CN221220389U - 一种桩身扩径多功能双动力钻具及型桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种桩身扩径多功能双动力钻具及型桩。该桩身扩径多功能双动力钻具包括：上动力钻具和下动力钻具；上动力钻具包括：上动力机构和中心搅拌锤；所述中心搅拌锤在上动力机构的带动下能够联动旋转，同时在卷扬机的带动下能做轴向的升降动作；下动力钻具包括：下动力机构和下套筒钻具；所述下套筒钻具在下动力机构的带动下能够联动旋转；所述下动力机构设有两个进料口，一个进料口用于输送超流态混凝土，另一个进料口用于输送干性水泥拌合物。通过双动力钻具协作，夯扩干硬性混凝土实现桩身扩径、桩端扩底(扩大头)；压灌超流态混凝土/夯填干硬性混凝土形成桩身主体。

Description

一种桩身扩径多功能双动力钻具及型桩

技术领域

本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种桩身扩径多功能双动力钻具及型桩。

背景技术

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，为提高地基土的承载力及减小其沉降量，一般采用钻孔压灌桩工艺和夯扩桩工艺。其中，钻孔压灌桩工艺：其原始工艺理论：不管处理地层土性情况均以排土成孔，桩体置换的方式处理地基形成复合地基或桩基础，工艺全称为长螺旋钻孔压灌桩—CFG桩。近年在长螺旋钻孔压灌桩—CFG桩基础上又发展出一些创新技术：在传统长螺旋钻孔压灌桩钻具上加高压喷射水泥浆装置，实现CFG桩桩身上增加扩径体（CN02132652.5、CN201210159584.8、CN201810087422.5）；部分挤土工法，螺杆桩或螺纹桩（CN201810254578.8 、CN202010073505.6）采用在钻具底端加设支扩装置（顶推装置）实现扩径或在特定的桩身位置压灌混凝土后进行复打复灌，通过钻具对混凝土施加挤扩力，产生扩径效应。以上桩身扩径创新技术不同程度增加了单桩承载力，减少了桩身沉降量。不足之处：钻具上采用加高压喷射水泥浆装置、支扩装置（顶推装置）形成的扩径体均为削切形成的腔体，对腔体周土，尤其临空上侧土密实度造成损失；螺杆桩采用定位复打复灌混凝土技术，产生扩径效应有限，受限于钻具下压力、扭矩及超流态混凝土，不能产生大能量的冲击力来挤扩桩周土。

其中，夯扩桩工艺：还有柱锤冲扩成孔，分次夯填水泥拌合物、灰土、砂石等成桩，这类型夯扩桩都不同程度的提高了复合地基的承载力，但是工艺受到了地层的局限，适用于处理地下水位以上的杂填土、粉土、黏性土、素填土和黄土等地基，处理地基的深度不宜超过10m，对于地质含水量丰富、水位高的工程场地，均不能适用，而且遇到合适地层即使应用，单桩承载力也不高，对复合地基承载力提高幅度也受限，一般不会超过天然地基承载力的两倍，且不会超过特征值250kPa。

另外还有一种近20年发展起来的一种载体桩工艺（CN98101041.5、CN200410102711.6、CN201610090411.3），柱锤夯击，护筒跟进成孔，在一定深度选择土性相对好的稳定地层，分批分次夯填建筑垃圾、水泥拌合物、干硬性混凝土，最大程度地夯扩挤密桩端持力层的同时，还人工制造出轴向、径向直径均不小于1.5倍桩径的承载球体，其实是变相的加大了桩端受力面积，增强了持力层承载能力，从而提高单桩承载力。载体桩工艺大部分适用于桩基础中基桩，承载性状为：端承桩或摩擦端承桩。载体桩设计及施工同样受到桩长与地层的限制，载体桩施工桩长多为十米左右，且在此深度内找到地层稳定、土性相对较好的地层进行载体的植入施工，对于一些层顶埋藏较浅，地层较厚，欠固结软粘土、湿陷性黄土或产生负摩阻力的土层，打桩时，桩长必须穿过以上土层一定合理深度，桩端坐落于结构稳定、压缩性较小、承载能力较高及层厚满足持力层的规定，才能保证桩身承载力及变形量的规范要求，受限于桩长极限值不能满足地层深度需求，类似情况在一定范围限制了载体桩的适用性。载体桩拓展工艺：预应力管桩与载体桩打接力，预应力管桩贯入设计深度后，通过预应力管桩内芯在桩端进行载体植入，同理提高了预应力管桩单桩承载力。预应力管桩芯内载体桩，这两种桩工艺的结合弥补了桩长及选择较好持力层的局限性，但是整合工艺过于繁琐造成施工成本的偏高。

扩径扩底灌注桩（CN202210183452.2），充分发掘桩底及桩身周侧土性较好地层承载潜力，提高单桩承载力，但还是存在施工环节实施衔接不连贯，工效低下的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种桩身扩径多功能双动力钻具及型桩，以解决现有技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种桩身扩径多功能双动力钻具，其包括：上动力钻具和下动力钻具；上动力钻具包括：上动力机构和中心搅拌锤；上动力机构设置有上动力变径接头，上动力变径接头设置有驱动正多边形孔，中心搅拌锤按结构形式分上下两部分，上部分为横截面呈正多边形实心长柱体，下部分为具有螺纹叶片结构的实心圆柱体；长柱体轴向穿过上动力变径接头的驱动正多边形孔，并且长柱体顶部与卷扬机相联接，中心搅拌锤在上动力机构的带动下能够联动旋转，同时在卷扬机的带动下能做轴向的升降动作；下动力钻具，包括：下动力机构和下套筒钻具；下动力机构设置有下动力变径接头，下套筒钻具由中空状的钻杆和伸缩钻头组成，下套筒钻具的钻杆顶部与下动力变径接头固定连接，下套筒钻具的钻杆底部连接伸缩钻头；下动力机构设有两个进料口，一个进料口用于输送超流态混凝土，另一个进料口用于输送干性水泥拌合物；中心搅拌锤套装于下套筒钻具的中空状的钻杆中；上动力机构和下动力机构之间通过连杆刚性连接；下套筒钻具在下动力机构的带动下能够联动旋转。

优选地，上动力机构的上端对称两侧设置有两个上联接点；上动力机构的上联接点与第一卷扬机的钢丝绳连接；中心搅拌锤的顶端设置有一个上联接点；中心搅拌锤的上联接点通过提引器与第二卷扬机的钢丝绳连接。

优选地，上动力机构的下端对称两侧设置有两个下联接点；下动力机构的上端对称两侧设置有两个上联接点；上动力机构的下联接点与下动力机构的上联接点进行刚性限位联接；同时，上动力机构与下动力机构均可通过卡瓦滑动地安装于钻机钻塔的滑道上。

优选地，下动力机构的一个进料口与混凝土输送泵连接，用于输送超流态混凝土；下动力机构的另一个进料口与锚喷设备连接，用于输送干性水泥拌合物。

优选地，伸缩钻头包括：钻头外套筒和内钻芯；钻头外套筒上端设置有正六方孔接头母端；钻头外套筒下端设置有外套筒限位六方；内钻芯可伸缩地安装于钻头外套筒；内钻芯的顶部设置有内钻芯限位六方；内钻芯的周侧设置有排料孔；内钻芯的底部设置有开合门结构或不设置有开合门结构。优选地，下套筒钻具的钻杆为具有全挤/部分挤/排土功能的结构构成。

