CN104481408A - 一种适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋挖成孔灌注桩施工技术。本发明的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，包括钻筒，所述钻筒底部沿筒壁圆周设置有筒底截齿，所述钻筒顶部设置有带缺口的顶部钢板，所述顶部钢板下底面连接有加强钢板，所述加强钢板上设置有筒内截齿。通过在钻筒底部和钻筒内部设置的截齿，并合理布置筒底截齿的切入角、前倾角及截齿间距，施工时筒底截齿与岩层的接触有序、可对岩面的破坏区域更大，结合筒内截齿的作用，使该截齿筒钻不仅能破坏钻筒筒底周边岩层，还能在得到边界自由面后，通过筒内截齿破坏筒内外围岩层，可将岩层尽量粉碎，使得截齿筒钻可下挖的深度更深，减少提起筒钻清理岩渣的次数，提高旋挖效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋挖成孔灌注桩施工技术，特别涉及一种适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻及使用方法。
背景技术
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械，主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，旋挖钻孔技术因其成桩质量好、效率高及污染小等优势被广泛应用于灌注桩施工中。旋挖钻头可分螺旋钻头与筒钻钻头，而筒钻又可分取芯与不取芯两类，均在钻头底部安装截齿以破坏岩层。对于硬度大，深度大及施工困难的基岩地层，可使用螺旋钻头与取芯筒钻开挖取土，但对于超大直径灌注桩施工难度却很大。而采用不取芯筒钻首先开挖自由临边，再破坏筒内岩层，并通过捞砂斗清除岩渣，成为解决上述岩层桩孔施工的有效方式。而目前的不取芯筒钻技术中，截齿只布置于筒钻底部，只能环切周边，为后续施工提供破坏自由面，而且也无法对孔内岩层进行破坏，效率不高。
目前市场上的取芯筒钻式的旋挖钻机，如三一重工SR460、中国南车TR550、徐工XR460D等的最大开挖孔径虽均超过3m，但该类筒钻的截齿布置是针对全断面开挖，而不取芯筒钻针对筒底附近，受力集中，效果更加。在桩基施工过程中，常规的桩径通常不超过3m，目前尚无适用于桩径3m以上的不取芯筒钻的报告。
另一方面，常用筒钻的截齿沿筒底全同阵列布置于筒钻底部，或随意布置。全同阵列布置时，所有齿尖同时接触岩层，且与岩面接触的径向位置相同，对临边附近岩石破坏效果不佳，且浪费截齿，而随意布置可能导致平面内只有某些截齿起作用，缩短截齿寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种适用于超大直径旋挖桩施工且能提高旋挖效率的截齿筒钻及使用方法，该筒钻不仅能有效破坏筒底周边岩层，还能破坏筒内外围岩层。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，包括钻筒，所述钻筒底部沿筒壁圆周设置有筒底截齿，所述钻筒内设置有加强钢板，所述加强钢板上设置有筒内截齿。
作为优选，所述筒底截齿包括截齿中心线偏向钻筒外的外齿、截齿中心线偏向钻筒内的内齿和无偏向的中齿，并且，在水平面上，所述外齿、内齿的中心线与截面圆上该点的切线形成锐角的切入角，在竖直面上，所有截齿中心线与截面圆上该点的切线形成锐角的前倾角；所述截齿沿钻筒圆周方向等间距布置，且所述外齿、中齿和内齿三个为一组均布设置在钻筒底部。
将筒底截齿设置不同的切入角，在施工时，无偏向的中齿最先与岩面接触并破坏附近的岩面，随后内齿与外齿相继接触岩层，这样设置使得筒底截齿对岩面的破坏区域更大，截齿筒钻下钻时更容易往下挖；外齿、中齿和内齿三个为一组地均布设置，使钻筒圆周上与岩面接触均匀，整个截齿筒钻旋挖施工时运转更平稳。
