一种变直径水泥搅拌机钻头的制作方法

本实用新型涉及基建施工领域，具体地说是一种变直径水泥搅拌机钻头。

背景技术：

水泥搅拌桩是通过特制的搅拌机沿深度将水泥等固化剂与地基土强制就地搅拌形成水泥土桩，使软土硬结而提高地基强度用以加固软弱地基的方法。这种方法适用于处理软土地基、台背回填等部位，具有处理效果显著，处理后可很快投入使用等优点。

常规单直径的水泥搅拌桩为四搅两喷的施工工艺，在淤泥质土的软基处理中，水泥喷浆与地基土搅拌不够充分，不能形成完整的整体，常常由于搅拌不充分在水泥搅拌桩桩体取芯后出现桩身断层且存在大小不等的水泥碎块和片块、桩体中心无水泥浆、强度不足等质量问题；另一方面，常规单直径的水泥搅拌桩一般适用于软土地基，不需要搅拌即可形成桩基的土层；而对于复合地基处理时，例如加固淤泥、淤泥质土、素填土、粘性土、粉土或中粗砂等土层，常规的单直径的水泥搅拌桩会出现冒浆、竖向承载力低等问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术所存在的上述问题，本实用新型提供了一种变直径水泥搅拌机钻头，适用于加固淤泥、淤泥质土、素填土、粘性土、粉土或中粗砂等土层，能够实现土基的充分搅拌与混合，解决了由于搅拌不充分出现的松孔、桩身完整性不佳、桩钉强度低等问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种变直径水泥搅拌机钻头，包括纵向设置的钻杆以及从上至下固定连接在所述钻杆上用于旋转搅拌的至少一层的上叶片层以及至少一层的下叶片层；所述钻杆内部设置有用于输送浆料的纵向注浆通道；所述钻杆下端设置有钻尖；所述钻尖上设置有多个与纵向注浆通道连通且开口朝外的喷浆口Ⅰ；所述上叶片层的搅拌叶片包括与钻杆径向固定的主叶片板以及分别与主叶片板一端转动连接的旋转叶片板，旋转叶片板可展开进而增大桩径；所述主叶片板的一端焊接有与旋转叶片板相抵触的挡块；所述下叶片层的搅拌叶片包括与钻杆径向固定的主搅拌叶片以及朝下方固定在主搅拌叶片一端的辅搅拌叶片；所述主搅拌叶片和辅搅拌叶片内设有与纵向注浆通道连通的径向输浆通道；所述辅搅拌叶片内的径向输浆通道两端开通有朝向钻杆的喷浆口Ⅱ。

其中，所述钻杆包括相互嵌套且螺纹连接的内钻杆和外钻杆；所述内钻杆长度大于外钻杆长度；所述内钻杆内部设置所述纵向注浆通道；所述外钻杆套接在内钻杆上段；所述主叶片板焊接在外钻杆外圈；所述主搅拌叶片焊接在内钻杆外圈；所述钻杆可在外部电机的驱动下带动进行正反向转动。

其中，所述旋转叶片板包括平行设置在主叶片板上下表面的上板和下板；所述上板和下板远离钻杆的一端封闭连接形成旋转叶片板的封闭端，另一端为开口端；所述开口端套接在所述主叶片板上下表面并通过一铆钉固定，使得旋转叶片板和主叶片板转动连接；所述封闭端和开口端的侧壁上均固定连接有平行于钻杆的纵向辅助锥齿。

其中，所述主叶片板和旋转叶片板为S形条状；所述主叶片板和旋转叶片板组合而成的上叶片层的叶片偏角15°~20°；所述主搅拌叶片S形环向偏角25°~30。

其中，所述上叶片层由钻杆的上至下设置有两层；所述上叶片层的上下层结构相同；所述下叶片层由钻杆的下至上设置有两层；所述下叶片层的上下层结构相同；固定在钻杆上的四层搅拌叶片相互错开角度，进而实现多角度的地基土搅拌破碎。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型改进了传统的水泥搅拌桩机的钻头，设置了带有旋转叶片板的至少一层上叶片层和至少一层下叶片层，上叶片层通过转动连接旋转叶片板扩大搅拌桩径，利用该水泥搅拌桩机的作用下，在土基内进行进而搅拌切割时能够形成上部直径大，下部直径小的桩基，形成一种变直径水泥搅拌机钻头。

2、本实用新型形成了多层组合的搅拌叶片能够对土基进行充分的搅拌，提高了水泥搅拌桩机钻头搅拌均匀性、密实度；在下叶片层和钻尖中分别设置有水平向内和水平向外的喷浆口，使得桩体中心和四周都充满水泥浆，使得水泥喷浆与地基土能够充分搅拌混匀形成完整的整体，防止出现水泥搅拌桩桩体取芯后出现桩身断层、强度不足的问题。

3、本实用新型的上叶片层和下叶片层可通过不同的电机驱动进而实现正反向旋转，正反向旋转起到了压浆作用，消除了冒浆现象，保证了水泥土搅拌桩的水泥掺入量，同时提高了水泥土的搅拌均匀性；双向搅拌时内、外钻杆产生的剪切力基本抵消，减小了施工对桩周土的扰动。同时，正反同时旋转，搅拌效率提高，工效提高近一倍。

4、本实用新型改进了搅拌叶片S形形状，减少叶片端部阻力和损伤，让叶片沿径向承担相当的弯矩剪切力、环向偏角、水平倾角和结构宽度，使得搅拌叶片受力传递层次分明，保证搅拌叶片沿水平径向受力均匀和叶片组合刚度。

附图说明

图1为本实用新型的搅拌叶片伸展时的正面结构示意图；

图2为本实用新型的搅拌叶片收缩时的正面结构示意图；

图3为本实用新型的搅拌叶片伸展时的俯视图；

图4为本实用新型的搅拌叶片收缩时的俯视图；

图5为本实用新型设置为双层上叶片层伸展时的俯视图；

图6为本实用新型设置为双层上叶片层收缩时的俯视图；

图7为本实用新型设置为单层上叶片层伸展时的正面结构示意图；

图8为本实用新型设置为单层上叶片层收缩时的正面结构示意图；

图9为本实用新型的上叶片层伸展时的俯视图；

图10为本实用新型的上叶片层收缩时的俯视图；

图11为本实用新型设置为双层下叶片层的俯视结构示意图；

图12为本实用新型设置为单层下叶片层的俯视结构示意图；

图13为本实用新型设置为单层下叶片层的正面结构示意图。

图中附图标记表示为：

1、钻杆；11、纵向注浆通道；12、钻尖；13、喷浆口Ⅰ；14、内钻杆；15、外钻杆；2、上叶片层；21、主叶片板；22、旋转叶片板；221、封闭端；222、开口端；223、上板；224、下板；23、挡块；24、铆钉；25、纵向辅助锥齿；3、下叶片层；31、主搅拌叶片；32、辅搅拌叶片；33、径向输浆通道；34、喷浆口Ⅱ。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。

参见图1至图13，（图1和图2中钻杆1的部分为正面剖视图，可看到钻杆1内部的纵向注浆通道11，由上至下的第一层的上叶片层2和第二层的上叶片层2正面观察时因角度不同呈现在图中的结构不同，实质两上叶片层结构相同），一种水泥搅拌桩机钻头，包括纵向设置的钻杆1以及从上至下固定连接在所述钻杆1上用于旋转搅拌的至少一层上叶片层2和至少一层下叶片层3，搅拌打桩时将钻杆1压入土基内，上叶片层2和下叶片层3同时旋转配合搅拌，进而提高地基土搅拌的均匀性和密实性；所述钻杆1内部设置有用于输送浆料的纵向注浆通道11；所述钻杆1下端设置有钻尖12，所述钻尖12上设置有多个与纵向注浆通道11连通的向外的喷浆口Ⅰ13；纵向注浆通道11与外部注浆机的注浆管连通（图中未示出），使得浆料通过纵向注浆通道11进入钻头，后可通过喷浆口Ⅰ13喷出进入地基土层内；所述上叶片层2的搅拌叶片包括与钻杆1径向固定的主叶片板21以及分别与主叶片板21一端转动连接的旋转叶片板22；所述主叶片板21可以为焊接在钻杆1相对两侧的板块连成一体的主叶片板21，当主叶片板21连成一片时，可以在主叶片板21的一端或者两端转动连接的旋转叶片板22；也可以将焊接在钻杆1相对两侧的板块分开为两片主叶片板21，当主叶片板21分设两侧时，可以在主叶片板21的一端或两端转动连接的旋转叶片板22；所述旋转叶片板21可展开进而增大桩径，扩大搅拌范围；；所述主叶片板21的两端焊接有与旋转叶片板22相抵触的挡块23；所述挡块23位于旋转叶片板22旋转切割侧边的相对一侧，能够避免旋转叶片板22进行切割打桩时出现翻转；钻头插入地基土层时，启动外部电机（图中未示出）驱动外钻杆15和内钻杆14转动，进而带动主叶片板21和主搅拌叶片31旋转，在离心力的带动下，旋转叶片板22被甩开伸展，对周边的土基进行切割打散，此时，旋转叶片板22的两侧边一边用于切割，用于切割侧边受到土基给予旋转叶片板22与旋转方向相反的作用力，因此需要在与切割边相反的另一侧边设置挡块23，挡块23固定在主叶片板21上与旋转叶片板22不发生切割的侧边相抵触，为旋转叶片板22提供与土基给予的作用力相反的另一作用力，进而避免旋转叶片板22受力不均造成的翻转，因此挡块23能够对工作中的旋转叶片板22起到固定的作用；所述下叶片层3的搅拌叶片包括与钻杆1径向固定的主搅拌叶片31以及朝下方固定在主搅拌叶片31两端的辅搅拌叶片32；所述主搅拌叶片31和辅搅拌叶片32内设有与纵向注浆通道11连通的径向输浆通道33；所述辅搅拌叶片内32的径向输浆通道33两端开通有水平向内的喷浆口Ⅱ34；浆料可通过钻杆1内的纵向注浆通道11后流入下叶片层3中的径向输浆通道33内，在离心力的作用下，浆料将从喷浆口Ⅱ34中向钻杆1方向喷出，喷洒到地基土上，在搅拌的同时混合水泥砂浆。