本实用新型提供一种桩身扩径多功能双动力钻具制备的型桩，其包括：桩身主体及扩径体；桩身主体为直杆结构；桩身主体的表面为无螺纹结构的光杆或全部为螺纹结构或部分为螺纹结构；桩身主体上设置有至少一个扩径体；扩径体分为非连体扩径体和连体扩径体；扩径体的形状包括：球状体、椭圆体、葫芦状之中的任一种；葫芦状扩径体在桩身主体上设计方式包括：倒立布置和正立布置。桩身主体材料采用超流态混凝土/干硬性混凝土；扩径体材料采用干硬性混凝土。

采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型改变了传统夯扩桩的成孔和夯填工艺，弥补了其工艺的弊端，使其适用地层更全面，单桩承载力更高；使其施工更简单快捷，更大程度提高了自动化程度，减少了人工。尤其是能在钻具芯管中生成干硬性混凝土，此方法间接解决了世界性的行业疑难问题—混凝土输送泵不能输送干硬性混凝土，此问题的解决颠覆了长螺旋钻孔压灌桩（CFG桩）工艺及拓展工艺（螺纹桩、螺杆桩、SDS桩）的大变革，使其工艺也可夯填干硬性混凝土，对于大幅度提高单桩承载力的想法成为可能—夯扩扩径体。锤击功能匹配伸缩钻具的应用—协助钻进，对于复杂难钻进地层的成孔及压灌一体化施工不再束手无策，而是迎刃而解。这些技术的实用新型，解决了行业技术发展的瓶颈，注定因行业的需求和发展而被广泛的应用；这些技术的实用新型，不但大大有效得提高了单桩承载力而且工效更高，综合得提高了经济性价比，也促进了行业技术的进步；将来创新技术的应用打破不同成桩工艺之间阻碍融合的壁垒，促使彼此工艺优势得以整合，务必使得夯扩桩工艺和钻孔压灌桩工艺合二为一，实现1+1>2。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施方式，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。

图1为本实用新型实施例提供的多功能双动力钻具初始及夯扩状态的结构对比示意图；图2为本实用新型实施例提供的钻机与多功能双动力钻具初始及夯扩状态配合工作对比正面示意图；图3为本实用新型实施例提供的上动力钻具正面、侧面的结构对比示意图；图4为本实用新型实施例提供的上动力机构俯视图的结构对比示意图；图5为本实用新型实施例提供的中心搅拌锤立体图的结构示意图；图6为本实用新型实施例提供的下动力钻具（排土钻具）正面、侧面的结构对比示意图；图7为本实用新型实施例提供的下动力钻具（部分挤土功能—螺纹叶片挤土钻具）正面、侧面的结构对比示意图；图8为本实用新型实施例提供的下动力钻具（全挤土功能—以挤为主的挤排土钻具）正面、侧面的结构对比示意图；图9为本实用新型实施例提供的下套筒钻具—排土钻具专用伸缩钻头（分体式）结构示意图；图10为本实用新型实施例提供的下套筒钻具—螺纹叶片挤土钻具专用伸缩钻头（分体式）结构示意图；图11为本实用新型实施例提供的下套筒钻具—以挤为主的挤排土钻具专用伸缩钻头（分体式）结构示意图；图12为本实用新型实施例提供的下套筒钻具—排土钻具专用伸缩钻头（一体式）结构示意图；图13为本实用新型实施例提供的下套筒钻具—螺纹叶片挤土钻具专用伸缩钻头（一体式）结构示意图；图14为本实用新型实施例提供的下套筒钻具—以挤为主的挤排土钻具专用伸缩钻头（一体式）结构示意图；图15至18本实用新型实施例提供的螺纹叶片挤土钻具部分挤土成孔，由上至下夯扩干硬性混凝土形成扩径体，后压灌混凝土成桩工艺制备流程；图15为本实用新型实施例提供的双动力钻具对准桩位工作状态示意图；图16为本实用新型实施例提供的螺纹叶片挤土钻具钻至桩身扩径体设计深度定量夯填桩体材料—干硬性混凝土重锤夯扩，形成扩径体工作状态示意图；图17为本实用新型实施例提供的桩身下部各扩径体设计深度夯填桩体材料—干硬性混凝土重锤夯扩形成扩径体后，下动力钻具钻至桩端设计深度定量投料重锤夯扩形成桩端扩径体工作状态示意图；图18为本实用新型实施例提供的边压灌混凝土边提升下动力钻具至桩顶标高，桩身压灌完成工作状态示意图。图19至22为本实用新型实施例提供的以挤为主的挤排土钻具挤土成孔，由上至下夯扩干硬性混凝土扩径，后压灌混凝土成桩工艺制备流程；图19为本实用新型实施例提供的双动力钻具对准桩位工作状态示意图；

图20为本实用新型实施例提供的以挤为主的挤排土钻具钻至桩身扩径体设计深度定量夯填桩体材料—干硬性混凝土重锤夯扩形成扩径体工作状态示意图；

图21为本实用新型实施例提供的桩身下部各扩径体设计深度夯填桩体材料—干硬性混凝土重锤夯扩形成扩径体后，下动力钻具钻至桩端设计深度定量投料重锤夯扩形成桩端扩径体工作状态示意图；图22为本实用新型实施例提供的边压灌混凝土边提升下动力钻具至桩顶标高，桩身压灌完成工作状态示意图；图23至26为本实用新型实施例提供的普通长螺旋钻具排土成孔，由下至上夯扩干硬性混凝土扩径成桩工艺制备流程；图23为本实用新型实施例提供的双动力钻具对准桩位工作状态示意图；图24为本实用新型实施例提供的下动力钻具钻至桩端设计深度定量夯填桩体材料—干硬性混凝土重锤夯扩，形成桩端扩径体工作状态示意图；图25为本实用新型实施例提供的边夯填桩体材料—干硬性混凝土轻锤夯扩边提升下动力钻具形成桩身主体工作状态示意图；

图26为本实用新型实施例提供的边夯填桩体材料—干硬性混凝土锤击夯扩边提升下动力钻具，交叉重复扩径体和桩身主体实施，直到桩顶标高，桩身夯填完成工作状态示意图。图27至30为本实用新型实施例提供的以挤为主的挤排土钻具挤土成孔，由下至上夯扩干硬性混凝土扩径成桩工艺制备流程；图27为本实用新型实施例提供的双动力钻具对准桩位工作状态示意图；图28为本实用新型实施例提供的下动力钻具钻至桩端设计深度定量夯填桩体材料—干硬性混凝土重锤夯扩，形成桩端扩径体工作状态示意图；图29为本实用新型实施例提供的边夯填桩体材料—干硬性混凝土轻锤夯扩边提升下动力钻具形成桩身主体工作状态示意图；图30为本实用新型实施例提供的边夯填桩体材料—干硬性混凝土锤击夯扩边提升下动力钻具，交叉重复扩径体和桩身主体实施，直到桩顶标高，桩身夯填完成工作状态示意图。图31至33为本实用新型实施例提供的普通长螺旋钻具排土成孔，桩端夯扩干硬性混凝土连续扩径后压灌混凝土成桩工艺制备流程；图31为本实用新型实施例提供的双动力钻具对准桩位工作状态示意图；图32为本实用新型实施例提供的下动力钻具钻至桩端设计深度，桩端定量夯填桩体材料—干硬性混凝土重锤夯扩形成扩径体，下动力钻具陆续两次提升适当高度定量投料重锤夯扩，形成葫芦状连体扩径体工作状态示意图；图33为本实用新型实施例提供的边压灌混凝土边提升下动力钻具至桩顶标高，桩身压灌完成工作状态示意图。图34至36为本实用新型实施例提供的以挤为主的挤排土钻具挤土成孔，桩端夯扩干硬性混凝土连续扩径后压灌混凝土成桩工艺制备流程；图34为本实用新型实施例提供的双动力钻具对准桩位工作状态示意图；图35为本实用新型实施例提供的下动力钻具钻至桩端设计深度，桩端定量夯填桩体材料—干硬性混凝土重锤夯扩形成扩径体，下动力钻具陆续两次提升适当高度定量投料重锤夯扩，形成葫芦状连体扩径体工作状态示意图；图36为本实用新型实施例提供的边压灌混凝土边提升下动力钻具至桩顶标高，桩身压灌完成工作状态示意图。

