CN103410452B - 一种用于成型螺纹型桩的螺旋钻机及其成桩工法 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于成型螺纹型桩的螺旋钻机及其成桩工法，其目的是为了提供一种承载力大、成本低、质量好的螺纹型桩，一种成桩质量高、施工效率高的用于成型螺纹型桩的螺旋钻机的及其成桩工法。本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机包括空心钻杆和钻筒，空心钻杆分为两部分，上半部分外侧带有螺旋叶片，下半部分为空心直杆。空心直杆上有限位凸缘，空心直杆底面上加工有若干键。钻筒与空心钻杆同轴且直径略大于空心钻杆下部的空心直杆。钻筒内部加工有滑道。钻筒底部加工有若干键，与空心直杆底部的键槽相配合。钻筒底部安装有钻头。钻筒外部带有螺旋叶片。钻筒外螺旋叶片包括主叶片和副叶片。主叶片上安装有限位块。

Description

一种用于成型螺纹型桩的螺旋钻机及其成桩工法

技术领域

本发明涉及一种钻井领域的桩、成桩设备及其施工方法，特别是涉及一种螺纹型桩、用于成型螺纹型桩的螺旋钻机及其成桩工法。

背景技术

在工程地质钻探和矿藏钻探过程中，桩基础施工成孔机械在基础工程施工方面的应用已经越来越广泛。长螺旋工法是采用有芯管的长螺旋钻机进行钻孔施工，待达到孔深后，用高压混凝土输送泵将拌合好的混凝土由长螺旋钻杆的芯管注入孔中，然后边提钻边泵注直到成桩。现有钻杆普遍是圆柱型钻杆，依靠螺旋叶片带出残土，但由于钻孔深度和地质结构的复杂变化，圆柱型桩体在土层中是靠侧摩擦阻力提供承载力的，与土的接触面较光滑所以提供的反向力不足，当遇到大载荷时存在变形较大等弊端。要满足承载力通常是扩大桩径，增加桩长，必然会带来施工量增大、工期加长、成本增高、浪费和污染严重等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种承载力大、成本低、质量好的螺纹型桩，一种成桩质量高、施工效率高的用于成型螺纹型桩的螺旋钻机的及其成桩工法。

本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机，包括空心钻杆和钻筒，所述空心钻杆分为两部分，上半部分外侧带有螺旋叶片，下半部分为空心直杆，所述空心直杆上加工有限位凸缘，空心直杆底部为开口且底面上加工有若干键，所述钻筒与空心钻杆同轴且直径略大于空心钻杆下部的空心直杆，钻筒内部与所述限位凸缘对应处加工有滑道，钻筒底部加工有若干键，与空心直杆底部的键槽相配合，钻筒底部还安装有可以出料的钻头，钻筒外部带有至少两条螺旋叶片，其螺距大于空心钻杆外部螺旋叶片的螺距，所述钻筒外部螺旋叶片包括主叶片和副叶片，主叶片外径与空心钻杆外部螺旋叶片外径相同，副叶片外径略小于主叶片，所述主叶片安装在钻筒外壁上，副叶片位于主叶片上方或下方，主副叶片分别铰接在连接片上，所述主叶片上安装有限位块，所述限位块用于限制连接片绕主叶片上的铰接点转动，使副叶片在转动时能够伸出到主叶片外侧。

本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机，其中所述钻筒上部安装有套筒，套筒内壁直径略小于限位凸缘的直径，所述钻筒和套筒共同组成封闭的滑道。

本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机，其中所述钻筒内壁上下各设置有一个密封槽，所述套筒内壁设置有密封槽，钻筒和套筒内密封槽上均安装有密封圈。

