一种钻具、水泥土搅拌沉桩一体机及复合桩的施工方法与流程

本发明属于建筑技术领域，尤其涉及一种钻具、水泥土搅拌沉桩一体机及复合桩的施工方法。

背景技术：

在建筑领域中，地基的各种性能直接关系到上层建筑整体的安全性和稳定性，在淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、沙土以及人工填土等软弱、不能获得足够支承力的地基上，需要对这类地基土进行土体改善。

复合桩是现浇桩、预制桩经复合施工形成的具有互补增强作用的桩，可作为这类地基的竖向增强体。目前，复合桩的施工过程大致如下：先在软土基中施工现浇桩，在现浇桩未硬凝时，再在现浇桩的桩体上施打预制桩，预制桩施工宜在现浇桩施工后6小时内进行。

从施工过程可以看出，该施工方法需要分两步走，两次施工，施工过程中要更换设备，移走原先的现浇桩机，再安放植桩机，以至于机位转换需要较长的时间才能完成，因此，目前的施工方法存在施工周期长、作业效率低的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的技术问题，提供一种钻具、水泥土搅拌沉桩一体机及复合桩的施工方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种钻具，包括用于向钻具提供动力的动力装置，钻具形成有预制桩的容纳部，钻具还设有位于容纳部下方的安装座，安装座设有用于承载预制桩的承载面，在进钻过程中，预制桩能够跟随钻具一起行进。

进一步地，钻具包括至少一贯穿安装座的钻杆，钻杆的中轴线平行于预制桩的中轴线，且容纳部由钻杆与安装座组合形成。

进一步地，钻杆的杆体设有钻尖、旋转叶片和若干主搅拌叶片，钻尖设于杆体的下端部，旋转叶片呈螺旋状地设于杆体外周壁上且靠近钻尖，主搅拌叶片位于旋转叶片的上方，主搅拌叶片的径向长度值为相邻两个钻杆间距值的0.51倍至0.99倍。

进一步地，钻杆的杆体还通过滑套壳连接有连接轴套连接轴套的另一端设有动力装置，连接轴套的外周壁上设有若干副搅拌叶片，副搅拌叶片设于连接轴套的周向侧壁上。

进一步地，钻具还包括主钻杆和至少一副钻杆，副钻杆穿过安装座，容纳部由安装座和延伸出安装座上部的副钻杆与围成。

进一步地，主钻杆设于安装座的下表面，主钻杆的主钻杆体设有主钻尖、旋转叶片和若干第一搅拌叶片，主钻尖设于主钻杆体的下端部，旋转叶片呈螺旋状地设于主钻杆体外周壁上且靠近主钻尖；第一搅拌叶片位于旋转叶片的上方；副钻杆的副钻杆体上设有副钻尖和若干第二搅拌叶片，副钻尖设于副钻杆体的下端部，第二搅拌叶片设于副钻杆体的外周壁上且靠近副钻尖。

进一步地，副钻杆体还通过滑套壳连接有连接轴套，连接轴套的另一端设有为副钻杆提供动力的动力装置，连接轴套的外周壁上设有若干第三搅拌叶片。

进一步地，安装座包括上安装座和下安装座，上安装座设有供预制桩通过的贯穿孔，上安装座和下安装座通过至少2个连接装置可拆卸连接，当安装座仅有一侧通过连接装置连接时下安装座可相对上安装座转动；安装座还设有起吊装置，起吊装置靠近其中一个连接装置设置。

与现有技术相比，本发明中的钻具优点在于：通过在钻具上设置预制桩的容纳部和在安装座设置用于承载预制桩的底部的承载面，使得预制桩可以跟随钻具一起下沉，而不必先用现浇桩机施工现浇桩，再用植桩机把预制桩植到现浇桩的桩体上。

一种水泥土搅拌沉桩一体机，包括用于在地面上运行的桩机平台以及用于夹移预制桩的桩夹移机构，预制桩安装于如权利要求1-8任一所述的钻具的容纳部，并设于钻具的承载面上。

与现有技术相比，本发明中的水泥土搅拌沉桩一体机优点在于：水泥土搅拌沉桩一体机把桩夹移机构夹持的预制桩作为钻杆，再利用预制桩下端的钻具进行钻孔、喷浆、搅拌，预制桩可以跟随钻具一起行进到下方的土体中，无需再配备现浇桩机和植桩机两套施工设备。

