CN103912221A - 一种护管钻头及其在岩土定深静力触探中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种护管钻头及其在岩土定深静力触探中的应用，本护管钻头在其空心圆柱体对称的两侧设置了可对接和分离的切削板，当本护管钻头随护管旋进时，两切削板受地层结构的阻力而收拢对接成为旋进切削状态，当本护管钻头随护管停止旋进时，两切削板接受探头的推力而分离使探头及其探杆顺利通过。由于在空心圆柱体的底沿端面和两切削板的下底端面分别固定有硬质合金切削齿，因此可以取代钻机进行定深静力触探前的钻孔，一台具有静力贯入和护杆旋进的静力触探机能够完成钻孔和触探两种功能，并且避免了探杆和护管反复起拔而提高了触探效率。本护管钻头也可以取代钻机完成破障的功能。本发明具有结构新颖、显著提高定深静力触探效率的突出优点。

Description

一种护管钻头及其在岩土定深静力触探中的应用

技术领域

本发明涉及一种护管钻头及其在岩土定深静力触探中的应用。

背景技术

岩土静力触探是采用动力源的贯入压力将触探探头压入土层实施原位测试的一种工程地质勘探方法。

在以往静力触探作业中，常遇到以下两种情况均需要钻机配合进行定深静力触探，这两种情况是：在已知岩土结构的地层以下静力触探；在已有建筑基础上实施静力触探。

上述两种情况的定深静力触探作业具有以下特点：钻机先行钻孔到达已知岩土结构或已有建筑基础以下的地层、移入触探设备进行探杆静力贯入、随后起拔探杆进行护管旋进、护管旋进至接近探杆贯入深度后停止、探杆再次静力贯入，依次反复直至探杆贯入到规定深度。

上述定深静力触探作业存在使用钻机与触探两套设备以及探杆和护管反复起拔而影响触探效率的缺陷，还存在护管旋进时护管中不可避免的形成泥土淤塞而消耗探杆贯入能量、增加了探杆的触探阻力，淤塞严重时将发生护管与探杆的胀死现象，致使探杆不能继续贯入，也影响探杆和护管的顺利起拔。

现有技术中，旋进的护管组件其首节护管一般都在其下端沿口设置切削齿，通常切削齿采用肋骨式取芯钻头。取芯钻头不能阻止护管与探杆之间的泥土淤塞现象，同时也不能顺利通过触探进程中遇到的硬砂层、背壳层或姜石等障碍，遇到所述障碍地层时仍然由钻机破障。

发明内容

本发明的目的在于克服定深静力触探作业中使用钻机配合影响触探效率以及护管与探杆之间淤塞泥土的技术问题而公开一种护管钻头及其在岩土定深静力触探中的应用。

本发明的一种护管钻头，特征是，护管钻头由钻头主体和切削板组成，所述钻头主体是由底部的空心圆柱体、连接于空心圆柱体上表面的空心过渡锥台和连接于空心过渡锥台上表面的内螺纹空心螺柱构成的整体，所述空心螺柱的内螺纹与首节护管底端口的螺纹接头相连接，所述空心圆柱体对称设有轴向嵌槽，两轴向嵌槽中分别嵌入形状为直角梯形的切削板，两切削板对称，两对称切削板的斜腰相对应，两切削板上部的直角端设有使之支撑于空心圆柱体径向撑轴的过孔，两切削板的下底与斜腰的交角部相对接时的两斜腰之间的夹角与探头锥角相吻合，两切削板其相对斜腰为平行状态时两斜腰之间距离至少等于探头或探杆直径，所述钻头主体的空心圆柱体其底沿端面、两切削板下底端面分别固定有硬质合金切削齿。

