[发明专利]单向螺旋半挤土钻头及单向螺旋半挤土桩施工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于桩基工程领域的单向螺旋半挤土钻头及采用此种钻头施工的单向螺旋半挤土桩施工工艺。

背景技术

在现代桩基工程领域中，根据成桩对地层的影响类型将桩基技术分为排土桩、半挤土桩和全挤土桩三大类。在目前桩基市场中，排土桩占据大部分市场份额，少部分市场份额由全挤土桩占有。随着城镇化的大规模发展，钻孔桩、冲孔桩、旋挖桩、CFA桩等排土桩的技术缺陷和环境污染问题日益凸现。对于能够克服排土桩环境污染的全挤土桩，如静压管桩、打入方桩和完全挤土型螺旋挤扩桩等工法在桩基施工中又面临了新的技术难题，如施工中遇到坚硬岩土地层时无法将基桩压入、打入或钻入到设计地层中，无法保证设计桩长，此外，还可能带来难以避免的挤土负效应，产生地面隆起、开裂和桩身侧向位移等技术问题。为了能够克服排土桩和全挤土桩在施工过程中所经常遇到的上述技术瓶颈问题，本发明提出了新的技术思路和解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种单向螺旋半挤土钻头，应用该种钻头的单向螺旋半挤土桩施工工艺能够施工出高承载力、低成本、绿色环保的基桩，适用于包括坚硬岩土地层在内的各种复杂地层，能够有效减少挤土负效应、地面隆起、开裂和桩身侧向位移等现象。

本发明单向螺旋半挤土钻头，包括中空连接杆，中空连接杆的一端设有连接法兰盘，另一端附近设有钻尖，所述中空连接杆自靠近钻尖一端至法兰盘一端依次同轴套设有下螺旋挤扩体、非封闭挤扩体和上输土螺旋钻杆，所述钻尖连接在下螺旋挤扩体的端部，所述下螺旋挤扩体的外壁上设有螺旋挤扩叶片，所述上输土螺旋钻杆外壁上设有旋转方向与挤扩叶片相同的螺旋上输土叶片，所述挤扩叶片的外径与上输土叶片的外径相同均为D1，所述非封闭挤扩体的最大外径为D2，所述下螺旋挤扩体的最大外径为D3，D3∠D2∠D1。

本发明单向螺旋半挤土钻头，其中所述非封闭挤扩体呈椭球状，所述椭球的长轴与中空连接杆的轴线重合，椭球长轴方向的两端分别与上输土螺旋钻杆和下螺旋挤扩体相交，椭球的短半轴为a，长半轴为c，a≦c≦4a。

本发明单向螺旋半挤土钻头，其中所述钻尖与下螺旋挤扩体端部相连的侧壁上设有一个与中空连接杆相通的侧出料口，所述侧出料口设有单向阀门，侧出料口的横截面积大于中空连接杆的中空通道的横截面积。

本发明单向螺旋半挤土钻头，其中所述下螺旋挤扩体、非封闭挤扩体和上输土螺旋钻杆内部均中空，三者中空的通道均相连通，所述中空连接杆位于三者的中空通道中。

本发明单向螺旋半挤土钻头，其中所述非封闭挤扩体的外表面焊接有螺旋或竖向或水平向的硬质合金抗磨板。

本发明单向螺旋半挤土钻头，其中所述下螺旋挤扩体呈自连接钻尖一端至非封闭挤扩体一端逐渐增大的中空圆台状，或呈外径一致的圆筒状，所述上输土螺旋钻杆呈外径一致的圆筒状。

本发明单向螺旋半挤土钻头，其中所述挤扩叶片为加厚叶片，挤扩叶片的螺旋圈数不少于3圈，螺距S1可采用等螺距或变螺距，所述上输土叶片的厚度小于挤扩叶片的厚度，上输土叶片采用等螺距S2。

本发明单向螺旋半挤土钻头，其中所述上输土螺旋钻杆的外径为0.8D1～0.9D1，所述上输土叶片的螺距为0.8D1＜S2＜1.2D1。所述下螺旋挤扩体的挤扩叶片的螺距为0.4D1＜S1＜2D1。

本发明单向螺旋半挤土钻头，其中所述上输土螺旋钻杆外径为0.8D1，所述上输土叶片的螺距S2为0.9D1，所述挤扩叶片的螺距为0.5D1＜S1＜0.9D1。

本发明单向螺旋半挤土钻头，其中所述钻尖采取单翼两级渐扩式钻尖，包括第一级带有硬质合金截齿的先导钻尖和安装在最靠近钻尖的一圈挤扩叶片上的第二级截齿切削钻具，所述侧出料口位于先导钻尖和第二级截齿切削钻具之间。

本发明单向螺旋半挤土钻头，其中所述钻尖采用双翼三级渐扩式钻尖，包括第一级带有硬质合金截齿先导钻尖、位于先导钻尖和下螺旋挤扩体端部之间的第二级带有硬质合金斗齿切削钻具、安装在最靠近钻尖的一圈挤扩叶片上的第三级带有硬质合金斗齿切削钻具，所述侧出料口位于第二、第三级带有硬质合金斗齿切削钻具之间。

本发明单向螺旋半挤土桩施工工艺，使用上述单向螺旋半挤土钻头，包括以下步骤：

1)将安装有单向螺旋半挤土钻头的桩工钻机按照桩孔放线位置就位；