螺纹配合式多动力复合钻具、制备方法及型桩
阅读：738发布：2023-02-13
专利汇可以提供螺纹配合式多动力复合钻具、制备方法及型桩专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 土木工程 技术领域，尤其是涉及一种 螺纹 配合式多动 力 复合钻具、制备方法及型桩。该钻具包括下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具；上动力钻具的中芯管外侧设置有 外螺纹 结构，外螺纹结构用于充当上动力钻具的螺旋 叶片 ；中动力钻具由具有挤排土复合功能的钻具主体构成，中动力钻具在其钻具主体的中芯管内侧设置有 内螺纹 结构，内螺纹结构与外螺纹结构之间相适配以构成 螺纹连接 ；中动力钻具在其配备动力机构的驱动下，能够在桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，以使上动力钻具的旋排土被多次/单次 挤压 、挤扩而消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡。下动力钻具具有挤排土复合功能或螺纹挤土功能、排土功能的钻具主体构成均可。，下面是螺纹配合式多动力复合钻具、制备方法及型桩专利的具体信息内容。
1.一种螺纹配合式多动力复合钻具，其特征在于，包括：依次同轴相套的下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具；
所述上动力钻具配备有上动力机构，所述上动力机构能够单独驱动所述上动力钻具进行旋转，所述上动力钻具的中芯管外侧设置有外螺纹结构，所述外螺纹结构用于充当所述上动力钻具的螺旋叶片；
所述中动力钻具配备有中动力机构，所述中动力机构能够单独驱动所述中动力钻具进行旋转，所述中动力钻具由具有挤排土复合功能的钻具主体构成，所述中动力钻具在其钻具主体的中芯管内侧设置有内螺纹结构，所述内螺纹结构与所述外螺纹结构之间相适配以构成螺纹连接；所述中动力钻具在其配备动力机构的驱动下，能够在桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，以使所述上动力钻具的旋排土被多次/单次挤压、挤扩而消纳；所述具有挤排土复合功能的钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，并按照预定的挤土比进行变化；所述挤土比被定义为中芯管外直径与钻具主体直径之比；所述钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减小，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布；
所述下动力钻具配备有下动力机构，所述下动力机构能够单独驱动所述下动力钻具进行旋转。
2.根据权利要求1所述的螺纹配合式多动力复合钻具，其特征在于，所述中动力钻具在其钻具主体的中芯管的下方设置有钻牙，所述钻牙的内侧设置有与所述外螺纹结构相适配的内螺纹结构。
3.根据权利要求2所述的螺纹配合式多动力复合钻具，其特征在于，所述钻牙的数量为一个或者多个，多个所述钻牙呈等间距分布。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的螺纹配合式多动力复合钻具，其特征在于，所述中动力钻具包括：中动力头、中间套筒钻具和中提升装置；所述中动力头设置于所述中间套筒钻具的上端，用于驱动所述中间套筒钻具进行旋转动作，所述中间套筒钻具套装于上动力钻具之上；所述中提升装置设置于所述中动力头的下端，用于带动所述下动力钻具进行升降动作；所述中间套筒钻具采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体,且所述中间套筒钻具中芯管的内侧设置内螺纹结构。
5.根据权利要求4所述的螺纹配合式多动力复合钻具，其特征在于，所述中动力钻具还包括：中限位装置，所述中限位装置设置于所述中动力头的下端。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的螺纹配合式多动力复合钻具，其特征在于，所述上动力钻具包括：上动力头、中心钻具和上提升装置；所述上动力头设置于所述中心钻具的上端，用于驱动所述中心钻具进行旋转动作；所述上提升装置设置于所述上动力头的下端，用于带动所述中动力钻具进行升降动作；所述中心钻具的中芯管外侧设置有外螺纹结构，所述外螺纹结构用于充当所述上动力钻具的螺旋叶片。
7.根据权利要求6所述的螺纹配合式多动力复合钻具，其特征在于，所述上动力钻具还包括：上限位装置；所述上限位装置设置于所述上动力头的下端。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的螺纹配合式多动力复合钻具，其特征在于，所述下动力钻具包括：下动力头和外套筒钻具；所述下动力头设置于所述外套筒钻具的上端，用于驱动所述外套筒钻具进行旋转动作，所述外套筒钻具套装于中动力钻具之上；所述外套筒钻具采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体/采用具有螺纹挤土功能的钻具主体/采用具有排土功能的钻具主体。
9.一种根据权利要求1-8中任意一项所述螺纹配合式多动力复合钻具制备的型桩，其特征在于，包括：主体桩身；
所述主体桩身上设置有至少两个倒圆台阶型体；
所述主体桩身至少在其下部桩身设置有螺纹结构；
所述倒圆台阶型体的倒圆台母线延长线与所述主体桩身中心轴线的夹角角度范围为：
5°～90°。
10.一种根据权利要求1-8中任意一项所述螺纹配合式多动力复合钻具以制备型桩的方法，其特征在于，包括：
