专利名称：可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于土木工程桩基领域的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头。
背景技术：
中国京冶工程技术有限公司于2007年2月15日向中国国家知识产权局申请的专 利号为200710063983. 3、专利名称为“双向螺旋挤扩桩施工方法及双向螺旋封闭挤扩钻头” 的发明专利，公开了如下技术方案双向螺旋封闭挤扩钻头，包括中空的连接杆，在连接杆的顶端设有连接头，其底端 设有钻尖，所述连接杆的下部从下至上依次同轴地套装有或一体地制有下螺旋挤扩体、封 闭挤扩体和动密封挤扩体，所述动密封挤扩体为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，动密 封挤扩体的外侧壁设有左旋的动密封螺旋挤扩叶片，所述封闭挤扩体为圆柱体，下螺旋挤 扩体为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，下螺旋挤扩体的外侧壁设有右旋的下螺旋挤扩 叶片，动密封螺旋挤扩叶片和所述下螺旋挤扩叶片的外径不大于所述封闭挤扩体的外径。但是，在现有螺旋挤土灌注桩施工中，如果采用上述双向螺旋封闭挤扩钻头，在坚 硬粘土层或密实砂土层中，由于挤土量很大，在钻进施工中，所受到的钻掘阻力非常大，导 致钻头很难穿越较厚的坚硬粘土层和较厚密实砂土层，这不仅增加了动力消耗，也影响到 螺旋挤土灌注桩的使用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钻进动力消耗更少、钻进效率更高、能够在各种土层 中高效钻进成桩的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头。本发明的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的连接杆，连接杆的顶端 设有连接头，连接杆的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地制有下螺旋挤扩体、 封闭挤扩体和反向挤扩体，所述反向挤扩体为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，反向挤 扩体的外侧壁上设有上螺旋挤扩叶片，所述封闭挤扩体为圆柱体，所述下螺旋挤扩体为横 截面自下而上逐渐增大的圆台体，所述下螺旋挤扩体和所述螺旋钻进体的外侧壁上设有旋 向与所述上螺旋挤扩叶片的旋向相反的下螺旋挤扩叶片，所述封闭挤扩体的外侧壁上并列 设置有至少一个导砂石土滑道，导砂石土滑道的上端开口与所述反向挤扩体的下部相连， 导砂石土滑道的下端开口与所述下螺旋挤扩体的上部相连。本发明可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其中所述导砂石土滑道呈螺旋状或直 线状从封闭挤扩体的外侧壁上贯穿通过。本发明可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其中所述导砂石土滑道内的底部设有 至少一层用于调整导砂石土滑道深度的挡板。本发明可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其中所述下螺旋挤扩叶片的外侧边缘 固定有多个合金块。本发明可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其中所述下螺旋挤扩体、所述封闭挤扩体和所述反向挤扩体的外表面采用耐磨合金焊条堆焊成条纹状或连接有硬质合金层或 固定有硬质合金板。本发明可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其中所述导砂石土滑道的下端开口宽 度等于或大于其上端开口宽度。本发明可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其中所述导砂石土滑道内外侧的挡板 上设有挡土装置，挡土装置包括挡土锁舌、卡座和压缩弹簧，挡土锁舌可伸缩的安置在挡板 上的锁舌安装槽内，所述卡座固定在挡板外表面上的锁舌安装槽的周边，并将挡土锁舌的 下部挡在锁舌安装槽内，所述压缩弹簧的外端顶在所述挡土锁舌的里端，压缩弹簧的里端 顶向所述导砂石土滑道的底部或里面的挡板，所述挡土锁舌的可伸出所述卡座的锁舌尖部 具有一个外高、内低的倾斜面，倾斜面朝向下方，倾斜面与所述导砂石土滑道底面之间的夹 角为 30° -60°。本发明可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其中所述下螺旋挤扩体的底端与螺旋 钻进体的顶端相连，螺旋钻进体为中空的圆柱体，螺旋钻进体的底端设有丢弃式钻尖或设 有连接式钻尖，所述下螺旋挤扩叶片向下延伸至螺旋钻进体的底端，所述下螺旋挤扩叶片 的底端安装有合金切削齿。