一種新型螺旋錐體擠土鉆頭

摘 要 新型螺旋錐體擠土鉆頭由上下兩部分組成，下部分是螺旋錐體結構，在擠土過程中占主要作用。它是由錐體芯管、截面為四邊形的螺旋葉片和鉆頭門組成，在下旋鉆進過程中，每個組成部分都在作有效擠土運動。上部分是螺旋柱體結構，它是由柱體芯管、截面為四邊形并帶有缺口的螺旋葉片和鉆頭接頭組成。在上旋提升過程中，螺旋柱體葉片對已擠擴成型的樁孔進行二次擠壓，防止縮徑。其目的在于提供一種鉆進動力消耗低、鉆進效率高、能夠穿透各種復雜土層、用于施工螺旋擠土灌注樁的更高效、更實用的鉆頭。

關鍵詞 螺旋錐體擠土鉆頭；二次擠壓；錐體葉片；錐體芯管

中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0015-02

1 背景技術

在建筑基礎施工領域中，樁基礎的成樁方法，可分為排土樁和非排土樁。排土樁如長螺旋CFG，沖擊鉆和回轉鉆正反循環等施工方法，具有所成的樁承載力低，成本造價高，清理排土和廢棄泥漿費用高等缺點。非排土樁有預制樁和現澆樁兩大類。預制樁具有制造設備昂貴，生產成本高，樁身長、運輸困難，只適用于軟土層和小樁徑等缺點。現澆樁有螺桿樁和雙向螺旋擠擴樁。螺桿樁要求成樁設備同步性控制的技術高，對于有土層和軟硬變化的不確定性和非均勻性，很難保證成樁巖土螺牙的不撓動，會形成虛假螺牙，降低樁的承載力，并且無法應用于堅硬地層。雙向螺旋擠擴樁采用先鉆后擠的成孔方法，下旋鉆進過程中，利用雙向螺旋擠擴鉆頭中柱體螺旋鉆頭部分將土體旋鉆出來，并通過螺旋葉片由下而上運送到錐體芯管部分，通過錐體芯管逐漸將土體擠入樁孔側壁，對于比較復雜的地層如黏土層和夾礫石層，旋鉆出來巖土會阻塞螺旋葉片所形成的運輸通路，產生憋鉆現象；由于地層的不同，經過先鉆后擠所形成的樁孔，往往在原地層與被擠壓土體間穩定性差，會出現坍落現象，嚴重會埋鉆。

圖1 鉆頭結構示意圖

2 新型螺旋錐體擠土鉆頭結構

螺旋擠土灌注樁具有成樁成本低、承載力高和環保等優勢，受到了廣泛的應用。現有的螺旋擠土樁多采用先鉆后擠的原理進行施工，也就是說，它的鉆頭是由兩部分構成，下部分是普通長螺旋鉆具，是用來鉆巖土和將已鉆動的巖土通過葉片向上運輸，上部是芯管為錐形體的螺旋鉆具，是用來將運輸過來的巖土利用錐體芯管擠向樁孔周圍。由于各種土層比較復雜，礫石和黏土等都容易堵塞已鉆動巖土的運輸通道，導致憋鉆，達不到擠土效果。鑒于現在螺旋擠土鉆頭在施工中遇到的困難，經過大量實踐改進，最終歸納為如圖1所示新型螺旋錐體擠土鉆頭結構示意圖，它是由兩大部分組成。上部分是螺旋柱體結構，是由序號1（鉆頭接頭），序號2（柱體芯管），序號7（柱體葉片）組成。下部分是螺旋錐體結構，它是由序號3（錐體芯管），序號4（銷軸），序號5（鉆頭門），序號6（錐體葉片）組成。

3 擠土原理

新型螺旋錐體鉆頭的擠土原理：鉆頭通過大扭矩動力頭和加壓裝置及標準鉆桿順時針下旋鉆進時，下部分螺旋錐體結構中錐體芯管、錐體葉片及鉆頭門都在作徑向擠土運動，使鉆頭周圍的土體受壓并擠密，其中有很少的一部分土體通過錐體葉片被運到柱體結構部分。由于柱體葉片上有缺口，這部分土體又被柱體葉片擠壓到樁孔內側壁。在順時針上旋提升過程中，鉆頭中螺旋柱體結構的葉片對已形成的樁孔進行二次擠壓，防止縮徑；在提升同時，啟動混凝土輸送泵，使混凝土通過動力頭、鉆桿中心管，直到鉆頭底部，并壓開鉆頭門（繞銷軸4轉動），然后注入到樁孔里。各部分擠土作用如下所示。

