CN101275458A - 一种单绳冲击钻的反循环施工工艺及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种单绳冲击钻的反循环施工工艺及装置，其反循环施工装置包括冲击钻机、深入孔底的抽浆管、位于孔口的泥浆净化机，钻头由钻头体、切削刀片组成，钻头体由锤身、角板和底座组成，锤身上端有与不旋转型钢丝绳相连的连接孔，多个角板在圆柱状或圆管状锤身上沿轴向呈相同角度分布，底座由同轴心的内底座、外底座组成，内、外底座均呈管状，两底座上表面平齐，内底座的高度高于外底座，角板下端与两底座连接，锤身、角板、底座通过焊接、铸造或铆合一体成型，底座的下端均匀设置有多个切削刀片；通过该钻头可钻置各种截面形状的桩型，钻孔同时采用孔底抽渣的反循环工艺，能够加快施工进度，减小能源消耗，而且清渣彻底干净，缩短清孔时间。
Description
技术领域
本发明属于建筑桩基础施工技术领域，特别涉及到一种单绳冲击钻的反循环施工工艺及装置。
背景技术
在桩基础施工中，水下成孔及灌注成桩工作均为隐蔽工程，其施工又多受自然条件(气候、场地、地质、能源……)的制约，成为制约整个工程的瓶颈段，因此，人们只能通过调整设备、更新工艺来适应施工条件和进度要求。目前，在施工中常用的钻机有旋转钻机、冲击钻机、钻斗钻机、冲抓钻等，其中以冲击钻的适应性为最强，而此钻型又按循环排渣方法的不同分为采用双绳钻进的反循环排渣工艺法和采用单绳钻进的正循环排渣工艺法。
单绳冲击钻进的正循环排渣工艺法：利用一根钢丝绳在孔内垂直吊系钻头，后使其自由下落而冲击破碎地质底层，如此反复而形成钻孔，然后用浆泵通过输浆管向孔内近底部注入纯净泥浆，将破碎岩土颗粒混入浆内漂浮携带出所钻桩孔而净化排除，净化泥浆重新供泵压入孔底而形成循环，如此反复冲击破岩与循环排渣至最终成孔。但本工艺对钻渣的携带能力较小、难以携带出较大的与不能浮在浆中的颗粒，使其在孔底必须经过钻头的反复研磨破碎后方可浮出，因此进度缓慢，机械效率低，浪费能源及人力，同时对泥浆的漂浮性能要求较高，浆料成本增大，影响桩基质量，加大废弃污染，而且只可钻制圆形桩孔。
双绳冲击钻进的反循环携渣工艺法：利用两根钢丝绳在孔内垂直吊系钻头的两侧，使其自由下落而冲击破碎地质底层，形成钻孔，然后利用抽浆管通过钻头的中心孔直接在所钻桩孔底部向孔外抽浆携渣，经净化除渣后泥浆在孔口回入孔内而补充其下降的水位，孔内浆液自上向下沉降而形成循环。此工艺可克服上述正循环工艺的不足，但其设备成本较大、操作复杂、技术性强，使其适应性受限，市场占有量极小。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种单绳冲击钻的反循环施工工艺及装置。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种单绳冲击钻的反循环施工装置，包括冲击钻机、深入孔底的抽浆管、位于孔口的泥浆净化机；其中，
所述的冲击钻机，其钻头由钻头体、切削刀片组成，钻头体由锤身、角板和底座组成，锤身上端有一连接孔，钻头与不旋转型钢丝绳通过连接孔用转向器打结紧固，多个角板在圆柱状或圆管状锤身上沿轴向呈相同角度分布，底座由同轴心的内底座、外底座组成，内、外底座均呈管状，两底座上表面平齐，内底座的高度高于外底座，角板下端与两底座连接，锤身、角板、底座通过焊接、铸造或铆合一体成型，底座的下端均匀设置有多个切削刀片；
所述的抽浆管，其由多节浆管连接而成，浆管材料为硬质塑料管或钢质管，其中，浆管的一端为扩大头，扩大头上设置有若干个呈“
”形的卡口，另一端相应的设有板牙，一节浆管A插入另一节浆管B的扩大头的槽口中时，浆管A的板牙插入浆管B的卡口内，并在浆管B的槽口中安装锁片，使浆管A与浆管B紧固连接；重复上述操作，将多节浆管连接至所需的长度；
