具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头.pdf

具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的钻头中心杆，钻头中心杆的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地制有掘进螺旋体、掘进螺旋挤扩体、挤扩稳定体和反制挤扩体，反制挤扩体为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，反制挤扩体的外侧壁上设有反制螺旋挤扩叶片，掘进螺旋挤扩体为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，掘进螺旋挤扩体和掘进螺旋体的外侧壁上设有旋向与反制螺旋挤扩叶片的旋向相反的掘进螺旋叶片，掘进螺旋挤扩体的侧壁上位于掘进螺旋叶片之间设有螺旋状的导土槽，导土槽沿着挤扩稳定体的外侧壁向上延伸穿过挤扩稳定体。目的在于提供一种钻进动力消耗更少、钻进效率更高、也更加环保的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头。

权利要求书
1.  具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的钻头中心杆(2)，钻头中心杆(2)的顶端设有连接接头(1)，其底端设有钻尖(20)，其特征在于所述钻头中心杆(2)的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地制有掘进螺旋体(3)、掘进螺旋挤扩体(4)、挤扩稳定体(5)和反制挤扩体(6)，所述反制挤扩体(6)为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，反制挤扩体(6)的外侧壁上设有反制螺旋挤扩叶片(8)，所述挤扩稳定体(5)为圆柱体，所述掘进螺旋挤扩体(4)为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，所述掘进螺旋体(3)为圆柱体，所述掘进螺旋挤扩体(4)和掘进螺旋体(3)的外侧壁上设有旋向与所述反制螺旋挤扩叶片(8)的旋向相反的掘进螺旋叶片(18)，掘进螺旋挤扩体(4)的侧壁上位于掘进螺旋叶片(18)之间设有螺旋状的导土槽(15)，导土槽(15)沿着所述挤扩稳定体(5)的外侧壁向上延伸穿过挤扩稳定体(5)。

2.  如权利要求1所述的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：所述挤扩稳定体(5)的直径与所述反制挤扩体(6)底端的直径相等，所述掘进螺旋挤扩体(4)顶端的直径与所述挤扩稳定体(5)的直径相等，所述掘进螺旋体(3)的直径与所述掘进螺旋挤扩体(4)底端的直径相等，所述导土槽(15)在所述反制螺旋挤扩叶片(8)之间呈螺旋状向上延伸穿过所述反制挤扩体(6)的外侧壁，所述掘进螺旋叶片(18)和反制螺旋挤扩叶片(8)的外径不大于所述挤扩稳定体(5)的外径。

3.  如权利要求2所述的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：所述导土槽(15)内铺设有一个以上的用于调整导土槽(15)深度和/或宽度的导土槽覆板(10)，导土槽(15)的数量为1-6个。

4.  如权利要求3所述的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：所述反制螺旋挤扩叶片(8)的外径D1可根据地层状况进行选择，其外径D1的数学表达式为：
D1＝(0.85～1.25)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述反制挤扩体(6)的高度H1的数学表达式为：
H1＝(1.45～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述挤扩稳定体(5)的直径D2的数学表达式为：
D2＝(0.85～1.25)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述挤扩稳定体(5)的高度H2数学表达式为：
H2＝(1.05～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述掘进螺旋叶片(18)位于所述掘进螺旋挤扩体(4)部分的外径D3可根据地层状况进行选择，其外径D3的其数学表达式为：
D3＝(0.85～1.25)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述掘进螺旋挤扩体(4)的高度H3的数学表达式为：
H3＝(1.45～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述掘进螺旋叶片(18)位于所述掘进螺旋体(3)部分的外径D4可根据地层状况进行选择，其外径D4的数学表达式为：
D4＝(0.95～1.15)D3
式中D3为掘进螺旋叶片(18)位于掘进螺旋挤扩体(4)部分的外径，长度单位mm；
所述掘进螺旋叶片(18)的螺距的数学表达式为：
L4＝(0.75～0.95)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述掘进螺旋体(3)的高度H4的数学表达式为：
H4＝(1.45～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm。

