一种单轴水泥土搅拌桩钻头及其水泥搅拌桩的施工方法

技术领域

本发明涉及桩基工程技术领域，特别是涉及一种单轴水泥土搅拌桩钻头及其水泥搅拌桩的施工方法。

背景技术

水泥土搅拌桩在软土层中应用较多,其将水泥浆液作为固化剂，利用搅拌桩机切削土体，同时在钻机前端低压注入水泥浆液，使水泥与切碎的土体充分混合形成坚硬且止水性较高的水泥土桩.水泥土搅拌桩机按施工机械设备主要分为单轴、双轴和三轴水泥土搅拌桩机,通常,双轴和三轴水泥土搅拌桩机占地面积大，单轴水泥土搅拌桩机占地面积小，因此在闹市区或场地狭小的雨污水管线施工竖井等市政工程中，单轴水泥土搅拌桩机的适用性更强。

但目前的单轴水泥土搅拌桩在建设施工中,通常存在相邻桩搭接不完全的问题，易发生漏水、流砂现象,究其原因主要是单轴水泥土搅拌桩钻头在钻进时，普遍存在着对土体的破碎不完全且不均匀的问题，如公开号为CN 108868590 A的一种单轴水泥土搅拌桩钻头，以及公开号为CN 207934027 U的用于水泥深层搅拌桩的单轴钻头，均存在着搅拌桩钻头对土体切削不完全，不均匀的问题。为解决上述问题，本发明提供一种单轴水泥土搅拌桩钻头及其水泥搅拌桩的施工方法来解决水泥土搅拌桩钻头对土体切削不均匀，导致成桩质量不高的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种单轴水泥土搅拌桩钻头及其水泥搅拌桩的施工方法达到对土体高效、均匀破碎，提高成桩质量的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种单轴水泥土搅拌桩钻头，包括开设出浆口的钻轴、至少两对叶片，每对所述叶片沿所述钻轴轴线的垂直方向布置，每对所述叶片分层布置在所述钻轴上，所述叶片的宽度方向与所述钻轴的轴线倾斜交叉布置，且每对中两个所述叶片的倾斜方向相反。

优选的，分层布置的相邻所述叶片呈十字交叉布置。

优选的，所述叶片上安装有切削齿，所述切削齿与所述叶片垂直安装。

优选的，所述切削齿布置在所述叶片的中部。

优选的，所述出浆口开设在相邻每对所述叶片之间的所述钻轴侧壁上。

优选的，所述叶片的端部垂直安装有切削片。

一种水泥搅拌桩的施工方法，应用一种单轴水泥土搅拌桩钻头，包括以下步骤：

水泥搅拌桩机到达指定位置安装所述单轴水泥土搅拌桩钻头并进行定位；

拌制水泥浆液，并将所述水泥浆液的水灰质量比控制在0.45-0.5范围内；

启动所述水泥搅拌桩机带动所述单轴水泥土搅拌桩钻头进行旋转切削，成对倾斜方向相反设置的两个所述叶片对桩径内的土体进行方向相反的第一次破碎切削，旋转过程中使所述钻轴的两侧土体进行挤压破碎形成第二次破碎切削，同时设置于所述叶片上的所述切削齿对所述第一次破碎切削和所述第二次破碎切削产生的土体进行第三次破碎切削；

所述单轴水泥土搅拌桩钻头搅拌下沉至水泥搅拌桩的设计深度，并通过管路输送所述浆液至所述单轴水泥土搅拌桩钻头，所述单轴水泥土搅拌桩钻头边喷浆搅拌边提升至桩顶标高后停止喷浆；

继续将单轴水泥土搅拌桩钻头搅拌下沉至水泥搅拌桩的设计深度，通过管路输送所述浆液至所述单轴水泥土搅拌桩钻头，所述单轴水泥土搅拌桩钻头继续边喷浆搅拌边提升至桩顶标高后停止喷浆，从而完成水泥搅拌桩的施工。