所述的泥浆净化机，其包括振动筛、振动器、水力旋流器、储浆池，抽浆管一端深入振动筛中，振动筛内设置有上筛网，底部有下筛网；振动器由偏心轮、支撑架组成，偏心轮与支撑架连接，偏心轮由电机驱动，支撑架通过圆轴及轴套固定安装在振动筛上侧；水力旋流器设置在振动筛的上部，水力旋流器上端的溢流口连接回浆管，回浆管的出浆口位于孔口处；储浆池设置在振动筛下部，储浆池内设有浆泵，浆泵通过泥浆管与水力旋流器侧壁上的进浆口连接，储浆池与回浆管之间设置有浮球阀。
所述的单绳冲击钻的反循环施工装置，其钻头的底座的截面形状与桩孔的截面相同，根据桩型，底座的截面形状可为圆形、方形、三角形或菱形。
所述的单绳冲击钻的反循环施工装置，根据桩孔直径的大小，其钻头的底座也可由内底座、中底座、外底座三层或多层组成。
一种单绳冲击钻的反循环施工工艺，其包括以下步骤：
(1)埋设护筒，护筒顶的高度要求：保证孔内水位高于地下水位2m，即保证孔内水位(泥浆面)的静水压力大于外部压力0.02MPa以上；
(2)钻机就位：在场地上摆放钻架，卷扬机通过不旋转型钢丝绳将钻头垂直放入护筒内，钻机校正定位；
(3)钻孔、排渣：开启卷扬机，通过一根不旋转型钢丝绳带动钻头作上升与自由下落运动，利用切削刀片冲砸、破碎、挤密地质地层；钻至一定深度后，将抽浆管通过钻头的角板与底座之间的空隙深入孔内，浆管末端距孔底10～20cm，抽浆管上部在孔口吊系牢固，抽浆管上端深入净化机内，抽浆泵与抽浆管连接，进行反循环排渣，浆渣经净化机净化后返回孔内；排渣与钻孔同步进行，直至钻至设计深度；
(4)终孔清孔：钻至设计深度后，用上述步骤(3)中的反循环排渣装置：抽浆泵、抽浆管、净化机，进行清孔除渣。
所述的单绳冲击钻的反循环施工工艺，上述步骤(3)中，抽浆管上端深入净化机内，对抽出的浆渣进行净化，其步骤为：抽出的浆渣进入泥浆净化机的振动筛中，通过振动筛下筛网的筛分除去2mm以上的颗粒，泥浆流入储浆池内，开启浆泵后，通过泥浆管泥浆按圆周切线方向流入水力旋流器筒内高速旋转，沙、石渣被分离在筒内泥浆的最外层，沿筒壁旋转并下沉，由底流口流出，经上筛网脱水后弃除，净化泥浆上溢流出，经回浆管返回孔内补充其下降的水位，或流入储浆池内供泵抽吸。
由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：
该单绳冲击钻的反循环施工装置，其通过改变钻头的底座的形状可钻置各种截面形状的桩孔，即利用底座保持孔型；钢丝绳采用不旋转型钢丝绳，如多层股互捻钢丝绳，可在钻进过程中保证钻头不产生旋转，避免钻头与抽浆管缠绕及损坏，保持孔型；抽浆管采用硬质材料，能够快速拆装，节省时间，而且结构轻巧，便于搬运，能够承受抽浆的压力及定位抽渣；泥浆净化机可节省场地，减少污染，减少人力和能源浪费，而且在泥浆净化机中，振动器通过支撑架和圆轴固定安装在振动筛上侧，将偏心振动的圆形振动轨迹转化为作用于振动筛的直线型振动轨迹，达到对泥浆水平或仰角状出渣筛分的最佳脱介效果。
该单绳冲击钻的反循环施工工艺，其采用孔底抽渣的反循环工艺，冲携能力极强，可将孔底不能浮于浆中而小于管径的各种钻渣抽出孔外，避免了反复破碎过程，能够加快施工进度，又由于是孔底抽浆，排渣干净彻底，可使循环时间成倍减小，大幅提高总的机器效率，减小能源消耗和人、物力支出，并节省造浆材料，减小排放污染；采用反循环方法清孔，可以大幅缩短清孔时间，避免孔壁泥皮增厚，且清渣彻底干净，使成桩的端承力和摩擦力充分发挥而提高抗载能力；抽浆与钻进、修整钻头形状互不依附，可提高时间利用率，提高进度。
附图说明
图1是本发明单绳冲击钻的反循环施工装置工作状态的结构示意图；
图2是钻头的结构示意图；
图3是抽浆管的各节浆管连接的示意图；
图4是泥浆净化机的结构示意图；
图中：1-钻头；2-钢丝绳；3-抽浆管；4-泥浆净化机；5-空压机；6-输气管；7-汽水混合器；8-锤身；9-角板；10-内底座；11-外底座；12-连接孔；13-浆管A；14-板牙；15-浆管B；16-卡口；17-回浆管；18-水力旋流器；19-泥浆管；20-偏心轮；21-支撑架；22-圆轴；23-振动筛；24-上筛网；25-下筛网；26-储浆池；27-浆泵；28-浮球阀；29-底流口。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作更详细的解释说明，但本发明并不局限于此。
