CN101949261A - 组合式潜孔锤及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合式潜孔锤及其施工方法，包括联结器、支架体(3)和安装在支架体(3)上的复数小直径的冲击器(4)，分气装置(2)一端与所述的支架体(3)连接，另一端与所述的联结器连接，所述的分气装置(2)设有集气室(21)，所述的集气室(21)设有与所述的冲击器(4)连通的分气路，与周边设置的所述的冲击器(4)连接的所述的分气路为大曲率气路结构(22)，与中心设置所述的冲击器(4)连接的所述的分气路为直通结构(23)且设有可调节气体压力和气体流量的调节装置(26)。本发明是一种成本较低、结构合理、维护容易、安装拆卸方便、密封可靠、有效利用能量、打孔效率高的组合式潜孔锤及其施工方法。

Description

组合式潜孔锤及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种潜孔锤，具体说，涉及一种可在硬质地层及岩层打孔、构筑基础桩的组合式潜孔锤，本发明还涉及该组合式潜孔锤的施工方法。

背景技术

基础桩施工通常使用钻机驱动钻头在地层钻孔，然后在孔中放钢筋笼、灌混凝土，混凝土凝固后成为基础桩；但遇到硬质地层特别是岩层时，用钻头钻孔很困难，而要使用一种冲击器(也称潜孔锤)进行冲击打孔，由于冲击器具有在硬质岩层高效率打孔的功能，因而在矿山开采、建筑基础施工中被广泛地使用。

这种被公知的(如科学出版社出版的《中国采矿设备手册-上册》第1章第66页～第68页发表的)冲击器，也被业内通称为整体式潜孔锤，由锥螺纹接头61、含有活塞的冲击器本体62、带有硬质合金头63的冲击钻头64组成，其直径一般≤φ300mm；如附图7所示。施工时潜孔锤通过空心钻杆与钻机的动力头连接，动力头驱动潜孔锤旋转，由空压机提供的压缩空气通过钻杆进入冲击器本体，驱动活塞高频率往复打击钻头，冲击能量转递给钻头硬质合金头往复冲击岩石使之破碎，岩石的碎渣随潜孔锤排出的气体通过钻杆与孔壁之间的环状间隙排出，最终形成桩孔。

其优点是：在硬质地层特别是岩层能高效率打孔，但随着桩基础施工行业的发展，对大直径基础桩(φ500～φ800mm以及＞φ1000mm)打孔有更多的需求时，这种整体式潜孔锤表现出以下不足：

1、大直径整体式潜孔锤加工工艺要求高、制造难度大、易出质量问题、制造成本较高；

2、由于体积大又重，维护修理不便，工作中一旦钻头上某个合金头破损，就必须整体拆下返修，即耽误工期，费用也较高；

3、由于直径大、质量重，以锥螺纹接头的方式连接需要整体旋转，而且需要很大的扭矩才能拧紧使之达到所需密封性，在现场安装拆卸不便。

为解决大直径整体式潜孔锤的上述不足，美国专利：US 4429439公告了另一种集束式潜孔锤；如图14和图15所示，5个小直径的冲击器借助框架集束在一起构成大直径的潜孔锤，由锥螺纹接头与钻杆及进气路连接，并通过横向气路将压缩空气分配到各个小冲击器，驱动其进行冲击打孔作业。

但这种集束潜孔锤的不足之处是：

1、由于集束潜孔锤直径大、质量重，同样以锥螺纹接头的方式连接需要整体旋转，而且需要很大的扭矩才能拧紧使之达到所需密封性，在现场安装拆卸不便；

2、压缩空气由横向气路进入冲击器时拐角近乎直角，压力损失大，效率低；

3、按照小直径冲击器的布置，中心的冲击器比周边的冲击器在同样旋转条件下，所覆盖的打孔面积不同，冲击频率(做功)应不同，但其气路中气压相同、流量均分，不具有调节功能，不能有效利用能量，效率低。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种有效利用能量、打孔效率高的组合式潜孔锤。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供该组合式潜孔锤的施工效率高的施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的组合式潜孔锤，包括联结器、支架体和安装在支架体上的复数小直径的冲击器，分气装置一端与所述的支架体连接，另一端与所述的联结器连接，所述的分气装置设有集气室，所述的集气室设有与所述的冲击器4连通的分气路，与周边设置的所述的冲击器连接的所述的分气路为大曲率气路结构，与中心设置所述的冲击器连接的所述的分气路为直通结构。

所述的分气装置上设有可调节气体压力和气体流量的调节装置。

所述的冲击器4的接头是带环槽的圆柱体，数个所述的冲击器4分别插入所述的支架体的上板和底板的定位孔，借助定位环与支架体连接定位；所述的圆柱体的接头端部插入所述的分气装置的密封环部位，通过螺栓与所述的分气装置连接固定。