如圖2所示，取錐體芯管表面土體的一個小單元作受力分析，單元土體受到垂直于錐體表面的力F，土體在力F的作用下，向徑向偏下方擠壓，形成擠土效果。

如圖3所示，取錐體葉片三個外表面土體的小單元作受力分析，三個小單元土體在三個外表面受到的力分別為G、M、N，力G使土體徑向偏上運動，力M使土體徑向偏下運動，力N使土體徑向偏下運動，力G使少量土體沿錐體葉片向上移動到柱體葉片，被柱體葉片擠壓到樁孔內側壁。

如圖4所示，取柱體葉片三個外表面土體的三個小單元作受力分析，單元土體在三個外表面上分別受到P、Q、R三個力作用，這三個力中P對土體產生徑向偏上擠土作用，Q對土體產生徑向擠土作用，R對土體產生徑向偏下擠土作用。

如圖5所示，取柱體葉片缺口處平面對土體小單元作受力分析，土體受到徑向擠壓力T的作用。

如圖6為柱體葉片圖，圖7為錐體葉片圖。

圖6 圖7

4 結論

參照相關資料，根據實踐總結，各參數值如下：

D=300～700mm； d=（0.65～0.75）D；

H=350～420mm；h=（0.7～0.8）H；

L1=（3～4）h； L2=（10～12）H；

α=5～8°；β=65～70°；γ=55～60°；

φ=45～50°；ω=65～70°。

根據不同的巖土層調整各參數值。對于砂土層，β、φ值應取大些，γ、ω值應取小些；對于塑性較大的黏土層，L2取大值或更大值。

5 結束語

通過實踐，新型螺旋錐體鉆頭擠土樁有如下優勢。

技術優勢：成樁質量可控可靠，樁側和樁端土體擠擴，樁間土體具有擠密效應，樁承載力高、沉降量小，成樁效率高；

成本優勢：樁單體積承載力高，成樁效率高、不排土，節省混凝土用量；環保優勢：無泥漿外排污染，無渣土外運，無施工揚塵，不需要存土場地，成樁無噪音、無振動，節約混凝土原材料等。

適用范圍：適用土層包括淤泥質黏土、黏性土、粉土、砂土、含小礫石黏性土、黃土和強風化土等，現已廣泛用于交通工程、工業與民用建筑工程領域。

參考文獻

[1]樁基工程手冊編寫委員會.樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1995.

[2]沈保漢.樁基與深基坑支護技術進展[M].北京：知識產權出版社，2006.

[3]劉鐘，張義，李志毅，等.新型螺旋擠土樁（SDS P）技術[A].第十屆全國地基處理學術討論會論文集[C].南京：東南大學出版社，2008：131-136.

[4]劉鐘，李志毅，盧璟春.短螺旋擠土灌注樁（SDS樁）施工新技術[A].第九屆全國樁基工程學術會議論文集[C].北京：中國建筑工業出版社，2009：491-499.

作者簡介

郭海艷（1965-），女，滿族，遼寧錦州人，高級工程師，本科，畢業于黑龍江科技學院機械設計專業，一直從事工程機械及相關科研項目研究工作。endprint

摘 要 新型螺旋錐體擠土鉆頭由上下兩部分組成，下部分是螺旋錐體結構，在擠土過程中占主要作用。它是由錐體芯管、截面為四邊形的螺旋葉片和鉆頭門組成，在下旋鉆進過程中，每個組成部分都在作有效擠土運動。上部分是螺旋柱體結構，它是由柱體芯管、截面為四邊形并帶有缺口的螺旋葉片和鉆頭接頭組成。在上旋提升過程中，螺旋柱體葉片對已擠擴成型的樁孔進行二次擠壓，防止縮徑。其目的在于提供一種鉆進動力消耗低、鉆進效率高、能夠穿透各種復雜土層、用于施工螺旋擠土灌注樁的更高效、更實用的鉆頭。