优选的，所述单轴水泥土搅拌桩钻头下沉至设计深度后搅拌30秒。

优选的，所述单轴水泥土搅拌桩钻头提升速度不大于0.5m/min，单轴水泥土搅拌桩钻头搅拌下沉速度不大于1.0m/min。

优选的，所述水泥搅拌桩机钻杆的垂直度小于1％的设计桩长。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本发明通过成对倾斜方向相反设置的两个叶片对桩径内的土体进行方向相反的第一次破碎切削，旋转过程中使钻轴的两侧土体进行挤压破碎形成第二次破碎切削，同时设置于叶片上的切削齿对第一次破碎切削和第二次破碎切削产生的土体进行第三次破碎切削，从而达到对土体高效、均匀破碎的目的，进而提高了搅拌土体的均匀性和成桩的质量。

2.本发明中分层布置的相邻叶片呈十字交叉，即上下层叶片在对桩内土体进行切削时是对桩内进行四等分切削，保证了桩内土体再进行破碎时的均匀性，同时，由于桩内土体的等分切割，使得每个叶片上所承受的土体阻力是一致的，避免了单个叶片上土体阻力不均导致的叶片变形的问题。

3.本发明中叶片上安装有切削齿，切削齿与叶片垂直安装，由于叶片在进行土体切削时，位于叶片上部的土体首先进行扰动，此时存在于叶片上的土体多数为块状土体，位于叶片上的切削齿对成块状土体继续进行切削，将块状土体继续进一步挤压破碎，同时，垂直设置的切削齿保证了与块状土体的最大接触长度，使得土体的破碎更加完全均匀。

4.本发明中出浆口开设在相邻每对叶片之间的钻轴侧壁上，将原有设置于钻轴端部的出浆口更改到相邻每对叶片之间的钻轴侧壁上，从而有效避免了水泥浆集中在钻轴端部，形成的泥浆水导致钻轴端部出浆口堵塞，无法进行后续的喷浆问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为单轴水泥土搅拌桩钻头的结构示意图；

其中，1、连接头；2、钻轴；3、叶片；4、出浆口；5、切削齿；6、切削板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种单轴水泥土搅拌桩钻头及其水泥搅拌桩的施工方法达到对土体高效、均匀破碎，提高成桩质量的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1，一种单轴水泥土搅拌桩钻头，包括开设出浆口4的钻轴2、至少两对叶片3，每对叶片3沿钻轴2轴线的垂直方向布置，每对叶片3分层布置在钻轴2上，叶片3的宽度方向与钻轴2的轴线倾斜交叉布置，且每对中两个叶片3的倾斜方向相反，本发明通过成对倾斜方向相反设置的两个叶片3对桩径内的土体进行方向相反的第一次破碎切削，旋转过程中使钻轴2的两侧土体进行挤压破碎形成第二次破碎切削，从而达到对土体高效、均匀破碎的目的，进而提高了搅拌土体的均匀性和成桩的质量，进一步的，优选叶片3的宽度方向与钻轴2的轴线倾斜角度为45°，该角度的设置使得叶片3对土体进行破碎时，可满足叶片3在最小限度的土体阻力下对土体最大限度的进行破碎切割，即叶片3承受最小的土体阻力对最大范围内的土体进行破碎切割，增加了破碎效率以及叶片3的使用寿命。

参考图1，分层布置的相邻叶片3呈十字交叉，即上下层叶片3在对桩内土体进行切削时是对桩内进行四等分切削，保证了桩内土体再进行破碎时的均匀性，同时，由于桩内土体的等分切割，使得每个叶片上所承受的土体阻力是一致的，避免了单个叶片3上土体阻力不均导致的叶片3变形的问题。

