立体旋切搅拌桩的制作方法

1.本实用新型属于建筑施工领域，特别涉及一种软基处理的立体旋切搅拌桩。


背景技术：

2.所谓软土,是指强度低、压缩性较高的软弱土层，多数含有一定的有机物质。由于软土强度低，沉隐量大，往往给路基工程带来很大的危害，如处理不当，会给铁(公)路的路基施工和使用造成很大影响。路基中常见的软土，一般是指处于软朔或者流朔状态下的粘性土。其特点是：天然含水量大、孔隙比大、压缩系数高、强度低，并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质，工程地质条件较差。软土地段路基加固，必须采取切实可行的加固技术措施。
3.软土地基的技术处理方法有：换填垫层法、排水固结法、堆载预压法、强夯法、深层搅拌法等等。其中，深层搅拌法主要用于加固饱和软粘土，它利用水泥浆体作为固化剂，应用特制的深层搅拌机将固化剂送入地基土中与土体强制搅拌，形成水泥土桩体，与原地基组成复合地基。
4.现有水泥土深层搅拌桩机存在如下缺陷：
5.1、钻头的搅拌装置为十字交叉的两道一字搅拌齿，其钻杆的转数较低，当遇到粘性较强的土质时，存在粘土沾黏搅拌齿、钻杆现象，造成搅拌齿不能有效切割土体，使得浆(固化剂)、土不能充分拌合，甚至土壤未能破碎充填水泥浆 (固化剂)现象，现场表现为钻取芯样中水泥(固化剂)含量很少，形成的水泥搅拌桩不成桩，其桩身强度达不到设计要求。
6.2、搅拌方式一般有单向和多向搅拌，其搅拌方式都为水平方向，搅拌效果差。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种立体旋切搅拌桩，通过本施工装置进行施工，使得软土地基与固化剂能够得到快速而且充分搅拌，提高立体拌和固化桩桩身强度和质量。
8.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种立体旋切搅拌桩，包括依次连接的搅拌钻头、钻杆和水接头，所述搅拌钻头的底部设有钻尖，搅拌钻头的侧壁上距钻尖的近端水平方向相对设有一组搅拌叶片，搅拌钻头的侧壁上距钻尖的远端连接多组搅拌轴，每组搅拌轴相对设置，相邻搅拌轴不处在同一平面，且相互错开，搅拌轴上设有旋切刀片，所述搅拌钻头和钻杆内设有浆管和气管，其特征在于：还包括锥形齿轮、止动装置和芯管，所述锥形齿轮安装在搅拌钻头内，与搅拌轴一端的锥形齿轮相互啮合，所述搅拌钻头内安装芯管，芯管插装在锥形齿轮内，芯管的顶部插入搅拌钻头顶部的轴承内，芯管的底部插装在搅拌钻头内固定端头上的轴承内，所述钻杆内安装芯管，芯管插装在固定在托架上的轴承内，所述止动装置插装在水接头内的轴承内，所述止动装置内设有芯管通道，芯管通道内的上部设有浆液腔，下部安装芯管，浆管从止动装置的顶部伸入浆液腔，从浆液腔的底部伸出，与芯管连接，浆液腔内的浆管壁上间隔设有浆液孔，所述止动装置设有与浆液腔连通的通道，浆液腔中的浆管从通道伸出，伸入止动装置内的浆液通道，所述浆液通道内的浆
管、钻杆内浆管、搅拌钻头内浆管依次连接，所述止动装置内的芯管、钻杆内芯管、搅拌钻头内芯管依次连接，所述止动装置内设有气体通道，与钻杆内气管、搅拌钻头内气管依次连接。所述搅拌叶片是一字形，或是锯齿状。
9.所述搅拌叶片是一字形，或是锯齿状。
10.所述搅拌叶片的延长线与水平面形成一夹角。
11.所述搅拌叶片的远端设有垂直于搅拌叶片的搅拌刀片。
12.所述浆管的出口位于靠近搅拌叶片的搅拌钻头上，气管的出口位于最低端搅拌轴处。