關鍵詞 螺旋錐體擠土鉆頭；二次擠壓；錐體葉片；錐體芯管

中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0015-02

1 背景技術

在建筑基礎施工領域中，樁基礎的成樁方法，可分為排土樁和非排土樁。排土樁如長螺旋CFG，沖擊鉆和回轉鉆正反循環等施工方法，具有所成的樁承載力低，成本造價高，清理排土和廢棄泥漿費用高等缺點。非排土樁有預制樁和現澆樁兩大類。預制樁具有制造設備昂貴，生產成本高，樁身長、運輸困難，只適用于軟土層和小樁徑等缺點。現澆樁有螺桿樁和雙向螺旋擠擴樁。螺桿樁要求成樁設備同步性控制的技術高，對于有土層和軟硬變化的不確定性和非均勻性，很難保證成樁巖土螺牙的不撓動，會形成虛假螺牙，降低樁的承載力，并且無法應用于堅硬地層。雙向螺旋擠擴樁采用先鉆后擠的成孔方法，下旋鉆進過程中，利用雙向螺旋擠擴鉆頭中柱體螺旋鉆頭部分將土體旋鉆出來，并通過螺旋葉片由下而上運送到錐體芯管部分，通過錐體芯管逐漸將土體擠入樁孔側壁，對于比較復雜的地層如黏土層和夾礫石層，旋鉆出來巖土會阻塞螺旋葉片所形成的運輸通路，產生憋鉆現象；由于地層的不同，經過先鉆后擠所形成的樁孔，往往在原地層與被擠壓土體間穩定性差，會出現坍落現象，嚴重會埋鉆。

圖1 鉆頭結構示意圖

2 新型螺旋錐體擠土鉆頭結構

螺旋擠土灌注樁具有成樁成本低、承載力高和環保等優勢，受到了廣泛的應用。現有的螺旋擠土樁多采用先鉆后擠的原理進行施工，也就是說，它的鉆頭是由兩部分構成，下部分是普通長螺旋鉆具，是用來鉆巖土和將已鉆動的巖土通過葉片向上運輸，上部是芯管為錐形體的螺旋鉆具，是用來將運輸過來的巖土利用錐體芯管擠向樁孔周圍。由于各種土層比較復雜，礫石和黏土等都容易堵塞已鉆動巖土的運輸通道，導致憋鉆，達不到擠土效果。鑒于現在螺旋擠土鉆頭在施工中遇到的困難，經過大量實踐改進，最終歸納為如圖1所示新型螺旋錐體擠土鉆頭結構示意圖，它是由兩大部分組成。上部分是螺旋柱體結構，是由序號1（鉆頭接頭），序號2（柱體芯管），序號7（柱體葉片）組成。下部分是螺旋錐體結構，它是由序號3（錐體芯管），序號4（銷軸），序號5（鉆頭門），序號6（錐體葉片）組成。

3 擠土原理

新型螺旋錐體鉆頭的擠土原理：鉆頭通過大扭矩動力頭和加壓裝置及標準鉆桿順時針下旋鉆進時，下部分螺旋錐體結構中錐體芯管、錐體葉片及鉆頭門都在作徑向擠土運動，使鉆頭周圍的土體受壓并擠密，其中有很少的一部分土體通過錐體葉片被運到柱體結構部分。由于柱體葉片上有缺口，這部分土體又被柱體葉片擠壓到樁孔內側壁。在順時針上旋提升過程中，鉆頭中螺旋柱體結構的葉片對已形成的樁孔進行二次擠壓，防止縮徑；在提升同時，啟動混凝土輸送泵，使混凝土通過動力頭、鉆桿中心管，直到鉆頭底部，并壓開鉆頭門（繞銷軸4轉動），然后注入到樁孔里。各部分擠土作用如下所示。

如圖2所示，取錐體芯管表面土體的一個小單元作受力分析，單元土體受到垂直于錐體表面的力F，土體在力F的作用下，向徑向偏下方擠壓，形成擠土效果。

如圖3所示，取錐體葉片三個外表面土體的小單元作受力分析，三個小單元土體在三個外表面受到的力分別為G、M、N，力G使土體徑向偏上運動，力M使土體徑向偏下運動，力N使土體徑向偏下運動，力G使少量土體沿錐體葉片向上移動到柱體葉片，被柱體葉片擠壓到樁孔內側壁。

如圖4所示，取柱體葉片三個外表面土體的三個小單元作受力分析，單元土體在三個外表面上分別受到P、Q、R三個力作用，這三個力中P對土體產生徑向偏上擠土作用，Q對土體產生徑向擠土作用，R對土體產生徑向偏下擠土作用。

如圖5所示，取柱體葉片缺口處平面對土體小單元作受力分析，土體受到徑向擠壓力T的作用。

如圖6為柱體葉片圖，圖7為錐體葉片圖。

圖6 圖7

4 結論

參照相關資料，根據實踐總結，各參數值如下：

D=300～700mm； d=（0.65～0.75）D；

H=350～420mm；h=（0.7～0.8）H；

L1=（3～4）h； L2=（10～12）H；

α=5～8°；β=65～70°；γ=55～60°；

φ=45～50°；ω=65～70°。

根據不同的巖土層調整各參數值。對于砂土層，β、φ值應取大些，γ、ω值應取小些；對于塑性較大的黏土層，L2取大值或更大值。

5 結束語

通過實踐，新型螺旋錐體鉆頭擠土樁有如下優勢。

技術優勢：成樁質量可控可靠，樁側和樁端土體擠擴，樁間土體具有擠密效應，樁承載力高、沉降量小，成樁效率高；

成本優勢：樁單體積承載力高，成樁效率高、不排土，節省混凝土用量；環保優勢：無泥漿外排污染，無渣土外運，無施工揚塵，不需要存土場地，成樁無噪音、無振動，節約混凝土原材料等。

