一种倒杯型搅拌桩，一种搅拌桩钻头以及搅拌桩施工方法与流程

1.本发明涉及土木工程技术领域中的一种倒杯型搅拌桩，一种搅拌桩钻头以及搅拌桩施工方法。

背景技术：

2.水泥搅拌桩是通过专用搅拌机，将水泥、石灰等加固材料喷入地基中，凭借钻头叶片的旋转将加固料与原位地基土强制搅拌并得到均匀混合，使地基土和加固料之间发生固结、水化等一系列反应，从而使软粘土形成具有足够强度的圆柱形桩体，一般常用于软基土体施工中。水泥与软土采用强制机械拌和后形成水泥土，它是基于水泥与软土的一系列物理和化学的反应过程。由于水泥与软土的流动性较差，所以需要通过强制搅拌的方式促进两者的反应。
3.一般而言，常规的水泥搅拌桩采用单向搅拌工艺，搅拌钻头为单向旋转，从而形成圆柱形搅拌桩。搅拌桩一次成桩，具有较高的施工效率。而且，为了满足搅拌桩的受力要求，目前，也有采用如钉型搅拌桩的变外径搅拌桩，该桩型上部直径大，下部直径小，形成类似锚钉形的水泥搅拌桩。钉形水泥搅拌桩有效加固了上部附加应力大的层位，形成顶部置换率大、下部置换率小的类似锚钉的结构。
4.但是，大型建筑的地基一般会采用多个搅拌桩作支撑，随着数量增多，水泥的消耗量非常惊人，从而导致施工成本的上升。而且，目前的变外径水泥搅拌桩虽然能够节省部分水泥用量，但在偏心荷载作用下，因水泥搅拌桩抗剪强度不高，钉形搅拌桩容易在变径处折断或开裂，影响钉形搅拌桩的整体受力。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种倒杯型搅拌桩，一种搅拌桩钻头以及搅拌桩施工方法，能够节省水泥用量且提升搅拌桩的抗剪强度。
6.根据本发明第一方面实施例，提供一种倒杯型搅拌桩，包括实心部和空心部，所述实心部呈实心圆柱状，所述空心部呈空心圆柱状，所述实心部与所述空心部的外径均相等，所述实心部与所述空心部为一体式结构且所述实心部位于所述空心部的顶部。
7.根据本发明第一方面实施例，进一步地，所述空心部的内壁与外壁之间的厚度为0.2～0.4米，所述倒杯型搅拌桩的外径为0.8～1.2m。
8.根据本发明第二方面实施例，提供一种搅拌桩钻头，包括：
9.钻头本体，其呈圆管状；
10.固定叶片，其固定安装在所述钻头本体的外侧；
11.活动叶片，其通过单向铰链铰接在所述钻头本体的内侧，所述钻头本体正向旋转能够使所述活动叶片收缩，所述钻头本体反向旋转能够使所述活动叶片伸展；
12.注浆管，其内嵌在所述钻头本体中，所述注浆管的端部从所述钻头本体的端部露出。
13.根据本发明第二方面实施例，进一步地，所述固定叶片的数量为至少两个，所述固定叶片绕所述钻头本体的轴线圆周阵列设置。
14.根据本发明第二方面实施例，进一步地，所述固定叶片的数量为四个。
15.根据本发明第二方面实施例，进一步地，所述活动叶片的数量为至少两个，所述活动叶片绕所述钻头本体的轴线圆周阵列设置，所述单向铰链的设置方向均相同。
16.根据本发明第二方面实施例，进一步地，所述活动叶片的数量为四个。
17.根据本发明第二方面实施例，进一步地，所述注浆管的数量为两个且对称设置在所述钻头本体中。
18.根据本发明第三方面实施例，提供一种搅拌桩施工方法，包括：
19.将所述搅拌桩钻头安装至钻机，移动钻机至设计孔位准备进行施工；
20.所述钻头本体正向旋转并向地下进行钻进，所述活动叶片处于收缩状态；
21.所述钻头本体接近地面时开始往所述注浆管送浆，并且继续钻进直至到达桩底位置；
22.所述钻头本体正向旋转，并向地面提升，生成所述空心部；
23.所述钻头本体反向旋转，活动叶片处于伸展状态，并继续提升至地面，生成所述实心部，所述倒杯型搅拌桩施工完成。
24.根据本发明第三方面实施例，进一步地，在钻头本体反向旋转并提升至地面后，反向钻进至所述实心部的底部并再次提升，对所述实心部额外进行一次往返搅拌以提升所述实心部的强度。
