一種適用于穿透圓礫層土質(zhì)的三軸攪拌機鉆頭的制作方法
【專利摘要】一種適用于穿透圓礫層土質(zhì)的三軸攪拌機鉆頭，包括內(nèi)置有注漿鋼管的鉆桿，并且鉆桿的尾部設(shè)有與三軸攪拌機的打樁架連接用的內(nèi)插式接頭，鉆桿的頭部設(shè)有前進頭，前進頭后方的鉆桿上設(shè)有鉆頭刀排，鉆頭刀排后方的鉆桿上設(shè)有鉆頭護頸翼板，所述前進頭是由三至五片刀片組成的葉式錐形前進頭，所述鉆頭刀排是由兩至八片刀排組成的葉式鉆頭刀排，所述鉆頭護頸翼板是由兩至八片翼板組成的葉式鉆頭護頸翼板。本鉆頭是一種能攻克圓礫土層、強風(fēng)化巖土層等堅硬土層的三軸攪拌機鉆頭，能夠達到土體深層攪拌并形成柱狀護體止水結(jié)構(gòu)，本鉆頭設(shè)計巧妙、效果理想，易于實施，能夠穿透圓礫土層、強風(fēng)化巖土層等地質(zhì)相對堅硬的地層并進行注漿均勻攪拌。
【專利說明】—種適用于穿透圓礫層土質(zhì)的三軸攪拌機鉆頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于建筑試驗工程領(lǐng)域的三軸攪拌機鉆頭，特別是一種可對地下深層土體(尤其是圓礫層、強風(fēng)化巖土層等相對堅硬的土層)進行攪拌加固處理的三軸攪祥機鉆頭。
【背景技術(shù)】
[0002]水泥土攪拌墻技術(shù)是利用專門的多軸攪拌機就地鉆進切削土體，同時在鉆頭端部將水泥漿液注入土體，經(jīng)充分攪拌混合后，形成地下連續(xù)墻體，然后利用該墻體直接作為擋土和止水結(jié)構(gòu)。水泥土攪拌墻技術(shù)的主要特點是構(gòu)造簡單，止水性能好，工期短，造價低，環(huán)境污染小，特別適合城市中的深基坑試驗工程。
[0003]當前的水泥土攪拌墻技術(shù)只適用于填土、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、砂性土、飽和黃土等軟質(zhì)土層，對于像圓礫土層、強風(fēng)化巖土層等相對堅硬的土層，由于現(xiàn)有的安裝在多軸攪拌機上的鉆頭的結(jié)構(gòu)存在局限性，所以在遇到圓礫土層、強風(fēng)化巖土層(比如全風(fēng)化花崗巖)等堅硬土質(zhì)時，具有鉆進切削土體的進程非常緩慢、水泥用量額外增加、鉆頭損壞嚴重等缺點。也就是說，現(xiàn)有的安裝在多軸攪拌機上的鉆頭穿透地質(zhì)相對堅硬的地層的能力較差，所以鉆進切削土體存在技術(shù)缺陷。
[0004]但是，圓礫土層、強風(fēng)化巖土層等屬于強透水層土體，強透水層土體又很需要進行處理形成止水帷幕，所以如何將水泥土攪拌墻技術(shù)應(yīng)用在圓礫土層、強風(fēng)化巖土層等相對堅硬的土層上，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員急待解決的一個技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種適用于穿透圓礫層土質(zhì)的三軸攪拌機鉆頭，要解決多軸攪拌機在圓礫土層、強風(fēng)化巖土層等相對堅硬的土層上鉆進切削困難的技術(shù)問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種適用于穿透圓礫層土質(zhì)的三軸攪拌機鉆頭，包括內(nèi)置有注漿鋼管的鉆桿，并且鉆桿的尾部設(shè)有與三軸攪拌機的打樁架連接用的內(nèi)插式接頭，其特征在于:鉆桿的頭部設(shè)有前進頭，前進頭后方的鉆桿上設(shè)有鉆頭刀排，鉆頭刀排后方的鉆桿上設(shè)有鉆頭護頸翼板。
[0007]所述前進頭是由三至五片刀片組成的葉式錐形前進頭，這三至五片刀片圍繞著鉆桿的軸心線徑向均勻分布，并且刀片的刀刃上設(shè)有一至三個前進頭合金鉆牙。
[0008]所述鉆頭刀排是由兩至八片刀排組成的葉式鉆頭刀排，刀排向鉆桿尾部傾斜并且入土角度為20度?25度，刀排與鉆桿的軸心線成63度?68度的夾角，刀排的刀刃上設(shè)有二至五個鉆頭刀排合金鉆牙。
[0009]所述鉆頭護頸翼板是由兩至八片翼板組成的葉式鉆頭護頸翼板，翼板向鉆桿頭部傾斜并且入土角度為15度?20度，翼板與鉆桿的軸心線相對垂直。