13.本实用新型的有益效果是：
14.1、立体旋切搅拌桩的搅拌轴一端的锥形齿轮和芯管上的锥形齿轮相互啮合，使搅拌叶片有水平和竖直两个方向转动，再外加气体，形成立体交叉拌和，提高拌和效率和成桩质量。
15.2、立体旋切搅拌桩，通过调整芯管上锥形齿轮与搅拌轴上锥形齿轮的数比，对搅拌轴起到增速作用，根据不同土质选择相应的转速进行搅拌施工，克服了传统搅拌桩转速低、只能通过改变搅喷次数适应地层的缺点，立体拌和固化桩搅拌装置有效、高速地搅拌均匀水泥土，克服了粘土沾黏搅拌齿、钻杆现象，搅拌轴上的旋切叶片能有效切割土体，大大提高了针对不同地层的工艺适应性，从而保证成桩质量，满足设计要求。
16.3、立体旋切搅拌桩芯管与搅拌轴之间是通过锥形齿轮啮合，机械连接方式保证了搅拌功能的高效能、可靠度。
附图说明
17.图1是本实用新型的搅拌钻头结构示意图。
18.图2是本实用新型的钻杆结构示意图。
19.图3是本实用新型搅拌钻头与钻杆连接俯视结构示意图。
20.图4是本实用新型水接头与止动装置结构示意图。
21.图5是本实用新型图4的a-a向结构示意图。
22.图6是本实用新型图4的b-b向结构示意图。
23.图7是本实用新型图4的c-c向结构示意图。
24.图8是本实用新型止动装置与钻杆连接仰视结构示意图。
25.图9是本实用新型止动装置与钻杆连接剖视图。
26.其中：
27.1-搅拌钻头，2-钻杆，3-水接头，4-芯管，5-轴承，6-搅拌刀片，7-喷浆口， 8-锥形钻尖，9-一字搅拌叶片，10-搅拌轴，11-旋切刀片，12-锥形齿轮，13-芯管通道，14-固定端头，15-浆管，16-气管，17-托架，18-吊耳，19-止动装置，20-支架，21-密封圈，22-法兰，23-浆液孔，24-浆液腔，25-气体通道。
具体实施方式
28.实施例：一种立体旋切搅拌桩，包括搅拌钻头1、钻杆2和水接头3；
29.所述搅拌钻头1的底部设有锥形钻尖8，搅拌钻头1的侧壁上距钻尖8的近端水平方
向相对设有一组搅拌叶片9，搅拌叶片9可以是一字形，也可以是锯齿状，搅拌叶片9与水平面形成一个倾斜角度，搅拌叶片9的远端设有垂直于搅拌叶片9的搅拌刀片6，所述搅拌钻头1的侧壁上距锥形钻尖8的远端通过轴承5 连接多组搅拌轴10，每组搅拌轴10相对设置，相邻搅拌轴10不处于同一平面，且相互错开，搅拌轴10上设有一组或多组旋切刀片11，在搅拌钻头1内与搅拌轴10对应安装多个锥形齿轮12，每个锥形齿轮12与搅拌轴10一端的锥形齿轮相互啮合，所述搅拌钻头1内安装芯管4，芯管4插装在锥形齿轮12内，其顶部通过轴承5与搅拌钻头1的顶端连接，底部与搅拌钻头1内的固定端头14上的轴承5连接，所述搅拌钻头1内设有浆管15和气管16，浆管15的出口即喷浆口7位于靠近搅拌叶片9的搅拌钻头1上，气管16的出口位于最低端搅拌轴10 处；
30.所述钻杆2通过法兰22与搅拌钻头1连接，钻杆2内设有芯管4、浆管15 和气管16，钻杆2内自上而下间隔固定多个托架17，每个托架17上安装轴承 5，芯管4插装在轴承5内；