依照地层对工法的需求，所述上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具分别钻进至各自设计深度,从而能够形成多个倒圆台阶型钻孔；在各钻具钻进过程中，中间套筒钻具做桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，把中心钻具的旋排土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡；启动砼泵，开始压灌砼，边压灌砼边依次陆续提升上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具，各动力钻具底端依次平齐后同步提升,直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高,实现一次性完成成孔和砼压灌成桩。
螺纹配合式多动力复合钻具、制备方法及型桩
技术领域
背景技术
[0002] 在建筑结构或桥梁、港口、铁路、公路、机场、水利水电设施等工程软基处理中，需要进行处理场地土的地基土由浅到深根据等效剪切波速值变化规律一般可划分为软弱场地土、中软场地土、中硬场地土、坚硬场地土；地基土由浅至深，密实度由松逐渐变密的变化规律，映证了岩土沉积理论。根据场地土软硬程度和各土层分布情况可以把地基土简单划分为挤土区(软弱场地土、中软场地土，其中含水量较高或饱和黏性土除外)；排土区(中硬场地土、坚硬场地土除外)。
[0003] 为提高地基土的承载力及减小地基土沉降量，一般采取以桩体置换地基土为主的长螺旋压灌桩—CFG桩工法。近年来又发展出一些新型挤土工法，如螺纹桩(螺杆桩和浅螺纹桩)、双向螺旋挤土桩(简称SDS桩)。以上挤土工法是通过改进设备、增加自重，加大动力机构动能，使之特制钻具扭矩变大。以上钻具成孔时以挤土为主，钻进并挤土到设计深度后，提钻同时压灌砼成桩至设计标高，因此出土量很少，增高了桩周土密实度。
[0004] 上述两种工法在各种地层中都不同程度的增加了地基土的承载力及减小了地基土沉降量。但对于复杂多样的地基土，两种工法所使用的钻具功能较为单一，在浅层的软弱、中软场地土，密实度较松为可挤土区，CFG桩工法只能简单地排土置换，此工法造成桩周土侧摩阻力不能被增强，造成一定浪费；在深层的中硬场地土，土质较密实为排土区，螺纹桩或SDS桩工法进一步加大扭矩去挤扩，造成钻进困难，影响工效。如对密实砂性土，企图挤扩它，却打破了其密实结构性，降低了其强度，甚至发生剪胀破坏，侧摩阻力及端阻力反而降低。两种土工工法的功能单一性，不能因地制宜处理地基土，造成了一定的成本浪费，影响了单桩承载力发挥效果。为解决以上问题，根据岩土土工工法理念，地基处理时松土宜挤，密土宜排，急需发明一种复合钻具，把以上两种工法优点集合于一种钻具上，为填补岩土界地基处理岩土土工工法的不足，一种挤排土复合钻具被研发诞生。但是这种挤排土复合钻具不足之处：挤土比变化坡度陡变(挤排土螺旋叶片段相对短些)，只能近距离边旋排土边挤土，避密就松针对性相对差些，达到整体桩孔孔壁密实度上下相对均衡效果差些；挤土比变化坡度缓变(挤排土螺旋叶片段相对长些)，旋排土传递距离相对远些，却影响挤土效果。为规避挤排土复合钻具功效不良之处，一种全新的广义的挤排土复合钻具被研发诞生。
[0005] 公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种螺纹配合式多动力复合钻具、制备方法及型桩，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] 第一方面，本发明提供一种螺纹配合式多动力复合钻具，其特征在于，包括：依次同轴相套的下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具；
[0009] 所述上动力钻具配备有上动力机构，所述上动力机构能够单独驱动所述上动力钻具进行旋转，所述上动力钻具的中芯管外侧设置有外螺纹结构，所述外螺纹结构用于充当所述上动力钻具的螺旋叶片；
[0010] 所述中动力钻具配备有中动力机构，所述中动力机构能够单独驱动所述中动力钻具进行旋转，所述中动力钻具由具有挤排土复合功能的钻具主体构成，所述中动力钻具在其钻具主体的中芯管内侧设置有内螺纹结构，所述内螺纹结构与所述外螺纹结构之间相适配以构成螺纹连接；所述中动力钻具在其配备动力机构的驱动下，能够在桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，以使所述上动力钻具的旋排土被多次/单次挤压、挤扩而消纳；所述具有挤排土复合功能的钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，并按照预定的挤土比进行变化；所述挤土比被定义为中芯管外直径与钻具主体直径之比；所述钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减小，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布；
[0011] 所述下动力钻具配备有下动力机构，所述下动力机构能够单独驱动所述下动力钻具进行旋转。
[0012] 作为一种进一步的技术方案，所述中动力钻具在其钻具主体的中芯管的下方设置有钻牙，所述钻牙的内侧设置有与所述外螺纹结构相适配的内螺纹结构。
[0013] 作为一种进一步的技术方案，所述钻牙的数量为一个或者多个，多个所述钻牙呈等间距分布。
[0014] 作为一种进一步的技术方案，所述中动力钻具包括：中动力头、中间套筒钻具和中提升装置；所述中动力头设置于所述中间套筒钻具的上端，用于驱动所述中间套筒钻具进行旋转动作，所述中间套筒钻具套装于上动力钻具之上；所述中提升装置设置于所述中动力头的下端，用于带动所述下动力钻具进行升降动作；所述中间套筒钻具采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体,且所述中间套筒钻具中芯管的内侧设置内螺纹结构。
