一种陀螺钻头、带有陀螺钻头的成桩机械及其成桩方法

摘要

本发明公开了一种陀螺钻头、带有陀螺钻头的成桩机械及其成桩方法，带有陀螺钻头的成桩机械，包括移动系统、底盘、桩架、动力系统、管状钻杆、钻头和高压注砼系统。钻头位于钻杆的头部，钻头中间部分的螺片为等径螺片，上部螺片和下部螺片直径逐渐减小，形成上、下两个尖，整个钻头为呈陀螺形的陀螺钻头。成桩方法为：在软弱或欠固结土中采用非取土、非开挖的挤土成孔注砼成桩法；在上部为软土，下部为粉土、粉砂地质中，采用下部反复钻孔，提土至软土中，利用反正旋转将下部密实土与上部软弱土互相置换，最后挤土提钻注浆成桩。成孔不用套筒，无泥浆排放，造价大大降低，适用广泛。

说明书

技术领域

本发明涉及一种建构筑物的桩基础施工机械及施工方法，尤其是一种陀螺钻头、带有陀螺钻头的成桩机械及其成桩方法。

背景技术

在建筑、桥梁、市政、水利、码头工程的桩基施工中通常采用螺旋钻成桩，现有的螺旋钻除钻头的一小部分外，其余部分的螺片直径都是相等的且长螺旋钻的螺旋分布长度与桩长等长，其旋转阻力很大。实施大口径长桩施工时，由于其阻力巨大而使动力极高，或不得已缩小桩径、桩长，因此往往不能满足设计要求。而短螺旋钻螺旋部分虽然短，但需分若干次钻进提土，在软土中无法实现。螺旋钻用在沿海的淤泥质粘土中，由于粘性土的清除困难，使其无法应用。带护筒的螺旋钻施打大口径长桩时，拔筒十分困难，且造价极高。现有的螺旋钻靠螺片上提，将孔中土体带出地面，然后再清除，如中国ZL200410094076.1中的方法。

所以，在沿海淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土深厚、粉土等地质特点的地方，现有的长、短螺旋钻、带套筒的螺旋钻以及钻孔、沉拔管桩机都存在着技术、承载力和成本方面的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以不用护筒，不开挖护壁，且能进入一定深度硬土层的成桩机械及其方法，即陀螺钻头、带有陀螺钻头的成桩机械及其成桩方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种陀螺钻头，钻头中间部分的螺片直径相等，上部螺片和下部螺片直径逐渐减小，形成上、下两个尖，整个钻头呈陀螺形。

一种带有陀螺钻头的成桩机械，包括移动系统、底盘、桩架、动力系统、管状钻杆、钻头和高压注砼系统，钻头位于钻杆的头部，钻头中间部分的螺片为等径螺片，上部螺片和下部螺片直径逐渐减小，形成上、下两个尖，整个钻头为呈陀螺形的陀螺钻头。

所述高压注砼系统由高压混凝土泵、输砼导管和注砼口构成，输砼导管插入管状钻杆，通过管状钻杆中形成的高压注砼通道和形成在陀螺钻头下尖的注砼口注砼。

一种带有陀螺钻头的成桩机械的成桩方法，包括以下步骤：首先用陀螺钻机钻进，当钻进到达设计深度后，启动混凝土泵将混凝土通过输砼导管泵入钻杆芯管，通过注砼口向陀螺钻头上提时形成的柱状孔内注入混凝土，边注入混凝土边提陀螺钻，直到设计标高，形成素混凝土的桩身。

还包括在混凝土初凝前，将钢筋笼插入素混凝土的桩身。

用于淤泥、淤泥质粘土或粉质粘土的软土地基施工或非开挖管道的施工。

一种带有陀螺钻头的成桩机械的成桩方法，用于上软下硬地基中的成桩，依次包括以下步骤：

a.首先用陀螺钻机钻进，当钻头钻过软土到达硬土层时，先将钻头钻入硬层，当陀螺钻头全部进入硬层后，开始同向旋转提钻，提至软土后，反向转钻，使钻头等径螺片间的硬土被上部钻周软土挤入周围的软土中，螺片间的存土被置换成软土，然后再正向旋转下沉钻进至上次到达的深度后继续钻进，直至钻头再次全部进入上次达到的深度以下后，再一次提钻，循环重复上述步骤，直至达到设计要求的深度；

b.当上下置换到达设计深度后，启动混凝土泵将混凝土通过输砼导管和注砼口注入到陀螺钻钻下尖的孔中，边泵送混凝土边提陀螺钻，靠陀螺钻头挤土成孔，边提钻边注直到设计标高，形成素混凝土的桩身。

还包括在混凝土初凝前，将钢筋笼插入素混凝土的桩身。

还用于非开挖管道的施工。

本发明的有益效果是：

1、在软粘土中，不用像现有的螺旋钻那样靠螺片上提将孔中土体带出地面，然后再清除，它利用了软土中可以挤土成孔的特性，靠陀螺钻头的等径螺片部分(即陀螺钻头的中部螺片直径相等的部分)提钻时挤土形成的柱状孔来成孔，由于陀螺钻头的长度仅为螺旋钻的十分之一或更少，其扭力、阻力大大减小；陀螺钻头的上部为“尖”状，其上拔的阻力大大减小；钻头部分携带泥土极少，也就免除了粘土、淤泥清除之苦，陀螺钻使螺旋钻在粘土地质中不能实现的方法得以实现成孔成桩。