31.所述水接头3固定在吊耳18上，止动装置19安装在水接头3内，止动装置 19通过法兰22与钻杆2连接，所述水接头3内安装支架20，在支架20的上方和下方安装轴承5，止动装置19插装在轴承5内，轴承5的上端和下端分别由密封圈21密封，所述止动装置19内设有芯管通道13，芯管通道13内上部设有浆液腔24，下部安装芯管4，浆管15从浆液腔24的顶部伸入浆液腔24，从浆液腔24的底部伸出，与芯管4连接，浆液腔24的上端和下端分别安装密封圈21 密封，浆管15的上端插装在止动装置19顶部的轴承5内，与浆管15连接的芯管16连接端插装在轴承5内，所述浆液腔24内的浆管15壁上间隔设有浆液孔 23，止动装置19侧壁设有与浆液腔24连通的通道，浆管15从通道伸出，伸入止动装置19的浆液通道内，与钻杆2内浆管、搅拌钻头1内的浆管依次连接，止动装置19内的芯管4与钻杆2内芯管、搅拌钻头1内芯管依次连接，所述支架20上设有气体通道25，与止动装置19内气体通道25连通，气体通道25的一端与设置在水接头3外侧壁上的气管16连接，气体通道25的另一端往下与钻杆2内气管、搅拌钻头1内气管依次连接。
32.工作原理：
33.将本装置放在地基中的桩位处，启动该装置钻进至设计桩底深度，在此过程中，气管喷入气体进入土体，在搅拌钻头对土体搅拌过程中，助力搅拌；喷浆并提升搅拌钻头，在一字搅拌叶片和旋切叶片的作用下，使水泥浆液与土充分搅拌均匀，钻头提到设计桩顶高度并停止喷浆，再次钻进、拌合到设计桩底深度，重复喷浆、搅拌、提升钻杆，完成桩的施工。
34.本装置在搅拌钻头的旋转作用下，而芯管不转动，通过芯管与搅拌轴上的锥形齿轮啮合作用，实现搅拌轴做水平和垂直方向的转动，对土体进行搅拌和切削，浆液与土充分搅拌均匀。
35.本装置通过芯管4上的锥形齿轮与搅拌轴10之间的锥形齿轮啮合，机械连接方式保证了搅拌功能的高效能、可靠度；通过改变锥形齿轮模数，改变钻杆带动下的搅拌轴转数，提高搅拌轴的转速，有效、高速地搅拌均匀水泥土，克服了粘土沾黏搅拌齿、钻杆现象，搅拌轴上的旋切叶片能有效切割土体，大大提高了针对不同地层的工艺适应性，从而保证成桩质量，满足设计要求。
36.使用本装置进行施工，对施工后的效果与传统工艺进行比较，结果见下表：
[0037][0038]
通过以上对比，使用本装置进行施工，较其它装置和方法施工，具有以下优点：
[0039]
1、机械传动可靠度高
[0040]
搅拌轴通过锥形齿轮啮合，其动力由桩机提供，可通过桩机的不同转速来改变搅拌轴(旋切刀片)的转速，从而适应不同的土质，能更好的对土质进行充分的搅拌。
[0041]
2、高速旋转的旋切刀片搅拌质量好：
[0042]
在高速旋转的旋切刀片的拌合作用下，土体与水泥等固化剂能得到充分搅拌，使土体与固化剂拌合得更均匀，从而保证成桩质量。
[0043]
3、气爆作用有助于搅拌土体：
[0044]
给气动装置提供动力的气体，在钻头处进入土体，有助于土体与固化剂的拌合；在桩较长、钻头入土深度较深时，由于土压力的关系，喷浆困难，在通入气体后，由于气爆的作用，使喷浆和拌合变得更容易，从而提高成桩质量。
[0045]
4、适应土体广：
[0046]
淤泥质土、粘性土、塑性指数较大粉质粘土等土质，存在不易搅拌成桩的特性，通过调整施工参数，在立体拌和固化桩机旋切刀片和气爆的共同作用下，可将以上土质与水泥浆等固化剂进行充分、有效的搅拌，从而解决传统水泥搅拌桩在淤泥质土、粘性土、塑性指数较大粉质粘土中施工不成桩的问题。
[0047]
5、成桩质量更高：
[0048]
加固范围内有多层土或存在不均匀的土层时，立体拌和固化桩机与传统水泥搅拌桩机相比，在设备转速、钻进速度、喷浆量等施工参数相同的条件下，通过立体拌和固化桩机高速旋转的旋切刀片立体强制拌合后，其成桩的均匀性、完整性及桩身强度等有显著的提高。