25.本发明实施例的有益效果至少包括：本发明通过管状的钻头本体能够施工管状桩体，而且通过改变钻头本体的旋转方向，可以控制内部的活动叶片进行收缩或伸展，从而实现实心桩和空心桩的过渡，一次成桩。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
27.图1是本发明第一方面实施例的结构图；
28.图2是本发明第二方面实施例的结构图；
29.图3是本发明第二方面实施例的工作示意图；
30.图4是本发明第三方面实施例的示意图。
31.附图标记：100-实心部、200-空心部、300-钻头本体、400-固定叶片、500-活动叶片、510-单向铰链、600-注浆管。
具体实施方式
32.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
35.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
36.本发明第一方面实施例提供了一种倒杯型搅拌桩，由于搅拌桩的底部主要承受纵向压力而较少承受侧向剪力，本倒杯型搅拌桩的底部中空，从而在满足纵向载荷要求的前提下减少水泥用量；搅拌桩的顶部需要同时承受纵向压力和侧向剪力，因此不能采用空心结构，而是采用传统实心桩结构。本倒杯型搅拌桩整体形状类似于倒放的杯子，其能够在达到承载要求的前提下减少水泥用量，从而降低施工成本。
37.本发明第二方面实施例提供了一种搅拌桩钻头，其呈管状，从而能够对本倒杯型搅拌桩的空心部进行施工。在钻头本体的外侧设有固定叶片，用于搅拌外侧土体。钻头本体的内部铰接有活动叶片，钻头本体正向旋转时，活动叶片收缩而不对土体进行搅拌，可以用于施工空心部；钻头本体反向旋转时，活动叶片伸展并对土体进行搅拌，从而钻头本体的内外侧均能够搅拌土体，用于施工实心部。通过改变钻头本体的旋转方向，即可切换成空心桩施工或实心桩施工，施工简便且一次成桩，提升施工效率。
38.本发明第三方面实施例提供了一种搅拌桩施工方法，具体描述采用本搅拌桩钻头施工本倒杯型搅拌桩的施工过程。
39.说明书附图1展示了本倒杯型搅拌桩的结构图。本倒杯型搅拌桩包括位于顶部的实心部100和位于底部的空心部200，两者为同心一体式结构，且两者的外径相等，从而本倒杯型搅拌桩的外表面在受到侧向剪力时，外部不会出现应力集中而折断、崩裂的现象。空心部200中的空缺部分呈孔状，位于空心部200的中央并与空心部200同轴设置。
40.说明书附图2展示了本搅拌桩钻头的结构图。钻头本体300呈圆管状，其内部中空。两个注浆管600内嵌在钻头本体300中，且注浆管600的端部露出于钻头本体300的端部，实现钻进和注浆的同时进行。在钻头本体300的外侧安装有四个固定叶片400，固定叶片400绕钻头本体300的中轴线圆周阵列分布，且任一固定叶片400的延长面均通过所述钻头本体300的中轴线，从而增大搅拌面积。在钻头本体300的内侧安装有四个活动叶片500，每个活动叶片500均通过单向铰链510铰接在钻头本体300中。单向铰链510为只能绕铰接轴进行顺时针或逆时针的其中一种方向转动的铰链，本技术中，正向指的是单向铰链510能够自由转动的方向，反向指的是单向铰链510受限无法继续转动的方向。
41.说明书附图3展示了本搅拌桩钻头的工作示意图。钻头本体300正向旋转时，其内部的活动叶片500受土体阻力作用发生翻转并倒伏紧贴钻头本体300的内壁，从而不会对搅拌桩的内部进行搅拌，而只有钻头本体300外部的固定叶片400进行搅拌，从而使得搅拌桩
呈空心桩结构。钻头本体300反向旋转时，活动叶片500受土体阻力作用发生翻转，但由于单向铰链510的限制而固定在钻头本体300的中央，并且能够对钻头本体300内的土体进行搅拌，从而使得搅拌桩呈实心桩结构。
