專利名稱:帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械及其成樁方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建構(gòu)筑物的樁基礎(chǔ)施工機(jī)械及施工方法，尤其是一種帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械及其成樁方法。
背景技術(shù)：
在建筑、橋梁、市政、水利、碼頭工程的樁基施工中通常采用螺旋鉆成樁，現(xiàn)有的螺旋鉆除鉆頭的一小部分外，其余部分的螺片直徑都是相等的且長螺旋鉆的螺旋分布長度與樁長等長，其旋轉(zhuǎn)阻力很大。實施大口徑長樁施工時，由于其阻力巨大而使動力極高，或不得已縮小樁徑、樁長，因此往往不能滿足設(shè)計要求。而短螺旋鉆螺旋部分雖然短，但需分若干次鉆進(jìn)提土，在軟土中無法實現(xiàn)。螺旋鉆用在沿海的淤泥質(zhì)粘土中，由于粘性土的清除困難，使其無法應(yīng)用。帶護(hù)筒的螺旋鉆施打大口徑長樁時，拔筒十分困難，且造價極高?，F(xiàn)有的螺旋鉆靠螺片上提，將孔中土體帶出地面，然后再清除，如中國ZL200410094076.1中的方法。
所以，在沿海淤泥、淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土深厚，以及粉細(xì)砂護(hù)壁困難、風(fēng)化巖等地質(zhì)特點(diǎn)的地方，現(xiàn)有的長、短螺旋鉆、帶套筒的螺旋鉆以及鉆孔、沉拔管樁機(jī)都存在著技術(shù)、承載力和成本方面的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可以適用不同地質(zhì)及承載力要求的，可以不用護(hù)筒，不開挖護(hù)壁，且能進(jìn)入一定深度硬土層的成樁機(jī)械及其方法，即帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械及其成樁方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械，包括移動系統(tǒng)、底盤、樁架、動力系統(tǒng)、鉆桿、鉆頭和高壓注砼系統(tǒng)，鉆頭位于鉆桿的頭部，鉆頭中間部分的螺片為等徑螺片，上部螺片和下部螺片直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鉆頭為呈陀螺形的陀螺鉆頭；還裝有高壓旋噴系統(tǒng)，在鉆頭上有多個高壓旋噴口。
所述多個高壓旋噴口為位于陀螺鉆頭的上部、中部和下部的上高噴口、中高噴口和下高噴口。
所述鉆桿為套管鉆管，在上高噴口的下方有泥漿上排放口，在下高噴口的上方有泥漿下排放口，套管鉆管內(nèi)套管的內(nèi)部空間一分為二，一邊為高壓注砼系統(tǒng)的高壓注砼通道，另一邊為與泥漿上排放口和泥漿下排放口相通的排泥漿通道，在內(nèi)外套管之間為高壓旋噴通道，高壓旋噴通道中設(shè)置有與上高噴口、中高噴口和下高噴口相通的上高噴口通道、中高噴口通道和下高噴口通道。
所述高壓注砼系統(tǒng)由高壓混凝土泵、輸砼導(dǎo)管和注砼口構(gòu)成，輸砼導(dǎo)管插入高壓注砼通道，通過高壓注砼通道和形成在陀螺鉆頭下尖的注砼口注砼。
在螺片上還設(shè)置有止土閥和耙齒。