[0010]所述鉆頭刀排合金鉆牙的入土角度可為15度?30度；
所述鉆頭刀排合金鉆牙之間的間距可為15厘米。[0011 ] 所述內(nèi)插式接頭可為內(nèi)插式TK角鉆桿接頭或內(nèi)插式螺旋接頭。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點和有益效果:本發(fā)明是一種能攻克圓礫土層、強風(fēng)化巖土層(比如全風(fēng)化花崗巖)等堅硬土層的三軸攪拌機鉆頭，能夠達到土體深層攪拌并形成柱狀護體止水結(jié)構(gòu)。
[0013]本發(fā)明設(shè)計巧妙、效果理想，易于實施，能夠穿透圓礫土層、強風(fēng)化巖土層等地質(zhì)相對堅硬的地層并進行注漿均勻攪拌，達到試驗工程基坑圍護止水的效果。
[0014]本發(fā)明中的葉式錐形前進頭能有效的切割圓礫土層及強風(fēng)化巖土層，并將切開土體部分向周邊排開，本發(fā)明中的葉式鉆頭刀排能有效將前進頭切開土體均勻攪拌并上返，上返土體達到本發(fā)明中的鉆頭護頸翼板后，在鉆頭護頸翼板的作用下繼續(xù)攪拌，不再上返。
[0015]本發(fā)明中的葉式鉆頭刀排向鉆桿尾部傾斜，并且入土角度為20度?25度，并且與鉆桿的軸心線成63度?68度的夾角，這樣設(shè)計是因為在這個角度范圍內(nèi)更有利于切碎土體深層鉆進，上反土體，減少鉆進阻力且能在一定程度上減少鉆頭的損耗。
[0016]本發(fā)明中的鉆頭護頸翼板向鉆桿頭部傾斜，并且入土角度為15度?20度，并且與鉆桿的軸心線相對垂直，這樣設(shè)計是因為把上反土體控制在一定范圍內(nèi)，不至于土體上反到地面外形成孔洞，增加水泥用量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0018]圖1是本發(fā)明的立體示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的主視示意圖。
[0020]附圖標記:1 一鉆桿、2 —內(nèi)插式接頭、3 —前進頭合金鉆牙、4 一前進頭、5 —鉆頭刀排、6 —鉆頭護頸翼板、7 —鉆頭刀排合金鉆牙。
【具體實施方式】
[0021]實施例參見圖1、圖2所示，這種適用于穿透圓礫層土質(zhì)的三軸攪拌機鉆頭，包括內(nèi)置有注漿鋼管(通過注漿鋼管對土體進行注漿)的鉆桿I (鉆桿為圓柱體，圓柱體中心為空心，用于安裝注漿管管)，并且鉆桿I的尾部設(shè)有與三軸攪拌機的打樁架連接用的內(nèi)插式接頭2，本實施例中，內(nèi)插式接頭2為內(nèi)插式六角鉆桿接頭。在其它實施例中，內(nèi)插式接頭2也可以是內(nèi)插式螺旋接頭。
[0022]所述鉆桿I的頭部設(shè)有前進頭4，前進頭4后方的鉆桿I上設(shè)有鉆頭刀排5，鉆頭刀排5后方的鉆桿I上設(shè)有鉆頭護頸翼板6。
[0023]本實施例中，所述前進頭4是由三片刀片組成的葉式錐形前進頭，這三片刀片圍繞著鉆桿的軸心線徑向均勻分布，并且刀片的刀刃上設(shè)有兩個前進頭合金鉆牙3。在其它實施例中，前進頭4的數(shù)量也可以是兩片、四片、五片或更多片。所述葉式錐形前進頭能對圓礫層土質(zhì)進行攪拌，葉式錐形前進頭上的前進頭合金鉆牙3能有效切割堅硬土體，鉆進堅硬土層。
[0024]本實施例中，所述鉆頭刀排5是由三片刀排組成的葉式鉆頭刀排，刀排向鉆桿尾部傾斜并且入土角度為20度?25度，刀排與鉆桿I的軸心線成63度?68度的夾角，刀排的刀刃上設(shè)有三個鉆頭刀排合金鉆牙7。在其它實施例中，刀排的數(shù)量也可以是兩片、四片、五片、六片、七片或八片等多片，刀排的刀刃上可設(shè)一個或兩個鉆頭刀排合金鉆牙7。所述葉式鉆頭刀排能有效將切割土體上返并均勻攪拌。
[0025]葉式鉆頭刀排的入土角度a為22度時、并且葉式鉆頭刀排與鉆桿的軸心線的夾角為65度時,使用效果最佳。
[0026]本實施例中，所述鉆頭護頸翼板6是由兩片翼板組成的葉式鉆頭護頸翼板，翼板向鉆桿頭部傾斜并且入土角度為15度?20度，翼板與鉆桿I的軸心線相對垂直。在其它實施例中，翼板的也可以是兩片、四片、五片、六片、七片或八片或更多片。所述葉式鉆頭護頸翼板可對土體進行均勻攪拌，能將上返土體均勻攪拌并形成穩(wěn)定圓柱體。