图37至图40为本实用新型实施例提供的不同场地土匹配不同承载性状的桩型示意图；图37为本实用新型实施例提供的桩端深度分布有土层稳定，土性较好地层，其上部地层土性为欠固结软粘土、新填土等，具有负摩阻力的地层，适合承载性状：端承桩示意图；图38为本实用新型实施例提供的桩端深度分布有土层稳定，土性较好地层，其上部地层土性一般；桩周土中下部分布有土层稳定，土性较好地层，其上部地层土性一般；适合承载性状：摩擦端承桩示意图；图39为本实用新型实施例提供的桩周土中上部分布有土层稳定，土性较好地层，其下部土性一般，适合承载性状：原摩擦桩，桩身扩径后转变为摩擦端承桩示意图；图40为本实用新型实施例提供的桩周土土层分布规律，由上至下逐步有软变硬或地层土性均匀，适合承载性状：原端承摩擦桩或摩擦桩，桩身扩径后转变为摩擦端承桩示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

结合图1至图40所示，本实施例一提供了桩身扩径多功能双动力钻具，其包括：上动力钻具1和下动力钻具2；上动力钻具1包括：上动力机构11和中心搅拌锤12；上动力机构11设置有上动力变径接头111（上动力机构本体结构可沿用市场上的现有结构，上动力变径接头可与动力机构的驱功大圆盘螺丝固定），上动力变径接头111设置有驱动正多边形孔1111，中心搅拌锤12按结构形式分上下两部分，上部分为横截面呈正多边形实心长柱体121，下部分为具有螺纹叶片结构的实心圆柱体122；长柱体121轴向穿过上动力变径接头111的驱动正多边形孔1111，并且长柱体121顶部与卷扬机相联接，中心搅拌锤12在上动力机构11的带动下能够联动旋转，同时在卷扬机的带动下能做轴向的升降动作；因此上动力机构11只旋转不做轴向升降动作时，中心搅拌锤12被联动旋转的同时可做轴向的升降动作，从而可对下动力钻具2芯管内桩体材料搅拌、向下旋排、夯扩/不夯扩同时进行；中心搅拌锤12，在下动力钻具2钻进时，如遇到复杂钻进困难地层，可对钻头做锤击工作协助钻进（适用伸缩钻头222）。下动力钻具2包括：下动力机构21和下套筒钻具22；下动力机构21设置有下动力变径接头，下套筒钻具22由中空状的钻杆221和伸缩钻头222组成，下套筒钻具22的钻杆221顶部与下动力变径接头固定连接，下套筒钻具22的钻杆221底部连接伸缩钻头222；下动力机构21设有两个进料口，一个进料口用于输送超流态混凝土，另一个进料口用于输送干性水泥拌合物；因此下动力钻具2钻至设计深度在上动力钻具1的协助下把上述桩体材料通过下动力钻具2钻头上的排料孔夯扩形成扩径体32/压灌之桩孔形成桩身主体31/夯填之桩孔形成桩身主体31。

本实施例中，优选地，上动力机构11的上端对称两侧设置有两个上联接点；上动力机构11的上联接点与第一卷扬机的钢丝绳连接；中心搅拌锤12的顶端设置有一个上联接点；中心搅拌锤12的上联接点通过提引器123与第二卷扬机的钢丝绳连接，提引器123的作用是防止钢丝绳工作中扭结、打卷、断裂，通过自身旋转抵消钻具旋转产生的扭力传递。中心搅拌锤12长度大于下动力钻具2，中心搅拌锤12质量、圆柱体122底端面直径、轴向升降动作的行程具体参数，设计时参考《载体桩设计规程》JGJ 135—2007技术参数：锤径355mm、质量为3500kg、落距为6.0m，计算出锤夯扩时冲击力单位压强，进行中心搅拌锤12质量、结构规格尺寸的设计和制造，目的是不同的中心搅拌锤12只要冲击力单位压强相同，夯扩时扩径体密实度标准可参照载体桩三击贯入度执行。

具体地，中心搅拌锤12上部分横截面为正多边形长柱体121，正多边形长柱体121，为正四边形、正五边形或正六边形均可；中心搅拌锤12下部分圆柱体122周侧设置螺纹叶片结构，为普通螺纹叶片，叶片螺距采用排土钻具常用的螺径比即可，（螺径比：螺纹叶片上下间距与钻具直径比值，如常用螺径比为（0.50～0.90）；螺纹结构旋转时起到搅拌下动力钻具2芯管内桩体材料且旋排至下动力钻具2芯管内底部，圆柱体122底端面为平面/底端为倒圆台（有利挤扩效应）/底端为倒圆锥（有利挤扩效应），有利于夯扩、挤扩、挤排下动力钻具2芯管内底端的桩体材料—干硬性混凝土形成密实的扩径体，同时扩径体周边临近土密实度也得到一定的增强。

本实施例中，优选地，上动力机构11的下端对称两侧设置有两个下联接点；下动力机构21的上端对称两侧设置有两个上联接点；上动力机构11的下联接点与下动力机构21的上联接点进行刚性限位联接，保证了下动力机构21与上动力机构11同步升降动作；同时，上动力机构11与下动力机构21均可通过卡瓦滑动地安装于钻机钻塔的滑道上。本实施例中，优选地，下动力机构21的一个进料口与混凝土输送泵连接，用于输送超流态混凝土；下动力机构21的另一个进料口与锚喷设备连接，用于输送干性水泥拌合物。

本实施例中，优选地，伸缩钻头222包括：钻头外套筒2221和内钻芯2222；钻头外套筒2221上端设置有正六方孔接头母端；钻头外套筒2221下端设置有外套筒限位六方；内钻芯2222可伸缩地安装于钻头外套筒2221；内钻芯2222的顶部设置有内钻芯2222限位六方；内钻芯2222的周侧设置有排料孔；内钻芯2222的底部设置有开门结构或不设置有开门结构。在实际应用中为保证伸缩钻头222正常功能，在内钻芯2222内侧增加钻头内护芯2223，防止桩体材料进入内钻芯2222伸缩空间，影响正常工作；增加钻头内护芯2223有两种方式，各有其优点，第一种为分体式，在原伸缩钻头组件中，正常公端六方接头结构末端外径尺寸径向内收一定数量，内径尺寸不变，且轴向延长一定长度，底端与钻头外套筒2221下端外套筒限位六方平齐即可，实现内钻芯2222伸缩动作在钻头外套筒2221与钻头内护芯2223形成相对封闭空间进行，以上钻头各组件为分体结构，使用时组合一起才具有伸缩功能；第二种为一体式，伸缩钻头222各组件，钻头外套筒2221、内钻芯2222及钻头内护芯2223，钻头内护芯2223顶部外壁与钻头外套筒2221六方接头（母端）底部焊接固定，内钻芯2222被夹套于之中,可在上下限位空间中做伸缩动作，其三组件形成一个整体。

