用于大直径多层互剪搅拌桩施工的钻具的制作方法

本技术涉及搅拌钻具，尤其涉及用于大直径多层互剪搅拌桩施工的钻具。

背景技术：

1、作为地基处理工程技术领域中的一种主要工法，深层搅拌桩技术，已于上世纪60年代起广泛应用于工程建筑领域，包括土木工程、建筑工程、铁路工程、公路工程、水利工程、市政工程及港口工程等领域。深层搅拌桩工程技术采用单轴或多轴搅拌钻机将水泥等固化剂输入地下，通过与土体进行搅拌混合，使固化剂与土体之间产生一系列的物理与化学反应，生成强度高，水稳定性好，防渗性能强的桩体、墙体、块体。从而有效提高了复合地基承载力、搅拌桩承载力、劲芯复合桩承载力、smw工法桩承载力，解决了隔水墙抗渗力以及污染土、有毒物质填埋场的封隔墙与封隔层等实际工程问题。

2、由于深层搅拌桩工程技术具有钻机装备简单、施工高效、成本低廉等优点，已经在土木建筑领域广泛应用。但是，目前常用搅拌桩施工钻具在设计时，都是在钻具中心杆上设置平直搅拌叶片进行搅拌或在钻具中心杆上设置喷浆口进行喷浆，这类钻具通过搅拌叶片来将喷出的固化剂浆液与土体拌匀，形成一定直径的搅拌桩，当桩基直径较小时，尚能满足搅拌要求，但在工程需要采用大直径、大深度的搅拌桩施工时，平直搅拌叶片的搅拌能力不足，搅拌效果差，另外单位长度桩身所需固化剂浆液量成倍增加，钻头中心杆周围的浆液很难通过土体搅拌扰动快速到达桩基截面各点处特别是外围区域，因无法分散开来通常会出现固化剂浆液沿钻具与钻杆周边间隙大量上返、固化剂在部分区域特别是中心区域聚集、最终造成外围水泥土强度远低于中心水泥土强度甚至无强度、固化土整体强度低于设计值等严重的工程质量问题，并时常引发严重的工程安全问题，同时大直径搅拌桩的需要大功率、大流量的输浆泵，这将增加设备成本。因此采用常规输浆通道、喷浆口设计的搅拌钻具施工时，会使得工程质量与工程安全风险尤为突显，工程成本显著增加。目前的土木建筑市场急需解决上述工程技术难题，现有的一些常规解决办法主要有：1、加大喷浆压力，利用射流将浆液送至桩身外侧，或加大水泥浆掺量，但这些方法需要增加额外设备或增加材料用量，施工成本上升；2、增加搅拌叶片数量或采用四搅两喷或多搅多喷工艺增加搅拌时长，一定程度上均匀性得到改善，但是施工工效降低，搅拌阻力增大，对动力头设备的功率、钻杆钻头的强度要求大大提高，影响施工可行性；因此目前的搅拌桩施工钻具还是存在外围搅拌能力有限、搅拌效果不佳的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种用于大直径多层互剪搅拌桩施工的钻具，通过采用随内外杆转动的搅拌翼设计，解决了搅拌桩外围搅拌能力有限、搅拌效果不佳等问题，可实现较常规搅拌工法搅拌次数更少的剪切搅拌，即能达到搅拌均匀的效果，从而实现搅拌桩桩身强度差异大幅缩小以及整体强度大幅提高，利用此结构可以使搅拌桩的施工直径达到1500~3000mm，甚至更大。

2、为本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：

3、一种用于大直径多层互剪搅拌桩施工的钻具，包括外杆、内杆、至少两个搅拌翼和多片掘削翼板；所述内杆中至少设置有一条内杆走浆通道；所述外杆转动连接在所述内杆上；至少一个所述搅拌翼呈径向辐射状分布在外杆中心轴的外侧壁上；至少一个所述搅拌翼呈径向辐射状分布在内杆中心轴的外侧壁上，外杆上的搅拌翼与内杆上的搅拌翼呈内外分层设置且转动时互不干涉；位于同一层的搅拌翼随外杆同向转动或随内杆同向转动，所述搅拌翼与同向转动的杆件之间至少有一个固定连接点，且搅拌翼同时与反向转动的杆件连接时，则搅拌翼与杆件均为转动连接。与现有技术相比，此种钻具结构通过采用随内外杆转动的搅拌翼设计，解决了搅拌桩外围搅拌能力有限、搅拌效果不佳等问题，可实现较常规搅拌工法搅拌次数更少的剪切搅拌，即能达到搅拌均匀的效果，从而实现搅拌桩桩身强度差异大幅缩小以及整体强度大幅提高，利用此结构可以使搅拌桩的施工直径达到1500~3000mm，甚至更大。并且通过多条内杆走浆通道可以在保证单位深度所需的固化剂浆液量一定情况下实现多通道分流，进而通过喷浆缝将固化剂浆液均匀地铺洒布于在桩身截面各圆周内，多圆周叠加效果即覆盖整个桩基截面，从而达到大直径桩整个截面的固化剂均匀撒布。