本发明一种螺纹型桩，包括圆柱型桩体，所述桩体外部加工有至少两条螺旋型桩节。

本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机的成桩工法，包括以下步骤：

a)将螺旋钻机放置在待工作位置上方，空心钻杆上端连接动力头和混凝土泵；

b)打开动力头并下放钢丝绳，空心直杆上的键槽与钻筒上的键啮合，限位凸缘位于滑道下截止位，螺旋钻机和钻筒开始同步向下钻进；

c)钻进到指定位置后，先反转动力头一定角度使副叶片伸出并插入孔壁的土壤中，再关闭动力头，提升钢丝绳使螺旋钻机上升，空心直杆上的键槽与钻筒上的键脱开，同时限位凸缘上移到滑道上截止位，打开钻头，打开混凝土泵，在螺旋钻机和钻筒上升的同时副叶片在刚钻好的孔外加工出螺旋型桩节，混凝土泵通过空心钻杆向孔中灌注混凝土；

d)将空心钻杆和钻筒完全提出工作位置，关闭动力头和混凝土泵。

本发明与现有技术不同之处在于本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机套筒上安装有螺距大于空心钻杆叶片螺距的螺旋叶片，叶片由主副叶片组成，其副叶片可以在提升螺旋钻机时伸出，在已成的孔上加工出螺旋型桩节，同时灌注混凝土，工作效率高。钻筒上的主副叶片通过连接片铰接，结构简单实用，可以降低加工成本。空心直杆和钻筒底部的键和配套键槽配合提供钻筒旋转所需动力，安全可靠，传动效率较高。

本发明中的螺纹型桩，在已钻孔外加工螺旋型桩节，使加工出的混凝土桩与土层之间的接触面增大，提高桩与土层之间的摩擦力，使桩体的承载力提高，更加坚固，质量更好，寿命更长。

本发明螺纹型桩的成桩工法在下钻时加工出圆柱型桩体，在上提钻具时，钻筒单独自动反向旋转加工螺旋型桩节，可以在一次下钻和上提过程中形成螺纹型桩，操作简便，施工效率高。

下面结合附图对本发明一种螺纹型桩、用于成型螺纹型桩的螺旋钻机及其成桩工法作进一步说明。

附图说明

图1为本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机的结构示意图；

图2为本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机中空心直杆、套筒和钻筒的剖视图；

图3为本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机钻筒的外部结构图；

图4为本发明螺纹型桩的剖视图；

图5为本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机叶片的结构示意图；

图6a-图6d为成型螺纹型桩的工作步骤示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机包括空心钻杆1和钻筒2，空心钻杆1分为两部分，其中上半部分外带螺旋叶片，下半部分为空心直杆4且底部为开口，上下两部分通过螺栓连接。钻筒2套在空心钻杆1下部空心直杆4外部，其上部安装有套筒5，套筒5与钻筒2通过螺栓连接，钻筒2上加工有上端开口滑道15，滑道15上端靠套筒5封闭。空心直杆4上加工有一个限位凸缘8，限位凸缘8可以在滑道15中上下移动。钻筒2底部加工有键6，与空心直杆4底部加工的键槽7相配合，共同为钻筒2和空心钻杆1同步运动提供动力。钻筒2底部还安装有含有出料口的钻头3。钻筒2内壁上下各设置有一个密封槽13，套筒5内壁也设置有密封槽13，密封槽13中安装有密封圈。

如图3和图5所示，钻筒2外部带有螺旋叶片，但螺距大于空心钻杆1外螺旋叶片的螺距，其叶片包括主叶片9和副叶片10。主叶片9安装在钻筒2外壁上，副叶片10位于主叶片9上方，主叶片9和副叶片10分别铰接在连接片11上，副叶片10可以绕主叶片9上的铰接点转动，其最大转动角度由主叶片9上安装的限位块12决定，当副叶片10其旋转到最大角度时，可以伸出主叶片9外。当螺旋钻机向下钻进时，副叶片10藏在主叶片9上方，副叶片10的外径小于主叶片9；当螺旋钻机向上提升时，空心钻杆1和钻筒2反向旋转，副叶片10由于提升螺旋钻机的压力绕铰接点旋转，伸出主叶片9外，并插入周边土壤中。