一种复合桩的施工方法，包括以下步骤：将预制桩抱合于就位好的上述的水泥土搅拌沉桩一体机，并承载于钻具的承载面；启动钻具，以进行钻孔、喷浆、搅拌，以使得预制桩与钻具一起下沉。

与现有技术相比，本发明中的复合桩的施工方法优点在于：把预制桩的顶端抱合于水泥土搅拌沉桩一体机的桩夹移机构上，再把预制桩的底端安装入钻具的容纳部，并承载于钻具的承载面，进钻过程中预制桩可随着钻具一起下沉，在钻具形成现浇桩的同时打入预制桩，不需要更换施工设备，缩短施工周期，可以使复合桩的施工工艺简单，提高作业效率。

附图说明

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要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明中第一实施例中的钻具的结构示意图；

图2是本发明第二实施例中的钻具的结构示意图；

图3是本发明第三实施例中的钻具的结构示意图；

图4是图3中圈a处的放大图；

图5是本发明第三实施例中的钻具的下半部分的结构示意图；

图6是本发明中的钻具的第三实施例的上半部分的结构示意图；

图7是本发明实施例中的水泥土搅拌沉桩一体机的结构示意图；

图8是本发明实施例中的水泥土搅拌沉桩一体机于另一视角下的立体结构示意图；

图9是图8中圈b处的放大图；

图10是本发明实施例中的复合桩的施工方法的流程图。

附图中：

第一实施例中：

1、安装座；2、钻杆；21、杆体；22、钻尖；23、旋转叶片；23a、钻齿；24、主搅拌叶片；25、动力头；26、连接轴套；27、滑套壳；28、副搅拌叶片；29、喷浆口；3、预制桩；4、容纳部。

第二实施例中：

1、安装座；5、主钻杆；51、主钻杆体；52、主钻尖；53、主旋转叶片；53a、钻齿；54、第一搅拌叶片；6、副钻杆；61、副钻杆体；62、副钻尖；64、第二搅拌叶片；65、动力头；66、连接轴套；67、滑套壳；68、第三搅拌叶片；3、预制桩；4、容纳部。

第三实施例中：

1、安装座；11、上安装座；11a、贯穿孔；11b、上支架；11c、上支架孔；12、下安装座；12a、下支架；12b、下支架孔；13、连接装置；13a、液压缸；13b、活塞杆；14、起吊装置；14a、吊钩；14b、吊杆；14c、止挡部；3、预制桩；4、容纳部。

水泥土搅拌沉桩一体机：

100、桩机平台；200、立柱；300、桩夹移机构；301、抱压箱；302、动力缸；302a、伸缩杆；302b、连接件；303、竖向导轨；304、纠偏座；305、夹持装置；305a、连接板；305b、夹持爪。

具体实施方式

为了便于理解本发明技术方案，以下结合附图与具体实施例进行详细说明。

本发明公开一种钻具，以下为钻具的3个具体实施例：

<第一实施例>

如图1所示，钻具包括安装座1和至少一钻杆2，本实施例中，钻杆2的数量设置为4个，钻杆2垂直地穿过安装座1，钻杆2与安装座1形成用于容纳预制桩3的容纳部4，预制桩3的底部穿过容纳部4，然后，固定或不固定地承载于安装座1的上表面，上表面即为预制桩3的承载面，预制桩3能够跟随钻具一起行进。

在本实施例中，当采用不固定的承载方式时，安装座1的上表面上可以设置与预制桩3底部相配合的孔，比如矩形孔等，对预制桩3进行周向限位，如果预制桩3整体为圆柱结构，可以在预制桩3的底部安装上非圆形板，防止进钻过程中预制桩3在承载面上移动而发生碰撞钻杆2的情况发生。

安装座1为平板结构，安装座1设有供钻杆2的杆体21穿过的孔。

钻杆2还设有钻尖22、旋转叶片23和若干主搅拌叶片24，钻尖22设于杆体21的下端部，旋转叶片23呈螺旋状地设于杆体21的外周壁上并且靠近钻尖22，主搅拌叶片24设于杆体21的外周壁上并位于旋转叶片23的上方，且，在杆体21的同一高度上，主搅拌叶片24共设置3个，3个主搅拌叶片24呈放射状分布并且每个主搅拌叶片24均倾斜设置以实现充分搅拌，3个主搅拌叶片24组成一组主搅拌叶片组，主搅拌叶片组共设置3组，分布在杆体21的不同高度上。主搅拌叶片24或主搅拌叶片组可以通过不可拆卸的方式(比如焊接等)固定在杆体21上，也可以通过可拆卸的方式(比如通过紧固件连接等)安装在杆体21上，方便拆卸更换；旋转叶片23的最下端还设有若干个钻齿23a，钻齿23a可以提高钻具的破岩切割能力。