作为优选，所述外齿和内齿的切入角为15°至25°，中齿的切入角为0°，所有筒底截齿的前倾角均为45°至60°，且筒底截齿之间的间距为50cm-70cm。
作为优选，所述钻筒顶部还连接有带缺口的顶部钢板，所述顶部钢板的缺口设置在靠近钻筒壁处。通过顶部钢板的缺口，在截齿筒钻向下旋挖时，部分岩渣可通过顶部钢板的缺口漏入筒钻以上，使得截齿筒钻单次下钻深度增大，减小了旋挖次数，提高工作效率。
作为优选，所述加强钢板呈十字形布置于顶部钢板下底面，其中一组加强钢板穿过顶部钢板缺口面的中心线。对钻筒上部进行加强，增加顶部钢板与旋挖钻机连接的强度，减少因连接部件强度不够造成施工故障。
作为优选，所述筒内截齿设置在加强钢板上靠近钻筒壁侧，且在靠近钻筒中心四周的加强钢板上也设置有截齿。独特设计的筒内截齿，使该截齿筒钻不仅能破坏钻筒筒底周边岩层，还能在得到边界自由面后，通过筒内截齿破坏筒内外围岩层，可将岩层尽量粉碎，并可通过顶部钢板上的缺口上漏部分岩渣，使得截齿筒钻可下挖的深度更深，减少提起筒钻清理岩渣的次数，提高旋挖效率。
作为优选，所述顶部钢板上顶面焊接有法兰，所述法兰设置在顶部钢板的板面中心处。法兰用来与旋挖钻机连接。
作为优选，所述钻筒下端设有加强段，下端的筒壁比上端厚。在施工时，钻筒下部由于直接与岩层接触，会受到很大的阻力，设置加强段起到加强的作用，使钻筒的使用寿命更长。
一种适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻的使用方法，首先通过法兰将截齿筒钻安装在旋挖钻机的机头上，利用旋挖钻机带动截齿筒钻旋转开钻，筒底截齿最先与岩面接触并破坏附近岩面，截齿筒钻不断下挖，直至筒内截齿接触筒内岩面，直到难以掘进时，上提截齿筒钻，换用捞砂斗捞出岩渣，然后再继续放下截齿筒钻开挖。
作为优选，所述旋挖钻机的转动采用动静耦合的加载方式，先是静压使岩面受截齿压力，再通过突然施加的动态脉冲快速破坏岩层。
作为优选，施工前通过“梅花型成孔”或“逐级扩孔成孔”的紧前工序在岩面创造内部临边的自由面。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、 通过在钻筒底部和钻筒内部设置的截齿，并合理布置筒底截齿的切入角、前倾角及截齿间距，施工时筒底截齿与岩层的接触有序、可对岩面的破坏区域更大，结合筒内截齿的作用，使该截齿筒钻不仅能破坏钻筒筒底周边岩层，还能在得到边界自由面后，通过筒内截齿破坏筒内外围岩层，可将岩层尽量粉碎，使得截齿筒钻可下挖的深度更深，减少提起筒钻清理岩渣的次数，提高旋挖效率。
2、 在钻筒的顶部设置的带缺口的顶部钢板，能通过顶部钢板的缺口，在截齿筒钻向下旋挖时，部分岩渣可通过顶部钢板的缺口漏入筒钻以上，使得截齿筒钻单次下钻深度增大，减小了旋挖次数，提高工作效率。
附图说明：
图1为本发明的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻的结构示意图。
图2为本发明的截齿筒钻的仰视图。
图3为本发明的截齿筒钻的截齿结构示意图。
图中标记：1-钻筒，2-顶部钢板，3-加强钢板，4-加强槽钢，5-筒底截齿，6-筒内截齿，7-法兰，8-加强段，其中，3-1为1号加强钢板，3-2为2号加强钢板，3-3为3号加强钢板；5-1为外齿，5-2为内齿，5-3为中齿。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
本实施例中，该截齿筒钻的钻筒筒径为3m，壁厚为50mm，配套使用的旋挖钻机为SR420II旋挖钻机。
如图1所示，一种适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，包括钻筒1，所述钻筒1底部沿筒壁圆周设置有筒底截齿5，所述钻筒1内设置有加强钢板3，所述加强钢板3上设置有筒内截齿6。
如图3所示，所述筒底截齿5包括截齿中心线偏向钻筒外的外齿5-1、截齿中心线偏向钻筒内的内齿5-2和无偏向的中齿5-3，并且，在水平面上，所述外齿、内齿的中心线与截面圆上该点的切线形成锐角的切入角，在竖直面上，所有截齿中心线与截面圆上该点的切线形成锐角的前倾角；所述截齿沿钻筒圆周方向等间距布置，且所述外齿5-1、中齿5-3和内齿5-2三个为一组均布设置在钻筒1上。
在本实施例中，将筒底截齿5设置不同的切入角，在施工时，无偏向的中齿5-3最先与岩面接触并破坏附近的岩面，随后内齿5-2与外齿5-1相继接触岩层，这样设置使得筒底截齿5对岩面的破坏区域更大，截齿筒钻下钻时更容易往下挖；外齿、中齿和内齿三个为一组地均布设置，使钻筒1下部圆周上与岩面接触均匀，整个截齿筒钻旋挖施工时运转更平稳。
在本实施例中，所述外齿和内齿的切入角设置为20°，中齿的切入角为0°，所有筒底截齿5的前倾角均为45°，且筒底截齿5之间的间距设为50cm。
如图2所示，所述钻筒1顶部还连接有带缺口的顶部钢板2，所述顶部钢板2的缺口设置在靠近钻筒壁处。本实施例中，缺口设置为两个大小相同的形状，对称设置在顶部钢板2的中心两侧，通过顶部钢板2的缺口，在截齿筒钻向下旋挖时，部分岩渣可通过顶部钢板2的缺口漏入该截齿筒钻以上，使得截齿筒钻单次下钻深度增大，减小了旋挖次数，提高工作效率。
如图2所示，所述加强钢板3呈十字形布置，且加强钢板3与顶部钢板2下底面连接，其中一组加强钢板3与顶部钢板2缺口面的中心线平行。对钻筒1上部进行加强，增加顶部钢板2及与旋挖钻机连接的强度，可减少因连接部件强度不够造成施工故障。
本实施例中，顶部钢板2的缺口面积占圆筒截面积的1/3~1/2，将顶部钢板2焊接于钻筒1上部，加强钢板3板宽均为10cm，竖立放置，加强钢板3十字交叉设置，其中一个方向设置两块间距40~60cm的1号加强钢板3-1，两端与筒壁相接；另一个方向的两块平行钢板被1号加强钢板分割成6部分且与1号钢板垂直，在1号加强钢板以内设置间距10~20cm的2号加强钢板3-2，以外设置间距40~60cm的3号加强钢板3-3， 3号加强钢板之间设置与其平行的32号加强槽钢4，数量2块，所述加强槽钢4两端分别与1号加强钢板和钻筒1筒壁连接。
如图2所示，所述筒内截齿6设置在加强钢板3上靠近钻筒壁侧，且在靠近钻筒1中心四周的加强钢板3上也设置有截齿。独特设计的筒内截齿，使该截齿筒钻不仅能破坏钻筒筒底周边岩层，还能在得到边界自由面后，通过筒内截齿破坏筒内外围岩层，可将岩层尽量粉碎，并可通过顶部钢板上的缺口上漏部分岩渣，使得截齿筒钻可下挖的深度更深，减少提起筒钻清理岩渣的次数，提高旋挖效率。
本实施例中，分别在距离1号加强钢板和3号加强钢板与筒壁连接处10cm，排布4个间距10cm的筒内截齿6。距筒壁1m处，各加强钢板上设置1个筒内截齿6，所述筒内截齿6前倾角均为45°。
如图1所示，所述顶部钢板2上顶面焊接有法兰7，所述法兰7设置在顶部钢板2的板面中心处。通过法兰7将该截齿筒钻与旋挖钻机连接。
如图1所示，所述钻筒1下端设有加强段8，下端的筒壁比上端厚。在施工时，钻筒下部由于直接与岩层接触，会受到很大的阻力，设置加强段起到加强的作用，使钻筒的使用寿命更长。
本实施例中，加强段8用焊接的方式连接在钻筒1下端，加强段的筒壁厚度设置为60mm。
结合以上结构，该截齿筒钻的使用方法为：首先通过法兰7将截齿筒钻安装在旋挖钻机的机头上，利用旋挖钻机带动截齿筒钻旋转开钻，筒底截齿5最先与岩面接触并破坏附近岩面，截齿筒钻不断下挖，直至筒内截齿6接触筒内岩面，直到难以掘进时，上提截齿筒钻，换用捞砂斗捞出岩渣，然后再继续放下截齿筒钻开挖。
上述过程中，所述旋挖钻机的转动采用动静耦合的加载方式，先用静压使岩面受截齿压力，再通过突然施加的动态脉冲快速破坏岩层。
上述过程中，施工前通过“梅花型成孔”或“逐级扩孔成孔”的紧前工序在岩面创造内部临边的自由面。
实施例2
本实施例中，该截齿筒钻的钻筒筒径为3m，壁厚为50mm，配套使用的旋挖钻机为SR420II旋挖钻机。
如图1所示，一种适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，包括钻筒1，所述钻筒1底部沿筒壁圆周设置有筒底截齿5，所述钻筒1内设置有加强钢板3，所述加强钢板3上设置有筒内截齿6。
如图3所示，所述筒底截齿5包括截齿中心线偏向钻筒外的外齿5-1、截齿中心线偏向钻筒内的内齿5-2和无偏向的中齿5-3，并且，在水平面上，所述外齿、内齿的中心线与截面圆上该点的切线形成锐角的切入角，在竖直面上，所有截齿中心线与截面圆上该点的切线形成锐角的前倾角；所述截齿沿钻筒圆周方向等间距布置，且所述外齿5-1、中齿5-3和内齿5-2三个为一组均布设置在钻筒1上。
在本实施例中，将筒底截齿5设置不同的切入角，在施工时，无偏向的中齿5-3最先与岩面接触并破坏附近的岩面，随后内齿5-2与外齿5-1相继接触岩层，这样设置使得筒底截齿5对岩面的破坏区域更大，截齿筒钻下钻时更容易往下挖；外齿、中齿和内齿三个为一组地均布设置，使钻筒1下部圆周上与岩面接触均匀，整个截齿筒钻旋挖施工时运转更平稳。
在本实施例中，所述外齿和内齿的切入角设置为25°，中齿的切入角为0°，所有筒底截齿5的前倾角均为60°，且筒底截齿5之间的间距设为70cm。
如图2所示，所述钻筒1顶部还连接有带缺口的顶部钢板2，所述顶部钢板2的缺口设置在靠近钻筒壁处。本实施例中，缺口设置为两个大小相同的形状，对称设置在顶部钢板2的中心两侧，通过顶部钢板2的缺口，在截齿筒钻向下旋挖时，部分岩渣可通过顶部钢板2的缺口漏入该截齿筒钻以上，使得截齿筒钻单次下钻深度增大，减小了旋挖次数，提高工作效率。
如图2所示，所述加强钢板3呈十字形布置，且加强钢板3与顶部钢板2下底面连接，其中一组加强钢板3与顶部钢板2缺口面的中心线平行。对钻筒1上部进行加强，增加顶部钢板2及与旋挖钻机连接的强度，可减少因连接部件强度不够造成施工故障。
本实施例中，顶部钢板2的缺口面积占圆筒截面积的1/3~1/2，将顶部钢板2焊接于钻筒1上部，加强钢板3板宽均为10cm，竖立放置，加强钢板3十字交叉设置，其中一个方向设置两块间距40~60cm的1号加强钢板3-1，两端与筒壁相接；另一个方向的两块平行钢板被1号加强钢板分割成6部分且与1号钢板垂直，在1号加强钢板以内设置间距10~20cm的2号加强钢板3-2，以外设置间距40~60cm的3号加强钢板3-3， 3号加强钢板之间设置与其平行的32号加强槽钢4，数量2块，所述加强槽钢4两端分别与1号加强钢板和钻筒1筒壁连接。
如图2所示，所述筒内截齿6设置在加强钢板3上靠近钻筒壁侧，且在靠近钻筒1中心四周的加强钢板3上也设置有截齿。独特设计的筒内截齿，使该截齿筒钻不仅能破坏钻筒筒底周边岩层，还能在得到边界自由面后，通过筒内截齿破坏筒内外围岩层，可将岩层尽量粉碎，并可通过顶部钢板上的缺口上漏部分岩渣，使得截齿筒钻可下挖的深度更深，减少提起筒钻清理岩渣的次数，提高旋挖效率。
本实施例中，分别在距离1号加强钢板和3号加强钢板与筒壁连接处10cm，排布4个间距10cm的筒内截齿6。距筒壁1m处，各加强钢板上设置1个筒内截齿6，所述筒内截齿6前倾角均为60°。
如图1所示，所述顶部钢板2上顶面焊接有法兰7，所述法兰7设置在顶部钢板2的板面中心处。通过法兰7将该截齿筒钻与旋挖钻机连接。
如图1所示，所述钻筒1下端设有加强段8，下端的筒壁比上端厚。在施工时，钻筒下部由于直接与岩层接触，会受到很大的阻力，设置加强段起到加强的作用，使钻筒的使用寿命更长。
本实施例中，加强段8用焊接的方式连接在钻筒1下端，加强段的筒壁厚度设置为60mm。
结合以上结构，该截齿筒钻的使用方法为：首先通过法兰7将截齿筒钻安装在旋挖钻机的机头上，利用旋挖钻机带动截齿筒钻旋转开钻，筒底截齿5最先与岩面接触并破坏附近岩面，截齿筒钻不断下挖，直至筒内截齿6接触筒内岩面，直到难以掘进时，上提截齿筒钻，换用捞砂斗捞出岩渣，然后再继续放下截齿筒钻开挖。
上述过程中，所述旋挖钻机的转动采用动静耦合的加载方式，先用静压使岩面受截齿压力，再通过突然施加的动态脉冲快速破坏岩层。
上述过程中，施工前通过“梅花型成孔”或“逐级扩孔成孔”的紧前工序在岩面创造内部临边的自由面。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (11)
1.一种适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，包括钻筒，所述钻筒底部沿筒壁圆周设置有筒底截齿，其特征在于，所述钻筒内设置有加强钢板，所述加强钢板上设置有筒内截齿。
2.根据权利要求1所述的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，其特征在于，所述筒底截齿包括截齿中心线偏向钻筒外的外齿、截齿中心线偏向钻筒内的内齿和无偏向的中齿，并且，在水平面上，所述外齿、内齿的中心线与截面圆上该点的切线形成锐角的切入角，在竖直面上，所有截齿中心线与截面圆上该点的切线形成锐角的前倾角；所述截齿沿钻筒圆周方向等间距布置，且所述外齿、中齿和内齿三个为一组均布设置在钻筒上。
3. 根据权利要求2所述的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，其特征在于，所述外齿和内齿的切入角为15°至25°，所有筒底截齿的前倾角均为45°至60°，且筒底截齿之间的间距为50cm-70cm。
4. 根据权利要求1所述的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，其特征在于，所述钻筒顶部还连接有带缺口的顶部钢板，所述顶部钢板的缺口设置在靠近钻筒壁处。
5. 根据权利要求4所述的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，其特征在于，所述加强钢板呈十字形布置，且加强钢板与顶部钢板下底面连接，其中一组加强钢板与顶部钢板缺口面的中心线平行。
6. 根据权利要求1或5所述的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，其特征在于，所述筒内截齿设置在加强钢板上靠近钻筒壁侧，且在靠近钻筒中心四周的加强钢板上也设置有截齿。
7. 根据权利要求1或4所述的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，其特征在于，所述顶部钢板上顶面焊接有法兰，所述法兰设置在顶部钢板的板面中心处。
8. 根据权利要求1所述的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻，其特征在于，所述钻筒下端设有加强段，下端的筒壁比上端厚。
9. 一种适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻的使用方法，首先通过法兰将权利要求1所述的截齿筒钻安装在旋挖钻机的机头上，利用旋挖钻机带动截齿筒钻旋转开钻，筒底截齿最先与岩面接触并破坏附近岩面，截齿筒钻不断下挖，直至筒内截齿接触筒内岩面，直到难以掘进时，上提截齿筒钻，换用捞砂斗捞出岩渣，然后再继续放下截齿筒钻开挖。
10. 根据权利要求9所述的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻的使用方法，其特征在于，所述旋挖钻机的转动采用动静耦合的加载方式，先是静压使岩面受截齿压力，再通过突然施加的动态脉冲快速破坏岩层。
11. 根据权利要求9或10所述的适用于超大直径旋挖桩施工的截齿筒钻的使用方法，其特征在于，施工前通过“梅花型成孔”或“逐级扩孔成孔”的紧前工序在岩面创造内部临边的自由面。
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