CN102155157B - 用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机 - Google Patents

Abstract

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机目的是为了提供一种结构简单、操作方便、实用性强、施工效率高的螺旋钻机。本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机包括钻具，所述钻具包括带有螺旋叶片的空心钻杆，所述空心钻杆的下端为设有出料口的钻头，其中所述钻具还包括与空心钻杆同轴设置的钻筒，所述钻筒的内壁直径略大于空心钻杆上螺旋叶片的直径，钻筒的外壁上设有外螺旋叶片，所述空心钻杆与钻筒之间设置有可解锁的联、动机构。

Description

用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机

技术领域

本发明涉及一种钻井设备，特别是涉及一种用于成型台阶型混凝土桩的螺旋钻机。

背景技术

随着建筑行业的高速发展，建筑工程对地基的设计施工要求越来越高，因此混凝土桩在高层建筑、桥梁、港口和近海建筑等工程中得到越来越广泛的应用。为了使混凝土桩能够满足抗变形，抗震等建筑设计要求，需对混凝土桩的形状结构进行改进，使其具有特定的形状，同时还能满足设计要求并节省混凝土用量。中国发明专利ZL02103619.5公开了一种混凝土桩，不但能够保证并提高桩体承载能力，增强水平支撑力，有效地保持桩体的设计形状，同时还能够大大节省混凝土的用量，同时还公开了一种成型该混凝土桩的旋挖钻机，它在空心钻杆内设有内注浆管，与钻具底部的螺旋刀片所设有的水泥浆喷嘴相连通，内注浆管的另一端连接到外部供浆管及水泥浆泵，利用水泥浆喷嘴的旋喷形成钻孔的护壁，防止钻孔的塌孔。同时空心钻杆的直径上下相等，因而螺旋刀片上部的面积较大。这样的螺旋钻机结构较为复杂，而且需要配备一套供水泥浆的设备。为了增加钻孔内壁土的挤密性、防止塌孔，上述专利的专利权人又公开了一种旋挖钻机，参见中国发明专利ZL03122818.6，由于空心钻杆的上部加粗，随之螺旋刀片的面积变小，因而增加了对土的挤密作用，所以在施工时钻孔孔壁不易掉土，因而防止出现塌孔现象，在空心钻杆的倒锥台形中部设有上出料口，在提钻时上出料口出料可以对钻孔上部产生护壁作用。

