比，具有以下优点和效果：
下钻前，钻头的挡圈套在欲破碎的实心桩顶部，起初步限位作用，下钻时，牙轮齿能快速有效地破碎实心桩混凝土，并研磨实心桩钢筋笼上的钢筋，将钢筋磨细磨长使其易于铰断，而截齿能进一步破碎实心桩混凝土，并铰断钢筋，同时截齿能钩挂缠绕住断的钢筋，将其带出钻孔；而且，从整体上看，多块的内高外低的刮板共同构成了锥形的切削面，下钻过程中，将实心桩切削成锥形结构，这样，起到稳定导向、确保垂直下钻、防止钻杆偏移的作用；综上，该钻头解决了一直困扰行业内多年的技术难题，即实现了实心桩的破碎清除。况且，本发明的钻头将旧桩清除和新桩成孔两个步骤合二为一、同步进行，加快了施工效率；且旧桩清除的深度不再受到拔桩机的拔桩套管的约束，可以根据需要下钻不同深度，以清除深度超过20米的废旧实心桩；而且，上述旧桩拆除设备是与钻头整合在一起的，故无需另外配备专用的拔桩设备，降低了拔桩设备的持有成本、租赁费用和转场费用，且随用随取，无需像现有技术一样等待专用拔桩设备转场，故避免延误工期；况且，配备了截齿和牙轮齿的钻头切削效率高、成桩效果好，更粗更深，还能入岩，故使得新桩承载力强，满足现代化高楼的需求。当然，本钻头可根据废旧实心桩的桩径大小，从而采用不同大小的钻头规格进行施工。
作为优选，第一刮板的底斜边低于第二刮板的底斜边，这样，第一刮板上的牙轮齿会先一步接触实心桩体，起到主要的破碎混凝土和研磨钢筋的作用，将钢筋磨变形，使钢筋变得细长易于断裂，而第二刮板上的截齿会滞后一定时间接触实心桩体，起到辅助破碎混凝土和铰断钢筋的作用，故牙轮齿和截齿的时间差使得该钻头的破桩过程更具层次感，且牙轮齿先研磨变形，再由截齿铰断并钩挂缠绕，两种钻齿相互配合，设计合理。
作为进一步优选，芯轴可转动套合有外套管，第一刮板内端与外套管固定，第一刮板外端与挡圈固定；外套管管壁上设有与第二刮板一一对应的p形通孔，p形通孔由上部的横向外扩孔和下部的直孔构成，横向外扩孔的高度与第二刮板内端的高度相吻合，直孔宽度与第二刮板内端的宽度相吻合；挡圈内圆周面设有与第二刮板一一对应的p形限位槽，p形限位槽由上部的横向外扩槽和下部的直槽构成，横向外扩槽的高度与第二刮板外端的高度相吻合，直槽宽度与第二刮板外端的宽度相吻合；每块第二刮板穿过对应的p形通孔，第二刮板的内端与芯轴固定，第二刮板的外端卡入对应的p形限位槽内。
上述结构的动作原理为，下钻时，第二刮板两端分别卡在横向外扩孔和横向外扩槽内，第二刮板和截齿处于挡圈内相对较高的位置，这样，截齿和牙轮齿之间在空间的高度差和下钻的时间差，使得牙轮齿先与桩体接触大幅度破碎混凝土并对钢筋进行先期研磨，发挥牙轮齿破岩强度明显比截齿大的优势，再由截齿跟进破碎混凝土并铰断已经被研磨得细长的钢筋；而下钻到一定深度后，反向旋转芯管，使得第二刮板反转至直孔和直槽上方，这样，脱离横向外扩孔和横向外扩槽限制后，芯管会带动第二刮板会下降，使第二刮板两端下降至直孔和直槽底部，即使得第二刮板和截齿处于挡圈内相对低的位置，便于上提钻头时截齿尽可能多的缠绕钩挂住断掉的钢筋，即使得截齿最大化地将断掉的钢筋携带出钻孔；而当钻头被上拔出地面后，在切割掉截齿上缠绕的钢筋的过程中，第二刮板已重新位于直孔和直槽的上端，此时，工人在钻孔口可以方便的手动旋转复位挡圈，使得第二刮板两端重新卡入横向外扩孔和横向外扩槽内，便于重复下钻、反转、上提等步骤。
作为更进一步优选，挡圈上设有多个垫块，垫块下部设有卷边，垫块上部设有螺栓孔，垫块的卷边与挡圈钩挂，垫块上部与挡圈螺接，这样，在挡圈外可拆式的安装了多个垫块，用来保护挡圈，避免挡圈过快磨损，而且，上述的垫块拆装快捷方便，只需要勾住下部的卷边再将其上部螺接就能实现垫块的快速安装，这样，旧垫块磨损后，能方便快捷更换新的垫块。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种能有效破碎实心桩、且效率快、成本低的利用本发明的钻头来破除废旧实心桩并灌注新桩的方法。