一種帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械的成樁方法，用于在大口徑樁硬土層成樁或護(hù)壁成孔困難的液化粉細(xì)砂地質(zhì)中成樁，依次包括以下步驟a.用陀螺鉆機(jī)鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)到達(dá)設(shè)計深度后，陀螺鉆頭上尖部的高壓旋噴系統(tǒng)開啟，利用射流旋轉(zhuǎn)噴射切割土體，使土體成為泥漿后流入泥漿上排放口，沿鉆桿內(nèi)管中的排泥漿通道排出地面；b.在高壓旋噴系統(tǒng)開啟的同時，同步上提鉆頭和啟動通過陀螺鉆頭鉆尖下部的高壓注砼系統(tǒng)，使流態(tài)混凝土從通過鉆桿內(nèi)管的高壓注砼通道，從鉆頭下尖的注砼口注入到由陀螺鉆等徑螺片擠壓形成的中部柱體樁孔內(nèi)，直至達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，形成素混凝土的樁身。
還包括在混凝土初凝前，將鋼筋籠插入素混凝土的樁身。
在步驟a之前還包括當(dāng)鉆進(jìn)困難時，啟動高壓旋噴系統(tǒng)，通過下高噴口，用射流切割土體形成泥漿，使泥漿從下排漿口經(jīng)排泥漿通道至地面，以保證在粉砂硬地層中鉆進(jìn)到設(shè)計深度。
在步驟b中還包括提鉆并高壓注混凝土的同時，啟動高壓旋噴系統(tǒng)，通過中高噴口向樁周土高壓旋噴射入水泥漿，使混凝土樁外形成一定厚度的水泥土體包裹混凝土芯樁，形成混凝土芯樁與其外圍的水泥土樁共同組成的組合樁。
本發(fā)明的有益效果是1、將現(xiàn)有的螺旋鉆頭改為上、下兩個尖，使其成為陀螺狀，再將上部螺片全部去掉，只保留鉆桿，這樣帶陀螺鉆頭的鉆具在鉆進(jìn)、提鉆時的扭力和阻力就會降低50～70％，所以施工動力大大降低；反之，在相等動力的條件下，可以加大陀螺鉆頭的螺徑以增大樁徑，加大鉆桿長度以增加樁長。為超大口徑、超長、超大承載力的施工創(chuàng)造了條件，克服了螺旋壓灌樁由于阻力極大而使樁長、樁徑受限制的局限性。
2、由于陀螺鉆頭的中間仍保留若干等徑螺片，這部分螺片與螺片間的夾土形成一柱狀體，整個柱體隨鉆桿上提時，在陀螺鉆頭的下部形成一柱狀孔。注漿系統(tǒng)同步向此孔注漿。而陀螺鉆頭的中部柱體則替代了螺旋鉆大口徑樁中的大徑護(hù)筒，也替代了鉆孔樁中的泥漿護(hù)壁。
3、由于本發(fā)明設(shè)備配有高噴系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)，鉆進(jìn)時，用下尖噴射，造泥排泥，保證鉆進(jìn)深度；注砼成樁時用上尖造泥排泥，以保證提鉆成孔，注砼成樁，且連續(xù)進(jìn)行?？朔舜罂趶介L樁利用普通螺旋鉆時靠護(hù)筒護(hù)壁且往復(fù)多次提土的不足，還排除了大口徑套管螺旋壓灌樁在拔套管時的困難。
總之，高噴陀螺鉆一種機(jī)械解決了螺旋壓灌樁、套管護(hù)壁式螺旋壓灌樁以及鉆孔灌注樁三種工藝各自的或共同的缺陷，使在粉土、粉沙或護(hù)壁成孔困難的大口徑超長樁及以非開挖、不用護(hù)筒的情況下輕巧實現(xiàn)。
圖1是本發(fā)明的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械的組成示意圖。
圖2是本發(fā)明的陀螺鉆頭的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的陀螺鉆頭的套管鉆管橫剖面圖。
圖4是本發(fā)明的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械的第1種成樁方法示意圖。
圖5是本發(fā)明的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械的第2種成樁方法示意圖。
圖中，1、樁架；2、底盤；3、移動系統(tǒng)；4、動力系統(tǒng)；5、套管鉆桿；6、高壓旋噴注漿系統(tǒng)；8、陀螺鉆頭；9、等徑螺片；10、上部螺片；11、下部螺片；12、注砼口；13、高壓注砼通道；4、高壓混凝土泵；15、輸砼導(dǎo)管；16、排泥漿通道；17、高壓旋噴通道；18、上高噴口通道；19、下高噴口通道；20、上高噴口；21、中高噴口；22、下高噴口；23、泥漿上排放口；24、止土閥；25、中高噴口通道；26、耙齒；27、泥漿下排放口。