2、将现有的螺旋钻钻头改为上、下两个尖，将上部的螺片全部去掉，只留钻杆，在同等动力的条件下，可以大大加大桩径与桩长。

3、陀螺钻头靠挤土上、下钻进，变原来的提土成孔为挤土成孔，由于螺片的数量大大减少(减少70~90％)，仅剩了钻杆与钻头，所以其扭力及侧向竖直摩擦阻力大大降低，大幅度降低了动力。动力大大减小，所成桩桩径、桩长以及桩竖向承载力与抗水平推力都比传统螺旋钻施工效益大大提高，成孔不用套筒，无泥浆排放，造价大大降低，适用广泛。

附图说明

图1是本发明的陀螺钻头的结构图。

图2是本发明的带有陀螺钻头的成桩机械的组成示意图。

图3是本发明的带有陀螺钻头的成桩机械的第1种成桩方法示意图。

图4是本发明的带有陀螺钻头的成桩机械的第2种成桩方法示意图。

图中，1、桩架；2、底盘；3、移动系统；4、动力系统；5、管状钻杆；8、陀螺钻头；9、等径螺片；10、上部螺片；11、下部螺片；12、注砼口；13、高压注砼通道；14、高压混凝土泵；15、输砼导管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，本发明的陀螺钻头，钻头中间部分的螺片直径相等，上部螺片和下部螺片直径逐渐减小，形成上、下两个尖，整个钻头呈陀螺形。

如图1、2所示，本发明的带有陀螺钻头的成桩机械，包括安装在移动系统3上的底盘2、桩架1、打桩的动力系统4、管状钻杆5、陀螺钻头8和高压注砼系统，陀螺钻头8位于钻杆5的头部，钻头中间部分的螺片直径相等，上部螺片和下部螺片直径逐渐减小，形成上、下两个尖，整个钻头呈陀螺形。即陀螺钻头8的螺片由等径螺片9，上部螺片10和下部螺片11组成。一般情况下等径螺片9部分的长度为1~2米。

高压注砼系统由混凝土泵14、输砼导管15和注砼口12构成，输砼导管15插入管状钻杆5，通过管状钻杆5中形成的高压注砼通道13和形成在陀螺钻头8下尖的注砼口12注砼。

如图3所示，带有上述的陀螺钻头的成桩机械的成桩方法，在软土如淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土中成桩，依次包括以下步骤：

a.首先用陀螺钻机钻进，当钻进到达设计深度后，启动混凝土泵将混凝土通过输砼导管泵入钻杆芯管，通过注砼口向陀螺钻头上提时形成的柱状孔内注入混凝土，边注入混凝土边提陀螺钻，直到设计标高，形成素混凝土的桩身。

b.在混凝土初凝前，将钢筋笼插入素混凝土的桩身。

上述方法也可用于非开挖管道的施工。

如图4所示，带有上述陀螺钻头的成桩机械的成桩方法，用于上软下硬的土地基成桩，依次包括以下步骤：

a.首先用陀螺钻机钻进，当钻头钻过软土到达硬土层时，先将钻头钻入硬层，当陀螺钻头全部进入硬层后，开始同向旋转提钻，提至软土后，反向转钻，使钻头等径螺片间的硬土被上部钻周软土挤入周围的软土中，螺片间的存土被置换成软土，然后再正向旋转下沉钻进至上次到达的深度后继续钻进，直至钻头再次全部进入上次达到的深度以下后，再一次提钻，循环重复上述步骤，直至达到设计要求的深度；

b.当上下置换到达设计深度后，启动混凝土泵将混凝土通过输注砼导管和注砼口注入到陀螺钻钻下尖的孔中，边泵送混凝土边提陀螺钻，靠陀螺钻头挤土成孔，边提钻边注直到设计标高，形成素混凝土的桩身。

c.在混凝土初凝前，将钢筋笼插入素混凝土的桩身。

上述方法也可用于非开挖管道的施工。

当然，上述两个方法中的钢筋笼插入素混凝土步骤根据情况可以省略。

综上所述，本发明的设备，在软粘土中不用像现有的螺旋钻机那样作螺片上提将孔中土体带出地面然后再清除；它利用了软土中可以挤土成孔的特性，靠钻头的柱体(即陀螺钻头的中部螺片直径相等的部分)提钻时挤土形成的柱状孔来成孔，由于陀螺钻头的长度仅为螺旋钻头的十分之一或者更少，其扭力、阻力大大减小；加之，陀螺钻头的上部也为“尖”状，其上拔的阻力大大减小；由于钻头部分携带泥土极少，也就免除了粘土、淤泥的清除之苦，从而螺旋钻不能实现的工法陀螺钻得以在粘土地质中应用。

在上软下硬的土层中，它可以将硬层中的土用陀螺钻头先钻进后上提，利用正反向旋转将土体置换，即为硬土中成孔创造了条件，又改善加固了上部软土，也不用外排泥土、泥浆，经济环保。

综上所述，本发明的内容并不局限在的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。