钻头具体应用：根据施工工艺、钻进成孔难易程度及桩端持力层密实度匹配功能适宜的钻头；桩身扩径由上至下，适用钻头类型：周侧设有排料孔的伸缩钻头222/周侧及钻头底部设有排料孔及可开合的门的伸缩钻头222；对于仅周侧设有排料孔的伸缩钻头222，在压灌提升钻具时，预先钻进一段深度，使其钻头缩合，使其扩径体内芯空间径向加大或增加螺纹空间与原扩径体内芯空间相通，有利于压灌提升钻具时，空间及时被混凝土填充，防止压灌提钻时扩径体内芯空间形成真空，硬提钻具破坏扩径体密实度，产生松弛效应；此种钻头适用于桩端持力层为密实或压缩模量较高地层，中心搅拌锤底端为倒圆台结构，有利径向挤扩；周侧及钻头底部设有排料孔及可开合的门的伸缩钻头222，适用于桩端持力层为密实度不太高或压缩模量不太大地层，中心搅拌锤底端为平面，扩径时锤底保持与周侧排料孔顶端平齐；扩底时锤底保持与底部排料孔口水平平齐；周侧排料孔底端与底部排料孔设计一定轴向距离，中心搅拌锤扩底施加轴向竖下力时芯管侧壁对夯扩料赋予一定侧限约束力，加强竖向夯扩效应；

桩身扩径由下至上，适用钻头类型：普通钻头（底部设排料孔及开合门）/伸缩钻头222（周侧不设排料孔，底部设排料孔及开合门），桩端持力层为无论密实与否夯扩扩径体时有所侧重，对于密实的侧重于合理的增大扩径体径向直径、反之侧重于加强夯扩挤密持力层的密实度，最大程度提高其端承力；上动力钻具1协助下动力钻具2钻进时，钻头均采用具有伸缩功能的，有利于冲击动能的集中，有效协助钻进，高效成孔。

本实施例中，优选地，下套筒钻具22的钻杆221为具有排土/部分挤/全挤功能的结构构成。具体地，钻杆221采用排土型采用长螺旋普通钻杆/部分挤土型采用形成螺纹桩的螺纹叶片挤土钻杆的结构形式/以挤为主的挤排土钻杆结构形式；对于钻杆221采用部分挤土型螺纹叶片挤土钻杆的结构形式/以挤为主的挤排土钻杆结构形式，此两种结构形式的钻杆在钻进成孔时均有加压装置213协助钻进；其中，采用夯扩扩径工艺为由上至下实施的，钻杆221（以挤为主的挤排土钻杆/形成螺纹桩的螺纹叶片挤土钻杆，桩体材料为两种—扩径体材料为干硬性混凝土、桩身主体材料为超流态混凝土），安装具有伸缩功能、周侧设有排料孔的钻头/周侧及钻头底部设有排料孔及可开合的门的伸缩钻头（注：以挤为主的挤排土钻具，扩径体高度尺寸大于钻具挤土比变化段的长度，防止扩径体产生松弛效应，挤土比变化段长度越短挤土幅度为就近或趋于原位。）；其中，采用夯扩扩径工艺为由下至上实施的，钻杆221（以挤为主的挤排土钻杆/长螺旋普通钻杆，桩体材料为一种—干硬性混凝土/桩体材料为两种—干硬性混凝土、超流态混凝土，扩径体及扩径体之间桩身主体之上桩身主体材料均为干硬性混凝土，或之上桩身主体材料为超流态混凝土）安装钻头底部设有排料孔及可开合的门普通长螺旋钻头；（形成螺纹桩的螺纹叶片挤土钻杆，仅适用桩端夯扩扩径，桩体材料为两种—扩径体材料为干硬性混凝土、桩身主体材料为超流态混凝土），安装钻头底部设有排料孔及可开合的门螺纹桩钻具专用钻头；采用夯扩扩径工艺为由下至上实施的，在成孔钻进中如需锤击协助的，均可采用具有伸缩功能、周侧无排料孔的、底部设排料孔且有开合门的钻头。

本实施例中，干硬性混凝土，是夯扩扩径体所用材料，是超流态混凝土与干性水泥拌合物按设计质量比由上动力钻具1重新拌和、搅拌而成；（采用扩径工艺为由下至上夯扩实施的，桩身主体31由桩端到桩顶设有多个扩径体时，扩径体及扩径体之间桩身主体之上桩身主体所用材料，均用一种桩体材料—干硬性混凝土；或夯扩完1至N个扩径体之上再无扩径体时，之上桩身主体可用超流态混凝土）；超流态混凝土，也是桩身主体材料，是压灌桩工艺的专用桩体材料；采用夯扩扩径工艺为由上至下实施的，扩径体采用干硬性混凝土，干性水泥拌合物是由水泥和砂/水泥和砂石/水泥和砂石及外加剂，水泥与另外一种或两种或多种材料安一定的设计质量比混合搅拌均匀的拌合物；扩径体采用干硬性混凝土，其强度（不小于桩身主体材料强度）、扩径体几何尺寸满足抗剪切和抗冲切验算即可；桩身主体采用超流态混凝土/干硬性混凝土，用于抗压桩的桩身主体混凝土强度应满足桩的承载力设计要求，轴心受压桩正截面受压承载力应符合行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94 的有关规定；桩身主体采用超流态混凝土，用于抗拔桩的桩身主体混凝土强度应满足桩的抗拉承载力设计要求，抗拔桩的裂缝控制计算，应符合现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94 的有关规定；桩身主体采用超流态混凝土，用于抗水平荷载的桩，承载力计算按桩身主体设计直径的等截面灌注桩，根据现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ 94 的有关规定进行水平承载力与位移计算时，桩身主体混凝土强度满足设计及规范要求即可。

实施例二

本实施例提供一种桩身扩径多功能双动力钻具制备的型桩3，其包括：桩身主体31及扩径体32。桩身主体31为直杆结构；桩身主体31的表面为无螺纹结构的光杆或全部为螺纹结构或部分为螺纹结构；桩身主体31上设置有至少一个扩径体32；扩径体32分为非连体扩径体和连体扩径体；扩径体32的形状包括：球状体、椭圆体、葫芦状之中的任一种；葫芦状扩径体在桩身主体31上设计方式包括：倒立布置和正立布置。本实施例中，优选的，桩身主体31为直杆，无螺纹结构的光杆/设置有螺纹结构/设置部分有螺纹结构；桩身主体31由轴向贯套于扩径体32隐藏的部分、扩径体32之间的及扩径体32之上、之下的桩身组成，桩身主体31直径大小与桩身长度为软基处理常规尺寸（用于复合地基增强体，桩身主体直径300mm～600mm；用于桩基础的基桩，桩身主体直径400mm～800mm；桩身长度，应控制合适的长径比，考虑承载力有效桩长及桩长对沉降的影响，一般情况下，长径比不宜大于60；对桩侧土不排水抗剪强度较低的（小于10kPa），长径比不宜大于40。注：长径比是桩长/桩身主体直径）。具体参数满足设计及规范要求即可。桩身主体31上设置有至少一个扩径体，设置部位根据地层特性、设计及规范要求在桩身主体31上部（不包括桩顶）/中上部/中部/中下部/下部/桩端部，布设一个/多个扩径体。

本实施例中，优选的，桩身主体31上扩径体设置位置，桩身主体31上部（不包括桩顶）；扩径体32位置设置原则：地层端阻力应相对较大，层厚较大、压缩性较小、地层结构较稳定；桩身主体31上扩径体设置位置，桩身主体31上部第一个扩径体32位置深度亦满足埋深不小于4m，保证上覆土压力对扩径体夯扩时有足够的约束力；对于抗压桩扩径体32宜设置于持力层上部，且扩径体32宜全部进入持力层，扩径体32的竖向中心（最大横截面处）以下持力层厚度不宜小于3.0倍桩身主体直径；当有软弱下卧层时不宜小于4.0倍桩身主体直径；对于抗拔桩扩径体32宜设置于持力层下部，且扩径体32宜全部进入持力层；目的是在夯扩扩径体时，使其持力层对扩径体有相对较大的围压保证夯填最少量的料，获得扩径体最大程度的夯扩密实度。