本发明还可以采取以下技术措施：

所述钻头主体的空心圆柱体底沿端面对称设有过水槽。

所述两切削板上底与斜腰的结合部分别设有限位凸台，钻头主体的空心圆柱体嵌入切削板的两轴向嵌槽其顶部内侧分别设有与相应限位凸台对应接合的凹部。

所述两切削板直角腰端面和钻头主体的空心圆柱体的表面套装有强力橡筋环，两切削板直角腰端面和钻头主体的空心圆柱体表面对应强力橡筋环的位置设有保护凹槽。

所述空心圆柱体的底沿端面所固定的各硬质合金切削齿其一部分位于钻头主体的空心圆柱体外圆面的外侧。

本护管钻头在岩土定深静力触探中的应用，包括以下步骤：

(1)在设定的孔位架设具有探杆静力贯入和护杆旋进功能的静力触探机，所述静力触探机设有提供泥浆的旋转水龙头；

(2)在首节护管底端螺纹连接护管钻头；

(3)由静力触探机的护杆旋进机构在设定的孔位旋进首节护管，护管钻头的两切削板在土层阻力作用下对接成为切削状态；

(4)将其它护管依次连接于首节护管并旋进；

(5)护管钻头旋进至定深深度后停止护管旋进并上提100-500mm；

(6)由静力触探机在护管中依次贯入探杆，首节探杆连接有探头，探头进入护管钻头后在探头推力作用下两切削板为分离状态，探头及其探杆顺利通过护管钻头开始静力触探，与此同时静力触探机通过旋转水龙头提供泥浆；

(7)静力触探完成后先起拔护管，后起拔探杆。

本护管钻头在岩土定深静力触探中的应用还包括以下步骤：

在静力触探过程中探头采取间歇贯入方式，其间歇时间用于护管的旋进，护管每次旋进时护管钻头应停止在探头上方1m处。

在静力触探过程中探头遇硬砂层、背壳层或姜石障碍时停止探头贯入，由静力触探机进行护管钻头超前于探头的旋进，待护管钻头破障后继续进行静力触探。

本发明的有益效果和优点在于：本护管钻头在其空心圆柱体对称的两侧设置了可对接和分离的切削板，当本护管钻头随护管旋进时，两切削板受地层结构的阻力而收拢对接成为旋进切削状态，当本护管钻头随护管停止旋进时，两切削板在探头推力的作用而分离，使探头及其探杆顺利通过。由于本护管钻头在空心圆柱体的底沿端面和两切削板的下底端面分别固定有硬质合金切削齿，因此可以取代钻机进行定深静力触探前的钻孔，一台具有静力贯入和护杆旋进的静力触探机能够完成钻孔和触探两种功能，并且避免了探杆和护管反复起拔而提高了触探效率。本护管钻头也可以取代钻机完成破障的功能。实验证明本护管钻头的两切削板在旋进切削状态下能够有效避免旋进过程中泥土淤塞护管的现象，有利于静力贯入和探杆起拔。本发明具有结构新颖、显著提高定深静力触探效率的突出优点。

附图说明

附图1是两切削板为切削状态时护管钻头结构剖面示意图。

附图2是图1A向视图。

附图3是两切削板为分离状态时护管钻头结构剖面示意图。

附图4是护管钻头在探杆及其探头贯入时状态示意图。

图中标记：1空心圆柱体，1-1轴向嵌槽，1-2过水槽，1-3凹部，2空心过渡锥台，3空心螺柱，4径向撑轴，5切削板，5-1限位凸台，5-2保护凹槽，6硬质合金切削齿，7强力橡筋环，8首节护管，9探杆，10探头。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。

如图1、2、3、4所示实施例，用于定深静力触探的护管钻头由钻头主体和切削板组成，钻头主体是由底部的空心圆柱体1、连接于空心圆柱体1上表面的空心过渡锥台2和连接于空心过渡锥台上表面的具有内螺纹的空心螺柱3构成的整体，空心螺柱3与首节护管8底端螺纹接头连接。