42.说明书附图4展示了本倒杯型搅拌桩的施工方法，搅拌桩钻头到达预定位置后(步骤a)，钻头本体300正向旋转并向施工土体钻进至预定深度(步骤b至c)。然后钻头本体300正向旋转并提升，由于钻头本体300正向旋转时活动叶片400处于收缩状态，因而形成空心搅拌桩结构(步骤d至e)。到达预定的空心部200顶部位置后，钻头本体300反向旋转并继续提升至地面，活动叶片400处于伸展状态，形成实心搅拌桩结构，获得实心部100(步骤f)。为了强化实心部100的结构强度，钻头本体300再次钻进至实心部100的底部并提升，对实心部100处的土体进行再次搅拌(步骤g至h)。
43.参照图1，本发明第一方面实施例中的倒杯型搅拌桩，包括实心部100和空心部200，两者为一体式结构。实心部100呈实心圆柱状，空心部200呈空心圆柱状，且空心部200的空心部分呈圆孔状，其中轴线与空心部200的中轴线重合。实心部100位于空心部200的顶部，且两者的外径相等，从而避免因外径不同而导致在外径突变处产生应力集中。
44.进一步地，空心部200和内壁与外壁之间的厚度为0.2～0.4米，倒杯型搅拌桩的外径为0.8～1.2m，避免过薄导致结构强度不足，或者过厚而导致水泥用量过多。
45.参照图2，本发明第二方面实施例中的搅拌桩钻头，包括钻头本体300、固定叶片400、活动叶片500和注浆管600。其中，钻头本体300为本搅拌桩砖头的主体结构，其呈圆管状，说明书附图2中仅展示了钻头本体300的端部。固定叶片400固定安装在钻头本体300的外侧，为了提升搅拌效率，固定叶片400的数量为至少两个，优选为四个，均成对分布且均绕钻头本体300的轴线圆周阵列设置，从而能够使得搅拌力度均匀，减少因受力不均而导致钻头本体300抖动或发生偏移。
46.活动叶片500通过单向铰链510铰接在钻头本体300的内侧，其数量也为至少两个，优选为四个，且均绕钻头本体300的轴线圆周阵列设置，单向铰链510均设置为同向，从而钻头本体300进行正向或反向旋转时，各个单向铰链510的工作状态是一致的。
47.参照图3，当钻头本体300正向旋转时，活动叶片500受土体阻力作用而发生翻转，并倒伏至钻头本体300的内壁，不进行对土体的搅拌，从而使得搅拌桩的内部由于没有搅拌而没有土体固结，形成空心桩结构。当钻头本体300反向旋转时，活动叶片500翻转至钻头本体300内部的中央并被单向铰链510锁止，从而能够进行对土体的搅拌，形成实心桩结构。
48.注浆管600内嵌在钻头本体300内，不阻碍钻头本体300的正常钻进和提升。而且注浆管600的端部在钻头本体300的端部露出，实现边钻进边注浆。为了提升注浆效率，注浆管600的数量设置为两个，且对称设置在钻头本体300中。
49.参照图4，本发明第三方面实施例中的搅拌桩施工方法，包括：
50.s1.参照步骤a，将搅拌桩钻头安装至钻机，移动钻机至设计孔位准备进行施工；
51.s2.参照步骤b，钻头本体300正向旋转并向地下进行钻进，钻进速度不大于0.8m/min，边钻边强力搅拌外侧土体，活动叶片500处于收缩状态，因而不对内部的土体进行搅拌；
52.s3.钻头本体300接近地面时开始往注浆管600送浆，注浆压力控制在0.2～0.5mpa，参照步骤c，钻头本体300继续钻进直至到达桩底位置；
53.s4.参照步骤d至e，钻头本体300继续正向旋转，并向地面提升，提升速度不大于0.8m/min，生成空心部200；
54.s5.参照步骤f，钻头本体300反向旋转，活动叶片500处于伸展状态，并继续提升至地面，提升速度不大于0.8m/min，通过固定叶片400和活动叶片500共同搅拌土体生成实心部100，倒杯型搅拌桩施工完成。
55.进一步地，钻头本体300反向旋转并提升至地面后，对实体桩部分再进行一次往返强制搅拌。钻头本体300反向钻进至实心部100的底部并再次提升，速度不大于0.8m/min，进行对实心部100的二次搅拌，从而提升实心部100的结构强度。
56.以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。

