关于螺杆桩机的钻具结构探讨

杜啸

摘 要：螺杆桩作为一种新型桩，早在2003年螺杆桩就已经被提出，并且在2006年的时候获得了发明专利。螺杆桩具有一系列突出的优点，比如沉降小、承载力高、施工方便、工期短、造价低、无噪音与污染等，其凭借着众多的优点，在我国岩土工程行业中得到了非常广泛的应用。本文主要就是对螺杆桩机进行研究，首先对螺杆桩机进行了简要的分析，并重点对螺杆桩机的钻具结构进行了探讨。

关键词：螺杆桩机；钻具结构；工作原理

螺杆桩是一种上部为圆柱型、下部为螺丝型的新型组合式桩，具有非常突出的实用价值，在建筑工程建设施工的过程中经常会用到。本文就是关于螺杆桩机钻具结构的研究。

一、螺杆桩机的分析

（一）螺杆桩机的结构

螺杆桩机有着非常简单的结构，采用的是三点支撑方式，下图1为螺杆桩机的概括图：

其中，1为顶部滑轮组，2为动力头，3为斜撑与调整机构，4为螺杆钻具部分，5为桩机主机的平台。

（二）螺杆桩机的特征

在螺杆桩机中，其采用的是履带移动形式，使得螺杆桩机移动非常灵活，就位也非常方便，效果与作用要比步履式的高出很多[1]。同时，其电气液压是进行集中控制的，操作起来十分方便，大大降低了工人操作的劳动强度。螺杆桩机的履带行走系统采用的是刚性整体台车结构，上部作业的机构采取的是一种三支点结构，这种结构下的螺杆桩机可以实现很迅速地就位移位，并且还具有非常明显的稳定性与安全性，施工效率大大提高。螺杆桩机适合用在多种工作装置中，有着非常广的应用范围。此外，螺杆桩机的立柱安装以及起架过程非常省时方便[2]。

二、螺杆桩机螺杆钻具工作原理的分析

在施工过程中运用螺杆桩的时候，首先要使螺杆桩机就位，要保证成孔达到了相应的垂直度，之后才能进行钻孔。在钻头将土层破开之后，钻头上的螺旋叶片会将土体挤密与反出，螺杆部分的叶片还会将其周围的土体进一步挤压加密。在钻进的过程中，要保证钻杆下钻速度的均匀性，螺杆钻具每旋转了一圈的时候，要刚好下降一个螺距，这样才能够让土体形成均匀的螺纹。在钻到顶定深度的时候，要停止旋转。在这同时，混凝土会在高压泵的作用下被输送到螺杆钻具中间的泥浆管位置，然后再被压到钻头[3]。之后螺杆钻具会进行一个反方向的旋转提钻。在提钻过程中需要注意的是，其旋转的速度以及提升速度要做到匹配与同步，要对提管速度进行均匀地控制，保证在螺杆钻具旋转了一圈的时候，钻具也上升了一个螺距，这时处于高压的混凝土会在螺杆钻具旋转提升的作用下填充到所产生的螺纹空间中。在钻杆与螺纹部分顶面的设计高度齐平时，螺杆钻具会直接让圆柱的空间得到提升，同时钻头会泵出高压混凝土的浇灌一直达到设计高度，这也就灌注了一个“圆柱型上部、螺纹型下部”的螺纹形桩。最后要做的就是将其压入钢筋笼，在混凝土完全凝固后也就形成了一个螺杆桩。

与打入式的预制桩相比而言，螺杆桩在施工时不会产生很大的噪音，没有振动，不会对已经处于施工状态的桩造成任何不良影响[4]。而与全螺旋钻以及普通泥浆护壁成孔的灌注桩比较而言，螺杆桩不存在弃土问题与泥浆污染问题。

螺杆钻具的主要构造如右图2所示：

在图2中，底部为螺杆钻具的钻头部分，其负责破土与反土；中间为螺杆部分，其负责挤土与螺纹型孔的形成；上部为上部螺杆钻杆的部分，其为标准的长度，在实际施工的过程中为了满足施工设计深度的要求可以对上部钻杆的数量进行增减[5]。

