一种具有显著降阻作用的搅拌钻头的制作方法

本发明属于桩基施工设备领域，具体涉及到一种具有显著降阻作用的搅拌钻头。

背景技术：

水泥土深层搅拌桩是用于加固软土地基的一种方法，它利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械和输浆泵，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌混合，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和较高地基承载力的复合地基。搅拌机上有芯管，其头部带有叶片。搅拌机旋转时，通过芯管端部喷浆口喷出水泥浆，与被旋转叶片搅松的土体搅拌混合，形成水泥加固体。搅拌头是深层搅拌机的重要部件，它直接影响水泥浆和软土混合形成的深层搅拌桩的桩身均匀度，决定地基的加固效果。

目前，深层搅拌桩的施工效率主要与钻头有关，而现有的深层搅拌桩机钻头存在以下问题：一是施工效率低，在密实砂层中深层搅拌机钻进速度慢；二是施工成本高；三是设备损坏严重，深层搅拌桩机在密实砂层中钻进时对钻头的磨损比较严重。为了降低钻进过程中的摩阻力，本发明提供一种具有显著降阻作用的搅拌钻头，可以有效降低钻头下钻过程中的阻力，保证水泥掺入量和水泥浆和土的混合均匀性。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种具有显著降阻作用的搅拌钻头，克服了现有技术的不足。通过在搅拌叶片上设置界面活性剂通道，有效降低搅拌过程中叶片的阻力，并通过优化喷口的位置，保证水泥掺入量，以及水泥浆和土的混合均匀性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有显著降阻作用的搅拌钻头，其特征在于：包括钻头、1号主搅叶片、2号主搅叶片、1号复搅叶片、2号复搅叶片、钻杆、钻齿；所述钻杆为中空圆柱形杆体，与钻头、主搅叶片、复搅叶片通过焊接进行连接；所述主搅叶片与钻齿通过焊接进行连接；所述1号主搅叶片、2号主搅叶片、1号复搅叶片、2号复搅叶片在俯视角度沿顺时针方向其前部设置界面活性剂前置通道；所述1号主搅叶片、2号主搅叶片在俯视角度沿顺时针方向其后部设置界面活性剂后置通道；所述1号复搅叶片、2号复搅叶片在俯视角度沿顺时针方向其后部设置固化剂后置通道。

所述界面活性剂前置通道长度与1号主搅叶片、2号主搅叶片、1号复搅叶片、2号复搅叶片对应的下边缘长度保持一致；

所述界面活性剂前置通道设置于1号主搅叶片、2号主搅叶片、1号复搅叶片、2号复搅叶片的前部下方边缘处，为非完全闭合中空圆柱形结构，界面活性剂前置通道远离钻杆端口为封闭结构，靠近钻杆端口与钻杆通过焊接进行连接。

所述界面活性剂后置通道包括1号界面活性剂后置通道和2号界面活性剂后置通道；所述固化剂后置通道包括1号固化剂后置通道和2号固化剂后置通道；

所述1号界面活性剂后置通道设置于1号主搅叶片后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆端口为开放结构，靠近钻杆端口与钻杆通过焊接进行连接；

所述2号界面活性剂后置通道设置于2号主搅叶片后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆端口为开放结构，靠近钻杆端口与钻杆通过焊接进行连接；

所述1号固化剂后置通道设置于1号复搅叶片后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆端口为开放结构，靠近钻杆端口与钻杆通过焊接进行连接；

所述2号固化剂后置通道设置于2号复搅叶片后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆端口为开放结构，靠近钻杆端口与钻杆通过焊接进行连接。

所述界面活性剂前置通道每间隔1-5cm设置长度为2-20cm的狭长水平喷口，水平喷口宽度为1-20mm。

所述1号界面活性剂后置通道长度为1号主搅叶片长度的1/50-1/10，2号界面活性剂后置通道长度与2号主搅叶片下边缘长度保持一致。

所述1号固化剂后置通道长度为1号复搅叶片长度的1/50-1/10，2号固化剂后置通道长度与2号复搅叶片下边缘长度保持一致。

所述界面活性剂前置通道、界面活性剂后置通道、固化剂后置通道均为硬质合金材料，其内层和外层采用电镀方法形成金属氧化膜进行防锈处理。

所述界面活性剂前置通道外壁同时与钻齿、主搅叶片或复搅叶片通过焊接连接，钻齿上部突出于主搅叶片或复搅叶片，界面活性剂前置通道外壁直径不大于钻齿上部突出于主搅叶片或复搅叶片部分。