技术特征：

1.一种倒杯型搅拌桩，其特征在于，包括：实心部和空心部，所述实心部呈实心圆柱状，所述空心部呈空心圆柱状，所述实心部与所述空心部的外径均相等，所述实心部与所述空心部为一体式结构且所述实心部位于所述空心部的顶部。2.根据权利要求1所述的倒杯型搅拌桩，其特征在于：所述空心部的内壁与外壁之间的厚度为0.2～0.4米，所述倒杯型搅拌桩的外径为0.8～1.2m。3.一种搅拌桩钻头，其特征在于，包括：钻头本体，其呈圆管状；固定叶片，其固定安装在所述钻头本体的外侧；活动叶片，其通过单向铰链铰接在所述钻头本体的内侧，所述钻头本体正向旋转能够使所述活动叶片收缩，所述钻头本体反向旋转能够使所述活动叶片伸展；注浆管，其内嵌在所述钻头本体中，所述注浆管的端部从所述钻头本体的端部露出。4.根据权利要求3所述的搅拌桩钻头，其特征在于：所述固定叶片的数量为至少两个，所述固定叶片绕所述钻头本体的轴线圆周阵列设置。5.根据权利要求4所述的搅拌桩钻头，其特征在于：所述固定叶片的数量为四个。6.根据权利要求3所述的搅拌桩钻头，其特征在于：所述活动叶片的数量为至少两个，所述活动叶片绕所述钻头本体的轴线圆周阵列设置，所述单向铰链的设置方向均相同。7.根据权利要求6所述的搅拌桩钻头，其特征在于：所述活动叶片的数量为四个。8.根据权利要求3所述的搅拌桩钻头，其特征在于：所述注浆管的数量为两个且对称设置在所述钻头本体中。9.一种搅拌桩施工方法，其特征在于，包括：将所述搅拌桩钻头安装至钻机，移动钻机至设计孔位准备进行施工；所述钻头本体正向旋转并向地下进行钻进，所述活动叶片处于收缩状态；所述钻头本体接近地面时开始往所述注浆管送浆，并且继续钻进直至到达桩底位置；所述钻头本体正向旋转，并向地面提升，生成所述空心部；所述钻头本体反向旋转，活动叶片处于伸展状态，并继续提升至地面，生成所述实心部，所述倒杯型搅拌桩施工完成。10.根据权利要求9所述的搅拌桩施工方法，其特征在于：在钻头本体反向旋转并提升至地面后，反向钻进至所述实心部的底部并再次提升，对所述实心部额外进行一次往返搅拌以提升所述实心部的强度。

技术总结

本发明公开了一种倒杯型搅拌桩，一种搅拌桩钻头以及搅拌桩施工方法，倒杯型搅拌桩为顶部实心而底部空心的同心水泥搅拌桩结构，相对应的搅拌桩钻头包括钻头本体，其呈圆管状；固定叶片，其固定安装在钻头本体的外侧；活动叶片，其通过单向铰链铰接在钻头本体的内侧，钻头本体正向旋转能够使活动叶片收缩，钻头本体反向旋转能够使活动叶片伸展；注浆管，其内嵌在钻头本体中，注浆管的端部从钻头本体的端部露出。本发明通过管状的钻头本体能够施工管状桩体，而且通过改变钻头本体的旋转方向，可以控制内部的活动叶片进行收缩或伸展，从而实现实心桩和空心桩的过渡，一次成桩。本发明涉及土木工程技术领域。土木工程技术领域。土木工程技术领域。