具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明如圖1、2所示，本發(fā)明的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械，包括安裝在移動系統(tǒng)3上的底盤2、樁架1、打樁的動力系統(tǒng)4、套管鉆管5、陀螺鉆頭8和高壓砼系統(tǒng)，陀螺鉆頭8位于套管鉆桿5的頭部，鉆頭中間部分為等徑螺片9，上部螺片10和下部螺片11直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鉆頭為呈陀螺形；還裝有高壓旋噴系統(tǒng)6，在鉆頭上裝有多個高壓旋噴口。一般情況下等徑螺片9部分的長度為1~2米。
所述多個高壓旋噴口為位于陀螺鉆頭8的上部、中部和下部的上高噴口20、中高噴口21和下高噴口22。
如圖3所示，鉆桿為套管鉆管5，在上高噴口20的下方有泥漿上排放口23，在下高噴口22的上方有泥漿下排放口27，套管鉆管5內(nèi)套管的內(nèi)部空間一分為二，一邊為高壓注砼系統(tǒng)的高壓注砼通道13，另一邊為與泥漿上排放口23和泥漿下排放口27相通的排泥漿通道16，在內(nèi)外套管之間為高壓旋噴通道17，高壓旋噴通道17中設(shè)置有與上高噴口20、中高噴口21和下高噴口22相通的上高噴口通道18、中高噴口通道25和下高噴口通道19。
高壓注砼系統(tǒng)由高壓混凝土泵14、輸砼導(dǎo)管15和注砼口12構(gòu)成，輸砼導(dǎo)管15插入高壓注砼通道13，通過高壓注砼通道13和形成在陀螺鉆頭8下尖的注砼口12注砼。
在螺片上還設(shè)置有當(dāng)鉆逆轉(zhuǎn)時起擋土作用的止土閥24和起破碎作用的耙齒26。
下面，對采用上述機(jī)械的成樁法分別進(jìn)行詳細(xì)說明如圖4所示，帶有上述高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械的成樁方法，用于在大口徑樁硬土層成樁或護(hù)壁成孔困難的液化粉細(xì)砂地質(zhì)中成樁，依次包括以下步驟a.用陀螺鉆機(jī)鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)困難時，啟動高壓旋噴系統(tǒng)，通過下高噴口，用射流切割土體形成泥漿，使泥漿從下排漿口經(jīng)排泥漿通道至地面，以保證在粉砂等硬地層中鉆進(jìn)到設(shè)計深度。
b.當(dāng)鉆進(jìn)到達(dá)設(shè)計深度后，陀螺鉆頭上尖部的高壓旋噴系統(tǒng)開啟，利用射流旋轉(zhuǎn)噴射切割土體，使土體成為泥漿后流入泥漿排放口，沿鉆桿內(nèi)管中的排泥漿通道排出地面；c.在高壓旋噴系統(tǒng)開啟的同時，同步上提鉆頭和啟動通過陀螺鉆頭鉆尖下部的高壓注砼系統(tǒng)，使流態(tài)混凝土從通過鉆桿內(nèi)管的高壓注砼通道，從鉆頭下尖的注砼口注入到由陀螺鉆等徑螺片擠壓形成的中部柱體樁孔內(nèi)，直至達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，形成素混凝土的樁身。
d.在混凝土初凝前，將鋼筋籠插入素混凝土的樁身。
當(dāng)然，如果沒有鉆進(jìn)困難，可以省略步驟a。
如圖5所示，帶有上述高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械的成樁方法，用于混凝土壓注加高壓旋噴組成組合樁，依次包括以下步驟a.用陀螺鉆機(jī)鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)困難時，啟動高壓旋噴系統(tǒng)，通過下高噴口，用射流切割土體形成泥漿，使泥漿從下排漿口經(jīng)排泥漿通道至地面，以保證在粉砂等硬地層中鉆進(jìn)到設(shè)計深度。