本发明提供的组合式潜孔锤的施工方法，具有以下步骤：

(1)、带有动力头、供气系统、中空圆柱形钻杆或中空的螺旋钻杆的钻机走行到施工位置，借助2个销轴及密封垫将组合式潜孔锤与钻杆插接固定，根据钻机动力头输出转速及钻机供气系统参数，调整组合式潜孔锤的集气室内的调节装置至设定值；

(2)、启动钻机动力头，驱动钻杆、组合式潜孔锤按顺时针旋转，对正孔位后，启动供气系统提供压缩空气驱动组合式潜孔锤的各个冲击器动作；动力头下降，驱动组合式潜孔锤一边旋转一边向地下高频率冲击打孔，碎渣随冲击器的排气气流通过钻杆与孔壁之间的环状间隙排出至地面；

(3)、打孔至预定深度后，并充分排渣；

(4)、动力头向上提升，组合式潜孔锤也随之提升至地面，

(5)、钻机向一旁移动，向孔中放入钢筋笼、灌注混凝土，经一段时间固化后，即成为地下基础桩。

采用上述技术方案的组合式潜孔锤及其施工方法，具有如下积极效果及优点：

1、由数个小直径的冲击器构成大直径的组合式潜孔锤，其结构合理、制造工艺简单、维护容易、成本低；

2、组合式潜孔锤与钻杆的连接采用柱形接头体借助销轴及密封垫插接固定，安装拆卸方便、气路密封的可靠性提高；

3、直通或大曲率设计的分气路使输送压缩空气压力损失小、效率高；

4、根据钻机动力头输出转速及钻机供气系统参数，调整组合式潜孔锤的集气室内的调节装置至设定值，合理分配气流、有效利用能量、提高打孔效率。

5、使用螺旋钻杆与组合式潜孔锤配套，在相同供气量的条件下，排渣效果更好，可以打更深的孔，施工效率更高，更经济；

6、按照本发明的施工方法步骤，可以在硬质地层特别是岩层，高效率地进行大直径(φ500～φ800mm以及＞φ1000mm)基础桩的施工。

综上所述，本发明是一种成本较低、结构合理、维护容易、安装拆卸方便、密封可靠、有效利用能量、打孔效率高的组合式潜孔锤及其施工方法。

附图说明

图1是本发明的组合式潜孔锤的主视图；

图2是图1所示组合式潜孔锤的剖视图；

图3是图1所示组合式潜孔锤的俯视图；

图4是图1所示组合式潜孔锤的仰视图；

图5是图1所示组合式潜孔锤与钻杆连接的示意图；

图6是图1所示组合式潜孔锤与螺旋钻杆连接的示意图；

图7是现有技术的整体式潜孔锤的外形图；

图8、图9、图10、图11、图12、图13是本发明的组合式潜孔锤施工方法步骤的示意图；

图14是现有技术的集束式潜孔锤的结构示意图；

图15是图14中G向视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明作进一步说明。

参照图1、图2、图3和图4，分气装置2一端与支架体3连接，另一端与联结器1连接，在支架体3上安装有复数小直径的冲击器4。

联结器1主要由六方体柱形结构11、法兰盘12、销轴13、密封垫14构成；六方体柱形结构11借助2个销轴13及密封垫14与钻杆5的内六方接头51插接固定。

分气装置2主要由集气室21、大曲率气路结构22、直通结构23、第一密封环24、第二密封环25构成；支架体3由带孔的过渡板31、带有定位孔和键槽32及防尘圈33的底板34、带有定位孔的上板35和壳体36构成；冲击器4主要由接头41、含有活塞的冲击器本体42、定位键43和带有硬质合金头44的冲击钻头45组成。

分气装置2一端与支架体3连接，另一端与六方体柱形结构11连接，分气装置2设有集气室21，集气室21设有与冲击器4连通的分气路，与周边设置的冲击器4连接的分气路为大曲率气路结构22，与中心设置冲击器4连接的分气路为直通结构23，分气装置2设有可调节气体压力和气体流量的调节装置26。调节装置26可对中心冲击器的供气参数控制调节；大曲率气路结构22和直通结构23使供气的压力损失减小，分气装置2借助螺栓27、密封环25与六方体柱形结构11连接固定；

冲击器4的接头41是带环槽的圆柱体，数个冲击器4分别插入支架体3的上板35和底板34的定位孔后，借助定位环6与支架体3连接定位；圆柱体接头41的端部插入分气装置2的密封环24部位，并借助螺栓37与分气装置2连接固定。

一种组合式潜孔锤的施工方法。

参照图5、图6、图8、图9、图10、图11、图12和图13。

上述组合式潜孔锤的施工方法，具有以下步骤：

①带有动力头7、供气系统8、中空圆柱形钻杆5的钻机走行到施工位置，借助2个销轴13及密封垫14将组合式潜孔锤111与钻杆5插接固定；(见图5、图8)