適用范圍：適用土層包括淤泥質黏土、黏性土、粉土、砂土、含小礫石黏性土、黃土和強風化土等，現已廣泛用于交通工程、工業與民用建筑工程領域。

參考文獻

[1]樁基工程手冊編寫委員會.樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1995.

[2]沈保漢.樁基與深基坑支護技術進展[M].北京：知識產權出版社，2006.

[3]劉鐘，張義，李志毅，等.新型螺旋擠土樁（SDS P）技術[A].第十屆全國地基處理學術討論會論文集[C].南京：東南大學出版社，2008：131-136.

[4]劉鐘，李志毅，盧璟春.短螺旋擠土灌注樁（SDS樁）施工新技術[A].第九屆全國樁基工程學術會議論文集[C].北京：中國建筑工業出版社，2009：491-499.

作者簡介

郭海艷（1965-），女，滿族，遼寧錦州人，高級工程師，本科，畢業于黑龍江科技學院機械設計專業，一直從事工程機械及相關科研項目研究工作。endprint

摘 要 新型螺旋錐體擠土鉆頭由上下兩部分組成，下部分是螺旋錐體結構，在擠土過程中占主要作用。它是由錐體芯管、截面為四邊形的螺旋葉片和鉆頭門組成，在下旋鉆進過程中，每個組成部分都在作有效擠土運動。上部分是螺旋柱體結構，它是由柱體芯管、截面為四邊形并帶有缺口的螺旋葉片和鉆頭接頭組成。在上旋提升過程中，螺旋柱體葉片對已擠擴成型的樁孔進行二次擠壓，防止縮徑。其目的在于提供一種鉆進動力消耗低、鉆進效率高、能夠穿透各種復雜土層、用于施工螺旋擠土灌注樁的更高效、更實用的鉆頭。

關鍵詞 螺旋錐體擠土鉆頭；二次擠壓；錐體葉片；錐體芯管

中圖分類號：TU4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）03-0015-02

1 背景技術

在建筑基礎施工領域中，樁基礎的成樁方法，可分為排土樁和非排土樁。排土樁如長螺旋CFG，沖擊鉆和回轉鉆正反循環等施工方法，具有所成的樁承載力低，成本造價高，清理排土和廢棄泥漿費用高等缺點。非排土樁有預制樁和現澆樁兩大類。預制樁具有制造設備昂貴，生產成本高，樁身長、運輸困難，只適用于軟土層和小樁徑等缺點。現澆樁有螺桿樁和雙向螺旋擠擴樁。螺桿樁要求成樁設備同步性控制的技術高，對于有土層和軟硬變化的不確定性和非均勻性，很難保證成樁巖土螺牙的不撓動，會形成虛假螺牙，降低樁的承載力，并且無法應用于堅硬地層。雙向螺旋擠擴樁采用先鉆后擠的成孔方法，下旋鉆進過程中，利用雙向螺旋擠擴鉆頭中柱體螺旋鉆頭部分將土體旋鉆出來，并通過螺旋葉片由下而上運送到錐體芯管部分，通過錐體芯管逐漸將土體擠入樁孔側壁，對于比較復雜的地層如黏土層和夾礫石層，旋鉆出來巖土會阻塞螺旋葉片所形成的運輸通路，產生憋鉆現象；由于地層的不同，經過先鉆后擠所形成的樁孔，往往在原地層與被擠壓土體間穩定性差，會出現坍落現象，嚴重會埋鉆。

圖1 鉆頭結構示意圖

2 新型螺旋錐體擠土鉆頭結構

螺旋擠土灌注樁具有成樁成本低、承載力高和環保等優勢，受到了廣泛的應用。現有的螺旋擠土樁多采用先鉆后擠的原理進行施工，也就是說，它的鉆頭是由兩部分構成，下部分是普通長螺旋鉆具，是用來鉆巖土和將已鉆動的巖土通過葉片向上運輸，上部是芯管為錐形體的螺旋鉆具，是用來將運輸過來的巖土利用錐體芯管擠向樁孔周圍。由于各種土層比較復雜，礫石和黏土等都容易堵塞已鉆動巖土的運輸通道，導致憋鉆，達不到擠土效果。鑒于現在螺旋擠土鉆頭在施工中遇到的困難，經過大量實踐改進，最終歸納為如圖1所示新型螺旋錐體擠土鉆頭結構示意圖，它是由兩大部分組成。上部分是螺旋柱體結構，是由序號1（鉆頭接頭），序號2（柱體芯管），序號7（柱體葉片）組成。下部分是螺旋錐體結構，它是由序號3（錐體芯管），序號4（銷軸），序號5（鉆頭門），序號6（錐體葉片）組成。