钻杆2还设有动力头25和连接轴套26，动力头25设于连接轴套26的一端并用于给钻杆2提供动力，杆体21通过滑套壳27连接于连接轴套26的另一端，连接轴套26的外周壁上设有若干副搅拌叶片28，副搅拌叶片28设于连接轴套26的外周壁上，且，在连接轴套26的同一高度上，副搅拌叶片28共设置3个，3个副搅拌叶片28呈放射状分布并且每个副搅拌叶片28均倾斜设置以充分搅拌，3个副搅拌叶片28组成副搅拌叶片组，副搅拌叶片组共设置3组，分布在连接轴套26的不同高度上。同样的，副搅拌叶片28或副搅拌叶片组可以通过不可拆卸的方式(比如焊接等)固定在连接轴套26上，也可以通过可拆卸的方式(比如通过紧固件连接等)安装在连接轴套26上，方便拆卸更换。

在本实施例中，每组主搅拌叶片组可以设置一个主搅拌叶片24、两个主搅拌叶片24，甚至三个以上主搅拌叶片24，主搅拌叶片的径向长度值为相邻两个钻杆间距值的0.51倍至0.99倍；同样的，每组副搅拌叶片组可以设置一个副搅拌叶片28、两个副搅拌叶片28，甚至三个以上副搅拌叶片28；在转动过程中，钻杆2上的主搅拌叶片24与相邻钻杆2及相邻钻杆2上的主搅拌叶片24不相互干涉。由于主搅拌叶片24和副搅拌叶片28倾斜设置，在进、退钻过程中，主搅拌叶片24和副搅拌叶片28上的刃率先切向混合物，降低行径阻力。

钻杆2的杆体21为中空结构，杆体21还设有喷浆口29，用于把外部引入的混凝土砂浆喷到周围经切削后的土体中。

预制桩3是由混凝土、钢、水泥粉煤灰碎石混合料等材料形成的空心桩或实心桩。

容纳部4由连接轴套26和安装座1共同围成的，预制桩3的下端穿过容纳部4，安装于安装座1的上表面。

在本实施例中，预制桩3随钻具一起进钻，达到预定的深度时，无法退钻，从而只能把钻具舍弃在土体中。

<第二实施例>

本实施例中，与第一实施例相同的部分，给予相同或相似的附图标记，并省略相同的文字说明。

如图2所示，相对于第一实施例，本实施例提供的钻具还具有这样的结构：钻具包括安装座1、主钻杆5和至少一副钻杆6，本实施例中，副钻杆6的数量设置为4个，副钻杆6垂直地穿过安装座1，副钻杆6的上部与安装座1形成用于容纳预制桩3的容纳部4，预制桩3设于容纳部4内，预制桩3的底部固定或不固定地连接于安装座1的上表面，预制桩3能够跟随钻具一起行进。

安装座1为平板结构，安装座1设有供副钻杆6的副钻杆体61穿过的孔。

主钻杆5设于安装座1的下表面，主钻杆5设有主钻杆体51、主钻尖52、主旋转叶片53和若干第一搅拌叶片54，主钻尖52设于主钻杆体51的下端部，主旋转叶片53呈螺旋状地设于主钻杆体51外周壁上且靠近主钻尖52；第一搅拌叶片54位于主旋转叶片53的上方，且，在主钻杆体51的同一高度上，第一搅拌叶片54共设置3个，3个第一搅拌叶片54朝不同的方向倾斜设置以实现充分搅拌，3个第一搅拌叶片54组成一组搅拌叶片组，搅拌叶片组共设置3组，分布在主钻杆体51的不同高度上；主旋转叶片53的最下端还设有若干个钻齿53a，钻齿53a可以提高钻具的破岩切割能力。

主钻杆体51为中空结构，主钻杆体51还设有径向外延伸的喷浆口，用于把外部引入的混凝土砂浆喷到周围土体中；优选，喷浆口的喷射方向向下，且喷浆口呈线状扩口结构，其喷射范围覆盖主钻杆体51中心至钻具最大搅拌范围的边缘；主钻杆5的顶部设有动力装置，动力装置的一端固定安装于安装座1的下表面，当然，主钻杆5也可以由副钻杆6通过内部的齿轮带动旋转。