[0027]葉式鉆頭護頸翼板的入土角度b為16度時、使用效果最佳。
[0028]本實施例中，鉆頭刀排合金鉆牙7的入土角度為15度?30度；鉆頭刀排合金鉆牙7之間的間距為15厘米。距前進頭410cm處設(shè)置鉆頭刀排5，距前進頭500cm處設(shè)置鉆頭護頸翼板6。
[0029]以某試驗工程為例，該試驗工程距河床約600m，原始地貌屬沖洪I級階地，場地西側(cè)為已征商業(yè)用地，北側(cè)紅線外五米為小商品批發(fā)市場，南側(cè)為規(guī)劃道路，東側(cè)為一條港道，東北角有一棟三層民房和公廁，基坑總周長約440m，基礎(chǔ)挖深9.2m?12.8m，地下兩層地下室，地上為5棟22?27層高層住宅。
[0030]基坑開挖揭露土層情況，自上而下有:雜填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、粗砂、粉質(zhì)粘土、粗砂、圓礫層、殘積土、以下為全風(fēng)化花崗巖、強風(fēng)化花崗巖等。場地屬地下水排泄區(qū)，影響基坑施工的場地內(nèi)地下水類型主要為孔隙潛水，粗砂層內(nèi)承壓水及基巖裂隙水，屬徑流區(qū)，受鄰區(qū)地下水的側(cè)向補給及大氣降水滲入補給。根據(jù)地質(zhì)資料:雜填土為透水含水層，粗砂、圓礫為強透水含水層，粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)土屬相對隔水層，基巖風(fēng)化帶為網(wǎng)狀裂隙水，其富水性及透水性與其裂隙的發(fā)育程度及裂隙性質(zhì)有關(guān)，裂隙多以閉合裂隙為主，富水性一般較差。
[0031]關(guān)于該試驗工程截水方案的選型，由于該試驗工程地質(zhì)較為復(fù)雜，地下水位豐富、并且地下水流動性較大，截水方式的選型、參數(shù)的確定至關(guān)重要，稍有不慎將會對周邊建筑物等造成致命危害，所以截水結(jié)構(gòu)的選型和設(shè)計，需重點考慮漏水的后果，含水層的土性、地下水特性、支護結(jié)構(gòu)形式、施工條件等因素、對于漏水的后果嚴重(如建筑物、公共設(shè)施破壞等)的基坑、對施工質(zhì)量無十分把握的截水結(jié)構(gòu)，如水泥土系列的截水結(jié)構(gòu)不宜少于兩道防線；選擇的截水結(jié)構(gòu)施工工藝需適合場地的地層特性，截水的基坑，支護結(jié)構(gòu)的變形控制設(shè)計尚需考慮截水結(jié)構(gòu)的抗變形能力，支護結(jié)構(gòu)或土體變形過大會引起截水結(jié)構(gòu)開裂，導(dǎo)致漏水。綜上所述，本試驗工程最后選用SMW工法樁+被動區(qū)土體注漿加固作為截水結(jié)構(gòu)，同時起到擋土支護作用。
[0032]該試驗工程采用PHC預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，在管樁施工過程中，早已將土層底部相對隔水層(粉質(zhì)粘土層)捅破，如果止水帷幕達不到圓礫層以下，坑內(nèi)或坑外強透水層(圓礫層、砂層)必然透過管樁側(cè)壁涌水，這將直接影響主體試驗工程基礎(chǔ)的質(zhì)量。另外，坑內(nèi)進行降水施工時，本身降水井就捅破粉質(zhì)粘土層，降水時粉質(zhì)粘土層以下砂層、圓礫層地下水掏空后，必然會引起上層土體下沉，這時如果工法樁形成的止水帷幕只是穿透粉質(zhì)粘土層，而粉質(zhì)粘土層又因為沉降，將直接導(dǎo)致止水帷幕失效。
[0033]關(guān)于深基坑試驗工程，尤其是本試驗工程，地下水位豐富、砂層又比較厚，如果截水帷幕封閉出現(xiàn)缺陷漏洞的話，對基坑內(nèi)強行降水的時候，基坑外圍地下水會涌入基坑內(nèi)，并伴隨有流沙顯現(xiàn)，基坑外圍很容易出現(xiàn)沉降、甚至地面塌陷等危險事故。雖然粉質(zhì)粘土層作為相對隔水層，水泥土攪拌墻穿過粉質(zhì)粘土層就能起到止水的效果，但是本試驗工程中，粉質(zhì)粘土層相對較薄，為防止降水施工過程中出現(xiàn)滑移、隆起現(xiàn)象，設(shè)計必須確定將攪拌樁穿透圓礫層，并對被動土體進行注漿加固，防止降水的時候被動區(qū)砂層被抽干出現(xiàn)滑移倒塌現(xiàn)象。