如图1、2、3、4所示，该单绳冲击钻的反循环施工装置，包括冲击钻机、深入孔底的抽浆管、位于孔口的泥浆净化机；其中，
所述的冲击钻机，其钻头1由钻头体、切削刀片组成，钻头体由锤身、角板和底座组成，锤身8上端有一连接孔12，钻头1与不旋转型钢丝绳2通过连接孔12用转向器打结紧固，多个角板9在圆柱状或圆管状锤身8上沿轴向呈相同角度分布，底座由同轴心的内底座10、外底座11组成，内、外底座均呈管状，两底座上表面平齐，内底座的高度高于外底座，角板9下端与内底座10、外底座11连接，锤身、角板、底座通过焊接、铸造或铆合一体成型，底座的下端均匀设置有多个切削刀片；
所述的抽浆管3，其由多节浆管连接而成，浆管材料为硬质塑料管或钢质管，其中，浆管的一端为扩大头，扩大头上设置有若干个呈“
”形的卡口16，另一端相应的设有板牙14，一节浆管A 13插入另一节浆管B 15的扩大头的槽口中时，浆管A的板牙14插入浆管B的卡口16内，并在浆管B的槽口中安装锁片，使浆管A与浆管B紧固连接；重复上述操作，将多节浆管连接至所需的长度；
所述的泥浆净化机4，其包括振动筛23、振动器、水力旋流器18、储浆池26，抽浆管3一端深入振动筛23中，振动筛内设置有上筛网24，底部有下筛网25；振动器由偏心轮20、支撑架21组成，偏心轮20与支撑架21连接，偏心轮由电机驱动，支撑架21通过圆轴22及轴套固定安装在振动筛23上侧；水力旋流器18设置在振动筛23的上部，水力旋流器上端的溢流口连接回浆管17，回浆管的出浆口位于孔口处；储浆池26设置在振动筛23下部，储浆池内设有浆泵27，浆泵通过泥浆管19与水力旋流器18侧壁上的进浆口连接，储浆池26与回浆管17之间设置有浮球阀28。
所述的单绳冲击钻的反循环施工装置，其钻头的底座的截面形状与桩孔的截面相同，根据桩型，底座的截面形状可为圆形、方形、三角形或菱形，既可钻出圆形孔，也可钻出非圆形的孔。
所述的单绳冲击钻的反循环施工装置，根据桩孔直径的大小，其钻头的底座也可由内底座、中底座、外底座三层或多层组成。
所述的单绳冲击钻的反循环施工工艺，在抽浆泵与抽浆管连接，进行反循环排渣的过程中，抽浆泵可采用空压机、射流泵、沙石泵，本实施例以空压机为例进行说明。
所述的单绳冲击钻的反循环施工工艺，其包括以下步骤：
(1)埋设护筒：先放桩、引点挖坑，再标出坑底桩心点，放入护筒，使护筒中心与桩点相对应，并校直护筒，然后，在护筒外围对称、均匀的回填含水粘土，并分层夯实；护筒顶的高度要求：保证孔内水位高于地下水位2m，即保证孔内水位(泥浆面)的静水压力大于外部压力0.02MPa以上；
(2)钻机就位：在场地上摆放钻架，卷扬机通过不旋转型钢丝绳将钻头垂直放入护筒内，钻机校正定位；
(3)钻孔、排渣：开启卷扬机，通过一根不旋转型钢丝绳带动钻头作上升与自由下落运动，利用切削刀片冲砸、破碎、挤密地质地层；钻至一定深度后，将抽浆管3通过钻头1的角板9与内底座10、外底座11之间的空隙深入孔内，浆管末端距孔底10～20cm，抽浆管上部在孔口吊系牢固，抽浆管3上端深入泥浆净化机4的振动筛23中，空压机5通过输气管6与抽浆管3下部的汽水混合器7连接，开启空压机进行反循环排渣，浆渣经净化机净化后返回孔内；排渣与钻孔同步进行，直至钻至设计深度；
(4)终孔清孔：钻至设计深度后，用上述步骤(3)中的反循环排渣装置：空压机、抽浆管、净化机，进行清孔除渣。
所述的单绳冲击钻的反循环施工工艺，上述步骤(3)中，抽浆管3上端深入净化机内，对抽出的浆渣进行净化，其步骤为：抽出的浆渣进入泥浆净化机4的振动筛23中，通过振动筛下筛网25的筛分除去2mm以上的颗粒，泥浆流入储浆池26内，开启浆泵27后，通过泥浆管19泥浆按圆周切线方向流入水力旋流器18筒内高速旋转，沙、石渣被分离在筒内泥浆的最外层，沿筒壁旋转并下沉，由底流口29流出，经上筛网24脱水后弃除，净化泥浆上溢流出，经回浆管17返回孔内补充其下降的水位，或流入储浆池25内供泵抽吸。
Claims (5)
