阅读说明：本技术 一种内外齿对搅式单轴搅拌桩机具及其施工方法 (Internal and external tooth opposite stirring type single-shaft stirring pile machine and construction method thereof ) 是由 张越 于 2021-09-09 设计创作，主要内容包括：本专利公开了一种内外齿对搅式单轴搅拌桩机具及其施工方法,单轴搅拌桩机具是由动力装置、浆液输送管、钻杆、搅拌齿、搅拌框和钻头组成,其搅拌齿分为内搅拌齿和外搅拌齿；内搅拌齿布置在钻杆下部；外搅拌齿布置在搅拌框上；搅拌框的上下端利用轴套套接于钻杆上,外罩于钻杆搅拌齿上；内外搅拌齿相互啮合,并产生相对运动,保持了内外搅拌齿对搅破碎土体的状态。该专利具有绿色、环保和安全可靠的工法特征,同时能提高单轴搅拌桩及其劲性复合桩的外围桩成桩质量,消除了淤泥质土层中搅拌桩成桩不均匀、不成桩的困难,提高了施工效率,具有重大的经济价值和社会效益。(The single-shaft stirring pile machine consists of a power device, a slurry conveying pipe, a drill rod, stirring teeth, a stirring frame and a drill bit, wherein the stirring teeth are divided into inner stirring teeth and outer stirring teeth; the inner stirring teeth are arranged at the lower part of the drill rod; the outer stirring teeth are arranged on the stirring frame; the upper end and the lower end of the stirring frame are sleeved on the drill rod by utilizing a shaft sleeve, and the outer cover is covered on the stirring teeth of the drill rod; the inner stirring teeth and the outer stirring teeth are meshed with each other and generate relative motion, so that the state of the inner stirring teeth and the outer stirring teeth on stirring the crushed soil body is maintained. The method has the characteristics of environmental protection, safety and reliability, can improve the pile forming quality of peripheral piles of the single-shaft stirring pile and the stiff composite pile, eliminates the difficulties of uneven pile forming and no pile forming of the stirring pile in a mucky soil layer, improves the construction efficiency, and has great economic value and social benefit.)

一种内外齿对搅式单轴搅拌桩机具及其施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体来说是软弱地基处理与加固的机具与快速施工方法。

背景技术

当前单轴搅拌桩施工存在诸多问题，主要有：1、搅拌叶片旋转带动土体沿叶片的旋转方向一起运动，将土体向四周外挤压，叶片过后被挤压的土体又向孔内运动，叶片与土体之间没有相对切割与破碎的过程，土体挤压形成了土块；搅拌叶片之间充填着土体，在旋转与上下移动过程中，没有其它的叶片来切割和破碎这部分土体，使得搅拌叶片过后仍有大量的原状土体存在；2、搅拌叶片之间充填着土体，粘性土包裹搅拌叶片，无法有效破碎岩土体，搅拌叶片对外的挤压和扰动非常明显；3、搅拌轴提升时，喷射的固化剂浆液沿搅拌轴和叶片的外侧空隙流动，将孔中注入的固化剂浆液大量流失；4、传统单轴搅拌桩机仅上提时底部喷浆，浆液在土块之间及搅拌叶片外侧流动，使得与土体的混合不充分，形成的桩体不均匀以及桩端缺浆等现象；5、传统单轴搅拌桩施工参数的控制随意性大，常出现断浆、下钻和上提过快、旋转失速等问题，导致成桩质量差，搅拌桩的桩身不完整、强度低；6、传统单轴搅拌桩引孔搅拌，钻具的刚度低，导至形成的搅拌桩垂直度较差。

但是单轴搅拌桩在对软弱地基加固处理的工法中具有许多优势，如施工过程灵活、桩径可以方便调整，施工成本低且对施工场地没有过高要求等。因此，工程界急需对传统单轴搅拌桩机具进行改进创新，施工出质量合格的搅拌桩体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有单轴搅拌桩机对地基土搅拌破碎不充分，形成大量土块，与水泥浆混合不均匀，形成的搅拌桩桩体质量差、强度低等问题，提供一种创新的双向切割、内外齿对搅的搅拌桩机具及其施工方法。

为达到上述目的，本专利采用的技术方案如下：

所述的一种内外齿对搅式单轴搅拌桩机具是由动力装置、浆液输送管、钻杆、搅拌齿、搅拌框和钻头组成；

所述的内搅拌齿布置在钻杆的下部；外搅拌齿布置在搅拌框上；

所述的搅拌框的上下端利用轴套套接于钻杆上，外罩于钻杆搅拌齿(内搅拌齿)上；内外搅拌齿相互啮合，并产生相对运动，保持了内外搅拌齿对搅破碎土体的状态。

搅拌框是由2只以上开口矩形框架组成，开口矩形框架是由上下横板、竖板和外搅拌齿组成，上下横板将竖板的两端固定，再与钻杆上的轴套相连；多层的外搅拌齿设置在竖板的内侧，与竖板呈正交；