[0015] 作为一种进一步的技术方案，所述中动力钻具还包括：中限位装置，所述中限位装置设置于所述中动力头的下端。
[0016] 作为一种进一步的技术方案，所述上动力钻具包括：上动力头、中心钻具和上提升装置；所述上动力头设置于所述中心钻具的上端，用于驱动所述中心钻具进行旋转动作；所述上提升装置设置于所述上动力头的下端，用于带动所述中动力钻具进行升降动作；所述中心钻具的中芯管外侧设置有外螺纹结构，所述外螺纹结构用于充当所述上动力钻具的螺旋叶片。
[0017] 作为一种进一步的技术方案，所述上动力钻具还包括：上限位装置；所述上限位装置设置于所述上动力头的下端。
[0018] 作为一种进一步的技术方案，所述下动力钻具包括：下动力头和外套筒钻具；所述下动力头设置于所述外套筒钻具的上端，用于驱动所述外套筒钻具进行旋转动作，所述外套筒钻具套装于中动力钻具之上；所述外套筒钻具采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体/采用具有螺纹挤土功能的钻具主体/采用具有排土功能的钻具主体。
[0019] 第二方面，本发明还提供一种根据所述螺纹配合式多动力复合钻具制备的型桩，其特征在于，包括：主体桩身；
[0020] 所述主体桩身上设置有至少两个倒圆台阶型体；
[0021] 所述主体桩身至少在其下部桩身设置有螺纹结构；
[0023] 第三方面，本发明又提供一种根据所述螺纹配合式多动力复合钻具以制备型桩的方法，其包括：
[0024] 依照地层对工法的需求，所述上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具分别钻进至各自设计深度,从而能够形成多个倒圆台阶型钻孔；在各钻具钻进过程中，中间套筒钻具做桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，把中心钻具的旋排土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡；启动砼泵，开始压灌砼，边压灌砼边依次陆续提升上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具，各动力钻具底端依次平齐后同步提升,直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高,实现一次性完成成孔和砼压灌成桩。
[0025] 采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
[0026] 本发明提供了一种螺纹配合式多动力复合钻具，该钻具的下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具分别配备有一动力机构，所述上动力钻具(中心钻具)中芯管外侧上的螺旋叶片形式为螺丝杆外螺丝结构(外螺纹结构)；所述中动力钻具(中间套筒钻具)具有挤排土复合功能的钻具主体构成，且中间套筒钻具芯管内侧设置内螺丝结构；由此中间套筒钻具内螺丝(内螺纹结构)旋附于中心钻具外螺丝上，两者形成了螺母与螺丝杆关系，在各自动力机构驱动下中间套筒钻具可以做桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，把中心钻具旋排上之土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡。所述下动力钻具，外套筒钻具具有挤排土复合功能或螺纹挤土功能、排土功能的钻具主体构成均可。通过动力机构实现单独驱动其对应钻具进行旋转，该复合钻具进行施工时，各个钻具由传统的联动方式转化为主动驱动的方式，挤土、排土同时俱进，并可一次性完成成孔和砼压灌成桩，自动化程度高，实现了工效的提高；桩身合理得变径，得当的工法，使得单桩承载力更进一步得提高，减小了沉降量，从而降低了工程成本；以上综合因素缩短了工期；此技术适应性强，利于推广与应用。
[0027] 本发明提供了一种根据螺纹配合式多动力复合钻具制备的型桩，其承载力不但包括传统桩体的桩侧摩阻力及桩端端承力，而且倒圆台阶型体的倒圆台斜面，可把部分垂直竖向向下的力分解为圆台斜面的切向力和法向力，桩周土形成被动受压应力状态和挤扩状态，增加了桩周摩阻力，提高了单桩的承载力，降低沉降量。该桩浅部倒圆台部分承载力可用太沙基(Terzaghi)的浅基础地基承载力公式计算。同时本发明是为解决挤排土复合钻具土工工法缺陷造成的不良效果而提出的，目的在于提供一种用于复合地基桩或桩基础桩的广义挤排土复合钻具。通过该复合钻具叠加相套组合施工，挤土、排土同时俱进，却又是互相协作支持，中间套筒钻具可以做桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，把中心钻具旋排上之土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡，并可一次性完成成孔和砼压灌成桩，自动化程度高，实现了工效的提高；桩身合理得变径，得当的工法，使得单桩承载力更进一步得提高，减小了沉降量，从而降低了工程成本；以上综合因素缩短了工期。