4、作为优选，还包括喷浆掘削钻头和多片掘削翼板，所述喷浆掘削钻头连接在内杆的底部，且喷浆掘削钻头内设置有与内杆走浆通道相连通的钻头喷浆通道，多片掘削翼板呈周向间隔排列设置在喷浆掘削钻头的外周壁上。通过喷浆掘削钻头能够进一步提升掘削效果，并且进一步提升喷浆效果。

5、作为优选，所述掘削翼板的板面方向与所述喷浆掘削钻头的横截面方向呈夹角θ，θ的范围为0-45°。通过上述结构能对旋转方向上板前土体产生更好的剪切扰动作用，同时对钻头增加的阻力减小。

6、作为优选，还包括喷浆管，所述喷浆管设置在掘削翼板的底部，且所述喷浆管与所述内杆走浆通道相连通；所述喷浆管的外壁上设置有喷浆缝。通过上述结构能够进一步在搅拌时进行稳定喷浆，提升搅拌均匀性。

7、作为优选，所有所述喷浆缝绕喷浆掘削钻头中轴线旋转喷浆撒布覆盖的范围与搅拌桩的桩截面减去内杆截面所得到的圆环范围相等。上述结构能够实现喷浆的均匀性和全面性。

8、作为优选，所述喷浆缝设置在所述喷浆掘削钻头底部的喷浆旋转迎土面的阴影区域内。此结构可有效地防止土体进入喷浆通道内，保证喷浆顺畅。

9、作为优选，所述喷浆管的外端的轴向端面上可拆卸的连接有无杆止浆螺塞或带杆止浆螺塞。通过上述结构大大降低了清理堵管的难度。

10、作为优选，当所述搅拌翼为双层分布时，包括以下两种安装模式；第一种模式：内层的搅拌翼设置在内杆上，并通过内杆驱动旋转搅拌；外层的搅拌翼设置在外杆上，并通过外杆驱动旋转搅拌；第二中模式：内层的搅拌翼设置在外杆上，并通过外杆驱动旋转搅拌；外层的搅拌翼设置在内杆上，并通过内杆驱动旋转搅拌。通过不同数量的搅拌翼实现不同形式的钻具样式，实现不同的需求以及多样性。

11、作为优选，当所述搅拌翼为三层分布时，包括以下五种安装模式；第一种模式：内层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；中间层的搅拌翼通过外杆驱动旋转搅拌；外层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；第二种模式：内层的搅拌翼通过外杆驱动旋转搅拌；中间层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；外层的搅拌翼通过外杆驱动旋转搅拌；第三种模式：内层的搅拌翼通过外杆驱动旋转搅拌；中间层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；外层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；第四种模式：内层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；中间层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；外层的搅拌翼通过外杆驱动旋转搅拌；第五种模式：内层的搅拌翼同时设置内杆和外杆上，并通过内杆和外杆分别驱动旋转搅拌；中间层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；外层的搅拌翼通过外杆驱动旋转搅拌。通过不同数量的搅拌翼实现不同形式的钻具样式，实现不同的需求以及多样性。

12、作为优选，当所述搅拌翼为四层分布时，包括以下两种安装模式；第一种模式：内层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；中间内层的搅拌翼通过外杆驱动旋转搅拌；中间外层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；外层的搅拌翼通过外杆驱动旋转搅拌；第二种模式：内层的搅拌翼通过外杆驱动旋转搅拌；中间内层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌；中间外层的搅拌翼通过外杆驱动旋转搅拌；外层的搅拌翼通过内杆驱动旋转搅拌。通过不同数量的搅拌翼实现不同形式的钻具样式，实现不同的需求以及多样性。

13、综上所述，本实用新型的优点是通过采用此种钻具搅拌结构，解决了搅拌翼轨迹一致造成的搅拌区域有限、搅拌翼相互剪切效果不佳等问题，可实现更大范围的土体扰动，实现较常规搅拌工法搅拌时间一致，却能达到搅拌更加充分更加均匀的效果，进而实现搅拌桩桩身强度差异大幅缩小以及整体强度大幅提高，除此之外，该钻具形式可以很好的避免粘性土包裹钻头发生共转以及提钻时内外搅拌翼之间的空档区域容易残留土体的问题。