b.當(dāng)鉆進(jìn)到達(dá)設(shè)計深度后，陀螺鉆頭上尖部的高壓旋噴系統(tǒng)開啟，利用射流旋轉(zhuǎn)噴射切割土體，使土體成為泥漿后流入泥漿排放口，沿鉆桿內(nèi)管中的排泥漿通道排出地面；c.在高壓旋噴系統(tǒng)開啟的同時，同步上提鉆頭和啟動通過陀螺鉆頭鉆尖下部的高壓注砼系統(tǒng)，使流態(tài)混凝土從通過鉆桿內(nèi)管的高壓注砼通道，從鉆頭下尖的注砼口注入到由陀螺鉆等徑螺片擠壓形成的中部柱體樁孔內(nèi)，同時啟動高壓旋噴系統(tǒng)，通過中高噴口向樁周土高壓旋噴射入水泥漿，使混凝上樁外形成一定厚度的水泥土體包裹混凝土芯樁，形成混凝土芯樁與其外圍的水泥土樁共同組成的組合樁，直至達(dá)到設(shè)計標(biāo)高d.在混凝土初凝前，將鋼筋籠插入混凝土的樁身。
當(dāng)然，如果沒有鉆進(jìn)困難，可以省略步驟a。
由于混凝土芯樁與其外圍的水泥土樁共同組成組合樁，芯樁承受上部荷載；水泥土樁(環(huán)狀)增大芯樁的側(cè)摩阻力和抗水平推力，此種工法可供芯樁的承載力提高30％~100％或以上，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。
綜上所述，在密實度很高的粉土、粉砂中，要成大口徑的樁，擠土成孔困難或不可能時，它可以利用陀螺鉆頭上尖上的高噴注漿系統(tǒng)成圓周狀靠噴射破壞土體造成泥漿，使泥漿從鉆桿內(nèi)管的排泥通道中向上排出地面，同時向上提鉆成孔，設(shè)在下尖的注漿系統(tǒng)向孔內(nèi)同步壓注漿等填料成樁，這是現(xiàn)有的長螺旋鉆與短螺旋鉆都無法實現(xiàn)的。
利用鉆頭上的高噴注漿系統(tǒng)，可以向樁周土噴射水泥漿或其他任何可以加固土體的材料，使樁周土的密實度、強(qiáng)度提高，從而大大提高樁的豎向承載力和抗水平推力，此功能達(dá)到的性價比要比其現(xiàn)有成樁方法優(yōu)越得多。
上述方法也可用于非開挖管道的施工。
綜上所述，本發(fā)明的內(nèi)容并不局限在的實施例中，相同領(lǐng)域內(nèi)的有識之士可以在本發(fā)明的技術(shù)指導(dǎo)思想之內(nèi)可以輕易提出其他的實施例，但這種實施例都包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械，包括移動系統(tǒng)、底盤、樁架、動力系統(tǒng)、鉆桿、鉆頭和高壓注砼系統(tǒng)，其特征在于，鉆頭位于鉆桿的頭部，鉆頭中間部分的螺片為等徑螺片(9)，上部螺片(10)和下部螺片(11)直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鉆頭為呈陀螺形的陀螺鉆頭(8)；還裝有高壓旋噴系統(tǒng)(6)，在鉆頭(8)上有多個高壓旋噴口。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械，其特征在于，所述多個高壓旋噴口為位于陀螺鉆頭(8)的上部、中部和下部的上高噴口(20)、中高噴口(21)和下高噴口(22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械，其特征在于，所述鉆桿為套管鉆管(5)，在上高噴口(20)的下方有泥漿上排放口(23)，在下高噴口(22)的上方有泥漿下排放口(27)，套管鉆管(5)內(nèi)套管的內(nèi)部空間一分為二，一邊為高壓注砼系統(tǒng)的高壓注砼通道(13)，另一邊為與泥漿上排放口(23)和泥漿下排放口(27)相通的排泥漿通道(16)，在內(nèi)外套管之間為高壓旋噴通道(17)，高壓旋噴通道(17)中設(shè)置有與上高噴口(20)、中高噴口(21)和下高噴口(22)相通的上高噴口通道(18)、中高噴口通道(25)和下高噴口通道(19)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械，其特征在于，所述高壓注砼系統(tǒng)由高壓混凝土泵(14)、輸砼導(dǎo)管(15)和注砼口(12)構(gòu)成，輸砼導(dǎo)管(15)插入高壓注砼通道(13)，通過高壓注砼通道(13)和形成在陀螺鉆頭(8)下尖的注砼口(12)注砼。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械，其特征在于，在螺片上還設(shè)置有止土閥(24)和耙齒(26)。