所述界面活性剂前置通道水平喷口中轴线与界面活性剂前置通道中轴线之间的垂线段与主搅叶片或复搅叶片平面保持平行。

本发明所带来的有益技术效果：

（1）所述搅拌钻头设置有两层搅拌叶片，最下层的主搅叶片切割、翻动土体之后，继续下钻，然后上部复搅叶片通过钻杆带动而高速旋转，对翻动后的土体进一步搅拌，不但使土体搅拌更加均匀，而且有效降低了上覆土层的压力；（2）通过界面活性剂前置通道，可以保证活性剂在喷洒过程中直接作用在搅拌叶片上，显著降低搅拌阻力；（3）通过界面活性剂前置通道，可以将活性剂喷洒到叶片周围土体中，降低搅拌阻力；（4）通过固化剂后置通道，可以更高效的使浆液填充进周围土体，并降低返浆量。

附图说明

图1为本发明具有显著降阻作用的搅拌钻头的整体结构正视图。

图2为本发明具有显著降阻作用的搅拌钻头的整体结构后视图。

图3为本发明具有显著降阻作用的搅拌钻头的整体结构俯视图。

图4为本发明具有显著降阻作用的搅拌钻头的整体结构侧视图。

图5为本发明具有显著降阻作用的搅拌钻头中1号主搅叶片结构示意图。

图6为本发明具有显著降阻作用的搅拌钻头中界面活性剂前置通道结构示意图。

其中，1-1号主搅叶片；2-2号主搅叶片；3-1号复搅叶片；4-2号复搅叶片；5-钻头；6-钻杆；7-界面活性剂前置通道；8-钻齿；9-1号界面活性剂后置通道；10-1号固化剂后置通道；11-2号界面活性剂后置通道；12-2号固化剂后置通道；13-水平喷口。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

在杂填土场地进行模型桩搅拌试验，设定成桩深度为5m，采用水泥土搅拌法施工，设置a、b两组试验，每组设置3个试件，其中a组为实验组，选用本发明中介绍的搅拌钻头；b组为对照组，采用市场通用的搅拌钻头，具体技术如下：

如图1~5所示，一种具有显著降阻作用的搅拌钻头，其特征在于：包括钻头5、1号主搅叶片1、2号主搅叶片2、1号复搅叶片3、2号复搅叶片4、钻杆6、钻齿8；所述钻杆6为中空圆柱形杆体，与钻头5、主搅叶片、复搅叶片通过焊接进行连接；所述主搅叶片与钻齿8通过焊接进行连接；所述1号主搅叶片1、2号主搅叶片2、1号复搅叶片3、2号复搅叶片4在俯视角度沿顺时针方向其前部设置界面活性剂前置通道7；所述1号主搅叶片1、2号主搅叶片2在俯视角度沿顺时针方向其后部设置界面活性剂后置通道，所述1号复搅叶片3、2号复搅叶片4在俯视角度沿顺时针方向其后部设置固化剂后置通道。

界面活性剂前置通道7长度与1号主搅叶片1、2号主搅叶片2、1号复搅叶片3、2号复搅叶片4对应的下边缘长度保持一致；

所述界面活性剂前置通道7设置于1号主搅叶片1、2号主搅叶片2、1号复搅叶片3、2号复搅叶片4的前部下方边缘处，为非完全闭合中空圆柱形结构，界面活性剂前置通道7远离钻杆6端口为封闭结构，靠近钻杆6端口与钻杆6通过焊接进行连接。

所述界面活性剂后置通道包括1号界面活性剂后置通道9和2号界面活性剂后置通道11；所述固化剂后置通道包括1号固化剂后置通道10和2号固化剂后置通道12；

所述1号界面活性剂后置通道9设置于1号主搅叶片1后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆6端口为开放结构，靠近钻杆6端口与钻杆6通过焊接进行连接；

所述2号界面活性剂后置通道11设置于2号主搅叶片2后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆6端口为开放结构，靠近钻杆6端口与钻杆6通过焊接进行连接；

所述1号固化剂后置通道10设置于1号复搅叶片3后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆6端口为开放结构，靠近钻杆6端口与钻杆6通过焊接进行连接；

所述2号固化剂后置通道12设置于2号复搅叶片4后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆6端口为开放结构，靠近钻杆6端口与钻杆6通过焊接进行连接。

所述界面活性剂前置通道7每间隔1-5cm设置长度为2-20cm的狭长水平喷口13，水平喷口13宽度为1-20mm。

所述1号界面活性剂后置通道9长度为1号主搅叶片1长度的1/50-1/10，2号界面活性剂后置通道11长度与2号主搅叶片2下边缘长度保持一致。

所述1号固化剂后置通道10长度为1号复搅叶片3长度的1/50-1/10，2号固化剂后置通道12长度与2号复搅叶片4下边缘长度保持一致。

所述界面活性剂前置通道7、界面活性剂后置通道、固化剂后置通道均为硬质合金材料，其内层和外层采用电镀方法形成金属氧化膜进行防锈处理。

所述界面活性剂前置通道7外壁同时与钻齿8、主搅叶片或复搅叶片通过焊接连接，钻齿8上部突出于主搅叶片或复搅叶片，界面活性剂前置通道7外壁直径不大于钻齿8上部突出于主搅叶片或复搅叶片部分。