但是，上述两个专利公开的螺旋钻机在成型混凝土桩的过程中都存在以下几个问题：一、直径较大部分的螺旋刀片相对空心钻杆是固定设置的，这样就导致一根钻具只能成型一种深度和形状的混凝土桩，当需要成型不同深度的混凝土桩时，必须更换钻具，使得钻具的实用性较低，工程成本相应较高，施工效率也大大降低；二、钻具上设置有上、下两组出料口，在提钻过程中，必须同时控制两组出料口的出料量，施工操作难度较大；三、空心钻杆下部要从上部较粗钻杆已经灌注的混凝土中间提出，钻杆上携带的泥土很容易掉落到上部台阶孔内的混凝土里，影响桩的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作方便、实用性广、施工效率高的用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，包括钻具，所述钻具包括带有螺旋叶片的空心钻杆，所述空心钻杆的下端为设有出料口的钻头，其中所述钻具还包括与空心钻杆同轴设置的钻筒，所述钻筒的内壁直径略大于空心钻杆上螺旋叶片的直径，钻筒的外壁上设有外螺旋叶片，所述空心钻杆与钻筒之间设置有可解锁的联动机构。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其中所述联动机构包括至少一组挡块和传动销，所述挡块固定安装在空心钻杆的外壁上，所述传动销设置在钻筒的上端，其内端位于挡块的旋转区域内。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其中所述钻筒的筒壁上端固定连接有与传动销数量相对应的传动板，所述传动板上开设有适于传动销插入的通孔。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其中所述联动机构还包括另一组挡块和传动销，所述两组挡块和传动销相对空心钻杆的轴线对称设置。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其中所述旋挖钻机的桅杆底部设置有内壁直径略大于外螺旋叶片的护筒，所述护筒安装在桅杆一侧的滑轨上，且与空心钻杆同轴设置，所述钻筒上端固定设置有直径略大于护筒筒壁的圆盘。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其中所述钻筒上外螺旋叶片的直径与空心钻杆上螺旋叶片的直径之比为(1.2～8)∶1。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其中所述钻筒下部的一段外螺旋叶片的直径自上而下逐渐缩小，所述直径逐渐缩小的外螺旋叶片部分产生的旋挖体为倒置的圆台，所述圆台的母线延长线与空心钻杆的轴线夹角α为5～90°。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其中所述挡块沿空心钻杆轴线方向的长度不大于螺旋叶片螺距的一半。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，包括钻具，所述钻具包括带有螺旋叶片的空心钻杆，所述空心钻杆的下端为设有出料口的钻头，其中所述钻具还包括与空心钻杆同轴设置的若干钻筒，所述若干钻筒有内至外层层相套，所述最内层钻筒的内壁直径略大于空心钻杆上螺旋叶片的直径，所述每个钻筒的外壁上都设有外螺旋叶片，所述空心钻杆与若干钻筒之间设置有可解锁的联动机构。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其中所述每个钻筒下部的一段外螺旋叶片的直径自上而下逐渐缩小，所述直径逐渐缩小的外螺旋叶片部分产生的旋挖体为倒置的圆台。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机与现有技术不同之处在于本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机设置有可相对于空心钻杆上下活动的钻筒，钻筒上设置有外螺旋叶片，钻筒和空心钻杆之间设置有可解锁的联动机构，空心钻杆可以通过联动机构带动钻筒向下旋挖，也可以单独向下旋挖，使得该钻具能够成型任意深度的混凝土桩，并且可以通过更换钻筒来成型各种倒锥形角度的混凝土桩，使得旋挖钻机的实用性和施工效率得到较大的提高。

下面结合附图对本发明的用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机作进一步说明。

附图说明

图1为本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机中钻具的主视图；

图2为图1中A-A处的剖视图；

图3为本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机中钻筒和护筒的主视图；

图4a至图4d为本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机的施工过程示意图。

具体实施方式

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机包括底盘，设置在底盘上的钻塔以及通过钻塔上的升降系统安装在钻塔上的钻具，如图1所示，钻具包括带有螺旋叶片11的空心钻杆1，空心钻杆1的下端通过法兰连接带有出料口21的钻头2，钻头出料口的结构形式可采用本发明人的实用新型专利，专利号为ZL02203243.6，名称为“用于成型混凝土桩的螺旋钻机”中的钻头出料口的结构形式；也可采用本发明人的实用新型专利，专利号为ZL96212544.X中的钻头出料口的结构形式；或者采用如下的结构形式，钻头的阀板开口向下，阀板的一侧与空心钻杆的管壁铰接，阀板的另一侧与钻头以磁铁锁定装置相接。

结合图3所示，钻具还包括与空心钻杆1同轴设置的钻筒3，钻筒3的内壁直径略大于空心钻杆1上螺旋叶片11的直径，使得钻筒3可以沿着空心钻杆1的轴线方向上下运动，钻筒3的外壁上设有外螺旋叶片31，空心钻杆1与钻筒3之间设置有可解锁的联动机构。钻筒3上外螺旋叶片31的直径与空心钻杆1上螺旋叶片11的直径之比为(1.2～8)∶1。钻筒3下部的一段外螺旋叶片31的直径自上而下逐渐缩小，直径逐渐缩小的外螺旋叶片31部分产生的旋挖体为倒置的圆台33，圆台33的母线延长线与空心钻杆1的轴线夹角α为5～90°，施工者可以根据所需成型混凝土桩的形状来选择不同的钻筒3。