1、一种单绳冲击钻的反循环施工装置，包括冲击钻机、深入孔底的抽浆管、位于孔口的泥浆净化机，其特征在于：所述的冲击钻机，其钻头(1)由钻头体、切削刀片组成，钻头体由锤身、角板和底座组成，锤身(8)上端有一连接孔(12)，钻头(1)与不旋转型钢丝绳(2)通过连接孔(12)用转向器打结紧固，多个角板(9)在圆柱状或圆管状锤身(8)上沿轴向呈相同角度分布，底座由同轴心的内底座(10)、外底座(11)组成，内、外底座均呈管状，两底座上表面平齐，内底座的高度高于外底座，角板(9)下端与内、外底座(10、11)连接，锤身、角板、底座通过焊接、铸造或铆合一体成型，底座的下端均匀设置有多个切削刀片；
所述的抽浆管(3)，其由多节浆管连接而成，浆管材料为硬质塑料管或钢质管，其中，浆管的一端为扩大头，扩大头上设置有若干个呈“
”形的卡口(16)，另一端相应的设有板牙(14)，一节浆管A(13)插入另一节浆管B(15)的扩大头的槽口中时，浆管A的板牙(14)插入浆管B的卡口(16)内，并在浆管B的槽口中安装锁片，使浆管A与浆管B紧固连接；重复上述操作，将多节浆管连接至所需的长度；
所述的泥浆净化机(4)，其包括振动筛(23)、振动器、水力旋流器(18)、储浆池(26)，抽浆管(3)一端深入振动筛(23)中，振动筛内设置有上筛网(24)，底部有下筛网(25)；振动器由偏心轮(20)、支撑架(21)组成，偏心轮(20)与支撑架(21)连接，偏心轮由电机驱动，支撑架(21)通过圆轴(22)及轴套固定安装在振动筛(23)上侧；水力旋流器(18)设置在振动筛(23)的上部，水力旋流器上端的溢流口连接回浆管(17)，回浆管的出浆口位于孔口处；储浆池(26)设置在振动筛(23)下部，储浆池内设有浆泵(27)，浆泵通过泥浆管(19)与水力旋流器(18)侧壁上的进浆口连接，储浆池(26)与回浆管(17)之间设置有浮球阀(28)。
2、根据权利要求1所述的单绳冲击钻的反循环施工装置，其特征在于：其钻头的底座的截面形状与桩孔的截面相同，根据桩型，底座的截面形状可为圆形、方形、三角形或菱形。
3、根据权利要求1所述的单绳冲击钻的反循环施工装置，其特征在于：根据桩孔直径的大小，其钻头的底座也可由内底座、中底座、外底座三层或多层组成。
4、一种单绳冲击钻的反循环施工工艺，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)埋设护筒，护筒顶的高度要求：保证孔内水位高于地下水位2m，即保证孔内水位(泥浆面)的静水压力大于外部压力0.02MPa以上；
(2)钻机就位：在场地上摆放钻架，卷扬机通过不旋转型钢丝绳将钻头垂直放入护筒内，钻机校正定位；
(3)钻孔、排渣：开启卷扬机，通过一根不旋转型钢丝绳带动钻头作上升与自由下落运动，利用切削刀片冲砸、破碎、挤密地质地层；钻至一定深度后，将抽浆管(3)通过钻头(1)的角板(9)与内、外底座(10、11)之间的空隙深入孔内，浆管末端距孔底10～20cm，抽浆管上部在孔口吊系牢固，抽浆管(3)上端深入净化机内，抽浆泵与抽浆管(3)连接，进行反循环排渣，浆渣经净化机净化后返回孔内；排渣与钻孔同步进行，直至钻至设计深度；
(4)终孔清孔：钻至设计深度后，用上述步骤(3)中的反循环排渣装置：抽浆泵、抽浆管、净化机，进行清孔除渣。
5、根据权利要求4所述的单绳冲击钻的反循环施工工艺，其特征在于：上述步骤(3)中，抽浆管(3)上端深入净化机内，对抽出的浆渣进行净化，其步骤为：抽出的浆渣进入泥浆净化机(4)的振动筛(23)中，通过振动筛下筛网(25)的筛分除去2mm以上的颗粒，泥浆流入储浆池(26)内，开启浆泵(27)后，通过泥浆管(19)泥浆按圆周切线方向流入水力旋流器(18)筒内高速旋转，沙、石渣被分离在筒内泥浆的最外层，沿筒壁旋转并下沉，由底流口(29)流出，经上筛网(24)脱水后弃除，净化泥浆上溢流出，经回浆管(17)返回孔内补充其下降的水位，或流入储浆池(25)内供泵抽吸。
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