本实施例中，优选的，扩径体，桩端与桩顶之间的扩径体整体结构类似球状体/椭圆体，在桩身主体31上单独/连体布置，连体扩径体类似葫芦体，葫芦状的连体扩径体由两个/多个独立扩径体组成，葫芦状的连体扩径体在桩身主体31上设计方式：倒立布置；倒立布置的连体扩径体，扩径体由上至下由大变小，是桩身竖向向下位移产生对桩周土楔形体挤扩效应，充分发挥桩周土土性较好土层的潜能，有利减小沉降量；桩端与桩顶之间的葫芦状的连体扩径体在桩身主体31上设计方式：倒立布置，这种连体扩径体布置形式适用于摩擦型或端承摩擦型竖向抗压桩，如用于竖向抗压桩的同时还兼顾达到竖向抗拔（抗浮）桩要求时，与桩端处连体扩径体设计方式一致，正立布置，扩径体由上至下由小变大。桩端处扩径体整体结构类似球状体/椭圆体，单独/连体布置，连体扩径体类似葫芦体，葫芦状的连体扩径体由两个/多个独立扩径体组成，葫芦状的连体扩径体在桩端处设计方式：正立布置，正立布置的连体扩径体，扩径体由上至下由小变大，整体结构类似扩展基础，相当于放大了桩端与持力层的接触面积，更大程度得发挥了桩端承载力，减小了沉降量。涉及扩径体承载力计算，对于桩端处扩径体承载力计算参考《载体桩设计规程》JGJ 135—2007中对被加固土层土性等效计算面积，对于不同土层土性对应满足不同的三击贯入度时的计算面积；对于桩端以上扩径体承载力计算按照环形水平投影面积乘以持力层端阻力乘以夯扩增强系数；对于桩身主体最上部扩径体，设置深度不大于4倍扩径体直径时，扩径体承载力计算采用Terzaghi在圆形浅基础地基极限承载力公式计算其极限承载力，计算面积为环形水平投影面积；涉及扩径桩身（型桩3）变形计算（竖向沉降、上拔及水平位移）满足现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94之规定即可。

本实施例中，优选的，扩径体大小与形状是由扩径体所在地层土密实度或软硬状态、夯扩方式、扩径体材料特性、夯扩能量强弱、终锤时三击贯入度设计标准或根据三击贯入度设计值时的总填料量来夯扩挤密所决定。对于被夯扩不同土性的土层，三击贯入度参考标准《载体桩设计规程》JGJ 135—2007；借鉴载体桩成熟挤密标准：对于以填料量来控制夯扩密实度标准的，桩身主体直径300mm～500mm的夯扩扩径体（桩端扩底或扩大头）时最大填料量不宜大于1.8m³；对于桩身主体直径较大的，其桩间距也大，其填料量可适宜增加，具体数据试验确定；控制最大填料量目的是在夯扩桩端扩径体时不扰动到临近桩端扩径体质量还得最大程度地挤密持力层。

本实施例中，优选的，扩径体大小与形状是由以上综合因素决定，且兼顾现行行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94及借鉴现行扩径桩技术标准或规程中扩径体径向直径及轴向高度与桩身主体31直径的比例关系，满足扩径体抗剪切、抗冲切的岩土力学的要求，从而做到技术、经济两方面考量最划算。具体参考数据：扩径体径向直径与桩身主体直径之比不应大于 2.5，扩径体轴向高度为扩径体径向直径的（1—1.5）倍。

本实施例中，优选的，非连体扩径体数量与轴向间距，根据地层特性、设计要求、扩径体最小竖向中心间距原则（桩承担竖向荷载时不能出现相邻扩径体端阻力应力相互叠加时的最小竖向中心距离；）综合确定。

具体参考数据：研究结果表明，扩径体间距与扩径量关系最为密切，宜按扩径量的4～6 倍再加上扩径体高度之和确定，扩径量越小取大值，土性越好取小值。注：扩径量为（扩径体直径—桩身主体直径）/2。本实施例中，优选的，连体扩径体在桩身主体31布置设计方式，是由地层特性、应力扩散效应、桩应用类型综合考虑设计。非连体扩径体、连体扩径体在桩身主体31上设计数量应从桩身应用地基类型、地层特性、竖向力承载方向及扩径体应力影响因素考虑，无论技术角度还是经济效益角度均划算的原则确定。具体参考数据：用于抗压的桩身扩径体设置 1~4 个，一般情况下设置 2~3个扩径体的技术方案应用居多；用于抗拔的桩身宜设置1~2 个扩径体，主要基于桩基抗拔的特殊性，设置过多的扩径体不仅抗拔承载力增幅不大，而且对桩身的配筋量要求很大，其经济性较差。

本实施例中，优选的，非连体扩径体、连体扩径体应用于竖向抗拔桩时，对于不同持力层的埋置深度设计参照不同土类内摩擦角对破裂柱面高度的影响，依据现行扩径桩技术标准或规程相关规定，扩径体的深度对于破裂柱面高度影响，埋深越大，高度与扩径体直径的比值越小，所以扩径体不宜过深过多，也不宜过浅；扩径体的竖向中心上部以扩径体直径为圆柱的破坏表面长度具体参考数据：（14~18）扩径量，土性越好取大值，反之取小值。本实施例中，优选的，桩身主体31用于复合地基增强体时，不设钢筋笼/用于桩基础基桩时，设有钢筋笼(桩身主体31设有钢筋笼深度范围内需压灌超流态混凝土，采用倒插笼工艺沉入钢筋笼)。

本实施例中，优选的，桩身主体31用于复合地基增强体时，需调整桩土应力比，减小沉降量，可增加桩帽；桩帽，如在桩顶以下埋深6.0m内，存在土层稳定，土性较好的地层，为使桩帽的设置增加辅助功能—增大单桩承载力的功能，桩帽结构设计：轴向等径桩身长度不大于桩帽直径4倍，不小于0.8m，桩帽直径与桩身主体31直径差不大于0.30m，桩帽与桩身主体31由倒圆台衔接；倒圆台，倒圆台母线延长线与桩身主体31中心轴线的夹角角度范围为：30°～45°；桩帽实施可采取增加套筒钻具与桩身打桩一体化成孔灌注；桩帽如在桩顶以下浅层埋深内土层不稳定，土性一般或较差，采用常规设计，常规实施法：前截法/后支模灌注法。本实施例中，桩身主体材料采用超流态混凝土/干硬性混凝土，具体选用哪一种材料与施工工艺、桩周土土性、土中含水量（饱和度）、桩身用途及承载力要求等因素有关；桩身主体材料采用超流态混凝土，是水下灌注桩专用材料，具有高度流动性、抗渗性强、高强度、耐久性好和环保性好；用于桩基础中基桩时，钢筋笼更容易植入；扩径体及桩身主体材料采用干硬性混凝土，施工时必须采用强力振捣密实，更适合夯击密实，具有更高抗压强度和弹性模量，能够承受更大的负载；并具有更好的耐久性，其密度高、抗渗透性好，可有效地防止水分和化学物质对混凝土侵蚀和破坏，延长使用寿命。