5.  如权利要求4所述的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：所述反制螺旋挤扩叶片(8)的圈数为2-6圈，所述掘进螺旋叶片(18)的圈数为1-6圈，所述导土槽(15)沿着所述挤扩稳定体(5)的外侧壁呈直线向上或螺旋线向上延伸穿过所述挤扩稳定体(5)。

6.  如权利要求5所述的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：在所述掘进螺旋叶片(18)的起始位置同平面内转过60°-270°处对称设置半圈辅助螺旋叶片(19)，辅助螺旋叶片(19)的旋转方向和螺矩与掘进螺旋叶片(18)相同。

7.  如权利要求6所述的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其特征是：在所述掘进螺旋叶片(18)的底端和所述辅助螺旋叶片(19)的底端分别安装有多个合金钻齿，所述钻尖(20)为通用中心压灌钻尖。

说明书具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头
技术领域
本实用新型涉及一种应用于土木工程领域的具有导土槽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了申请号为200710063983.3、发明名称为“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，该发明专利公开了以下技术方案：
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，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。
但是，上述双向螺旋封闭挤扩钻头由于是利用双向螺旋封闭挤扩钻头在进钻和提钻时双向将原桩孔中的土体挤扩到桩孔的侧壁中，在实际的钻进施工中发现，钻头部分所受到的来自桩孔侧壁的摩擦阻力非常之大，这不仅增加了动力消耗，也降低了钻进效率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种钻进动力消耗更少、钻进效率更高、也更加环保的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头。
本实用新型的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的钻头中心杆，钻头中心杆的顶端设有连接接头，其底端设有钻尖，所述钻头中心杆的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地制有掘进螺旋体、掘进螺旋挤扩体、挤扩稳定体和反制挤扩体，所述反制挤扩体为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，反制挤扩体的外侧壁上设有反制螺旋挤扩叶片，所述挤扩稳定体为圆柱体，所述掘进螺旋挤扩体为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，所述掘进螺旋体为圆柱体，所述掘进螺旋挤扩体和掘进螺旋体的外侧壁上设有旋向与所述反制螺旋挤扩叶片的旋向相反的掘进螺旋叶片，掘进螺旋挤扩体的侧壁上位于掘进螺旋叶片之间设有螺旋状的导土槽，导土槽沿着所述挤扩稳定体的外侧壁向上延伸穿过挤扩稳定体。
本实用新型具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其中所述挤扩稳定体的直径与所述反制挤扩体底端的直径相等，所述掘进螺旋挤扩体顶端的直径与所述挤扩稳定体的直径相等，所述掘进螺旋体的直径与所述掘进螺旋挤扩体底端的直径相等，所述导土槽在所述反制螺旋挤扩叶片之间呈螺旋状向上延伸穿过所述反制挤扩体的外侧壁，所述掘进螺旋叶片和反制螺旋挤扩叶片的外径不大于所述挤扩稳定体的外径。
本实用新型具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其中所述导土槽内铺设有一个以上的用于调整导土槽深度和/或宽度的导土槽覆板，导土槽的数量为1-6个。
本实用新型具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其中所述反制螺旋挤扩叶片的外径D1可根据地层状况进行选择，其外径D1的数学表达式为：
D1＝(0.85～1.25)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述反制挤扩体的高度H1的数学表达式为：
H1＝(1.45～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述挤扩稳定体的直径D2的数学表达式为：
D2＝(0.85～1.25)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述挤扩稳定体的高度H2数学表达式为：
H2＝(1.05～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述掘进螺旋叶片位于所述掘进螺旋挤扩体部分的外径D3可根据地层状况进行选择，其外径D3的其数学表达式为：