本发明的一个技术解决方案是，提供一种利用钻头来破除废旧实心桩并灌注新桩的方法，其步骤包括：
先将欲破碎的实心桩顶部周边土体清除以露出桩顶，驱动钻头下降，使得钻头的挡圈套住实心桩桩顶以初步限位；初始状态下，第二刮板内端位于p形通孔的横向外扩孔内而外端位于p形限位槽的横向外扩槽内，此时，第二刮板及截齿位于挡圈高位；
驱动钻杆向下钻进，由于第二刮板的截齿位于挡圈高位，故第一刮板的牙轮齿先与实心桩接触并破碎桩体的混凝土，同时研磨实心桩钢筋笼上的钢筋，而位于挡圈高位的第二刮板及截齿则跟进破碎实心桩混凝土，同时截齿铰断钢筋笼的钢筋，并将从钢筋笼脱离的钢筋缠绕钩挂；钻头钻进的过程中，钻渣经刮板之间的间隙向上，由钻杆的螺旋叶片带出地面；
下钻一定深度后，反向旋转钻杆及芯轴，使得第二刮板内端从p形通孔的横向外扩孔旋转到直孔上方再下压至直孔底端，同时使得第二刮板内端从p形限位槽的横向外扩槽旋转到直槽上方再下压至直槽的底端，进而使得第二刮板及截齿下降到挡圈低位，然后继续反向旋转几圈，以确保截齿钩挂住更多断裂的钢筋；
再将钻头上提出钻孔口，上提过程中，第二刮板两端会上升到直孔和直槽的上端，然后用气割法切掉缠绕在钻头截齿上的钢筋，并旋转挡圈，使得第二刮板的两端重新卡入横向外扩孔和横向外扩槽内；
继续下钻到一定深度，再反向旋转，使截齿保持低位钩挂钢筋，再上拔清理，并复位挡圈，如此往复，直至将废旧实心桩完全清除，然后继续下钻到新桩的设计深度；此时，旧桩清除和新桩成孔完成；
清孔、沉入钢筋笼并浇筑新桩混凝土。
采用以上步骤后，本发明方法具有以下优点：护筒能套住实心桩桩顶，初步导向，钻进时，各个轮辐式刮板组成锥形切削面，破碎实心桩同时继续提供稳定的导向，保证垂直下钻；下钻时牙轮齿和截齿先后接触并破碎混凝土，层次感强、效率高、破碎彻底；上提时能降低截齿，使其充分钩挂钢筋，最大限度减少孔底钢筋残余，提高后续成桩质量；同步进行废旧实心桩破碎和新桩成孔，进一步加快施工效率；废旧实心桩破碎深度不受限，破碎深度超过20米；无需专门的拔桩设备，节省成本；新桩孔更粗更深，承载力更强。
附图说明
图1是本发明破除废旧实心桩的钻头的截齿低位时的正剖视结构示意图。
图2是本发明破除废旧实心桩的钻头的截齿高位时的正剖视结构示意图。
图3是本发明破除废旧实心桩的钻头的结构示意图。
图4是本发明破除废旧实心桩的钻头的芯轴、连接部和第二刮板的结构示意图。
图5是本发明破除废旧实心桩的钻头的爆炸结构示意图。
图中所示1、芯轴，2、挡圈，3、连接部，4、第一刮板，5、第二刮板，6、螺栓孔，7、底斜边，8、牙轮齿，9、截齿，10、外套管，11、p形通孔，11.1、横向外扩孔，11.2、直孔，12、p形限位槽，12.1、横向外扩槽，12.2、直槽，13、垫块，14、卷边。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明破除废旧实心桩的钻头，它包括芯轴1和挡圈2，芯轴1顶部设有用于与螺旋钻杆对接的连接部3。
芯轴1和挡圈2之间设有多个第一刮板4和第二刮板5，本实施例中的第一刮板4和第二刮板5均为三块。上述的第一刮板4和第二刮板5间隔布设且各个刮板均轮辐式周向均匀分布。
每块刮板的底部设有外低内高的底斜边7，第一刮板4的底斜边7可转动安装有多个牙轮齿8，第二刮板5的底斜边7固定有多个截齿9。挡圈2的内径大于欲破碎的实心桩的外径，第一刮板4最底部的一个牙轮齿8下凸出挡圈2底环面。
上述两种刮板的内端与芯轴1连接而外端与挡圈2连接。上述的连接方式可以是固定，即两种刮板的内端均与芯轴1固定而外端均与挡圈2固定。此时，第一刮板4的底斜边7低于第二刮板5的底斜边7，便于牙轮齿8先破碎桩体而截齿9后续跟进破碎。
刮板与芯轴1及挡圈2的连接也可以采用以下具体结构。