实施例三

本实施例提供一种制备型桩3的方法，包括如下步骤：场地土类别与承载性状关系：1、桩端深度分布有土层稳定，土性较好地层，其上部地层土性为欠固结软粘土、新填土等，具有负摩阻力的地层；适合承载性状：端承桩。2、桩端深度分布有土层稳定，土性较好地层，其上部地层土性一般；桩周土中下部分布有土层稳定，土性较好地层，其上部地层土性一般；适合承载性状：摩擦端承桩。3、桩周土中上部分布有土层稳定，土性较好地层，其下部地层土性一般；适合承载性状：原摩擦桩，桩身扩径后转变为摩擦端承桩。4、桩周土土层分布规律，由上至下逐步有软变硬或地层土性均匀承载性状：原端承摩擦桩或摩擦桩，桩身扩径后转变为摩擦端承桩，夯扩扩径体改变了传统承载性状，原摩擦桩及端承摩擦桩均转变为摩擦端承桩，多端承载和多段侧摩阻使其单桩，承载力大幅度提高，相应的变形量显著减小。

各种承载性状的型桩详见附图37～图40，工法涉及施工钻具与地层土密实度的匹配关系：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：软弱场地土（土层平均剪切波速≤140m/s）—Ⅳ类场地土：淤泥质土，松散的细、粉砂，新近沉积的粘性土，地基土容许承载力fa＜130kPa的填土；中软场地土（140m/s＜土层平均剪切波速≤250m/s）—Ⅲ类场地土：松散的砾、粗、中砂，密实、中密的细、粉砂，地基土容许承载力fa ≤250kPa的粘性土和fa≥130kPa的填土；中硬场地土（250m/s＜土层平均剪切波速≤500m/s）—Ⅱ类场地土：中密、松散的碎石土，密实、中密的砾、粗、中砂，地基土容许承载力fa＞250kPa的粘性土；坚硬场地土（500m/s＜土层剪切波速）—Ⅰ类场地土：岩石，紧密的碎石土。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）—对应钻具类型：全挤土（以挤为主的挤排土钻具）、部分挤(螺纹叶片挤土钻具：形成螺纹桩的专用钻具)；排土区（中硬场地土、坚硬场地土除外）：普通长螺旋钻具。工法钻具合理的选择匹配了相应的地基土类型，严格执行了“松挤密排”岩土工法理论，使其桩周土得以有效挤密或最大程度保证其密实结构。承载性状的转变及工法钻具合理的应用均对单桩承载、变形产生大大积极影响，再运用岩土专业知识及行业相关标准或类似技术规程，进行桩身相关参数优化计算设计，合理得用于复合地基增强体和桩基础基桩。

桩身参数设计具体考虑因素如下：

依照地层特性对工法及桩型的需求，并借鉴土力学知识，确定扩径体设置位置（选择结构稳定、压缩性较小、承载能力较高的土层作为桩身扩径体或桩端扩径体的持力土层对于桩身的承载能力是十分重要的。），扩径体数量及轴向间距，夯扩密实度的要求；结合设计对单桩承载力及变形值的要求、项目场地试验数据及经验，参考桩基知识考虑到群桩效应，综合各种因素科学合理计算设计桩身主体31强度、桩径、桩长、桩间距（兼顾考虑相邻扩径体之间最小中心距满足行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94之规定，或相邻桩扩径体原先在一水平线上的，如持力层层厚满足规范要求的情况下可改为错位设计，此时仅考虑桩身主体31之间中心距满足标准之规定即可），具体参考数据：桩间距最小中心距不宜小于（2.0～2.5）倍扩径体直径（取值与工法、土性及含水饱和度有关），当最小值且群桩基础竖向抗压，桩身扩径体32的持力层厚度大于 5倍桩身主体31直径时，亦可将相邻桩的扩径体错位设置，竖向错位不宜小于一个扩径体高度，扩径体错位设置可以减小水平相邻扩径体端阻的相互影响，能够显著提高单桩承载力；这是因为将扩径体错位设置相当于增加了桩间距，有利于单桩承载力的发挥所致。此型桩用于桩基础的基桩时，对于排数不小于3排且桩数不少于9根的桩基础，挤土成桩，非饱和土桩距不应小于桩身主体直径的4.0倍、饱和黏性土桩距不应小于桩身主体直径的4.5倍；部分挤土成桩，桩距不应小于桩身主体直径的3.5倍；非挤土桩时，桩距不应小于桩身主体直径的3.0倍；用于复合地基的竖向增强体时，可按复合地基的地基承载力和置换率确定桩距，且桩距宜为桩身主体直径的（3～6）倍，在桩长范围内有饱和粉土和黏性土时应取高值。以上桩间距确定时兼顾扩径体在一水平线上最小间距的规定要求，如错位设计则不用考虑。考虑到夯扩扩径体施工对邻桩的影响，优选出最佳施工顺序，夯扩影响效应降到无效值却又能保证工效合理；根据以上因素及条件综合制定出合理的施工工艺，采用有效的工法钻具成孔，保证质量的前提下做到事半功倍。

综合以上条件和因素创新技术涉及施工工艺有两种形式实现桩身夯扩扩径体及桩身主体压灌/夯填。

一种桩身扩径的多动力钻具涉及施工工艺如下：第一种，夯扩扩径体由上至下实施，下动力钻具2挤土/部分挤土钻至第一扩径体设计深度停钻，上动力钻具1边定量搅拌、向下旋排干硬性混凝土边重夯扩，干硬性混凝土由排料孔逐步挤出逐步扩径，密实度达到要求夯扩完毕，下动力钻具2继续挤土/部分挤土钻至下一个挤径体设计深度，重复实施夯扩挤径体，直至桩端夯扩挤径体完毕，开始在上动力钻具1旋排功能协助下，边压灌超流态混凝土边提升下动力钻具2，直到压灌至桩顶标高，桩身带有扩径体的变径桩身实施完成。干硬性混凝土为夯扩扩径体所用材料，是超流态混凝土与干性水泥拌合物按设计质量比由上动力钻具1重新拌和、搅拌而成。第二种，夯扩扩径体由下至上实施，下动力钻具2挤土/部分挤土/排土钻至桩端设计深度停钻，上动力钻具1边定量搅拌、向下旋排干硬性混凝土边重夯扩，干硬性混凝土由排料孔逐步挤出逐步扩径，密实度达到要求，桩端扩径体或扩径体N个连续体夯扩形成，然后在上动力钻具1旋排功能协助下，边压灌超流态混凝土边提升下动力钻具2，直到压灌至桩顶标高，桩身带有扩径体的变径桩身实施完成；（以下工序适合挤土/排土工法成孔）桩端扩径体或扩径体N个连续体实施后，边填干硬性混凝土边轻夯扩边提升下动力钻具2进行桩身主体实施，直到上个扩径体设计深度，重复实施夯扩扩径体，重复以上工序直到桩身扩径体全部实施完成，然后边填干硬性混凝土边轻夯扩边同步提升下动力钻具2，直到夯填至桩顶标高，桩身带有扩径体的变径桩身实施完成；或者，实施完1至N个扩径体之上再无扩径体时，之上桩身主体材料可用超流态混凝土，在上动力钻具1旋排功能协助下，实施压灌工艺直到桩顶标高，桩身带有扩径体的变径桩身实施完成；干硬性混凝土为夯扩扩径体所用材料，是超流态混凝土与干性水泥拌合物按设计质量比由上动力钻具1重新拌和、搅拌而成。

注：在桩身扩径或桩端扩径（扩底）处地层，如含水量丰富或存有承压水时，夯扩扩径时采取封口夯扩法，夯扩中保证夯填料在芯管内有一定高度，待扩径体体积包络住排料孔口且水不能渗透至芯管内，夯扩时锤底可与排料孔持平，增大夯扩效应。