D3＝(0.85～1.25)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述掘进螺旋挤扩体的高度H3的数学表达式为：
H3＝(1.45～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述掘进螺旋叶片位于所述掘进螺旋体部分的外径D4可根据地层状况进行选择，其外径D4的数学表达式为：
D4＝(0.95～1.15)D3
式中D3为掘进螺旋叶片位于掘进螺旋挤扩体部分的外径，长度单位mm；
所述掘进螺旋叶片的螺距的数学表达式为：
L4＝(0.75～0.95)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
所述掘进螺旋体的高度H4的数学表达式为：
H4＝(1.45～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm。
本实用新型具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其中所述反制螺旋挤扩叶片的圈数为2-6圈，所述掘进螺旋叶片的圈数为1-6圈，所述导土槽沿着所述挤扩稳定体的外侧壁呈直线向上或螺旋线向上延伸穿过所述挤扩稳定体。
本实用新型具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其中在所述掘进螺旋叶片的起始位置同平面内转过60°-270°处对称设置半圈辅助螺旋叶片，辅助螺旋叶片的旋转方向和螺矩与掘进螺旋叶片相同。
本实用新型具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，其中在所述掘进螺旋叶片的底端和所述辅助螺旋叶片的底端分别安装有多个合金钻齿，所述钻尖为通用中心压灌钻尖。
本实用新型的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，是在现有技术的基础之上改进了钻头的结构，在钻头中心杆的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有或一体地制有掘进螺旋体、掘进螺旋挤扩体、挤扩稳定体和反制挤扩体，并且掘进螺旋挤扩体的侧壁上位于掘进螺旋叶片之间设有螺旋状的导土槽，导土槽沿着挤扩稳定体的外侧壁向上延伸穿过挤扩稳定体，在施工过程中，被旋钻出来的土石在被挤压进钻孔侧壁的过程中，一部分土石在被挤压进钻孔侧壁之前，可以进入导土槽内，并可以在旋转着的钻头的推动下，沿着导土槽向上运动，随后再被逐步挤入桩孔的侧壁中，从而减少钻头所受到的摩擦阻力，使得钻进动力消耗更少、钻进效率更高，也更加节能环保。
下面结合附图及实施例详述本实用新型。
附图说明
图1为本实用新型的具有导土槽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中的挤扩稳定体部分的横截面的剖视图；
图3为本实用新型的具有导土槽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。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头，包括中空的钻头中心杆2，钻头中心杆2的顶端设有连接接头1，其底端设有钻尖20，钻尖20可以是通用中心压灌钻尖，也可以是其他形式的钻尖，钻头中心杆2的外侧壁上从下至上依次同轴地套装有掘进螺旋体3、掘进螺旋挤扩体4、挤扩稳定体5和反制挤扩体6，并采用焊接将掘进螺旋体 3、掘进螺旋挤扩体4、挤扩稳定体5和反制挤扩体6固定在钻头中心杆2上。
反制挤扩体6为横截面自下而上逐渐缩小的圆台体，反制挤扩体6的外侧壁上采用焊接固定有反制螺旋挤扩叶片8，挤扩稳定体5为圆柱体，掘进螺旋挤扩体4为横截面自下而上逐渐增大的圆台体，掘进螺旋体3为圆柱体，掘进螺旋挤扩体4和掘进螺旋体3的外侧壁上采用焊接固定有旋向与反制螺旋挤扩叶片8的旋向相反的掘进螺旋叶片18，掘进螺旋挤扩体4的侧壁上位于掘进螺旋叶片18之间设有螺旋状的导土槽15，导土槽15沿着挤扩稳定体5的外侧壁呈螺旋线向上延伸穿过挤扩稳定体5，导土槽15也可以是如图3所示，是沿着挤扩稳定体5的外侧壁呈直线向上延伸穿过挤扩稳定体5。
上述钻头中心杆2与掘进螺旋体3、掘进螺旋叶片18、掘进螺旋挤扩体4、挤扩稳定体5、反制挤扩体6和掘进螺旋叶片18也可以是一体制成的结构，即采用精密铸造等公知的方法将钻头中心杆2与掘进螺旋体3、掘进螺旋叶片18、掘进螺旋挤扩体4、挤扩稳定体5、反制挤扩体6和掘进螺旋叶片18制成一体。
挤扩稳定体5的直径与反制挤扩体6底端的直径相等，掘进螺旋挤扩体4顶端的直径与挤扩稳定体5的直径相等，掘进螺旋体3的直径与掘进螺旋挤扩体4底端的直径相等，导土槽15在反制螺旋挤扩叶片8之间呈螺旋状向上延伸穿过反制挤扩体6的外侧壁，掘进螺旋叶片18和反制螺旋挤扩叶片8的外径不大于挤扩稳定体5的外径。
导土槽15内的底部铺设有一个以上的用于调整导土槽15深度和/或宽度的导土槽覆板10，导土槽覆板10采用螺钉固定在导土槽15内的底部，导土槽15的数量可以为1-6个。
反制螺旋挤扩叶片8的外径D1可根据地层状况进行选择，其外径D1的数学表达式为：