芯轴1可转动套合有外套管10，第一刮板4内端与外套管10固定，第一刮板4外端与挡圈2固定；外套管10管壁上设有与三个第二刮板5一一对应的三个p形通孔11，p形通孔11由上部的横向外扩孔11.1和下部的直孔11.2构成，横向外扩孔11.1的高度与第二刮板5内端的高度相吻合，即横向外扩孔11.1的高度大于或等于第二刮板5内端的高度，直孔11.2宽度与第二刮板5内端的宽度相吻合；即直孔11.2宽度大于或等于第二刮板5内端的宽度。
挡圈2内圆周面设有与第二刮板5一一对应的p形限位槽12，p形限位槽12由上部的横向外扩槽12.1和下部的直槽12.2构成，横向外扩槽12.1的高度大于或等于第二刮板5外端的高度，直槽12.2宽度大于或等于第二刮板5外端的宽度。
每块第二刮板5穿过对应的p形通孔11，第二刮板5的内端与芯轴1固定，第二刮板5的外端卡入对应的p形限位槽12内。
挡圈2上可拆式连接有多个垫块13，具体的说，垫块13下部设有卷边14，垫块13上部设有螺栓孔6，垫块13的卷边14与挡圈2钩挂，垫块13上部与挡圈2螺接。
为弥补挡圈2中心切削力不足的问题，在芯轴1底端固定了一组三个彼此靠拢的牙轮齿8。上述三个牙轮齿8也随着芯轴1的反转或上提而升降，即正常下钻时，上述三个牙轮齿8也与截齿9一样位于高位，避免位置过低影响钻头的垂直下钻。
利用本发明的钻头来破除废旧实心桩并灌注新桩的方法，其步骤如下。
根据勘察获得的废旧实心桩外径的尺寸，选择合适规格的钻头。
将欲破碎的实心桩顶部周边土体清除以露出桩顶，驱动钻头下降，使得钻头的挡圈2套住实心桩桩顶以初步限位；更具体的说，是三个第一刮板4最底端的三个牙轮齿8抵住实心桩顶部以初步限位。
初始状态下，第二刮板5内端位于p形通孔11的横向外扩孔11.1内而外端位于p形限位槽12的横向外扩槽12.1内，此时，第二刮板5及截齿9位于挡圈2内相对高的位置。
驱动钻杆向下钻进，由于第二刮板5的截齿9位于挡圈2高位，故第一刮板4的牙轮齿8先与实心桩接触并破碎桩体的混凝土，同时研磨实心桩钢筋笼上的钢筋，而位于挡圈2高位的第二刮板5及截齿9则跟进继续破碎实心桩混凝土，同时截齿9铰断钢筋笼的钢筋，并将从钢筋笼脱离的钢筋缠绕钩挂；也就是说，牙轮齿8先接触并破碎大部分混凝土且研磨钢筋，而截齿9后期跟进，更进一步破碎混凝土并铰断被研磨变形后的钢筋，这样，使得钻渣粉碎更彻底，易于排出。钻进过程中，钻渣经相邻的各根刮板之间的间隙向上，再由钻杆的螺旋叶片带出地面以排出的。当然，钻杆下钻过程中，同步进行泥浆护壁。而泥浆护壁时，可利用地层中的淤泥加水而不用专门另外配备泥浆，故能进一步降低成本。
下钻一定深度如一般下钻2米后，反向旋转钻杆及芯轴1，使得第二刮板5内端从p形通孔11的横向外扩孔11.1旋转到直孔11.2上方再下压至直孔11.2底端，同时使得第二刮板5内端从p形限位槽12的横向外扩槽12.1旋转到直槽12.2上方再下压至直槽12.2的底端，进而使得第二刮板5及截齿9下降到挡圈2内相对低的位置，然后继续反向旋转几圈，以确保截齿9钩挂住尽可能多的断裂的钢筋。
再将钻头上提出钻孔口，上提过程中，第二刮板5两端会上升到直孔11.2和直槽12.2的上端。钻头从钻孔中提出后，再用冲爪斗捞取孔内残余的混凝土块和钢筋，同时，工人在钻孔外用气割法切掉缠绕在钻头牙轮齿8和截齿9上的钢筋，并旋转复位挡圈2，使得第二刮板5的两端重新卡入横向外扩孔11.1和横向外扩槽12.1内。当然，所述的旋转复位挡圈2可以是人工操作，也可以是在挡圈2外圆周设凸块，而地面高度固定有一段螺旋限位斜面，挡圈2上升过程中遭遇斜面阻碍，只能顺着斜面螺旋上升，也就是说，在钻杆上拔的过程中，同步完成挡圈2的旋转复位。
继续下钻到一定深度，再反向旋转，使截齿9保持低位钩挂钢筋，再上拔清理，并复位挡圈2，如此往复，直至将废旧实心桩完全清除，然后继续下钻到新桩的设计深度；此时，旧桩清除和新桩成孔完成。
清孔、沉入钢筋笼并浇筑新桩混凝土。