参见图1至图8，所述钻杆1包括相互嵌套且螺纹连接的内钻杆14和外钻杆15；所述内钻杆14长度大于外钻杆15长度；所述外钻杆15套接在内钻杆14上段；所述主叶片板21焊接在外钻杆15外圈；所述主搅拌叶片31焊接在内钻杆14外圈；所述内钻杆14和外钻杆15可在外部电机（图中未示出）的驱动下进行正反向转动，进而带动上叶片层2和下叶片层3进行正方向转动，双向搅拌时内钻杆14、外钻杆15产生的剪切力基本抵消，减小了施工对桩周土的扰动。

参见图1和图2、图7、图8，所述旋转叶片板22包括平行设置在主叶片板22上下表面的上板223和下板224；所述上板和下板远离钻杆的一端封闭连接形成旋转叶片板22的封闭端221，另一端为开口端222；所述开口端222套接在所述主叶片板21上下表面并通过一铆钉24固定，使得旋转叶片板22和主叶片板21转动连接；所述封闭端221和开口端222的侧壁上均固定连接有平行于钻杆1的纵向辅助锥齿25；所述纵向辅助锥齿25用于切割打散较为坚硬的地基土，提高地基土与浆料的搅碎、混合效果。

参见图1至图4，所述上叶片层2由钻杆1的上端至下端设置有两层；所述上叶片层2的上下层结构相同；所述下叶片层3由钻杆1的下端至上端设置有两层；所述下叶片层3的上下层结构相同；从图3和图4中可以看出，固定在钻杆1上的四层搅拌叶片相互错开角度，进而实现多角度的地基土搅拌破碎，因此在图1和图2中的两上叶片层2虽然结构相同，但是在正面看时，两上叶片层2呈现的角度不同，形状却不同。

参见图3至图6、图9至图12，所述主叶片板21和旋转叶片板22均为S形条状；所述主叶片板21和旋转叶片板22组合而成的上叶片层2的叶片偏角15°~20°，如图5中α角为上叶片层2的叶片偏角；所述α角是由A线和B线构成；所述a线为垂直于另一上叶片层3与钻杆1固定点的切线（C线），B线为上叶片层3的端部与钻杆1中心的连线；所述主搅拌叶片31的S形环向偏角25°~30°，如图11中β角为下叶片层3的环向偏角；所述β角是由D线和E线构成；所述D线为垂直于另一下叶片层3与钻杆1固定后切线（F线），E线为下叶片层3的端部与钻杆1中心的连线；所述主叶片板21和主搅拌叶片31可向下方倾斜一定角度，所述主叶片板21、主搅拌叶片31与垂直于钻杆1轴线的平面之间的倾角为10°~15°；设置的每层上叶片层2之间的间距为500mm；每层下叶片层3之间的间距为300mm；设置在所述钻杆1最底部的下叶片层3的辅搅拌叶片32纵向高度为40mm；位于最底部下叶片层3上方的另一下叶片层3的辅搅拌叶片32纵向高度为60mm。

本实用新型的工作原理：

将本实用新型的变直径水泥搅拌机钻头打入地基土中，启动外部连接的搅拌电机，内钻杆14和外钻杆15分别在不同的搅拌电机（图中未示出）的驱动下进行正反向搅拌，此时，上叶片层2的旋转叶片板22在离心力的作用下被甩开，对主叶片板21进行延伸，进而扩大搅拌范围，增大桩径；同时，将注浆机的注浆管道与钻杆1内的纵向注浆通道11连通，将浆料注入纵向注浆通道11，纵向注浆通道11内的浆料流至钻尖12时，可通过与纵向注浆通道11连通的水平向外的喷浆口Ⅰ13喷出与地基土混合；浆料在钻杆1旋转后的离心力的作用下会进入位于钻杆1的下叶片层3内与纵向注浆通道11连通的径向输浆通道33内，并从水平向内的喷浆口Ⅱ34喷洒到水泥搅拌桩的地基土上与其混合，提高水泥搅拌桩的成桩质量；由于与外钻杆15焊接的上叶片层2的旋转方向与焊接在内钻杆14的下叶片层3的旋转方向相反，能够将浆液控制在上下两组搅拌叶片之间，阻断浆液上冒途径，既能够保证水泥土搅拌桩的总体水泥渗入量，又能确保水泥浆沿水泥土搅拌桩桩身分布均匀。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。