[0028] 本发明提供了一种制备方法，该方法通过将挤排土复合叠加相套钻具与独立驱动的动力机构相结合，依照地层对土工工法的需求，所述上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具分别钻进至各自设计深度,从而能够形成多个倒圆台阶型钻孔；在各钻具钻进过程中，中间套筒钻具可以做桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，把中心钻具旋排上之土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡。启动砼泵，开始压灌砼，边压灌砼边依次陆续提升上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具(在提升上动力钻具时采用同步技术反转提升，直至钻头端与中间套筒钻具底端平齐后结束同步技术反转)，各动力钻具底端依次平齐后同步提升,直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高,实现一次性完成成孔和砼压灌成桩，从而形成具有上述结构和功能的型桩。附图说明
[0029] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030] 图1为本发明实施例提供的螺纹配合式多动力复合钻具初始状态的结构示意图；
[0031] 图2为本发明实施例提供的螺纹配合式多动力复合钻具钻进状态的结构示意图；
[0032] 图3为本发明实施例提供的上动力钻具的结构示意图；
[0033] 图4为本发明实施例提供的上动力头的正面结构示意图；
[0034] 图5为本发明实施例提供的中动力钻具的结构示意图；
[0035] 图6为本发明实施例提供的中动力头的正面结构示意图；
[0036] 图7为本发明实施例提供的下动力钻具的结构示意图；
[0037] 图8为本发明实施例提供的下动力头的正面结构示意图；
[0038] 图9本发明实施例提供的钻机钻具对正桩位的工作状态示意图；
[0039] 图10本发明实施例提供的钻机上动力钻具准备钻进的工作状态示意图；
[0040] 图11本发明实施例提供的钻机上动力钻具协助中动力钻具同步钻进的工作状态示意图；
[0041] 图12本发明实施例提供的钻机中动力钻具在上动力钻具协助下与下动力钻具同步钻进至预设桩深的工作状态示意图；
[0042] 图13本发明实施例提供的钻机中动力钻具反转且带动下动力钻具同步提升至桩孔口标高的工作状态示意图；
[0043] 图14本发明实施例提供的钻机上、中动力钻具及下动力钻具同步钻进至各自预设桩深的工作状态示意图；
[0044] 图15本发明实施例提供的砼泵压灌砼，同时上动力钻具反转、提升至与中动力钻具底端平齐的工作状态示意图；
[0045] 图16本发明实施例提供的砼泵压灌砼，同时、同步提升上、中动力钻具至与下动力钻具底端平齐的工作状态示意图；
[0046] 图17本发明实施例提供的砼泵压灌砼，同时、同步提升上、中动力钻具及下动力钻具至桩孔口标高的工作状态示意图；
[0047] 图18本发明实施例提供的钻机钻具对正桩位的工作状态示意图；
[0048] 图19本发明实施例提供的钻机上动力钻具准备钻进的工作状态示意图；
[0049] 图20本发明实施例提供的钻机上动力钻具预先旋排土钻进的工作状态示意图；
[0050] 图21本发明实施例提供的钻机中动力钻具与下动力钻具在上动力钻具旋排土协助下同步钻进至预设桩深的工作状态示意图；
[0051] 图22本发明实施例提供的钻机中动力钻具反转且带动下动力钻具同步提升至桩孔口标高的工作状态示意图；
[0052] 图23本发明实施例提供的钻机上、中动力钻具及下动力钻具同步钻进至各自预设桩深的工作状态示意图；
[0053] 图24本发明实施例提供的砼泵压灌砼，同时上动力钻具反转、提升至与中动力钻具底端平齐的工作状态示意图；
[0054] 图25本发明实施例提供的砼泵压灌砼，同时、同步提升上、中动力钻具至与下动力钻具底端平齐的工作状态示意图；
[0055] 图26本发明实施例提供的砼泵压灌砼，同时、同步提升上、中动力钻具及下动力钻具至桩孔口标高的工作状态示意图；
[0056] 图27至图30为本发明实施例提供的不同类型的桩型示意图；
[0057] 图27为本发明实施例提供的桩身下部螺纹变径桩的上下两个倒圆台阶型体均为倒圆台桩型示意图。
[0058] 图28为本发明实施例提供的桩身下部螺纹变径桩的上下两个倒圆台阶型体仅下个可突变为圆平台桩型示意图。
[0059] 图29为本发明实施例提供的桩身上、下部螺纹变径桩的上下两个倒圆台阶型体均为倒圆台桩型示意图。
[0060] 图30为本发明实施例提供的桩身上、下部螺纹变径桩的上下两个倒圆台阶型体仅下个可突变为圆平台桩型示意图。
[0061] 图31为本发明实施例提供的螺纹配合式多动力复合钻具局部放大示意图。
[0062] 图标：1-上动力钻具；2-中动力钻具；3-下动力钻具；4-型桩；5-砼泵；11-上动力头；12-中心钻具；13-上提升装置；14-上限位装置；21-中动力头；22-中间套筒钻具；23-中提升装置；24-中限位装置；25-加压装置；31-下动力头；32-外套筒钻具；41-主体桩身；42-倒圆台阶型体；121-外螺纹结构；221-内螺纹结构。
具体实施方式
[0063] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0064] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0065] 实施例一