[0034]在施工階段，SMW工法樁截水帷幕施工(Soil Mixing Wall工法)并不是一項陌生的施工工藝。本試驗工程前期施工時，上部土層成孔均正常，當成孔深至-16.5m?17.8m時，下沉速度明顯變慢，電流突然增大超過450A，樁底2m?4m成孔時間達2小時，注漿量超過40000L。成樁后發(fā)現(xiàn)三軸鉆頭、鉆具嚴重磨損無法繼續(xù)施工。分析原因我們知道，--型鋼水泥土攪拌墻(SMW工法樁)基坑支護試驗工程適用于填土、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、砂性土、飽和黃土等土層，并不適合圓礫層、全風(fēng)化花崗巖等堅硬土質(zhì)。？？本試驗工程-12.5m?25.5m分布有圓碌層土質(zhì)，厚度達2m?8m,圓碌粒徑> 2mm的顆粒含量為59.4?80.1%，粒徑30?60mm顆粒含量為4.1?10.2%，現(xiàn)場施工還發(fā)現(xiàn)圓礫層顆粒粒徑大于60mm。-17.5m?25.5m分布有全風(fēng)化花崗巖土層，厚度達2m?15m。
[0035]由上得知，地質(zhì)原因與SWM工法樁施工條件限制是施工難度大的主要原因。砂層、圓礫層較厚，當施工到該土層時螺旋式鉆頭將土層向下壓，土層越壓越緊時下沉困難并且對鉆頭損壞嚴重。鑒于以上施工情況，施工人員通過本發(fā)明，成功試驗并完成了本試驗工程的基坑支護和止水帷幕試驗工程。
[0036]降水及土方開挖的施工是檢驗截水帷幕施工效果最直接的方法，截水帷幕施工比較成功，則坑內(nèi)降水較快坑外水位將會基本保持不變，并且土方開挖順利。本試驗工程土方開挖時，基本未見地下涌.水現(xiàn)象，施工比較順利。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于穿透圓礫層土質(zhì)的三軸攪拌機鉆頭，包括內(nèi)置有注漿鋼管的鉆桿(1)，并且鉆桿(I)的尾部設(shè)有與三軸攪拌機的打樁架連接用的內(nèi)插式接頭(2)，其特征在于:鉆桿(I)的頭部設(shè)有前進頭(4)，前進頭(4)后方的鉆桿(I)上設(shè)有鉆頭刀排(5)，鉆頭刀排(5)后方的鉆桿(I)上設(shè)有鉆頭護頸翼板(6)；所述前進頭(4)是由三至五片刀片組成的葉式錐形前進頭，這三至五片刀片圍繞著鉆桿的軸心線徑向均勻分布，并且刀片的刀刃上設(shè)有一至三個前進頭合金鉆牙(3)；所述鉆頭刀排(5)是由兩至八片刀排組成的葉式鉆頭刀排，刀排向鉆桿尾部傾斜并且入土角度為20度?25度，刀排與鉆桿(I)的軸心線成63度?68度的夾角，刀排的刀刃上設(shè)有二至五個鉆頭刀排合金鉆牙(7)；所述鉆頭護頸翼板(6)是由兩至八片翼板組成的葉式鉆頭護頸翼板，翼板向鉆桿頭部傾斜并且入土角度為15度?20度，翼板與鉆桿(I)的軸心線相對垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于穿透圓礫層土質(zhì)的三軸攪拌機鉆頭，其特征在于:所述鉆頭刀排合金鉆牙(7)的入土角度為15度?30度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于穿透圓礫層土質(zhì)的三軸攪拌機鉆頭，其特征在于:所述鉆頭刀排合金鉆牙(7)之間的間距為15厘米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于穿透圓礫層土質(zhì)的三軸攪拌機鉆頭，其特征在于:所述內(nèi)插式接頭(2)為內(nèi)插式TK角鉆桿接頭或內(nèi)插式螺旋接頭。
【文檔編號】E21B10/43GK103437712SQ201310370838
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】曾令新, 賈祥懷, 廖亞國, 郭川 申請人:中國建筑一局(集團)有限公司