D1＝(0.85～1.25)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
反制挤扩体6的高度H1的数学表达式为：
H1＝(1.45～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
挤扩稳定体5的直径D2的数学表达式为：
D2＝(0.85～1.25)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
挤扩稳定体5的高度H2数学表达式为：
H2＝(1.05～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
掘进螺旋叶片18位于掘进螺旋挤扩体4部分的外径D3可根据地层状况进行选择，其外径D3的其数学表达式为：
D3＝(0.85～1.25)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
掘进螺旋挤扩体4的高度H3的数学表达式为：
H3＝(1.45～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
掘进螺旋叶片18位于掘进螺旋体3部分的外径D4可根据地层状况进行选择，其外径D4的数学表达式为：
D4＝(0.95～1.15)D3
式中D3为掘进螺旋叶片18位于掘进螺旋挤扩体4部分的外径，长度单位mm；
掘进螺旋叶片18的螺距的数学表达式为：
L4＝(0.75～0.95)D
式中D为成孔直径，长度单位mm；
掘进螺旋体3的高度H4的数学表达式为：
H4＝(1.45～5.15)D
式中D为成孔直径，长度单位mm。
上述反制螺旋挤扩叶片8的圈数为1圈，或者为2-6圈，掘进螺旋叶片18的圈数为1圈，或者为2-6圈。
在掘进螺旋叶片18的起始位置同平面内转过180°处对称设置半圈辅助螺旋叶片19，辅助螺旋叶片19的旋转方向和螺矩与掘进螺旋叶片18相同，掘进螺旋叶片18的底端和辅助螺旋叶片19的底端分别安装有合金钻齿(图中未画出)。
本实用新型的具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头的施工方法，包括以下施工步骤：
1)将安装有具有导土槽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，水泥粉煤灰碎石桩材即CFG桩材。
2)在安装有具有导土槽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，利用具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头进行钻进挤扩成孔，令具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头向下旋钻挤扩成孔，在此过程中，位于掘进螺旋挤扩体4和掘进螺旋体3侧壁处被旋钻出来的一部分土体，会在掘进螺旋叶片18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挤扩稳定体5的下端，随后被挤扩稳定体5挤入桩孔的侧壁中，还有一部分土石在被挤压进钻孔侧壁之前，可以先进入导土槽内，并可以在旋转着的钻头的推动下，沿着导土槽向上运动，随后再被逐步挤入桩孔的侧壁中，从而减少钻头所受到的摩擦阻力，使得钻进动力消耗更少、钻进效率更高，也更加节能环保。挤扩后的桩孔直径应符合设计要求，具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头的下旋机械挤扩成孔过程直至达到设计孔深为止。
3)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，使具有导土槽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，桩孔内位于挤扩稳定体5上方的反制挤扩体6周围及上方的坍落土体，会在反制挤扩体6的反制螺旋挤扩叶片8作用下做自上而下的螺旋运动并被逐渐挤入挤扩桩桩孔的侧壁中或被挤向挤扩稳定体5的上端，随后被挤扩稳定体5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，第二步桩孔机械挤扩过程持续到具有导土槽的双向螺旋挤扩钻头被旋转提升到地表。
4)在具有导土槽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压灌，第三步桩孔压力挤扩是在混凝土泵的高压作用下进行的，通过混凝土的压力挤扩，可以使已完成桩材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双向螺旋挤扩桩。
根据设计要求，还可以按照公知的方法在螺旋挤扩桩桩体中插入钢筋笼、钢筋束或型钢。
本实用新型的具有导土槽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。
本实用新型实施完成的桩基础、复合桩基础、复合地基或地基处理与加固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、商用建筑工程、工业厂房工程、交通工程、水电工程和环境工程等。