如图2所示，联动机构包括两组沿空心钻杆1轴线对称设置的挡块41、41’和传动销42、42’，挡块41、41’通过焊接的方式固定安装在空心钻杆1的外壁上，挡块41、41’沿空心钻杆1轴线方向的长度不大于螺旋叶片11螺距的一半，目的是为了在钻进过程中减少对螺旋叶片11排土的阻挡。钻筒3的筒壁上端固定连接有与一对对称设置的传动板32，传动板32上开设有适于传动销42、42’插入的通孔，传动销42、42’插入传动板32的通孔内，其内端位于挡块41、41’的旋转区域内。当空心钻杆1在动力头的驱动下旋转时，传动销42、42’受到挡块41、41’的推动作用和螺旋叶片11的下压作用，从而带动钻筒3同步旋转钻进。并且，也可以通过拔出传动销42、42’而使得钻筒3与空心钻杆1之间解除联动关系。

如图3所示，旋挖钻机的桅杆底部设置有内壁直径略大于外螺旋叶片31的护筒5，护筒5安装在桅杆一侧的滑轨6上，可沿着滑轨6上下滑动调整位置，且与空心钻杆1同轴设置，钻筒3上端固定设置有直径略大于护筒5筒壁的圆盘34，当钻筒3向下钻进至圆盘34与护筒5筒壁上端相接触的位置时，解除钻筒3与空心钻杆1之间的联动关系，钻筒3就通过圆盘34支撑在护筒5上，从而不再受到空心钻杆1向下钻进的轴向作用力和周向旋转作用力的影响。

如图4a至4d所示，本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机的施工过程包括以下几个步骤：

一、首先将传动销42、42’插入钻筒3上的传动板32内，根据钻筒3的设计钻进深度将护筒5的高度固定；

二、启动动力头，驱动空心钻杆1和钻筒3同步向下钻进，当钻筒3钻进到设计深度时停止钻进，拔出传动销42、42’，此时钻筒3上端的圆盘34支撑在护筒5的筒壁上，也可以通过另一套锁定机构将钻筒3与护筒5锁定在一起；

三、再次启动动力头，驱动空心钻杆1继续向下钻进，钻筒3停留在原位置处，当空心钻杆1钻进到设计深度时停止钻进；

四、提钻的同时打开钻头2上的出料口21，向桩孔内灌注混凝土，当空心钻杆1提升至适于与钻筒3联动的位置时，暂停提钻，将传动销42、42’再次旋入钻筒3内，继续提钻，传动销42、42’在螺旋叶片11上提的作用下带动钻筒3向上运动，同时向台阶型桩孔内灌注混凝土，直至将整个钻具提离桩孔。

本发明用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机还包括另一种改进形式，与上述实施方式不同之处在于，设置在空心钻杆外的钻筒为多个，多个钻筒层层相套，每个钻筒的外壁上都固定安装有外螺旋叶片，每个钻筒下部的一段外螺旋叶片的直径自上而下逐渐缩小，直径逐渐缩小的外螺旋叶片部分产生的旋挖体为倒置的圆台，空心钻杆与每个钻筒之间设置有可解锁的联动机构。采用这种改进形式的目的是在同一个混凝土桩孔内一次成型多个台阶型孔，其成型过程是：首先将空心钻杆与所有钻筒通过联动机构锁定在一起，通过动力头驱动向下钻进到一定深度，然后使最外层钻筒与空心钻杆解除联动锁定，继续向下钻进一定深度，再使由外向内第二层钻筒与空心钻杆解除联动锁定，接着继续向下钻进，按照此方法由外向内依次解除钻筒与空心钻杆之间的联动关系，直至空心钻杆钻至设计深度；在提钻的过程中，向桩孔内灌注混凝土，当空心钻杆提升至适于与最内层钻筒联动的位置时，暂停提钻，将空心钻杆与最内层钻筒联动锁定在一起，继续提钻，当空心钻杆提升至适于与由内向外第二层钻筒联动的位置时，暂停提钻，将空心钻杆与其联动锁定在一起，继续提钻，按照此方法由内向外依次将所有钻筒与空心钻杆之间联动锁定在一起，直至整个钻具完全提离桩孔。