所述界面活性剂前置通道7水平喷口13中轴线与界面活性剂前置通道7中轴线之间的垂线段与主搅叶片或复搅叶片平面保持平行。

采用两搅两喷的施工工艺施工，施工过程中a组试件的平均搅拌阻力是b组的35%，且a组的平均返浆量是b组的40%，待成桩28d后，开挖检查成桩质量，结果表明，两组试件的成桩质量均较好。

实施例2：

在某施工场地进行试桩时，增设一根试验桩，多增设的试验桩采用本发明的搅拌钻头，设计规定成桩深度为13m，采用水泥土搅拌法施工，其中，场地的土层为：

具体技术如下：

如图1~5所示，一种具有显著降阻作用的搅拌钻头，其特征在于：包括钻头5、1号主搅叶片1、2号主搅叶片2、1号复搅叶片3、2号复搅叶片4、钻杆6、钻齿8；所述钻杆6为中空圆柱形杆体，与钻头5、主搅叶片、复搅叶片通过焊接进行连接；所述主搅叶片与钻齿8通过焊接进行连接；所述1号主搅叶片1、2号主搅叶片2、1号复搅叶片3、2号复搅叶片4在俯视角度沿顺时针方向其前部设置界面活性剂前置通道7；所述1号主搅叶片1、2号主搅叶片2在俯视角度沿顺时针方向其后部设置界面活性剂后置通道，所述1号复搅叶片3、2号复搅叶片4在俯视角度沿顺时针方向其后部设置固化剂后置通道。

界面活性剂前置通道7长度与1号主搅叶片1、2号主搅叶片2、1号复搅叶片3、2号复搅叶片4对应的下边缘长度保持一致；

所述界面活性剂前置通道7设置于1号主搅叶片1、2号主搅叶片2、1号复搅叶片3、2号复搅叶片4的前部下方边缘处，为非完全闭合中空圆柱形结构，界面活性剂前置通道7远离钻杆6端口为封闭结构，靠近钻杆6端口与钻杆6通过焊接进行连接。

所述界面活性剂后置通道包括1号界面活性剂后置通道9和2号界面活性剂后置通道11；所述固化剂后置通道包括1号固化剂后置通道10和2号固化剂后置通道12；

所述1号界面活性剂后置通道9设置于1号主搅叶片1后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆6端口为开放结构，靠近钻杆6端口与钻杆6通过焊接进行连接；

所述2号界面活性剂后置通道11设置于2号主搅叶片2后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆6端口为开放结构，靠近钻杆6端口与钻杆6通过焊接进行连接；

所述1号固化剂后置通道10设置于1号复搅叶片3后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆6端口为开放结构，靠近钻杆6端口与钻杆6通过焊接进行连接；

所述2号固化剂后置通道12设置于2号复搅叶片4后部下方边缘处，为闭合中空圆柱形结构，界面活性剂后置通道远离钻杆6端口为开放结构，靠近钻杆6端口与钻杆6通过焊接进行连接。

所述界面活性剂前置通道7每间隔1-5cm设置长度为2-20cm的狭长水平喷口13，水平喷口13宽度为1-20mm。

所述1号界面活性剂后置通道9长度为1号主搅叶片1长度的1/50-1/10，2号界面活性剂后置通道11长度与2号主搅叶片2下边缘长度保持一致。

所述1号固化剂后置通道10长度为1号复搅叶片3长度的1/50-1/10，2号固化剂后置通道12长度与2号复搅叶片4下边缘长度保持一致。

所述界面活性剂前置通道7、界面活性剂后置通道、固化剂后置通道均为硬质合金材料，其内层和外层采用电镀方法形成金属氧化膜进行防锈处理。

所述界面活性剂前置通道7外壁同时与钻齿8、主搅叶片或复搅叶片通过焊接连接，钻齿8上部突出于主搅叶片或复搅叶片，界面活性剂前置通道7外壁直径不大于钻齿8上部突出于主搅叶片或复搅叶片部分。

所述界面活性剂前置通道7水平喷口13中轴线与界面活性剂前置通道7中轴线之间的垂线段与主搅叶片或复搅叶片平面保持平行。

采用两搅两喷的施工工艺施工，施工过程中带有本发明搅拌钻头的试验桩的平均搅拌阻力是常规搅拌钻头试验桩的40%，且平均返浆量相对于常规搅拌钻头试验桩降低了20%。

本发明具有显著降阻作用的搅拌钻头，通过在搅拌叶片上设置界面活性剂通道，有效降低搅拌过程中叶片的阻力，并通过优化喷口的位置，保证水泥掺入量，以及水泥浆和土的混合均匀性并降低了返浆量。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。