[0066] 本实施例提供一种螺纹配合式多动力复合钻具，其包括：依次同轴相套的下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具；所述下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具分别配备有一动力机构,所述动力机构能够单独驱动其对应钻具进行旋转；尤其中间套筒钻具内螺丝(内螺纹结构221)旋附于中心钻具外螺丝(外螺纹结构121)上，两者形成了螺母与螺丝杆关系，在各自动力机构驱动下中间套筒钻具可以做桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，内外螺丝结构把中心钻具旋排上之土屏蔽在中间套筒钻具底端，被中间套筒钻具挤排土复合功能多次/单次在桩孔挤土区内由上之下挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡。所述外套筒钻具采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体/螺纹挤土功能的钻具主体(现有螺杆钻具的结构)/排土功能(普通螺旋钻具的结构)的钻具主体；所述中动力钻具采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体；所述上动力钻具中芯管外侧上螺旋叶片形式为螺丝杆外螺丝结构，根据钻进形式不同具有排土/挤土功能；根据以上各个钻具功能特征，结合桩身深度内场地土松密程度和分布情况，综合成桩效果为两种：第一，成桩基本不出土；第二，成桩部分出土。
[0067] 第一，成桩基本不出土，适合地层情况：桩身深度内场地土均为软弱、中软场地土的(或桩身下部中硬场地土占很少或部分比例)；
[0068] 第二，成桩部分出土，适合地层情况：桩身深度内场地土上部为软弱、中软场地土，中、下部为中硬场地土的(中硬场地土分布比例多或绝大部分为中硬场地土)。
[0069] 基于上述理念以及方便本领域技术人员理解的角度出发，本实施例着重阐述其中的一种优选实施例，当然，根据钻具功能特征、工法组合变化及成桩效果不同均属于本发明的保护范围。
[0070] 结合图1至图8、图31所示，本实施例提供一种螺纹配合式多动力复合钻具，其包括：依次同轴相套的下动力钻具3、中动力钻具2和上动力钻具1(由外向内依次叠加相套)；所述下动力钻具3、中动力钻具2和上动力钻具1分别配备有一动力机构,所述动力机构能够单独驱动其对应钻具进行旋转，尤其中间套筒钻具22内螺丝旋附于中心钻具12外螺丝上，两者形成了螺母与螺丝杆关系，在各自动力机构驱动下中间套筒钻具22可以做桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，内外螺丝结构把中心钻具12旋排上之土屏蔽在中间套筒钻具底端，被中间套筒钻具22挤排土复合功能多次/单次在桩孔挤土区内由上之下挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡。可见，各个钻具由被动的联动方式转化为主动的驱动方式，自动化程度高，适应性强，使得单桩承载力更进一步得提高，减小了沉降量，从而降低了工程成本,以上综合因素缩短了工期,此技术适应性强，利于推广与应用；所述下动力钻具3，外套筒钻具32具有挤排土复合功能/螺纹挤土功能/排土功能的钻具主体构成。所述具有挤排土复合功能的钻具主体的中芯管的外径自下而上逐渐增加，并按照预定的挤土比进行变化；所述挤土比被定义为中芯管外直径与钻具主体直径之比；所述钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减小，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布。螺旋叶片外轮廓尺寸其为钻具主体直径。
[0071] 值得说明的是：
[0072] 第一、对于以挤土为主的具有挤排土复合功能的钻具主体而言，中芯管外直径与钻具主体直径(可以理解为钻具主体的最大直径)之比由下至上逐渐变大，其中，定义该比值为挤土钻具段的挤土比，挤土钻具的挤土比的数值范围在0.6-1.0，挤土钻具的挤土比由下至上逐渐由小到大渐变。优选地，中芯管外直径与钻具直径之比由下至上逐渐变大，最小的挤土比不小于0.6，(注：钻具挤土比不小于0.6的为以挤土为主的钻具。)挤土钻具挤土比由下至上逐渐由小到大缓变，最大为1.0(即为光杆段)。叶片厚度满足强度要求，叶片宽度由下至上逐步变小至无变为光杆段，选用合适螺径比控制螺距宽度适用边旋排边挤土，中芯管外直径由下至上按一定坡度变粗。钻具挤土比为1.0的为光杆段，其作用延长挤土钻具，支撑桩孔侧壁，防止桩孔壁出现松弛效应。该钻具成孔时以挤土为主。
[0073] 第二、对于以排土为主的具有挤排土复合功能的钻具主体而言，中芯管外直径与钻具主体直径(可以理解为钻具主体的最大直径)之比由下至上逐渐变大，且定义该比值为挤土比，挤土比的数值范围小于0.6；其中，排土钻具的挤土比由下至上逐渐由小到大渐变或者为以一定值。优选地，中芯管外直径与钻具直径之比由下至上逐渐变大,最大挤土比小于0.6。(注：钻具挤土比小于0.6的为排土钻具)排土钻具挤土比由下至上逐渐由小到大渐变，亦可以为一定值。叶片宽度由下至上逐渐由大到小渐变，亦可以为一定值。叶片厚度满足强度要求，选用合适螺径比控制螺距宽度适用旋土上排。中芯管外直径由下至上按一定坡度变粗，亦可以为一定值。该钻具成孔时以排土为主。
[0074] 第三、对于具有挤排土复合功能的钻具主体而言，中芯管的外径自下而上逐渐增加，并按照预定的挤土比进行变化，挤土比被定义为中芯管外直径与钻具主体直径(钻具主体直径始终为一定值)之比，钻具主体的螺旋叶片的宽度自下而上逐渐减小，以使所有螺旋叶片的外轮廓呈等直径分布(螺旋叶片外轮廓尺寸其为钻具主体直径)。该具有挤排土复合功能的钻具主体可以分为挤土钻具段和排土钻具段，挤土钻具段和排土钻具段自上而下一体连接以构成具有挤排土复合功能的钻具主体。当然，挤土钻具段的挤土比的数值范围在0.6-1.0，挤土钻具的挤土比由下至上逐渐由小到大渐变；排土钻具段的挤土比的数值范围小于0.6；其中，排土钻具的挤土比由下至上逐渐由小到大渐变或者为以一定值。
[0075] 值得说明的是，对于所述钻具主体螺旋叶片的设计而言，本领域技术人员可以根据实际需要进行灵活设置。其中，此处应做广义理解。例如：具有挤排土复合功能中间套筒钻具22，对应钻具主体最下端的倒圆台结构的螺旋叶片则无需满足外轮廓呈等直径分布的规则，因为这种倒圆台结构可以近似充当“钻头”作用使用，所以那些设置于“钻头”上的螺旋叶片无需按照外轮廓呈等直径分布的要求来设置。当然，倒圆台结构以上部位可以满足螺旋叶片外轮廓呈等直径分布的规则。