三、螺杆钻具结构的分析

螺杆钻具分为纵向与横向，其在纵向上是由螺杆、钻头、变径接头与上部钻杆组成的，横向是由内部泥浆管与外部中心管组成的。在连接螺杆钻具中各个部分的时候，采用的是内八角接头或者内六角接头的方式，最后再通过销轴来达到紧固的目的。

（一）螺杆钻具中的钻头部分

螺杆钻具的钻头主要是负责钻进过程中的碎石与破土工作，这就要求钻头必须要有足够的硬度与强度，一旦硬度与强度有所缺失，就会导致钻头难以发挥出其在钻进过程中的作用，影响了施工的进度与质量。众多施工实验均表明，施工人员在进行钻头工作的同时，还要避免钻头被动力头大的扭矩损害撕裂，因此也就要求在钻进钻头的过程中要保证其受力的均匀性与平衡性。一般来说，在进行钻头施工的时候采用最多的就是两侧对称的钻头叶片方式，这种结构能够将钻头的作用充分发挥在碎石与破土的工作中。

（二）螺杆钻具中的螺杆部分

螺杆钻具中的钻杆部分主要是由中心管与叶片组成的，中心管的选定要根据施工所需要的钻具横截直径大小来进行。现在常设计的钻具直径都是中心管直径大小与叶片宽度的两倍。叶片一般采用的是分段铸造成型，在设计叶片具体形式的时候，要根据实际所需要的螺纹深度大小与螺纹形状来进行。在焊接的作用下，螺杆部分中的叶片与中心管结合在一起。泥浆管在螺杆部分中的中间位置也存在，主要是为了给混凝土的灌注提供方便，并且还能够避免因为泥浆的滞留引起钻杆的阻塞[6]。

（三）螺杆钻具中的上部钻杆部分

在螺杆钻具中，其上部钻杆主要是由外部中心管与内部泥浆管组成的，上部钻杆中的外部中心管的尺寸大小基本等同于螺杆部分中的中心管尺寸大小，内部泥浆管等同螺杆部分的泥浆管。上部钻杆部分与螺杆的连接以及与相同上部钻杆之间的连接采取的都是一种内八角接头或者内六角接头的连接方式，紧固也是通过各种销轴来实现的。螺杆钻具中上部钻杆有着非常标准的长度，一般不是六米就是八米，在实际施工的过程中，为了满足施工指定深度的要求，可以根据需要来对标准钻杆进行增减，如图3所示：

结语：

综上所述可知，螺杆桩机作为一种重要的施工装置，其在建筑工程的施工中有着非常重要的作用。螺杆桩机的钻具也有着非常多的设计种类与方法，在施工中显示出了许多的优点，在今后，随着社会科技的不断进步，加上大功率桩机的涌现，螺杆桩机的钻具必将还会有着更加广阔的应用前景，整个螺杆桩机钻具结构也会朝着更加先进化与合理化的方向进步。

参考文献

[1]张宗媛，赵立杰，刘守进. 基于PLC的长螺旋和螺杆电动履带式桩机设计[J]. 沈阳理工大学学报，2011，01：57-60.

[2]郭秦渭，王胜明，裴力剑，韩春秀. 新型灌注桩-螺杆桩及在云南某工程中的应用[J]. 昆明冶金高等专科学校学报，2011，05：43-48+65.

[3]孙文，于兆水，姜超. 螺杆桩机钻杆接头强度分析及改善对策研究[J]. 机电产品开发与创新，2012，04：135-136+88.

[4]万鹏洲. 螺杆桩在盐渍土地区铁路地基处理中的施工关键技术与承载特性分析[J]. 铁道建筑技术，2016，05：82-86+91.

[5]孙文，杨中伟，徐博，刘晶，袁旭光. 复杂钢管结构立柱的设计研究[J]. 筑路机械与施工机械化，2015，02：91-94+98.

[6]娄燕敏，王宪鑫，苏陈，张兴莲. 螺杆桩施工机具的钻进理论研究[J]. 建筑机械化，2015，03：80-81+88.