本发明可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其中所述导砂石土滑道的数量为1-6 个，所述螺旋钻进体为中空的圆柱体，所述螺旋钻进体的顶端与所述下螺旋挤扩体的底端 采用焊接相连。本发明的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，改变了现有短螺旋挤扩钻头的结 构，在封闭挤扩体的外侧壁上并列开设了多个导砂石土滑道，导砂石土滑道的上端开口与 反向挤扩体的下部相连，导砂石土滑道的下端开口与下螺旋挤扩体的上部相连。在施工过 程中，被旋钻出来的一部分土石被封闭剂扩体挤压进钻孔侧壁，另一部分土石在被挤压进 钻孔侧壁之前进入导砂石土滑道内，并在旋转着的下螺旋挤扩叶片输送土体的推动下，沿 着导砂石土滑道向上运动。这部分土石能够通过导砂石土滑道进入封闭挤扩体上方的已旋 钻成的桩孔中，当施工进入提钻和桩材压灌阶段后，被输送到封闭挤扩体上方的土石体将 会被反向挤扩体逐步挤压到中上部桩孔的侧壁中，从而形成了完全挤土型、圆柱形灌注桩。 采用这种解决方案，可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头能够减少钻头所受到的钻掘阻力， 使得钻进动力消耗更少、钻进效率更高，能够在各种土层中高效施工螺旋挤土灌注桩。下面结合附图及实施例详述本发明。
图1为本发明的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头的一种实施方式的结构示意 图的主视图；图2为图1中封闭挤扩体部分的截面剖面图；图3为本发明的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头的另一种实施方式的结构示 意图的主视图；图4为本发明的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头的挡土装置部分的主视剖面 图；图5为图4的侧视4
图6为图4的俯视图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的连接杆1， 连接杆1的顶端设有连接头17，连接杆1的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地 制有螺旋钻进体19、下螺旋挤扩体3、封闭挤扩体4和反向挤扩体5，反向挤扩体5为横截 面自下而上逐渐缩小的圆台体，反向挤扩体5的外侧壁上设有上螺旋挤扩叶片9，封闭挤扩 体4为圆柱体，下螺旋挤扩体3为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，下螺旋挤扩体3和螺 旋钻进体19的外侧壁上设有旋向与上螺旋挤扩叶片9的旋向相反的下螺旋挤扩叶片8，下 螺旋挤扩叶片8的外侧边缘固定有多个合金块21，合金块21的作用是使下螺旋挤扩叶片8 更加耐磨。 如图2所示，封闭挤扩体4的外侧壁上并列设置有4个导砂石土滑道10，导砂石 土滑道10的数量也可以为2个或3个或6个或8个或9个，导砂石土滑道10的上端开口 与反向挤扩体5的下部相连，导砂石土滑道10的下端开口与下螺旋挤扩体3的上部相连， 导砂石土滑道10的下端开口宽度等于或大于其上端开口宽度。导砂石土滑道10通常是 呈螺旋状从封闭挤扩体4的外侧壁上贯穿通过，或者是如图3所示呈直线状从封闭挤扩体 4的外侧壁上贯穿通过，导砂石土滑道10内的底部设有一层或两层或更多层用于调整导砂 石土滑道10深度的挡板11，当需要较深的导砂石土滑道10，可减少挡板11的层数，反之则 增加挡板11的层数。下螺旋挤扩体3的底端与螺旋钻进体19的顶端相连，螺旋钻进体19 为中空的圆柱体，螺旋钻进体19的底端设有丢弃式钻尖或设有连接式钻尖20，下螺旋挤扩 叶片8向下延伸至螺旋钻进体19的底端，下螺旋挤扩叶片8的底端安装有合金切削齿，螺 旋钻进体19的顶端与下螺旋挤扩体3的底端采用焊接相连。下螺旋挤扩体3、封闭挤扩体4和反向挤扩体5的外表面采用耐磨合金焊条堆焊成 条纹状或连接有硬质合金层，或者是固定有硬质合金板18，如果是固定有硬质合金板18， 每块硬质合金板18的外表面在横截面方向为圆弧形，多个硬质合金板18拼接起来则为圆 形。在下螺旋挤扩体3、封闭挤扩体4和反向挤扩体5的外表面采用耐磨堆焊连接有硬质合 金层，或者是固定有硬质合金板18，可有效降低钻头的磨损量，从而大幅度提高钻头的使用 寿命ο上述导砂石土滑道10的下端开口宽度也可以是小于、等于或大于其上端开口宽度。如图4、图5和图6所示，上述导砂石土滑道10内外侧的挡板11上还可以设有挡 土装置，挡土装置包括挡土锁舌12、卡座13和压缩弹簧14，挡土锁舌12可伸缩的安置在挡 板U上的锁舌安装槽15内，卡座13固定在挡板11外表面上的锁舌安装槽15的周边，并 将挡土锁舌12的下部挡在在锁舌安装槽15内，压缩弹簧14的外端顶在所述挡土锁舌12 的里端，压缩弹簧14的里端顶向导砂石土滑道10里面的挡板，挡土锁舌12的可伸出卡座 13的锁舌尖部具有一个外高、内低的倾斜面16，倾斜面16朝向下方，倾斜面16与导砂石土 滑道10底面之间的夹角为45°，倾斜面16与导砂石土滑道10底面之间的夹角也可以为 30° -60°之间的其他数值。