副钻杆6设有副钻尖62和若干第二搅拌叶片64，副钻尖62设于副钻杆体61的下端部，第二搅拌叶片64垂直地设于副钻尖62上方的副钻杆体61的周向侧壁上，且，在副钻杆体61的同一高度上，第二搅拌叶片64共设置3个，3个第二搅拌叶片64朝不同的方向倾斜设置以实现充分搅拌，3个第二搅拌叶片64组成一组第二搅拌叶片组，第二搅拌叶片组共设置3组，分布在副钻杆体61的不同高度上。

副钻杆6还设有动力头65和连接轴套66，动力头65设于连接轴套66的一端并用于给副钻杆6提供动力，副钻杆体61通过滑套壳67连接于连接轴套66的另一端，连接轴套66的轴向侧壁上设有若干第三搅拌叶片68，第三搅拌叶片68垂直地设于连接轴套66的周向侧壁上，且，在连接轴套66的同一高度上，第三搅拌叶片68共设置3个，3个第三搅拌叶片68朝不同的方向倾斜设置以充分搅拌，3个第三搅拌叶片68组成第三搅拌叶片组，第三搅拌叶片组共设置3组，分布在连接轴套26的不同高度上。

在本实施例中，预制桩3随钻具一起进钻，达到预定的深度时，无法退钻，从而只能把钻具舍弃在土体中。

<第三实施例>

本实施例中，与第一实施例、第二实施例相同的部分，给予相同或相似的附图标记，并省略相同的文字说明。

如图3-图6所示，相对于第二实施例，本实施例提供的钻具还具有这样的结构：

安装座1包括上安装座11和下安装座12，上安装座11和下安装座12为方形平板结构，上安装座11和下安装座12通过侧面的若干个连接装置13可拆卸连接，连接装置13设置至少2个，为简化结构，本实施例设置2个连接装置13，2个连接装置13分别位于上安装座11和下安装座12的两个相对的侧边上；

上安装座11设有预制桩3通过的贯穿孔11a，预制桩3穿过贯穿孔11a后与下安装座12的上表面抵接，预制桩3可随着安装座1一起向下行进。

上安装座11的两个相对的侧边上分别设有一对上支架11b，上支架11b设有上支架孔11c；下安装座12在与上安装座11对应的两个相对的侧边上分别设有一对下支架12a，下支架12a设有下支架孔12b。上安装座11与下安装座12配合后，相对应的上支架孔11c与下支架孔12b通过连接装置13连接实现上安装座11与下安装座12连接固定。

具体地，连接装置13包括2个相对设置的液压缸13a，，液压缸13a固定安装于安装座1，液压缸13a的活塞杆13b可穿过对应上支架11b的上支架孔11c、下支架12a的下支架孔12b，实现安装座11与下安装座12的固定。

安装座1上还设有起吊装置14，起吊装置14设置在安装座1的非中心位置上。本实施例中，起吊装置14靠近其中一个连接装置13设置，起吊装置14用于吊起钻具，起吊装置14设有吊钩14a和吊杆14b，吊钩14a的孔供起吊绳穿入，吊钩14a连接于吊杆14b的上端，吊杆14b的下端设有止挡部14c，吊杆14b穿过上安装座11和下安装座12，外部的吊机或卷扬机通过起吊绳吊起钻具。在本实施例中，起吊装置14为一体结构，起吊装置14上的吊杆14b穿过安装座1后底部弯折成止挡部14c；当然起吊装置14也可以是分体式连接结构。

当预制桩3通过不固定的方式承载于安装座1的上表面且需要吊起钻具时，远离起吊装置14的一对液压缸13a的活塞杆13b从上支架孔11c、下支架孔12b缩回，上安装座11和下安装座12靠近起吊装置14的一对液压缸13a的活塞杆13b不缩回，相当于，下安装座12远离起吊装置14的一端在预制桩3的重力的作用下，相对于上安装座11围绕不缩回的那对液压缸13a向下转动，当下安装座12起不到支撑作用时，预制桩3就向下落，外部的吊机或卷扬机把钻具向上拉起，从而回收钻具。

本实施例中，预制桩3随钻具一起进钻，达到预定的深度时，可以通过外部的吊机或卷扬机把钻具向上拉起，从而回收钻具，钻具可重复使用。

本发明还公开一种水泥土搅拌沉桩一体机的具体实施例，如图7-图9所示，包括桩机平台100、立柱200、桩夹移机构300，桩机平台100用于在地面上运行，图7、图8、图9中的立柱200的轴向方向定义为竖向，立柱200竖向地设于桩机平台100的上表面，桩夹移机构300平行地设于立柱200的一侧，桩夹移机构300用于夹持预制桩3，并能沿立柱200的长度方向运行，预制桩3插于上述钻具的容纳部，且预制桩3的底面抵触安装座1的上表面。