选用施工工艺和桩体材料对单桩承载力及施工工效的影响各有侧重优势，按单桩承载力高低进行划分，分四种类型：第一种，同样条件下，单桩承载力最高，施工工艺采用由下至上夯扩扩径体与桩身主体交叉实施，工法采用以挤为主的挤排土挤土钻具成孔，桩身材料全部选用干硬性混凝土夯填，缺点，施工效率略慢些；第二种，同样条件下，单桩承载力较高，施工工艺采用由上至下夯扩扩径体后压灌，工法采用以挤为主的挤排土挤土钻具成孔，桩身材料除扩径体使用干硬性混凝土外，桩身主体用超流态混凝土压灌，施工效率比第一种快些；

第三种，同样条件下，单桩承载力略高的，施工工艺采用由上至下夯扩扩径体后压灌，工法采用部分挤土的螺纹叶片挤土钻具成孔，桩身材料除扩径体使用干硬性混凝土外，桩身主体用超流态混凝土压灌，施工效率比第二种快些；

第四种，同样条件下，单桩承载力高（与其他扩径工艺对比，如高压水泥浆喷扩、顶推装置旋切支扩、复打复灌挤扩），施工工艺采用由下至上夯扩扩径体后压灌，工法采用排土钻具成孔，桩身材料除扩径体及扩径体之间的桩身主体使用干硬性混凝土外，其余桩身主体均用超流态混凝土压灌，施工效率最快。创新技术整合夯扩桩和钻孔压灌桩优势集于一身的全新工艺：夯扩压灌变径桩。通过工艺对比凸显独特优点。

夯扩桩缺点；护筒或外套管沉入地基土方式：在软弱及中软场地土锤击跟管、锤击内外套管、振动、静压等挤土成孔，如遇中硬场地土借助排土工法螺旋钻具成孔后，拔出螺旋钻具再沉入护筒或外套管。无论挤土或引孔打接力沉入护筒或外套管，工效均低于创新技术成孔；向护筒或外套筒内填料，需现场装载机倒运，把料卸入桩孔前料斗，通过人工或卷扬机辅助分批填入；创新技术直接通过锚喷设备输送至外套筒芯管内与超流态混凝土混合搅拌，边搅拌边夯扩，效率非常高效；尤其载体桩工艺成孔灌注混凝土时需提锤出孔口，灌注完再拔护筒；创新技术压灌时，搅拌锤无须提出，只作旋转动作旋排协助混凝土快速灌注，边灌边提钻具，提出钻具孔口时桩身主体灌注完毕，灌注又节约了时间；夯填料为人工孔口实施，且锤下落夯击时填料，如遇到夯扩地层含水丰富，未能及时护筒底部封口，水突涌进入护筒内与料混合，提锤时易产生真空效应极易撮锤；载体桩桩端之上土性略好的地层未扩径加以利用，造成承载力浪费；人工填料涉及现场装载机倒运问题，易扰动已实施完的桩头；流塑混凝土夯扩成桩后，扩径体会产生一定的松弛效应，使其夯扩系数降低，因此不如干硬性混凝土夯扩系数高。钻孔压灌桩缺点：各种工法的钻孔压灌桩成孔钻进如遇复杂难进尺的地层，要么成孔工效低下，要么采用其他成孔工艺打接力，增加施工成本；各种工法的钻孔压灌桩采用不同形式的扩径方法对于提高桩身承载力减小变形量效果不显著，性价比不高。

创新技术优点：

1、钻孔压灌桩桩身直径的夯扩，桩身扩径体对周边土（可影响土）的密实度及范围大小，决定了单桩承载力提高系数的大小；创新技术涉及机具及工艺均最大比例得提高了挤扩土体及扩径体的相对密实度；尤其钻具配合底开门的钻头，桩身材料使用一种材料：干硬性混凝土，夯扩形成的扩径体及桩身主体，特别是桩端扩径体夯击挤扩时，重锤夯击能量竖向影响深度内的桩端持力层相对密实度也得到了最大程度挤密，因此单桩承载力提高更为突出；

注：夯扩密实的标准：重锤反弹、量测3次贯入量，后次小于前次或相等，且3次贯入量之累计值小于设计值，设计值是对需挤密土体的最大程度夯击加压使其相对密实度最大，且又对土体不能过度夯击产生剪切破坏作为标准确定。反推根据达到3次贯入量设计值时的总填料量来衡量夯扩挤密的标准亦可。

2、传统及其他专利夯扩桩技术（夯扩挤密混凝土桩、预应力管桩芯内载体桩等类似柱锤夯扩挤土工艺），分层填料夯击挤扩，填料均为人工实施，机械自动化程度低，因此施工工效低，还造成人员费用的提高，人员安全保障系数还低，施工质量参差不齐。创新技术为：输送设备（砼泵、锚喷机）直接定量输送，按照一定设计质量比混合料（超流态混凝土与干性水泥拌合物）在下动力钻具芯管内被上动力钻具重新搅拌、向下旋排并夯扩，同时协作工作且连续，更能保证质量标准的前提下提高工效；

3、杜绝了传统工艺频繁的施工故障，造成施工成本浪费，影响了施工队伍素质形象。如长螺旋CFG桩、螺纹桩（螺杆桩）、SDS桩等，由于等料、天气原因、混凝土的原因、施工人员的疏忽等，造成混凝土的堵管，一旦堵管严重，疏通工作费时费劲还费料及人工，还耽误施工进度。如预应力管桩芯内载体桩夯击水泥拌合物时，桩端地层含水量丰富，填料夯击封水不及时，很容易夹锤，柱锤与预制管桩内壁一但被水泥拌合物嵌固住，时间越长越牢固，一旦发生后果很麻烦，锤捞不上来时此桩为不合格桩，还得通知相关部门进行设计变更想法补救，造成设备器具损失的同时施工成本也大大的增加。创新技术涉及的钻具构造组合、结构、功能等因素避免了夹锤的可能，上动力钻具相套于下动力钻具之中，且上动力钻具进行夯扩时，底部与下动力钻具基本底端平齐，如伸缩钻头周侧设排料孔的，上动力钻具底部夯扩时不会穿出下动力钻具底端，因底端为封闭状态。即使使用钻头为底开门的，下动力钻具具有大扭矩动力可旋转、其芯管内的上动力钻具也有一定扭矩亦可旋转，即时夯扩的扩径体密实后对上动力钻具底部有一定的约束力，提升不动时，钻具上的动力机构的扭矩旋转，可消除扩径体夹锤力。根本原因上动力钻具与下动力钻具虽是独立个体且又互为整体，夹锤现象不存在。而预应力管桩芯内载体锤击填料时，管桩被桩周土挤压摩擦力约束，柱锤为自由体，一旦夹锤，深度浅些可开挖至夹锤处，切断管桩可救出，过深却无奈。综合以上因素对比，被夹锤的设备机具是不具备这些条件的，从而应证了一个道理，结构决定功能；

4、创新机具组合构造及结构还有效的间接解决了砼泵不能输送干硬性混凝土的世界难题，通过锚喷机输送干性水泥拌合物，按一定设计质量比，定量使其泵送超流态混凝土与定量的干性水泥拌合物在下动力芯管内混合，上动力钻具结构和功能使其拌和、搅拌，使其均匀混合，达到干硬性混凝土标准，排至下动力钻具芯管底部，上动力钻具对其夯击挤扩扩径，形成扩径体，轻夯形成桩身主体。解决了长螺旋钻孔压灌CFG桩工艺不能使用干硬性混凝土夯填桩身的难题；