在使用时，当钻头的下螺旋挤扩体3的周边所受到的砂石土 的挤压力较低时，挡土装置的挡土锁舌12会处于伸出状态，将导砂石土滑道10截断，下螺旋挤扩体3周边的砂土不会沿着导砂石土滑道10运动上来而是全部被挤入下螺旋挤扩体3周边的侧壁中。当钻头的下螺旋挤扩体3的周边所受到的砂土的挤压力超过一定的数值 后，挡土装置的挡土锁舌12的倾斜面16会受到沿着导砂石土滑道10向上运动的砂石土的 挤压作用，挡土锁舌12就会被沿着导砂石土滑道10向上运动的砂石土挤压收缩到锁舌安 装槽15内，于是，下螺旋挤扩体3周边的一部分砂石土会沿着导砂石土滑道10向上运动， 从而减小下螺旋挤扩体3的周边受到的砂石土的挤压力，进而减少钻掘阻力，让钻孔和挤 土得以顺利进行。本发明的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头的施工方法，包括以下施工步骤1)首先根据桩孔设计深度和施工场地地层特性，选定可调控挤土量的双向螺旋挤 扩钻头的导砂石土滑道10的个数，以及用于调整导砂石土滑道10深度的挡板11的层数， 目的是确定允许通过导砂石土滑道10的过土石百分比或总过土石量，原则上，桩尖持力层 越坚硬，越密实，侧允许通过导砂石土滑道10的过土石百分比应该越高。2)将安装有可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头的桩工钻机按照公知的方法就位， 准备好混凝土泵，并制备需要灌注的桩材。桩材为混凝土桩材或水泥粉煤灰碎石桩材或尾 矿砂浆桩材或水泥钢渣桩材等的任意一种。3)在安装有可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头的桩工钻机就位后，启动桩工钻 机施加顺时针方向的扭矩和向下的轴向压力，利用可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头进行 钻进挤扩成孔，令可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头向下旋钻挤扩成孔。在此过程中，被 钻尖和下螺旋挤扩叶片8底端的合金切削齿旋钻出来的土体，会在下螺旋挤扩叶片8作用 下做自下而上的螺旋运动，并被逐步挤入桩孔的侧壁中或被挤向封闭挤扩体4的下端，随 后有一部分土石被封闭挤扩体4挤入桩孔的侧壁中，另一部分土石在被挤压进钻孔侧壁之 前，会先被挤入导砂石土滑道10内，并在旋转着的下螺旋挤扩叶片8输送土体的推动下，沿 着导砂石土滑道10向上运动，这部分土石能够通过导砂石滑道10进入封闭挤扩体上方的 已旋钻成的桩孔中，从而减少钻头所受到的钻掘阻力，使得钻进动力消耗更少、钻进效率更 高，也更加节能减排。挤扩后的桩孔直径能够达到设计要求，可调控挤土量的双向螺旋挤扩 钻头的第一步桩孔机械挤扩成孔过程直至达到设计孔深为止。4)当第一步桩孔机械挤扩完成后，启动桩工钻机施加顺时针方向的扭矩和向上的 轴向提拉力，使可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头向上运动并再次旋转挤扩桩孔，在向上 旋转挤扩提升过程中，桩孔内位于封闭挤扩体4上方的反向挤扩体5周围及上方的土体，会 在反向挤扩体5的上螺旋挤扩叶片9作用下做自上而下的螺旋运动并被逐渐挤入桩孔的侧 壁中，还有部分土体被挤向封闭挤扩体4的上端，随后被封闭挤扩体4挤入桩孔的侧壁中， 以确保再次挤扩后的桩孔直径符合设计要求，这第二步桩孔机械挤扩过程持续到可调控挤 土量的双向螺旋挤扩钻头被旋转提升到地表为止。5)在可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头开始上旋挤扩提升的同时，启动混凝土 泵，向已完成挤扩的桩孔进行桩材的连续压灌，这第三步桩孔压力挤扩是在混凝土泵的压 力作用下进行的，通过压灌混凝土的压力挤扩，可以使已完成桩材连续压灌的桩段能够确 保成桩直径符合设计要求，这一桩孔压力挤扩过程将持续到桩材压灌至桩顶设计标高为 止，至此形成了圆柱形的螺旋挤土灌注桩。6)根据设计要求，还可以按照公知的方法在螺旋挤土灌注桩桩体中插入钢筋笼、钢筋束或型钢。
本发明的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头的适用地层广泛，包括回填土、砂土、 粉土、软粘土、粉质粘土、粘土、黄土、砂砾土、砂卵石土以及强风化土层等，同时也适用于高 地下水位的情况。本发明实施完成的桩基础、复合桩基础或复合地基可以广泛应用于土木工程不同 领域的各类工程，包括高层与超高层民用住宅工程、公共建筑工程、工业厂房工程、交通工 程、电力工程和环境工程等。