参考图1，叶片3上安装有切削齿5，切削齿5与叶片3垂直安装，由于叶片3在进行土体切削时，位于叶片3上部的土体首先进行扰动，此时存在于叶片3上的土体多数为块状土体，位于叶片3上的切削齿5对成块状土体继续进行切削，将块状土体继续进一步挤压破碎，同时，垂直设置的切削齿5保证了与块状土体的最大接触长度，使得土体的破碎更加完全均匀；进一步的，切削齿5布置在叶片3的中部位置，当切削齿5对块状土体进行破碎时，可以对块状土体从中部进行切割分离，其目的在于保证切削过程中产生的土体均匀，同时保证了后续的搅拌成桩材料混合的均匀性，为桩基的高强度提供材料基础。

参考图1，出浆口4开设在相邻每对叶片3之间的钻轴2侧壁上，将原有设置于钻轴2端部的出浆口4更改到相邻每对叶片3之间的钻轴2侧壁上，从而有效避免了水泥浆集中在钻轴2端部，形成的泥浆水导致钻轴2端部出浆口4堵塞，无法进行后续的喷浆问题。

参考图1，叶片3的端部安装有与叶片3垂直的切削板6，切削板6对土体进一步的切割，同时，垂直设置的切削板6可以将切削下来的土体向叶片3的上部聚拢，切削齿5对该部分土体进一步的破碎，保证叶片3端部切削下来的土体同样破碎均匀完全。

进一步的，钻轴2安装有用于连接水泥搅拌桩机的连接头1，保证钻轴2与水泥搅拌桩机的稳定连接。

一种水泥搅拌桩的施工方法，包括以下步骤：水泥搅拌桩机到达指定位置安装单轴水泥土搅拌桩钻头并进行定位；拌制水泥浆液，并将水泥浆液的水灰质量比控制在0.45-0.5范围内；启动水泥搅拌桩机带动单轴水泥土搅拌桩钻头进行旋转切削，成对倾斜方向相反设置的两个叶片3对桩径内的土体进行方向相反的第一次破碎切削，旋转过程中使钻轴2的两侧土体进行挤压破碎形成第二次破碎切削，同时设置于叶片3上的切削齿5对第一次破碎切削和第二次破碎切削产生的土体进行第三次破碎切削；单轴水泥土搅拌桩钻头搅拌下沉至水泥搅拌桩的设计深度，并通过管路输送浆液至单轴水泥土搅拌桩钻头，单轴水泥土搅拌桩钻头边喷浆搅拌边提升至桩顶标高后停止喷浆；继续将单轴水泥土搅拌桩钻头搅拌下沉至水泥搅拌桩的设计深度，通过管路输送浆液至单轴水泥土搅拌桩钻头，单轴水泥土搅拌桩钻头继续边喷浆搅拌边提升至桩顶标高后停止喷浆，从而完成水泥搅拌桩的施工；水泥搅拌桩机再进行搅拌时，利用单轴水泥土搅拌桩钻头成对倾斜方向相反设置的两个叶片3对桩径内的土体进行方向相反的第一次破碎切削，旋转过程中使钻轴2的两侧土体进行挤压破碎形成第二次破碎切削，同时设置于叶片3上的切削齿5对第一次破碎切削和第二次破碎切削产生的土体进行第三次破碎切削，保证土体达到完全充分的破碎效果，同时，三次破碎切削同时进行，进而满足了土体高效、均匀的破碎目的。

进一步的，单轴水泥土搅拌桩钻头下沉至设计深度后搅拌30秒，保证桩端水泥土搅拌均匀，避免水泥浆液回流淤积于桩底，导致桩端的水泥土各组分材料分布不均的问题。

进一步的，单轴水泥土搅拌桩钻头提升速度不大于0.5m/min，单轴水泥土搅拌桩钻头搅拌下沉速度不大于1.0m/min，通过对单轴水泥土搅拌桩钻头提升速度和下沉速度的控制，来保证水泥浆液的充分流出，并与土体进行充分混合，进而达到增加成桩质量的目的。

进一步的，水泥搅拌桩机钻杆的垂直度小于1％的设计桩长，水泥搅拌桩机钻杆的垂直度决定了成桩的垂直度，因此，在满足上述钻杆的垂直度小于1％的设计桩长的同时，桩基的垂直度同样满足该要求，变相的对桩基的质量进行了控制。

根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。