②启动钻机的动力头7，驱动钻杆5、组合式潜孔锤111按顺时针旋转，对正孔位后，启动供气系统8提供压缩空气驱动组合式潜孔锤111的各个冲击器4动作；动力头7下降，驱动组合式潜孔锤111一边旋转一边向地下高频率冲击打孔，碎渣随冲击器4的排气气流通过钻杆5与孔壁之间的环状间隙排出至地面；(见图9)

③打孔至预定深度，并充分排渣；(见图10)

④动力头7向上提升，组合式潜孔锤111也随之提升至地面；(见图11)

⑤钻机向一旁移动，向孔中放入钢筋笼、灌注混凝土，经一段时间固化后，即成为地下基础桩；(见图12、图13)

⑥钻机走行到下一个施工位置，重复以上步骤。(见图13)

步骤①中除了可使用中空圆柱形的钻杆5之外，还可以使用中空的螺旋钻杆10，借助2个销轴13及密封垫14与组合式潜孔锤111插接固定后进行打孔，使排渣效率提高；(见图6、图8)

步骤②在借助2个销轴13及密封垫14将组合式潜孔锤111与钻杆5或螺旋钻杆10插接固定之前，根据钻机动力头7输出转速及钻机供气系统8参数，调整组合式潜孔锤111的集气室21内的调节装置26至设定值，合理分配气流、有效利用能量、提高打孔效率。(见图2、图5、图6、图8)

结合上述实施例，对本发明进行了说明，但通过对组合式潜孔锤的小直径的冲击器的数量和组合方式、支架体的结构作一些改变，对施工步骤的细节作一些适当的调整，就可以在本发明的范围内，派生出各种不同型式的组合式潜孔锤及其相应的施工方法。

Claims (8)

1.一种组合式潜孔锤，包括联结器、支架体(3)和安装在支架体(3)上的复数小直径的冲击器(4)，其特征是：分气装置(2)一端与所述的支架体(3)连接，另一端与所述的联结器连接，所述的分气装置(2)设有集气室(21)，所述的集气室(21)设有与所述的冲击器(4)连通的分气路，与周边设置的所述的冲击器(4)连接的所述的分气路为大曲率气路结构(22)，与中心设置所述的冲击器(4)连接的所述的分气路为直通结构(23)。

2.根据权利要求1所述的组合式潜孔锤，其特征是：所述的分气装置(2)上设有可调节气体压力和气体流量的调节装置(26)。

3.根据权利要求1或2所述的组合式潜孔锤，其特征是：所述的联结器为柱形接头体，所述的柱形接头体与钻杆的柱形接头插接且通过至少一个销轴及密封垫固定。

4.根据权利要求3所述的组合式潜孔锤，其特征是：所述的柱形接头体为六方体柱形结构(11)，通过2个销轴(13)及密封垫(14)与钻杆的内六方接头插接固定。

5.根据权利要求3所述的组合式潜孔锤，其特征是：所述的冲击器(4)的接头(41)是带环槽的圆柱体，数个所述的冲击器(4)分别插入所述的支架体(3)的上板(35)和底板(34)的定位孔，借助定位环(6)与所述的支架体(3)连接定位；所述的接头(41)端部插入所述的分气装置(2)的密封环(24)部位，通过螺栓(37)与所述的分气装置(2)连接固定。

6.根据权利要求1所述的组合式潜孔锤的施工方法，其特征是：其施工步骤包括：

(1)、带有动力头、供气系统、中空圆柱形钻杆或中空的螺旋钻杆的钻机走行到施工位置，将组合式潜孔锤与钻杆固定；

(2)、启动钻机动力头，驱动钻杆、组合式潜孔锤按顺时针旋转，对正孔位后，启动供气系统提供压缩空气驱动组合式潜孔锤的各个冲击器动作；动力头下降，驱动组合式潜孔锤一边旋转一边向地下高频率冲击打孔，碎渣随冲击器的排气气流通过钻杆与孔壁之间的环状间隙排出至地面；

(3)、打孔至预定深度后，并充分排渣；

(4)、动力头向上提升，组合式潜孔锤也随之提升至地面，

(5)、钻机向一旁移动，向孔中放入钢筋笼、灌注混凝土，经一段时间固化后，即成为地下基础桩。

7.根据权利要求6所述的组合式潜孔锤的施工方法，其特征是：上述步骤(1)中，带有动力头、供气系统、中空圆柱形钻杆或中空的螺旋钻杆的钻机走行到施工位置，将组合式潜孔锤与钻杆固定，根据钻机动力头输出转带及钻机供气系统参数，调整组合式潜孔锤的分气装置内的调节装置至设定值。

8.根据权利要求6所述的组合式潜孔锤的施工方法，其特征是：上述步骤(1)中，、带有动力头、供气系统、中空圆柱形钻杆或中空的螺旋钻杆的钻机走行到施工位置，借助2个销轴及密封垫将组合式潜孔锤与钻杆插接固定，根据钻机动力头输出转带及钻机供气系统参数，调整组合式潜孔锤的分气装置内的调节装置至设定值。

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