[0076] 本实施例中，为了保证外螺纹结构能够较好地充当螺旋叶片。
[0077] 例如：中心钻具设计直径400mm，那么外螺纹结构的螺距、螺牙结构如下：外螺纹结构121之间的螺距(相邻之间外螺纹之间的距离)为350-400mm，螺径比：0.875—1.0。例如：外螺纹结构121的螺牙高度(外螺纹结构的外边缘距中芯管表面之间的距离)为50mm，挤土比：0.75。例如：外螺纹结构121的螺牙厚度内侧为100mm，外螺纹结构的螺牙厚度外侧为
50mm。
50mm。
[0078] 优选的，所述下动力钻具3包括：下动力头31和外套筒钻具32；所述下动力头31设置于所述外套筒钻具32的上端，用于驱动所述外套筒钻具32进行旋转动作；所述外套筒钻具32采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体。优选的，对于所述下动力头31的具体形式并不局限，可以为液压驱动装置，也可以为电动驱动装置。
[0079] 对于下动力头31的结构而言，该下动力头31的壳体可为中空圆筒状。如外套筒钻具32采用排土钻具，那么旋排土直接排至孔口。对于外套筒钻具32而言，外套筒钻具32上设置有第三螺旋叶片，所述第三螺旋叶片沿所述外套筒钻具32的轴向设置于所述外套筒钻具32的外壁上。
[0080] 值得说明的是，下动力钻具3可根据设计需求由多个叠加相套组成。下动力钻具3由多个叠加相套时，除套筒直径及长度不同外，结构均相同。
[0081] 优选的，所述中动力钻具2包括：中动力头21、中间套筒钻具22和中提升装置23；所述中动力头21设置于所述中间套筒钻具22的上端，用于驱动所述中间套筒钻具22进行旋转动作；所述中提升装置23设置于所述中动力头21的下端，用于带动所述下动力钻具3进行升降动作；所述中间套筒钻具22采用以挤土为主的挤排土复合钻具主体；对于中动力头21而言，其结构可参照上述下动力头31的描述。对于中提升装置23而言，可以有多种方式。
[0082] 例如：该中提升装置23包括：卷扬机，该卷扬机设置于所述中动力头21的下端(卷扬机亦可设置于钻机操作平台之上，牵引绳通过钻机额头另设滑轮组与下动力钻具3相连)，该卷扬机的牵引绳与下动力钻具3(优选为下动力头31)相连。
[0083] 又例如：该中提升装置23包括：伸缩缸(油缸)，伸缩缸设置于所述中动力头21的下端，(伸缩缸亦可设置于钻机钻塔合适高度)该伸缩缸的活塞杆与下动力钻具3(优选为下动力头31)相连。
[0084] 对于中间套筒钻具22而言，该中间套筒钻具22设置有第二螺旋叶片，所述第二螺旋叶片沿所述中间套筒钻具的轴向设置于所述中间套筒钻具的外壁上，且所述中间套筒钻具芯管的内侧设置内螺纹结构。
[0085] 优选的，所述中动力钻具2还包括：中限位装置24，所述中限位装置24设置于所述中动力头21的下端。
[0087] 优选的，所述上动力钻具1包括：上动力头11、中心钻具12和上提升装置13；所述上动力头11设置于所述中心钻具12的上端，用于驱动所述中心钻具12进行旋转动作；所述上提升装置13设置于所述上动力头11的下端，用于带动所述中动力钻具2进行升降动作；所述中心钻具12中芯管外侧上螺旋叶片形式为螺丝杆外螺丝结构，根据钻进形式不同具有排土/挤土功能，所述钻具的挤土比的数值范围不小于0.6小于1.0且为一定值。
[0088] 对于上动力头11而言，其结构、形式与其动力头21、31基本类似外，另外增设注浆(混凝土)弯管接头(弯管一端与中心钻具中芯管相通，另一端与混凝土输送高压软管相接)，动力头顶上部还设有吊点，与钻机主卷扬通过钢丝绳连接。
[0089] 对于上提升装置13而言，可以有多种方式。
[0090] 例如：该上提升装置13包括：卷扬机，该卷扬机设置于所述上动力头11的下端，(卷扬机亦可设置于钻机操作平台之上，牵引绳通过钻机额头另设滑轮组与中动力钻具2相连)，该卷扬机的牵引绳与中动力钻具2(优选为中动力头21)相连。
[0091] 又例如：该上提升装置13包括：伸缩缸(油缸)，伸缩缸设置于所述上动力头11的下端，(伸缩缸亦可设置于钻机钻塔合适高度)该伸缩缸的活塞杆与中动力钻具2(优选为中动力头21)相连。
[0092] 进一步的，所述上动力钻具1还包括：上限位装置14；所述上限位装置14设置于所述上动力头11的下端。对于上限位装置14而言，可以有多种方式。例如：该上限位装置14可以为刚性连接杆，该刚性连接杆的长度根据实际灵活设置。也可以为伸缩式连接杆，其长度根据要求任意调节。
[0093] 此外，本实施例还包括：加压装置25，所述加压装置25设置于所述中动力钻具2之上。
[0094] 当然，对于加压装置25而言，可根据动力机构特性、地质条件及设计要求灵活设置，优选的，该加压装置25可以为卷扬机，卷扬机设置于钻机平台之上，卷扬机的牵引绳通过一导向轮与所述中动力钻具2(中动力头21)之上连接。加压装置25也可以为液压油缸，油缸缸筒固定设置于钻塔合适位置，油缸活塞杆顶端与所述中动力钻具2(中动力头21)之上连接。加压装置25也可以选用减速机带动链条式，减速机设置于钻机平台或钻塔之上，链条一端链接于减速机齿轮上，另一端固定于所述中动力钻具2(中动力头21)之上，或链条另一端通过中动力钻具2(中动力头21)设置动滑轮(齿轮)后固定于钻机合适位置。
[0095] 对于钻具的动力机构的具体形式并不局限，可沿用现有技术的形式。
[0096] 例如：上动力头包括：动力箱、电机/马达、减速器和混凝土输送管；所述动力箱上设置有吊装滑轮组、滑瓦和加压滑轮组，所述减速器与电机/马达连接，所述电机/马达、减速器安装于所述动力箱上，混凝土输送管与减速器中空中心轴间实现可转动密封连接，该减速器的中空中心轴通过输出法兰与中心钻具连接，马达的高速旋转通过减速机减速后，减速机的动力输入提供给中心钻具。其中，混凝土输送管、减速器中空中心轴和中心钻具的中空通道相连通。