3 擠土原理

新型螺旋錐體鉆頭的擠土原理：鉆頭通過大扭矩動力頭和加壓裝置及標準鉆桿順時針下旋鉆進時，下部分螺旋錐體結構中錐體芯管、錐體葉片及鉆頭門都在作徑向擠土運動，使鉆頭周圍的土體受壓并擠密，其中有很少的一部分土體通過錐體葉片被運到柱體結構部分。由于柱體葉片上有缺口，這部分土體又被柱體葉片擠壓到樁孔內側壁。在順時針上旋提升過程中，鉆頭中螺旋柱體結構的葉片對已形成的樁孔進行二次擠壓，防止縮徑；在提升同時，啟動混凝土輸送泵，使混凝土通過動力頭、鉆桿中心管，直到鉆頭底部，并壓開鉆頭門（繞銷軸4轉動），然后注入到樁孔里。各部分擠土作用如下所示。

如圖2所示，取錐體芯管表面土體的一個小單元作受力分析，單元土體受到垂直于錐體表面的力F，土體在力F的作用下，向徑向偏下方擠壓，形成擠土效果。

如圖3所示，取錐體葉片三個外表面土體的小單元作受力分析，三個小單元土體在三個外表面受到的力分別為G、M、N，力G使土體徑向偏上運動，力M使土體徑向偏下運動，力N使土體徑向偏下運動，力G使少量土體沿錐體葉片向上移動到柱體葉片，被柱體葉片擠壓到樁孔內側壁。

如圖4所示，取柱體葉片三個外表面土體的三個小單元作受力分析，單元土體在三個外表面上分別受到P、Q、R三個力作用，這三個力中P對土體產生徑向偏上擠土作用，Q對土體產生徑向擠土作用，R對土體產生徑向偏下擠土作用。

如圖5所示，取柱體葉片缺口處平面對土體小單元作受力分析，土體受到徑向擠壓力T的作用。

如圖6為柱體葉片圖，圖7為錐體葉片圖。

圖6 圖7

4 結論

參照相關資料，根據實踐總結，各參數值如下：

D=300～700mm； d=（0.65～0.75）D；

H=350～420mm；h=（0.7～0.8）H；

L1=（3～4）h； L2=（10～12）H；

α=5～8°；β=65～70°；γ=55～60°；

φ=45～50°；ω=65～70°。

根據不同的巖土層調整各參數值。對于砂土層，β、φ值應取大些，γ、ω值應取小些；對于塑性較大的黏土層，L2取大值或更大值。

5 結束語

通過實踐，新型螺旋錐體鉆頭擠土樁有如下優勢。

技術優勢：成樁質量可控可靠，樁側和樁端土體擠擴，樁間土體具有擠密效應，樁承載力高、沉降量小，成樁效率高；

成本優勢：樁單體積承載力高，成樁效率高、不排土，節省混凝土用量；環保優勢：無泥漿外排污染，無渣土外運，無施工揚塵，不需要存土場地，成樁無噪音、無振動，節約混凝土原材料等。

適用范圍：適用土層包括淤泥質黏土、黏性土、粉土、砂土、含小礫石黏性土、黃土和強風化土等，現已廣泛用于交通工程、工業與民用建筑工程領域。

參考文獻

[1]樁基工程手冊編寫委員會.樁基工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1995.

[2]沈保漢.樁基與深基坑支護技術進展[M].北京：知識產權出版社，2006.

[3]劉鐘，張義，李志毅，等.新型螺旋擠土樁（SDS P）技術[A].第十屆全國地基處理學術討論會論文集[C].南京：東南大學出版社，2008：131-136.

[4]劉鐘，李志毅，盧璟春.短螺旋擠土灌注樁（SDS樁）施工新技術[A].第九屆全國樁基工程學術會議論文集[C].北京：中國建筑工業出版社，2009：491-499.

作者簡介

郭海艷（1965-），女，滿族，遼寧錦州人，高級工程師，本科，畢業于黑龍江科技學院機械設計專業，一直從事工程機械及相關科研項目研究工作。endprint