上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围 进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的连接杆(1)，连接杆(1)的顶端设有连接头(17)，连接杆(1)的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地制有下螺旋挤扩体(3)、封闭挤扩体(4)和反向挤扩体(5)，所述反向挤扩体(5)为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，反向挤扩体(5)的外侧壁上设有上螺旋挤扩叶片(9)，所述封闭挤扩体(4)为圆柱体，所述下螺旋挤扩体(3)为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，下螺旋挤扩体(3)的外侧壁上设有旋向与所述上螺旋挤扩叶片(9)的旋向相反的下螺旋挤扩叶片(8)，其特征在于所述封闭挤扩体(4)的外侧壁上并列设置有至少一个导砂石土滑道(10)，导砂石土滑道(10)的上端开口与所述反向挤扩体(5)的下部相连，导砂石土滑道(10)的下端开口与所述下螺旋挤扩体(3)的上部相连。
2.如权利要求1所述的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其特征是所述导砂石土 滑道(10)呈螺旋状或直线状从封闭挤扩体(4)的外侧壁上贯穿通过。
3.如权利要求2所述的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其特征是所述导砂石土 滑道(10)内的底部设有至少一层用于调整导砂石土滑道(10)深度的挡板(11)。
4.如权利要求3所述的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其特征是所述下螺旋挤 扩叶片(8)的外侧边缘固定有多个合金块(21)。
5.如权利要求4所述的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其特征是所述下螺旋挤 扩体(3)、所述封闭挤扩体(4)和所述反向挤扩体(5)的外表面采用耐磨合金焊条堆焊成条 纹状或连接有硬质合金层或固定有硬质合金板(18)。
6.如权利要求5所述的可调控挤土量的双向螺旋封闭挤扩钻头，其特征是所述导砂 石土滑道(10)的下端开口宽度等于或大于其上端开口宽度。
7.如权利要求6所述的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其特征是所述导砂石 土滑道(10)内外侧的所述挡板(11)上设有挡土装置，挡土装置包括挡土锁舌(12)、卡座 (13)和压缩弹簧(14)，挡土锁舌(12)可伸缩的安置在所述挡板(11)上的锁舌安装槽(15) 内，所述卡座(13)固定在挡板(11)外表面上的锁舌安装槽(15)的周边，并将挡土锁舌 (12)的下部挡在锁舌安装槽(15)内，所述压缩弹簧(14)的外端顶在所述挡土锁舌(12)的 里端，压缩弹簧(14)的里端顶向所述导砂石土滑道(10)的底部或里面的挡板(11)，所述挡 土锁舌(12)的可伸出所述卡座(13)的锁舌尖部具有一个外高、内低的倾斜面(16)，倾斜面 (16)朝向下方，倾斜面(16)与所述导砂石土滑道(10)底面之间的夹角为30° -60°。
8.如权利要求7所述的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其特征是所述下螺旋挤 扩体⑶的底端与螺旋钻进体(19)的顶端相连，螺旋钻进体(19)为中空的圆柱体，螺旋钻 进体(19)的底端设有丢弃式钻尖或设有连接式钻尖(20)，所述下螺旋挤扩叶片(8)向下延 伸至螺旋钻进体(19)的底端，所述下螺旋挤扩叶片(8)的底端安装有合金切削齿。
9.如权利要求8所述的可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，其特征是所述导砂石土 滑道(10)的数量为1-6个，所述螺旋钻进体(19)为中空的圆柱体，所述螺旋钻进体(19) 的顶端与所述下螺旋挤扩体(3)的底端采用焊接相连。
全文摘要
可调控挤土量的双向螺旋挤扩钻头，包括连接杆，连接杆的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有下螺旋挤扩体、封闭挤扩体和反向挤扩体，反向挤扩体外侧壁上设有逆时针上螺旋挤扩叶片，下螺旋挤扩体的外侧壁上设有顺时针下螺旋挤扩叶片。封闭挤扩体的外侧壁上并列设置有多个导砂石土滑道，导砂石土滑道的上端开口与反向挤扩体下部相连，下端开口与下螺旋挤扩体的上部相连。在下旋挤扩成孔中，通过导砂石土滑道将钻尖切削的部分土石输送到封闭挤扩体之上的已成钻孔中，并在提钻压灌桩材过程中，通过反向挤扩体将上部钻孔中的土体挤压进桩孔侧壁。其目的在于提供一种钻进动力消耗更少、钻进效率更高、能够穿越各种土层施工螺旋挤土灌注桩的高效钻头。
文档编号E21B10/44GK101858199SQ201010177548
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者刘钟, 张义, 李志毅, 杨松, 赵琰飞, 马利军 申请人:中冶建筑研究总院有限公司;中国京冶工程技术有限公司