护管钻头的空心圆柱体1对称设有轴向嵌槽1-1，两轴向嵌槽中分别嵌入形状为直角梯形的切削板5，两切削板对称，两对称切削板的斜腰相对应，两切削板上部的直角端设有使之支撑于空心圆柱体径向撑轴4的过孔，两切削板的下底与斜腰的交角部相对接时的两斜腰之间的夹角为60°与探头锥角相吻合。两切削板5其相对应得斜腰为平行状态时两斜腰之间距离等于或略大于探头10或探杆9的直径。钻头主体的空心圆柱体1其底沿端面、两切削板5下底端面分别固定有硬质合金切削齿6，各硬质合金切削齿其一部分位于钻头主体的空心圆柱体1外圆面的外侧，使之具有扩孔的效果。

两切削板5上底与斜腰的结合部分别设有限位凸台5-1，钻头主体的空心圆柱体1嵌入切削板的两轴向嵌槽其顶部内侧分别设有与相应限位凸台5-1对应接合的凹部。限位凸台及其凹部的设置可以防止两切削板在切削状态时意外不能准确可靠的接合。

如图2、4所示，钻头主体的空心圆柱体1底沿端面对称设有过水槽1-2，过水槽为静力触探时的泥浆提供返回地面的通道。

如图1、3、4所示，两切削板5的直角腰端面和空心圆柱体1表面套装有两个强力橡筋环7，两切削板的直角腰端面和空心圆柱体外圆面在对应强力橡筋环7的位置设有保护凹槽，图1、3中仅示出了两侧切削板的直角腰端面所设的保护凹槽5-2。保护凹槽应具有一定的深度，避免强力橡筋环7在本护杆钻头在旋进时与地下结构层过度摩擦。强力橡筋环7的设置具有促使两切削板成为旋进切削状态的作用。

以下参见图1、2、3、4说明本护管钻头在定深静力触探中的应用。

应用实施例，其步骤如下：

1、在设定的孔位架设能够交替进行探杆静力贯入和护杆旋进的任何一种结构形式的现有静力触探机，实施例采用公开号CN102031771A‘一种岩土工程的深层静力触探测试方法’中公开的旋转触探车，该旋转触探车的静力触探机的主轴由主轴箱的轴承支撑，主轴油马达经减速齿轮轮系的齿轮箱传动连接于的主轴，主轴箱经支撑板固定连接于两并列液压油缸缸体，使主轴箱随两并列液压油缸同步升降并传递贯入压力。主轴设有贯通轴心的主轴水道，主轴上端设有与主轴水道相衔接的旋转水龙头，旋转水龙头的进口连接于车载泥浆泵出口，旋转水龙头的手动阀门用于控制进水流量。主轴下端固定有探杆和护管气动拆装卡套，该拆装卡套中的探杆或护管分别在两并列液压油缸升降、主轴油马达旋转驱动下，完成探杆或套管的松开、拧紧、探杆静力贯入、护管旋转贯入和起拔操作；

2、在首节护管8底端螺纹接头连接本申请的护管钻头；

3、由旋转触探车的静力触探机护杆旋进机构在设定的孔位旋进首节护管，护管钻头的两切削板5在土层阻力作用下对接成为切削状态；

4、将其它护管依次连接于首节护管并旋进；

5、护管钻头旋进至定深深度后停止护管旋进并上提100-500mm，上提距离是为了首节探杆贯入时护管钻头的两切削板5顺利分离，本步骤中的定深深度是指已知岩土结构的地层深度或已有建筑基础深度；

6、由旋转触探车的静力触探机在护管中依次贯入探杆，首节探杆连接有探头，探头进入护管钻头后在探头推力作用下两切削板5为分离状态，探头10及其探杆9顺利通过护管钻头开始静力触探，与此同时静力触探机通过旋转水龙头提供泥浆；