[0097] 例如：中动力头包括：动力箱、电机/马达和减速器；所述动力箱上设置有吊装滑轮组、滑瓦和加压滑轮组，所述减速器与电机/马达连接，所述电机/马达、减速器安装于所述动力箱上，该减速器的中心轴通过输出法兰与中间套筒钻具连接，马达的高速旋转通过减速机减速后，减速机的动力输入提供给中间套筒钻具。
[0098] 当然，对于各个动力头还可以有其他具体结构，此处不再一一举例。
[0099] 实施例二
[0100] 结合图9至图17及图18至26所示，本实施例二又提供一种根据所述螺纹配合式多动力复合钻具以制备型桩4不同场地土情况的两种制备方法，其包括：依照地层对工法的需求，所述上动力钻具1、中动力钻具2和下动力钻具3分别钻至进各自设计深度,从而能够形成多个倒圆台阶型钻孔；在各钻具钻进过程中，中间套筒钻具22可以做桩孔挤土区内上下往复/单次旋挤，把中心钻具12旋排上之土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡。启动砼泵5，开始压灌砼，边压灌砼边依次陆续提升上动力钻具1、中动力钻具2和下动力钻具3(在提升上动力钻具1时采用同步技术反转提升，直至钻头端与中间套筒钻具22底端平齐后结束同步技术反转)，各动力钻具底端依次平齐后同步提升,直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高,实现一次性完成成孔和砼压灌成桩。
[0101] 在建筑结构或铁路、公路等软基处理中，需要进行处理场地土的地基土由浅到深根据等效剪切波速值变化规律一般可划分为软弱场地土(土层平均剪切波速≤140m/s)、中软场地土(140m/s＜土层平均剪切波速≤250m/s)、中硬场地土(250m/s＜土层平均剪切波速≤500m/s)、坚硬场地土(500m/s＜土层剪切波速)。
[0102] 根据桩身深度范围内场地土松密程度及各土层分布情况，结合“松挤密排”的岩土土工工法理念，匹配螺纹配合式多动力复合钻具组合形式成桩效果为两种分为两种：第一，成桩基本不出土；第二，成桩部分出土。
[0103] 第一，成桩基本不出土，适合地层情况：桩身深度内场地土均为软弱、中软场地土(或桩身下部中硬场地土占很少或部分比例)；
[0104] 桩身深度范围场地土:软弱、中软场地土，工法采用挤土；螺纹配合式多动力复合钻具匹配为挤土段钻具为主导，排土段钻具配合，排土也为挤土服务的原则。
[0105] 中心钻具挤土比不小于0.6且小于1.0且为一定值，螺径比既适合排土亦利于挤土，螺距为等距，其有效长度不小于处理场地土厚度，具体值根据设计要求及地层情况最终确定；
[0106] 中间套筒钻具及外套筒钻具均为挤土钻具，采用以挤土为主的挤排土钻具，挤土比以不小于0.6且不大于1.0挤土段为主导，且挤土比由下到上，由小到大逐步变至1.0，挤排土段长度或挤土比值变化程度，视要处理软弱、中软场地土密实度及钻机动力机构输出扭矩大小而定，钻具挤土比为1.0的为光杆段。螺径比适合挤土，螺距可等距，宜为由下到上，由大到小逐步缓变。中间套筒钻具有效长度一般不大于处理场地土厚度一半，具体值根据设计要求及地层情况最终确定；外套筒钻具小于中间套筒钻具长度，其有效长度宜为不大于桩顶直径4倍，具体值根据设计要求及地层情况最终确定。
[0107] 中心钻具功能由钻进形式决定其工法工效，根据地层密实度情况采取合理钻进形式。对于桩身范围内均为软弱场地土、中软场地土，结合中动力钻具和下动力钻具消纳土的能力及设计要求，控制旋排土量，然后采取螺纹挤土钻进，钻进至设计深度或钻入中硬场地土若干停钻。
[0108] 中间套筒钻具和外套筒钻具为以挤土为主的挤排土钻具；
[0109] 挤土区为：软弱场地土、中软场地土；
[0110] 成孔时中间套筒钻具与中心钻具各底端跟进钻进，先采取缓速下钻方式，钻具预先在挤土区旋拧钻进，待中间套筒钻具、外套筒钻具同步挤土钻进至各自预设深度后，中间套筒钻具反转且带动外套筒钻具同步提升至桩孔口，为旋排土预留空间，同时中心钻具以排土形式继续钻进，把桩孔深部土旋排至桩孔上部，主要供中间套筒钻具在桩孔挤土区内由上至下往复/单次旋挤，把中心钻具旋排上之土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡。待动力中心钻具钻进至设计深度或钻入中硬场地土若干时，其他动力钻具同时也在挤土区都以挤土形式钻进至各自预设深度，然后停钻，一边向中芯管中压灌砼，一边依次陆续提升各个动力钻具，(在提升上动力钻具时采用同步技术反转提升，直至钻头端与中间套筒钻具底端平齐后结束同步技术反转)，各动力钻具底端依次平齐后同步提升，直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高。
[0111] 以挤为主的挤排土钻具组合在成孔灌注成桩后，桩孔中挤土区场地土被被挤压、挤扩，适量旋排土消纳于挤土区孔壁内，桩孔中下部土被中心钻具旋排至上部挤土区被中间钻具挤排土段往复/单次逐步旋排、挤压、挤扩消纳于桩孔壁内，使桩孔壁侧摩阻力增强。
[0112] 成桩不出土的条件：中、下动力钻具挤土消纳土能力(包括动力头扭矩功率、加压力)、挤土区范围、深度及该部位内土密实度情况、上动力钻具排土量，以上条件达到相互匹配才能正常成孔成桩不出土。
[0113] 桩身深度内场地土均为软弱、中软场地土(或桩身下部中硬场地土占很少或部分比例)，设计挤土范围、深度内，中、下动力钻具钻具扭矩能力不足以消纳上动力钻具排土量，待上部挤土区范围、深度内土密实度达到设计要求后，上动力钻具改螺纹挤土形式钻进直至设计深度。
[0114] 第二，成桩部分出土，适合地层情况：