桩夹移机构300包括抱压箱301和动力缸302，抱压箱301安装于桩机平台100的一侧，用于抱夹住预制桩3后向下压桩，动力缸302用于驱动抱压箱301沿竖向移动，动力缸302的上端通过连接件302b固定安装于立柱200的顶端，动力缸302的伸缩杆302a平行于立柱200设置并且与抱压箱301连接固定且。

桩夹移机构300还设有竖向导轨303、纠偏座304、夹持装置305，竖向导轨303平行于立柱200设置并通过若干组连接架33a连接固定于立柱200上，竖向导轨303也竖向地设于桩机平台100的上表面；纠偏座304可滑动地安装于竖向导轨303上，夹持装置305通过设于夹持装置305顶部的连接板305a固定安装于纠偏座304上，夹持装置305还设有夹持预制桩3上端部的夹持爪305b，夹持爪305b设于连接板305a的下端面，桩夹移机构300通过夹持装置305、与夹持装置305的连接板305a连接的纠偏座304和引导纠偏座304运动的竖向导轨303来确保预制桩3在竖向移动时的竖直度，防止预制桩3倾斜与钻具上的钻杆发生碰撞，预制桩3底端的钻具用于钻孔、喷浆、搅拌。

本发明还公开了一种复合桩的施工方法的具体实施例，如图10所示，包括以下步骤：

步骤一：放桩位点：按照设计要求，进行现场测量、确定好打桩位置并做好标识；

步骤二：水泥土搅拌沉桩一体机就位、制备砂浆：将水泥土搅拌沉桩一体机在打桩位置平稳就位；根据设计要求拌制砂浆，拌好的砂浆过筛后倒入外部的集料斗中；

步骤三：将预制桩抱合于就位好的水泥土搅拌沉桩一体机，并承载于钻具的承载面：将预制桩3的顶端吊装于水泥土搅拌沉桩一体机的桩夹移机构300上，使夹持爪305b夹持预制桩3的顶端，预制桩3的下端穿过抱压箱301后，再连接于钻具的容纳部4内，并承载于钻具的安装座1的上表面，即，钻具的承载面，将集料斗中的砂浆通过输送管输送到杆体中；

步骤四、启动钻具，以进行钻孔、喷浆、搅拌，以使得预制桩与钻具一起下沉：a、启动钻具和水泥土搅拌沉桩一体机，夹持装置305夹持预制桩3的顶端，动力缸302驱动抱压箱301向下抱压预制桩3，通过纠偏座304沿竖向导轨303向下移动，竖向导轨303、纠偏座304以及夹持装置305用以确保预制桩3向下移动时的竖直度；

b、预制桩3向下压钻具，钻具的钻杆2的动力头25把动力传递给杆体21，杆体21再带动给杆体21上的钻尖22、旋转叶片23、主搅拌叶片24以及副搅拌叶片28，钻尖22、旋转叶片23旋转向下钻孔，喷浆口29向周围土体喷砂浆，主搅拌叶片24以及副搅拌叶片28对喷过砂浆的周围土体进行搅拌，预制桩3随着钻具的向下钻进而向下沉桩，直到预制桩3完全进入下方土体内；

当预制桩3的长度达不到设计要求时，还需要多根桩的接桩步骤c：在预制桩3完全下沉到下方土体之前，需要暂停钻具和水泥土搅拌沉桩一体机，再吊装一根预制桩3于水泥土搅拌沉桩一体机的桩夹移机构300上，夹持爪305b夹持预制桩3的上端，预制桩3的下端通过焊接、机械连接或其他方式连接到下方的预制桩3的上端，然后再次启动钻具和水泥土搅拌沉桩一体机，重复钻孔、喷浆、搅拌、预制桩3下沉等动作，直到拼装后的预制桩3的长度满足设计要求；

步骤五：回收钻具或弃钻具，移位：水泥土搅拌沉桩一体机回收钻具或放弃钻具，弃下的钻具形成于复合桩内，水泥土搅拌沉桩一体机移位，重复上述步骤一、步骤二、步骤三、步骤四、步骤五以施工下一根复合桩。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围以权利要求所限定的范围为准，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内做出的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。

尽管本文较多地使用了等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

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