本实施方式只给出了联动机构的一种具体形式，为了达到空心钻杆1与钻筒3联动的目的，还可以采用其他多种形式来替换本实施方式中所提供的具体联动机构，但是如果这些替代形式属于本领域技术人员所掌握的常用技术手段，都应属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，包括钻具，所述钻具包括带有螺旋叶片(11)的空心钻杆(1)，所述空心钻杆(1)的下端为设有出料口(21)的钻头(2)，其特征在于：所述钻具还包括与空心钻杆(1)同轴设置的钻筒(3)，所述钻筒(3)的内壁直径略大于空心钻杆(1)上螺旋叶片(11)的直径，钻筒(3)的外壁上设有外螺旋叶片(31)，所述空心钻杆(1)与钻筒(3)之间设置有可解锁的联动机构。

2.根据权利要求1所述的用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其特征在于：所述联动机构包括至少一组挡块(41)和传动销(42)，所述挡块(41)固定安装在空心钻杆(1)的外壁上，所述传动销(42)设置在钻筒(3)的上端，其内端位于挡块(41)的旋转区域内。

3.根据权利要求2所述的用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其特征在于：所述钻筒(3)的筒壁上端固定连接有与传动销(42)数量相对应的传动板(32)，所述传动板(32)上开设有适于传动销(42)插入的通孔。

4.根据权利要求2或3所述的用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其特征在于：所述联动机构还包括另一组挡块(41’)和传动销(42’)，所述两组挡块(41、41’)和传动销(42、42’)相对空心钻杆(1)的轴线对称设置。

5.根据权利要求4所述的用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其特征在于：所述旋挖钻机的桅杆底部设置有内壁直径略大于外螺旋叶片(31)的护筒(5)，所述护筒(5)安装在桅杆一侧的滑轨(6)上，且与空心钻杆(1)同轴设置，所述钻筒(3)上端固定设置有直径略大于护筒(5)筒壁的圆盘(34)。

6.根据权利要求5所述的用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其特征在于：所述钻筒(3)上外螺旋叶片(31)的直径与空心钻杆(1)上螺旋叶片(11)的直径之比为(12～8)∶1。

7.根据权利要求6所述的用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其特征在于：钻筒(3)下部的一段外螺旋叶片(31)的直径自上而下逐渐缩小，所述直径逐渐缩小的外螺旋叶片(31)部分产生的旋挖体为倒置的圆台(33)，所述圆台(33)的母线延长线与空心钻杆(1)的轴线夹角α为5～90°。

8.根据权利要求7所述的用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其特征在于：所述挡块(41、41’)沿空心钻杆(1)轴线方向的长度不大于螺旋叶片(11)螺距的一半。

9.一种用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，包括钻具，所述钻具包括带有螺旋叶片的空心钻杆，所述空心钻杆的下端为设有出料口的钻头，其特征在于：所述钻具还包括与空心钻杆同轴设置的若干钻筒，所述若干钻筒由内至外层层相套，所述最内层钻筒的内壁直径略大于空心钻杆上螺旋叶片的直径，所述每个钻筒的外壁上都设有外螺旋叶片，所述空心钻杆与若干钻筒之间设置有可解锁的联动机构。

10.根据权利要求9所述的用于成型不同深度和形状的混凝土桩的螺旋钻机，其特征在于：所述每个钻筒下部的一段外螺旋叶片的直径自上而下逐渐缩小，所述直径逐渐缩小的外螺旋叶片部分产生的旋挖体为倒置的圆台。

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