6.一種帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械的成樁方法，用于在大口徑樁硬土層成樁或護(hù)壁成孔困難的液化粉細(xì)砂地質(zhì)中成樁，依次包括以下步驟a.用陀螺鉆機(jī)鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)到達(dá)設(shè)計深度后，陀螺鉆頭上尖部的高壓旋噴系統(tǒng)開啟，利用射流旋轉(zhuǎn)噴射切割土體，使土體成為泥漿后流入泥漿上排放口，沿鉆桿內(nèi)管中的排泥漿通道排出地面；b.在高壓旋噴系統(tǒng)開啟的同時，同步上提鉆頭和啟動通過陀螺鉆頭鉆尖下部的高壓注砼系統(tǒng)，使流態(tài)混凝土從通過鉆桿內(nèi)管的高壓注砼通道，從鉆頭下尖的注砼口注入到由陀螺鉆等徑螺片擠壓形成的中部柱體樁孔內(nèi)，直至達(dá)到設(shè)計標(biāo)高，形成素混凝土的樁身。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械的成樁方法，其特征在于，還包括在混凝土初凝前，將鋼筋籠插入素混凝土的樁身。
8.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械的成樁方法，其特征在于，在步驟a之前還包括當(dāng)鉆進(jìn)困難時，啟動高壓旋噴系統(tǒng)，通過下高噴口，用射流切割土體形成泥漿，使泥漿從下排漿口經(jīng)排泥漿通道至地面，以保證在粉砂硬地層中鉆進(jìn)到設(shè)計深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求
6或8所述的帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械的成樁方法，其特征在于，在步驟b中還包括提鉆并高壓注混凝土的同時，啟動高壓旋噴系統(tǒng)，通過中高噴口向樁周土高壓旋噴射入水泥漿，使混凝土樁外形成一定厚度的水泥土體包裹混凝土芯樁，形成混凝土芯樁與其外圍的水泥土樁共同組成的組合樁。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種帶有高噴陀螺鉆頭的成樁機(jī)械及其成樁方法，包括移動系統(tǒng)、底盤、樁架、動力系統(tǒng)、鉆桿、鉆頭及高壓注砼系統(tǒng)，鉆頭位于鉆桿的頭部，鉆頭中間部分的螺片為等徑螺片，上部螺片和下部螺片直徑逐漸減小，形成上、下兩個尖，整個鉆頭呈陀螺形；還裝有高壓旋噴系統(tǒng)，在鉆頭上有多個高壓旋噴口。在粉細(xì)砂或液化嚴(yán)重、護(hù)壁成孔困難的地層中利用陀螺鉆頭上端的高壓旋噴系統(tǒng)射流切割土體倒成孔自下往上成孔、鉆頭下端同步注漿法成樁；可以通過鉆頭高噴系統(tǒng)向樁周土噴射水泥漿作成水泥土樁或與注砼形成的芯樁組成組合樁。成孔不用套筒，動力和造價降低，適用大口徑超大承載力樁及非開挖的管道施工。
文檔編號E21B10/44GK1995685SQ200710056418
公開日2007年7月11日 申請日期2007年1月8日
發(fā)明者雷玉華 申請人:天津雷華科技有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan