CN103938629B - 加压式长螺旋钻孔桩机及利用该桩机钻孔的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加压式长螺旋钻孔桩机及利用该桩机钻孔的方法，该桩机包括底盘（1）、主桅杆和动力头（4），主桅杆固定在底盘（1）上，动力头（4）与主桅杆滑配合，底盘（1）上固定有一个加压卷扬机（8），底盘（1）和动力头（4）之间设有一个滑轮组，滑轮组包括一组固定在动力头（4）上的上滑轮、一组固定在底盘（1）上的下滑轮和连接两组滑轮的钢丝绳（9）；该方法的关键步骤为启动加压卷扬机（8），拉紧钢丝绳（9），并经过滑轮组的作用将加压卷扬机（8）的牵引力加大数倍施加给动力头（4）以钻碎岩石。该桩机及利用该桩机钻孔的方法能大幅度提高钻进能力。

Description

加压式长螺旋钻孔桩机及利用该桩机钻孔的方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域中的桩基施工技术，具体讲是一种加压式长螺旋钻孔桩机及利用该桩机钻孔的方法。

背景技术

传统的长螺旋钻孔桩机包括底盘、主桅杆、连接有长螺旋钻杆的动力头、卷扬机、牵引绳和泵送砼附属设备等。主桅杆固定在底盘上，动力头与主桅杆滑配合，桅杆顶部设有桅顶定滑轮，卷扬机与牵引绳一端固定，牵引绳绕过桅顶定滑轮且牵引绳的另一端与动力头固定。卷扬机缠绕或放松牵引绳，使得动力头沿着桅杆上升或下降。所述的长螺旋是行业内通用的叫法，即长螺旋钻杆，实质上是指钻杆的芯管的外圆周面上从上到下全部设有螺旋叶片。钻杆的芯管的底端为带活门的钻头尖，而且为了增大钻杆的钻进能力，在螺旋叶片的底端也焊接了两个钻头耙，两钻头耙分居钻头尖两侧与钻头尖一起钻进形成锅底形的桩端孔。

利用传统的桩机钻孔成桩的过程为：动力头驱动钻杆旋转向下钻孔，孔内土体被螺旋叶片向上推移至地面，钻孔达设计标高后，通过泵送砼附属设备将砼料输送入钻杆芯管内，芯管底端活门在砼料自重下开启实现对孔内灌注，一边泵送砼一边提拔钻杆，直至钻头尖到达地表，最后插入钢筋笼成桩。

传统的桩机及利用传统桩机钻孔成桩的方法存在一个巨大的局限，即由于动力头设备的能力有限，导致该桩机钻进能力有限，在大粒径卵石层和强风化基岩中钻孔难度很大，每小时钻进不超过10cm，而硬度更大的中风化基岩中几乎无法钻进。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能大幅度提高钻进能力的加压式长螺旋钻孔桩机。

本发明的一个技术解决方案是，提供一种加压式长螺旋钻孔桩机，它包括底盘、主桅杆、连接有长螺旋钻杆的动力头、主卷扬机和牵引绳，主桅杆固定在底盘上，动力头与主桅杆滑配合，主桅杆上设有桅顶定滑轮，主卷扬机与牵引绳一端固定，牵引绳绕过桅顶定滑轮且牵引绳的另一端与动力头固定，底盘上固定有一个加压卷扬机，底盘和动力头之间设有一个滑轮组，滑轮组包括一组固定在动力头上的上滑轮、一组固定在底盘上的下滑轮和连接两组滑轮的钢丝绳，钢丝绳一端与加压卷扬机连接，另一端与底盘固定。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种能大幅度提高钻进能力的利用加压式长螺旋钻孔桩机钻孔的方法。

本发明的另一个技术解决方案是，提供一种利用加压式长螺旋钻孔桩机钻孔的方法，其步骤包括：

a、在普通长螺旋钻孔桩机的底盘上安装一组下滑轮和加压卷扬机，在动力头上安装一组上滑轮，用与加压卷扬机连接的钢丝绳绕过各个滑轮以形成滑轮组并将该钢丝绳末端与底盘固定；

b、正常启动动力头，使得长螺旋钻杆钻入土层，土体随着长螺旋钻杆的螺旋叶片被推送至地面；

c、一旦长螺旋钻杆的钻头尖触至岩石，启动加压卷扬机，拉紧钢丝绳，并经过滑轮组的作用将加压卷扬机的牵引力加大数倍施加给动力头，使得动力头经钻杆加压到钻头尖和钻头耙以钻碎岩石。

本发明加压式长螺旋钻孔桩机及利用该桩机钻孔的方法与现有技术相比，具有以下优点和效果：

由于该桩机及钻孔方法利用了滑轮组原理，将加压卷扬机的牵引力放大作用给动力头，克服了现有技术中动力头能力有限的局限，大幅度提高了钻进能力，效果显著，具体的说，在大粒径卵石层和强风化基岩中钻进速度明显提升，每小时能钻进3.6m～4.8m，而硬度更大的中风化基岩中，每小时也能钻进1.2m～1.6m。

作为改进，上滑轮组包括四个上滑轮，下滑轮组包括三个下滑轮，钢丝绳从加压卷扬机引出再依次绕过第一下滑轮、第一上滑轮、第二下滑轮、第二上滑轮、第三上滑轮、第三下滑轮和第四上滑轮后与底盘固定，以上结构的滑轮组，本质上说就是各个下滑轮为定滑轮而各个上滑轮为动滑轮的滑轮组，有一段钢丝绳与加压卷扬机连接而六段钢丝绳与动力头连接，这样，加压卷扬机的牵引力正好放大6倍，上述滑轮组的设计，是经过反复精密计算和长期实践筛选出的最佳方案，因为钻进压力放大倍数超过6倍，钻头尖和钻头耙钻孔的压力可能超过承受范围造成破坏，各段钻杆之间的连接法兰盘也可能因无法承受如此巨大的扭矩而破坏，如果放大倍数小于6倍，则对钻进能力的提升不明显。

作为再改进，第二下滑轮、第三下滑轮与四个上滑轮位于同一个竖直面，第一下滑轮与该竖直面垂直，同一个滑轮组的全部滑轮理论上位于同一个平面受力效果最好，但将第一下滑轮扭转90度使其与其它滑轮垂直，这样不会对受力效果造成不利影响，而且关键是将钢丝绳扭转了90度，进而也将钢丝绳末端的加压卷扬机的位置改变了90度，使得加压卷扬机固定在底盘上成为可能。

作为又改进，底盘上设有一根带水平轴的轮座，水平轴上间隙套合有一个导向滑轮，水平轴与第一下滑轮的轮轴平行，加压卷扬机与第一下滑轮之间的钢丝绳绕过导向滑轮，这样，导向滑轮抬升了加压卷扬机与第一下滑轮之间的钢丝绳，避免该钢丝绳过于贴近底盘而与底盘上其他部件发生干涉，而且，该导向滑轮可以沿着水平轴滑移，防止钢丝绳缠绕打绞。

作为进一步改进，第二上滑轮和第三上滑轮的位置高于第一上滑轮和第四上滑轮，这样，位于中间的两个上滑轮的位置被抬升了，这样，避免与动力头上同样位置的用于与主桅杆配合的抱箍发生触碰干涉。

作为又进一步改进，它还包括蓄水箱、高压泵、胶皮水管、输水钢管和两个喷嘴，上述部件依次连通，输水钢管焊接在长螺旋钻杆的芯管内，输水钢管下端分叉为两根分别与两个喷嘴连通的分管，每个喷嘴焊接在长螺旋钻杆的一个钻头耙上。而且，步骤a还包括将输水钢管与钻杆的芯管焊接，将与输水钢管连通的两个喷嘴分别与钻杆的两个钻头耙焊接，并将输水钢管经胶皮水管与高压泵及蓄水箱连通；步骤c中在启动加压卷扬机的同时启动高压泵，将冷却水经胶皮水管和输水钢管传送至喷嘴喷出，以冷却钻头耙和钻头尖。这样，能避免在钻进岩石的过程中，产生的高温烧坏钻头尖和钻头耙。

附图说明

图1是本发明加压式长螺旋钻孔桩机的结构示意图。

图2是本发明加压式长螺旋钻孔桩机的水冷系统的结构示意图。

图3是本发明加压式长螺旋钻孔桩机的钻杆底部的正视放大结构示意图。

图4是本发明加压式长螺旋钻孔桩机的动力头与主桅杆连接结构的俯视结构示意图。

图中所示1、底盘，2、主桅杆，3、钻杆，4、动力头，5、主卷扬机，6、牵引绳，7、桅顶定滑轮，8、加压卷扬机，9、钢丝绳，10、第一下滑轮，11、第一上滑轮，12、第二下滑轮，13、第二上滑轮，14、第三上滑轮，15、第三下滑轮，16、第四上滑轮，17、水平轴，18、轮座，19、导向滑轮，20、蓄水箱，21、高压泵，22、胶皮水管，23、输水钢管，24、喷嘴，25、芯管，26、钻头耙，27、螺旋叶片，28、钻头尖，29、抱箍，30、导轨，31、锚环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明加压式长螺旋钻孔桩机，它包括底盘1、主桅杆2、连接有长螺旋钻杆3的动力头4、主卷扬机5、牵引绳6和泵送砼附属设备。主桅杆2固定在底盘1上，动力头4与主桅杆2滑配合，主桅杆2上设有桅顶定滑轮7，主卷扬机5与牵引绳6一端固定，牵引绳6绕过桅顶定滑轮7且牵引绳6的另一端与动力头4固定。钻杆3的芯管25的外圆周面上从上到下全部设有螺旋叶片27。钻杆3的芯管25的底端为带活门的钻头尖28，而且为了增大钻杆3的钻进能力，在螺旋叶片27的底端也焊接了两个钻头耙26，两钻头耙26分居钻头尖28两侧与钻头尖28一起钻进形成锅底形的桩端孔。泵送砼附属设备与钻杆3的芯管25连通。底盘1上设有配重块。

底盘1上固定有一个加压卷扬机8。底盘1和动力头4之间设有一个滑轮组，滑轮组包括一组固定在动力头4上的上滑轮、一组固定在底盘1上的下滑轮和连接两组滑轮的钢丝绳9，钢丝绳9一端与加压卷扬机8连接，另一端与底盘1固定。具体的说，上滑轮组包括四个上滑轮，下滑轮组包括三个下滑轮，钢丝绳9从加压卷扬机8引出再依次绕过第一下滑轮10、第一上滑轮11、第二下滑轮12、第二上滑轮13、第三上滑轮14、第三下滑轮15和第四上滑轮16后与底盘1固定。钢丝绳9与底盘1固定是指，底盘1上设有锚环31，钢丝绳9绑扎在锚环31上。第二下滑轮12、第三下滑轮15与四个上滑轮位于同一个竖直面，第一下滑轮10与该竖直面垂直。底盘1上设有一根带水平轴17的轮座18，轮座18包括两根立柱和一根水平轴17，水平轴17两端分别与立柱顶端固定。水平轴17上间隙套合有一个导向滑轮19，水平轴17与第一下滑轮10的轮轴平行，钢丝绳9位于加压卷扬机8与第一下滑轮10之间的绳段绕过导向滑轮19。第二上滑轮13和第三上滑轮14的位置高于第一上滑轮11和第四上滑轮16，这是为了躲避动力头4上位于同样位置的用于与主桅杆2配合的抱箍29。更具体的说，主桅杆2上固定有两根竖直的导轨30，而抱箍29套合在导轨30上。

该桩机还包括蓄水箱20、高压泵21、胶皮水管22、输水钢管23和两个喷嘴24，蓄水箱20、高压泵21、胶皮水管22、输水钢管23和两个喷嘴24依次连通，输水钢管23焊接在长螺旋钻杆3的芯管25内，输水钢管23下端分叉为两根分别与两个喷嘴24连通的分管，每个喷嘴24焊接在长螺旋钻杆3的一个钻头耙26上。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明利用加压式长螺旋钻孔桩机钻孔的方法，其步骤如下。

a、在普通长螺旋钻孔桩机的底盘1上安装一组下滑轮和加压卷扬机8，在动力头4上安装一组上滑轮，用与加压卷扬机8连接的钢丝绳9绕过各个滑轮以形成滑轮组并将该钢丝绳9末端与底盘1的锚环31固定；并将输水钢管23与钻杆3的芯管25焊接，将与输水钢管23连通的两个喷嘴24分别与钻杆3的两个钻头耙26焊接，并将输水钢管23经胶皮水管22与高压泵21及蓄水箱20连通。

b、正常启动动力头4，使得长螺旋钻杆3钻入土层，土体随着长螺旋钻杆3的螺旋叶片27被推送至地面。

c、一旦长螺旋钻杆3的钻头尖28触至岩石，启动加压卷扬机8，拉紧钢丝绳9，并经过滑轮组的作用将加压卷扬机8的牵引力加大数倍施加给动力头4，使得动力头4经钻杆3加压到钻头尖28和钻头耙26以钻碎岩石，碎岩石随着螺旋叶片27被推送至地面。在启动加压卷扬机8的同时启动高压泵21，将冷却水经胶皮水管22和输水钢管23传送至喷嘴24喷出，以冷却钻头耙26和钻头尖28。

d、钻孔达设计标高后，通过泵送砼附属设备将砼料输送入钻杆3芯管25内，芯管25底端活门在砼料自重下开启实现对孔内灌注，一边泵送砼一边提拔钻杆3，直至钻头尖28到达地表，最后插入钢筋笼成桩。

Claims (4)

1.一种加压式长螺旋钻孔桩机，它包括底盘(1)、主桅杆(2)、连接有长螺旋钻杆(3)的动力头(4)、主卷扬机(5)和牵引绳(6)，主桅杆(2)固定在底盘(1)上，动力头(4)与主桅杆(2)滑配合，主桅杆(2)上设有桅顶定滑轮(7)，主卷扬机(5)与牵引绳(6)一端固定，牵引绳(6)绕过桅顶定滑轮(7)且牵引绳(6)的另一端与动力头(4)固定，其特征在于：底盘(1)上固定有一个加压卷扬机(8)，底盘(1)和动力头(4)之间设有一个滑轮组，滑轮组包括一组固定在动力头(4)上的上滑轮、一组固定在底盘(1)上的下滑轮和连接两组滑轮的钢丝绳(9)，钢丝绳(9)一端与加压卷扬机(8)连接，另一端与底盘(1)固定；

上滑轮组包括四个上滑轮，下滑轮组包括三个下滑轮，钢丝绳(9)从加压卷扬机(8)引出再依次绕过第一下滑轮(10)、第一上滑轮(11)、第二下滑轮(12)、第二上滑轮(13)、第三上滑轮(14)、第三下滑轮(15)和第四上滑轮(16)后与底盘(1)固定；

第二下滑轮(12)、第三下滑轮(15)与四个上滑轮位于同一个竖直面，第一下滑轮(10)与该竖直面垂直。

2.根据权利要求1所述的加压式长螺旋钻孔桩机，其特征在于：底盘(1)上设有带一根水平轴(17)的轮座(18)，水平轴(17)上间隙套合有一个导向滑轮(19)，水平轴(17)与第一下滑轮(10)的轮轴平行，加压卷扬机(8)与第一下滑轮(10)之间的钢丝绳(9)绕过导向滑轮(19)。

3.根据权利要求1所述的加压式长螺旋钻孔桩机，其特征在于：第二上滑轮(13)和第三上滑轮(14)的位置高于第一上滑轮(11)和第四上滑轮(16)。

4.根据权利要求1所述的加压式长螺旋钻孔桩机，其特征在于：它还包括蓄水箱(20)、高压泵(21)、胶皮水管(22)、输水钢管(23)和两个喷嘴(24)，上述部件依次连通，输水钢管(23)焊接在长螺旋钻杆(3)的芯管(25)内，输水钢管(23)下端分叉为两根分别与两个喷嘴(24)连通的分管，每个喷嘴(24)焊接在长螺旋钻杆(3)的一个钻头耙(26)上。