如图4所示，本发明螺纹型桩包括圆柱型桩体和外部螺旋型桩节14。

如图6a-d所示，本发明用于成型螺纹型桩的螺旋钻机成型螺纹型桩的施工步骤如下：

一、如图6a所示，将螺旋钻机放置在待工作位置上方，空心钻杆上端连接动力头和混凝土泵；

二、如图6b所示，打开动力头并下放钢丝绳，空心直杆4上的键槽7与钻筒2上的键6啮合，限位凸缘8位于滑道15下截止位，空心钻杆和钻筒2开始同步向下钻进；

三、如图6c所示，钻进到指定位置后，先反转动力头使螺旋钻杆旋转一周，副叶片10由于受到周围土层较大的摩擦力将旋转伸出主叶片9外部并插入孔壁的土层中，然后关闭动力头，提升钢丝绳，空心钻杆上升，空心直杆4上的键槽7与钻筒2上的键6脱开，同时限位凸缘8上移到滑道15上截止位，打开钻头3，打开混凝土泵，在空心钻杆和钻筒2上升的同时，副叶片10在土层中同时受到钢丝绳向上的拉力和孔壁土层的摩擦力，将合力作用下持续旋转上升，进而在孔壁上加工出螺旋型桩节14，同时混凝土泵通过空心钻杆1向孔中灌注混凝土；

四、如图6d所示，将空心钻杆和钻筒完全提出工作位置，关闭动力头和混凝土泵，形成如图4所示的螺纹型桩。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于成型螺纹型桩的螺旋钻机，包括空心钻杆和钻筒，其特征在于：所述空心钻杆分为两部分，上半部分外侧带有螺旋叶片，下半部分为空心直杆，所述空心直杆上加工有限位凸缘，空心直杆底部为开口且底面上加工有若干键，所述钻筒与空心钻杆同轴且直径略大于空心钻杆下部的空心直杆，钻筒内部与所述限位凸缘对应处加工有滑道，钻筒底部加工有若干键，与空心直杆底部的键槽相配合，钻筒底部还安装有可以出料的钻头，钻筒外部带有至少两条螺旋叶片，其螺距大于空心钻杆外部螺旋叶片的螺距，所述钻筒外部螺旋叶片包括主叶片和副叶片，主叶片外径与空心钻杆外部螺旋叶片外径相同，副叶片外径略小于主叶片，所述主叶片安装在钻筒外壁上，副叶片位于主叶片上方或下方，主副叶片分别铰接在连接片上，所述主叶片上安装有限位块，所述限位块用于限制连接片绕主叶片上的铰接点转动，使副叶片在转动时能够伸出到主叶片外侧。

2.根据权利要求1所述的用于成型螺纹型桩的螺旋钻机，其特征在于：所述钻筒上部安装有套筒，套筒内壁直径略小于限位凸缘的直径，所述钻筒和套筒共同组成封闭的滑道。

3.根据权利要求2所述的用于成型螺纹型桩的螺旋钻机，其特征在于：所述钻筒内壁上下各设置有一个密封槽，所述套筒内壁设置有密封槽，钻筒和套筒内密封槽上均安装有密封圈。

4.一种成型螺纹型桩的施工方法，该施工方法包括以下步骤：

a)将螺旋钻机放置在待工作位置上方，空心钻杆上端连接动力头和混凝土泵；

b)打开动力头并下放钢丝绳，空心直杆上的键槽与钻筒上的键啮合，限位凸缘位于滑道下截止位，空心钻杆和钻筒开始同步向下钻进；

c)钻进到指定位置后，先反转动力头一定角度使副叶片伸出并插入孔壁的土壤中，再关闭动力头，提升钢丝绳使螺旋钻机上升，空心直杆上的键槽与钻筒上的键脱开，同时限位凸缘上移到滑道上截止位，打开钻头，打开混凝土泵，在空心钻杆和钻筒上升的同时副叶片在刚钻好的孔外加工出螺旋型桩节，混凝土泵通过空心钻杆向孔中灌注混凝土；

d)将空心钻杆和钻筒完全提出工作位置，关闭动力头和混凝土泵。