5、除扩径体外，桩身主体根据地质特性、设计要求及施工工艺，采用一种或两种状态混凝土组合，用料更灵活。桩身为地基增强体时，地质条件允许下，桩身主体采用干硬性混凝土分层夯填，更能增加桩周土侧摩阻力，提高单桩承载力；桩身为桩基础基桩时，钢筋笼长度范围内桩身混凝土采用超流态状的进行压灌，有利于倒插钢筋笼的植入；

6、创新技术应用使其传统夯扩桩工艺改进后适用面更广、工效更高，使其传统长螺旋钻孔压灌桩（CFG桩）及其基础上拓展的技术—挤土SDS桩、部分挤土螺杆桩（螺纹桩）承载力更高，变形量更小；

7、上动力钻具结合伸缩钻头的应用，对于钻具钻进成孔过程中遇到复杂地层，如钻至块径大于桩孔直径的石头，上动力钻具可大落距重锤冲击伸缩钻头，冲击力集中于钻尖之上对石头进行大能量冲剪破坏，使其破碎为小块径石头，然后下动力钻具可通过大扭矩动力机构驱动钻进，挤扩破碎后略大石头挤移至桩周土内，略小石块可旋排至桩孔之上或旋排留存与螺旋叶片之间，顺利成孔后压灌成桩，因此以上组合构造和协作功能，更有助于钻进成孔的高效率。以上机具的优势组合，扩展了传统技术改造升级后的应用范围，面对各种复杂地层不在束手无策，或花费大成本，通过钻具改造潜孔锤技术成孔后下导管灌注或打接力—长螺旋钻机重新下钻后压灌成桩，费时费事还误工。

整体构造及细部结构决定了其功能的多样性，总结如下：中心搅拌锤与锚喷设备的配合，基于原压灌工艺的优势，间接解决了泵无法输送干硬性混凝土的行业难题，使其钻孔压灌桩工艺大幅度提高单桩承载成为现实；

中心搅拌锤与外套筒钻具的协作，实现了搅拌混合料生成干硬性混凝土同步旋排至外套筒钻具底部，同时夯扩干硬性混凝土，由钻头排料孔挤扩排出形成扩径体；解决了传统夯扩桩工艺人工分批填料夯扩的不连贯性，改变了填料夯扩方式，节约了时间；外套筒钻具匹配不同工法钻具与各种类型场地土相适应，贯彻执行岩土工法理念“松挤密排”，匹配工法不同钻具：全挤、部分挤、排土钻具，且钻具钻进时可锤击伸缩钻头高效成孔。以上工法钻具及锤击协助功能，解决了夯扩桩护筒沉入遇到中硬场地土，跟管困难采取排土成孔后沉入，通过打接力完成成孔；解决了同样长螺旋钻孔压灌桩在含有大块径碎卵石土层中钻进时，如无法钻进采用潜孔锤技术成孔，桩身压灌混凝土打接力办法；以上传统工艺组合成孔成桩繁琐，无法实现一体化施工，额外增加的工序提高了施工成本还浪费了时间；钻进成孔时如遇复杂地层，钻进缓慢或困难，中心搅拌锤通过夯击伸缩钻头，协助钻进成孔，提高工效；因为这种协助模式，减轻了外套筒钻具驱动动力，驱动机构可适量减小配置，降低钻机设备成本；伸缩钻具不同结构设计结合不同方式的夯扩手法，桩身夯扩扩径体时根据持力层相对密实度或压缩模量，控制锤击冲击能量辐射方向，实现侧重点不同的效果：持力层相对密实度较高或压缩模量较大时，桩端夯扩扩径体（扩底），夯扩侧重方向：径向水平，目的是最大程度加大扩径体有效的横截面积；持力层相对密实度不太高或压缩模量不太大时，桩端夯扩扩径体（扩底），夯扩侧重方向：轴向竖下，目的是实现最大程度的挤密效应，提高持力层端承力；桩端之上扩径体夯扩时，夯扩侧重方向：径向水平，最大程度加大扩径体有效的横截面积的同时，持力层相对密实度或压缩模量也不同程度的得到提高。

以上创新技术涉及机具独特优势结合针砭时弊的夯扩理论，产生化繁为简、扬长避短、珠联璧合及卓越超群的效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种桩身扩径多功能双动力钻具，其特征在于，包括：

上动力钻具，包括：上动力机构和中心搅拌锤；

上动力机构设置有上动力变径接头，所述上动力变径接头设置有驱动正多边形孔，所述中心搅拌锤按结构形式分上下两部分，上部分为横截面呈正多边形实心长柱体，下部分为具有螺纹叶片结构的实心圆柱体；所述长柱体轴向穿过所述上动力变径接头的驱动正多边形孔，并且所述长柱体顶部与卷扬机相联接，所述中心搅拌锤在上动力机构的带动下能够联动旋转，同时在卷扬机的带动下能做轴向的升降动作；

下动力钻具，包括：下动力机构和下套筒钻具；

下动力机构设置有下动力变径接头，所述下套筒钻具由中空状的钻杆和伸缩钻头组成，所述下套筒钻具的钻杆顶部与下动力变径接头固定连接，所述下套筒钻具的钻杆底部连接伸缩钻头；所述下动力机构设有两个进料口，一个进料口用于输送超流态混凝土，另一个进料口用于输送干性水泥拌合物；所述中心搅拌锤套装于下套筒钻具的中空状的钻杆中；所述上动力机构和下动力机构之间通过连杆刚性连接；所述下套筒钻具在下动力机构的带动下能够联动旋转。

2.根据权利要求1所述的桩身扩径多功能双动力钻具，其特征在于，

所述上动力机构的上端对称两侧设置有两个上联接点；

所述上动力机构的上联接点与第一卷扬机的钢丝绳连接；

所述中心搅拌锤的顶端设置有一个上联接点；

所述中心搅拌锤的上联接点通过提引器与第二卷扬机的钢丝绳连接。

3.根据权利要求1所述的桩身扩径多功能双动力钻具，其特征在于，

所述上动力机构的下端对称两侧设置有两个下联接点；

所述下动力机构的上端对称两侧设置有两个上联接点；

所述上动力机构的下联接点与所述下动力机构的上联接点进行刚性限位联接；同时，所述上动力机构与下动力机构均通过卡瓦滑动地安装于钻机钻塔的滑道上。

4.根据权利要求1所述的桩身扩径多功能双动力钻具，其特征在于，

所述下动力机构的一个进料口与混凝土输送泵连接，用于输送超流态混凝土；所述下动力机构的另一个进料口与锚喷设备连接，用于输送干性水泥拌合物。

5.根据权利要求1所述的桩身扩径多功能双动力钻具，其特征在于，所述伸缩钻头包括：钻头外套筒和内钻芯；

所述内钻芯安装于钻头外套筒的内部；

所述内钻芯能够从钻头外套筒的底端伸出；

所述内钻芯的周侧设置有排料孔。

6.根据权利要求1所述的桩身扩径多功能双动力钻具，其特征在于，所述下套筒钻具的钻杆为具有全挤/部分挤/排土功能的结构构成。

7.一种根据权利要求1-6中任意一项所述的桩身扩径多功能双动力钻具制备的型桩，其特征在于，包括：桩身主体及扩径体；

所述桩身主体为直杆结构；所述桩身主体的表面为无螺纹结构的光杆或全部为螺纹结构或部分为螺纹结构；

所述桩身主体上设置有至少一个扩径体；

所述扩径体分为非连体扩径体和连体扩径体；

所述扩径体的形状包括：球状体、椭圆体、葫芦状之中的任一种；

葫芦状扩径体在桩身主体上设计方式包括：倒立布置和正立布置。

8.根据权利要求7所述的型桩，其特征在于，

所述桩身主体材料采用超流态混凝土/干硬性混凝土；

所述扩径体材料采用干硬性混凝土。