[0115] 桩身深度内场地土上部为软弱、中软场地土，中、下部为中硬场地土的(中硬场地土分布比例多或绝大部分为中硬场地土)。桩身深度范围场地土:软弱、中软场地土，工法采用挤土；中硬场地土，工法采用以排土。
[0116] 中心钻具挤土比不小于0.6且小于1.0且为一定值，螺径比适合排土，螺距为等距，其有效长度不小于处理场地土厚度，具体值根据设计要求及地层情况最终确定。
[0117] 中间套筒钻具和外套筒钻具采用以挤土为主的挤排土钻具，挤土比以不小于0.6且不大于1.0挤土段为主导，且挤土比由下到上，由小到大逐步变至1.0，挤排土段长度或挤土比值变化程度，视要处理软弱、中软场地土密实度及钻机动力机构输出扭矩大小而定，钻具挤土比为1.0的为光杆段。螺径比适合挤土，螺距可等距，宜为由下到上，由大到小逐步缓变。中间套筒钻具有效长度一般略大于处理软弱、中软场地土厚度，具体值根据设计要求及地层情况最终确定；外套筒钻具小于中间套筒钻具长度，其长度宜为不大于桩顶直径4倍，具体值根据设计要求及地层情况最终确定。
[0118] 中心钻具以排土形式钻进；
[0119] 中间套筒钻具和外套筒钻具为以挤土为主的挤排土钻具；
[0120] 挤土区为：软弱场地土、中软场地土；
[0121] 排土区为：中硬场地土。
[0122] 成孔时中心钻具预先根据桩上部变径几何尺寸及中、下动力钻具消纳土的能力，旋排出部分多余桩孔土，钻进若干深度后，中间套筒钻具及外套筒钻具陆续跟进，此时中心钻具以排土形式钻进，把孔深部土旋排至孔上部，主要供中间套筒钻具在桩孔内由上至下往复/单次旋挤，把中心钻具旋排上之土多次/单次挤压、挤扩进行消纳，直至整体桩孔孔壁上下密实度达到相对均衡。待动力中心钻具在排土区达设计深度时，其他动力钻具同时也在挤土区都以挤土形式钻进至各自预设深度，然后停钻，一边向中芯管中压灌砼，一边依次陆续提升各个动力钻具，(在提升上动力钻具时采用同步技术反转提升，直至钻头端与中间套筒钻具底端平齐后结束同步技术反转)，各动力钻具底端依次平齐后同步提升，直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高。
[0123] 以挤为主的挤排土钻具组合在成孔灌注成桩后，桩孔中软弱、中软场地土被挤压、挤扩，适量旋排土消纳于挤土区孔壁内；桩孔中、下部中硬场地土被中心钻具旋排至上部挤土区主要被中间套筒钻具挤排土段往复/单次逐步旋排、挤压、挤扩消纳于桩孔壁内，使桩孔壁侧摩阻力增强。
[0124] 成桩不出土的条件：中、下动力钻具挤土消纳土能力(包括动力头扭矩功率、加压力)、挤土区范围、深度及该部位内土密实度情况、上动力钻具排土量，以上条件达到相互匹配才能正常成孔成桩不出土。挤土区范围深度内旋排土被多次挤压、挤扩后已达到最大相对密实度，不能完全消纳上动力钻具排土量，只能预先多余桩孔土旋排至孔口外，再进行挤土区消纳旋排土。桩身深度范围场地土，以中硬场地土为主，桩身上部软弱、中软场地土占很少或部分比例，根据中、下动力钻具挤土消纳土能力、挤土区范围、深度内土密实度情况、上动力钻具排土量，确定桩上部变径情况及深度大小，计算排出孔口外部分多余桩孔土，以来保证上动力钻具自始至终均以排土形式钻进至设计深度。
[0125] 对于桩身深度范围场地土，桩身上部为软弱、中软场地土，桩身下部为中硬场地土，软、硬场地土分布基本各占比例对半，根据中、下动力钻具挤土消纳土能力、挤土区范围、深度内土密实度情况、上动力钻具排土量，综合以上条件，依据设计不同要求，成桩施工时会出现不出土或部分出土两种效果。
[0126] 对于变径桩螺纹情况：
[0127] 由于中间套筒钻具与中心钻具旋附旋转上下运动，形成了螺母与螺丝杆关系，鉴于压灌桩工艺要求，中心钻具提升压灌砼成桩时必须同步反转提升，直至钻头端与中间套筒钻具底端平齐后结束同步技术反转，因此中心钻具形成桩身主体附有螺纹。
[0128] 桩顶第一变径桩身成孔工法亦可采用挤土钻具螺纹挤土方式，形成桩顶桩身附有螺纹。
[0129] 桩顶第一变径桩身成孔工法采用以挤为主的挤排土钻具，桩顶桩身无螺纹；亦可采用排土方式(主要看中间套筒钻具对桩孔壁土挤密程度)，桩顶桩身亦无螺纹。
[0130] 由于中间套筒钻具功能要求及内部结构情况，中间套筒钻具只能采用以挤为主的挤排土钻具在桩孔内上下往复旋挤，因此中间钻具形成桩身主体无螺纹。
[0131] 实施例三
[0132] 结合图27至图30所示，本实施例还提供一种根据所述螺纹配合式多动力复合钻具制备的型桩4，其包括：主体桩身41；所述主体桩身41上设置有至少两个倒圆台阶型体42；所述倒圆台阶型体42的变径处的所在母线延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角角度范围为：5°～90°。例如：所述倒圆台阶型体42的变径处位于桩身浅部，所述倒圆台阶型体42的变径处的所在母线延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角角度范围值宜为30°～45°。又例如：所述倒圆台阶型体42的变径处位于桩身深部，所述倒圆台阶型体42的变径处的所在母线延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角角度范围为5°～90°，(例如：30°、45°、60°、75°)。
[0133] 此外，对于主体桩身41而言，也可以有多种形式。
[0134] 所述主体桩身41上设置有两个倒圆台阶型体42，自上而下分为第一桩身、第二桩身和第三桩身，其中第一桩身和第三桩身之中至少第三桩身具有螺纹结构。
[0135] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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