7、静力触探完成后由旋转触探车的静力触探机先行起拔护管，然后起拔探杆。先行起拔护管的好处在于可以避免护管中淤塞泥土。

在静力触探过程中，如果需要延长护管以保护探杆，可以采取探杆间歇贯入的方式，在间歇时间用于护管的旋进，护管每次旋进时护管钻头应停止在探头上方1m处，避免扰动土层。

如果在静力触探过程中探头遇硬砂层、背壳层或姜石障碍时而不能通过，应停止探头贯入，由旋转触探车的静力触探机进行护管钻头超前于探头的旋进，待护管钻头破障后继续进行静力触探。

Claims (8)

1.一种护管钻头，其特征在于：护管钻头由钻头主体和切削板组成，所述钻头主体是由底部的空心圆柱体、连接于空心圆柱体上表面的空心过渡锥台和连接于空心过渡锥台上表面的内螺纹空心螺柱构成的整体，所述空心螺柱的内螺纹与首节护管底端口的螺纹接头相连接，所述空心圆柱体对称设有轴向嵌槽，两轴向嵌槽中分别嵌入形状为直角梯形的切削板，两切削板对称，两对称切削板的斜腰相对应，两切削板上部的直角端设有使之支撑于空心圆柱体径向撑轴的过孔，两切削板的下底与斜腰的交角部相对接时的两斜腰之间的夹角与探头锥角相吻合，两切削板其相对斜腰为平行状态时两斜腰之间距离至少等于探头或探杆直径，所述钻头主体的空心圆柱体其底沿端面、两切削板下底端面分别固定有硬质合金切削齿。

2.根据权利要求1所述的一种护管钻头，其特征在于：所述钻头主体的空心圆柱体底沿端面对称设有过水槽。

3.根据权利要求1所述的一种护管钻头，其特征在于：所述两切削板上底与斜腰的结合部分别设有限位凸台，钻头主体的空心圆柱体嵌入切削板的两轴向嵌槽其顶部内侧分别设有与相应限位凸台对应接合的凹部。

4.根据权利要求1所述的一种护管钻头，其特征在于：所述两切削板直角腰端面和钻头主体的空心圆柱体的表面套装有强力橡筋环，两切削板直角腰端面和钻头主体的空心圆柱体表面对应强力橡筋环的位置设有保护凹槽。

5.根据权利要求1所述的一种护管钻头，其特征在于：所述空心圆柱体的底沿端面所固定的各硬质合金切削齿其一部分位于钻头主体的空心圆柱体外圆面的外侧。

6.根据权利要求1所述的一种护管钻头在岩土定深静力触探中的应用，其特征在于包括以下步骤：

(1)根据权利要求1所述的一种护管钻头，其特征在于：在设定的孔位架设具有探杆静力贯入和护杆旋进功能的静力触探机，所述静力触探机设有提供泥浆的旋转水龙头；

(2)在首节护管底端螺纹连接护管钻头；

(3)由静力触探机的护杆旋进机构在设定的孔位旋进首节护管，护管钻头的两切削板在土层阻力作用下对接成为切削状态；

(4)将其它护管依次连接于首节护管并旋进；

(5)护管钻头旋进至定深深度后停止护管旋进并上提100-500mm；

(6)由静力触探机在护管中依次贯入探杆，首节探杆连接有探头，探头进入护管钻头后在探头推力作用下两切削板为分离状态，探头及其探杆顺利通过护管钻头开始静力触探，与此同时静力触探机通过旋转水龙头提供泥浆；

(7)静力触探完成后先起拔护管，后起拔探杆。

7.根据权利要求6所述的一种护管钻头在岩土定深静力触探中的应用，其特征在于：在静力触探过程中探头采取间歇贯入的方式，其间歇时间用于护管的旋进，护管每次旋进时护管钻头应停止在探头上方1m处。

8.根据权利要求6所述的一种护管钻头在岩土定深静力触探中的应用，其特征在于：在静力触探过程中探头遇硬砂层、背壳层或姜石障碍时停止探头贯入，由静力触探机进行护管钻头超前于探头的旋进，待护管钻头破障后继续进行静力触探。