搅拌框布置在钻头的上面，将钻头旋转挤压破碎的土体罩入框内，并被反复破碎。

上下横板呈立式布置，呈刀片状切入土体，以减少搅拌框插入土体的阻力；

所述的搅拌齿呈刀片状，搅拌齿斜交于钻杆的中轴面；沿钻杆轴向按一定间距分布3层以上的搅拌齿，每层设置2个以上的搅拌齿，并沿钻杆周边等距离布置。

在轴套的上下设置限位圈，限制搅拌框在钻杆上的移动。

所述的钻杆为中空型，内腔布置有二根送浆管，一根送浆管与搅拌框下面的下喷浆嘴相连；另一根送浆管与搅拌框顶部的上喷浆嘴相连。

所述的一种内外齿对搅式单轴搅拌桩施工方法，具体步骤如下：

第一步：制浆系统和单轴搅拌机移动到位；并利用桩机控制系统校正搅拌桩的坐标、垂直度及施工参数的设置；

第二步：动力装置驱动钻杆带动钻头旋转下钻，同时施加轴向力将钻头压入地层，钻头旋转挤压使土体进入到搅拌框内；搅拌框在钻杆轴向力作用下插入到地层中；此时地层的阻力限制搅拌框转动，与钻杆产生相对运动，使钻杆的内搅拌齿与搅拌框上的外搅拌齿之间发生对搅，对进入搅拌框内的土体进行反复破碎。由于搅拌框竖板的侧限使进入搅拌框内的土体向孔壁外挤压，只能被搅拌齿不断切割与破碎；

第三步：钻杆从钻孔底部上提时，打开上喷浆嘴，将水泥浆喷入到破碎的土颗粒中，在搅拌框内被充分拌合，达桩端持力层上部时，钻杆停止上提转为下钻，下喷浆嘴打开，将水泥浆再次喷入到破碎的土颗粒中，在搅拌框内再次被充分破碎和拌合；

第四步：当钻杆到达桩底再次提升时，打开上喷浆嘴，将水泥浆又一次喷入到破碎的土颗粒中，被紧随其后的搅拌齿在搅拌框内再被充分拌合，这样形成更高强度的位于持力层位置的桩端。同时提高了土体切割以及与水泥浆混合的均匀性；同样，对于软弱夹层及需要强化加固的地层时，可通过增加喷浆量、地层的切割破碎次数来实现。

有益效果：本发明能解决软弱地基的单轴搅拌桩加固的难题，通过研发的内外搅拌齿对搅切割式机具，消除了单轴搅拌桩切割破碎土体不充分以及与浆液混合不均匀的困境。实现了单轴搅拌桩的对搅拌合与双向切割，对地基工程的质量提升和安全度提高具有重大的经济和社会价值。

附图说明

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明作进一步说明。

图1内外搅拌齿对搅式搅拌装置的三维结构示意图。

图2开口矩形框示意图。

图3搅拌框结构平面示意图。

图4轴套与限位结构示意图。

图中：1—钻杆，2—钻头，3—内搅拌齿，4—外搅拌齿，5—浆液输送管，6—搅拌框，7—开口矩形框，8—横板，9—竖板，10—上喷浆嘴，11—下喷浆嘴，12—轴套，13—限位圈。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的一种内外齿对搅式单轴搅拌桩机具是由动力装置、浆液输送管5、钻杆1、内搅拌齿3、外搅拌齿4、搅拌框6和钻头2组成，如图1所示。

从图1可以看出，所述的内搅拌齿3布置在钻杆1的下部；外搅拌齿4布置在搅拌框6上；

从图2可以看出，所述的搅拌框6的上下端利用轴套12套接于钻杆1上，外罩于钻杆搅拌齿(内搅拌齿3)上；内搅拌齿3和外搅拌齿4相互啮合，并产生相对运动，保持了对搅破碎土体的状态，如图3所示。

搅拌框6是由2只以上开口矩形框架7组成，开口矩形框架7是由上下横板8、竖板9和外搅拌齿4组成，上下横板8将竖板9的两端固定，再与钻杆1上的轴套相连；多层的外搅拌齿4设置在竖板9的内侧，与竖板9呈正交；

上下横板9呈立式布置，呈刀片状切入土体，以减少搅拌框6插入土体的阻力；

从图3和图4可以看出，在轴套12的上下设置限位圈13，限制搅拌框6在钻杆1上的移动。

从图1可以看发现，钻杆1为中空型，内腔布置有二根送浆管5，一根送浆管与搅拌框6下面的下喷浆嘴11相连；另一根送浆管与搅拌框顶部的上喷浆嘴10相连。

单轴双向切割强制均匀搅拌桩的完整施工过程如下：

根据图1所示，动力装置驱动钻杆1带动钻头2旋转下钻，同时施加轴向力将钻头2压入地层，钻头2旋转挤压使土体进入到搅拌框6内；搅拌框6在钻杆1轴向力作用下插入到地层中；此时地层的阻力限制搅拌框6转动，与钻杆1产生相对运动，使钻杆1的内搅拌齿3与搅拌框6上的外搅拌齿4之间发生对搅，对进入搅拌框6内的土体进行反复破碎。由于搅拌框6中竖板9的侧限使进入搅拌框6内的土体向孔壁外挤压，只能被搅拌齿不断切割与破碎；

当钻杆1从钻孔底部上提时，打开上喷浆嘴10，将水泥浆喷入到破碎的土颗粒中，在搅拌框6内被充分拌合，达桩端持力层上部时，钻杆1停止上提转为下钻，下喷浆嘴11打开，将水泥浆再次喷入到破碎的土颗粒中，在搅拌框6内再次被充分破碎和拌合；

当钻杆1到达桩底再次提升时，打开上喷浆嘴10，将水泥浆又一次喷入到破碎的土颗粒中，被紧随其后的搅拌齿在搅拌框6内再被充分拌合，这样形成更高强度的位于持力层位置的桩端。同时提高了土体切割以及与水泥浆混合的均匀性；同样，对于软弱夹层及需要强化加固的地层时，可通过增加喷浆量、地层的切割破碎次数来实现。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。