[实用新型]双向螺旋封闭挤扩钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用于土木工程领域的双向螺旋封闭挤扩钻头。

背景技术

在土木工程领域中，现代桩基础根据成桩方法对土层的影响可以分为非挤土桩、部分挤土桩和完全挤土桩三大类。由于非挤土桩存在着诸多的技术、成本和环保方面的问题，岩土工程界一直致力于开发新型的挤土桩，特别是螺旋挤土桩，因为这种螺旋挤土桩的施工方法同非挤土桩相比，除具有明显的技术和成本优势之外，还具有无泥浆、无渣土、无振动、低噪音等环保方面的优势。截至目前的开发工作主要是建立在长螺旋钻孔灌注桩工法(即CFA工法)、日本钢纤维全螺纹混凝土预制桩工法，以及德国Pfleiderer Verkehrstechnik GmbH&Co.公司的半螺纹中空预应力混凝土预制桩(即Europile)工法基础之上的。其中有代表性的研发有下述几项：

①专利号为ZL96119602.5的灌注螺纹桩成桩工艺；

②专利号为ZL01250189.1的螺纹钻杆；

③专利号为ZL01240059.9的螺纹桩桩机；

④专利号为ZL02138738.9的螺纹桩桩机联动机构；

⑤专利号为ZL200410013038.9的螺纹桩桩机卷扬牵引机构；

⑥专利号为ZL200310117711.9的半螺丝桩及其加工方法和装置；

⑦专利号为ZL03128265.2的半螺丝桩及其成桩工法。

以上七项专利分别阐述了全螺纹桩和半螺丝桩的钻杆、桩机设备与成桩工法。上述灌注全螺纹桩的主要特征是桩的螺纹占据了整个桩长，其成桩螺纹钻杆的中心管为等直径管，中心管外侧的钻杆螺纹等外径、等螺距。而上述半螺丝桩则由两部分组成，上部为直线型结构、下部为螺丝型结构，上下两部分外径尺寸相同。其中直线型部分占总桩长的1/3，螺丝型部分占总桩长的2/3。半螺丝桩的成桩钻杆的中心管为等直径管，其下部中心管外侧的钻杆螺纹等外径、等螺距。半螺丝桩分为现浇型和预制型两大类。

上述专利中的全螺纹桩、半螺丝桩及其成桩方法中存在着以下一些缺陷和问题，现在按照预制桩和现浇桩两大类分别加以说明。

1、预制全螺纹桩和预制半螺丝桩的缺陷与问题

——预制螺纹桩的制造设备复杂、昂贵；

——预制螺纹桩的制造、养护和连接工艺复杂，生产成本高；

——预制螺纹桩桩身较长，运输困难，运输成本高；

——预制螺纹桩打设动力要求高；

——预制半螺丝桩采用高频振动器沉桩方法，只能适用于软土地层和小直径短桩。

2、现浇全螺纹桩和半螺丝桩的缺陷与问题

——灌注全螺纹桩需要以成孔机械预成孔；

——为真正实现桩身具有2/3或全桩长螺纹，在桩的施工过程中必须采用复杂的同步技术与工艺；

——由于地层有土性和软硬变化的不确定性和非均匀性，很难保证桩螺纹生成过程中的瞬时同步，因此可能会导致部分桩螺纹难以按照设计要求成型；

——因为该两种成桩方法都采用等直径中心管和较长螺旋段的长螺旋钻，因而在成桩过程中会消耗较多的钻机动力，影响在相同地层、相同桩径条件下的钻进深度，并且无法应用于坚硬地层情况；

——在设计计算中如何界定全螺纹桩或半螺丝桩的有效直径尚无定论，若用螺旋外径作为桩的有效直径，可能会产生安全度方面的问题；若以中心管外径作为桩的有效直径则会造成桩承载力低估的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能在各种地质条件下施工作业的双向螺旋封闭挤扩钻头，利用其所制成的双向螺旋封闭挤扩桩的承载力更高、沉降量更小、质量更好、成本更低、能耗更少、工效更高、更加环保。

本实用新型的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法兰盘，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，所述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。

本实用新型的双向螺旋封闭挤扩钻头，其中所述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，所述下螺旋挤扩叶片的圈数为2圈以上。

本实用新型的双向螺旋封闭挤扩钻头，其中所述下螺旋挤扩叶片的螺距为等螺距或变螺距，其等螺距S_j的数学表达式为：