CN104563887B - 组合式螺纹挤土成孔砂井钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种组合式螺纹挤土成孔砂井钻头，固定于钻杆的下端，包括中空连接杆、十字螺旋连接片、挤土套筒、锥尖装置以及螺纹；所述中空连接杆位于所述挤土套筒内的轴线处，其上端凸出于所述挤土套筒，并与所述钻杆连接，下端位于所述挤土套筒内；所述十字螺旋连接片呈螺旋桨状的固定于所述中空连接杆的外壁，其包括多个叶片，多个所述叶片的端部均连接所述挤土套筒的内壁；所述锥尖装置铰接固定于所述挤土套筒的下端，所述螺纹呈螺旋状布设于所述挤土套筒和所述锥尖装置的外侧。所述组合式螺纹挤土成孔砂井钻头具有无泥浆排放、无取土形成的固体废弃物、施工噪音小、环保施工、社会效益明显以及可提高工作效率等有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种组合式螺纹挤土成孔砂井钻头，属于铁路、公路、市政道路、港口码头、机场等交通领域，应用于土建工程的软土地基处理。
背景技术
目前钻机成孔配备的钻头主要有3种形式，分为岩心管钻头、螺纹钻头和水冲钻头。砂井成孔方式主要有套管成孔法（袋装砂井、砂桩采用）、履带臂架式成孔（塑料排水板采用），用钻机设备成孔后，向灌入中粗砂形成砂井，受施工工艺和施工成本限制，极少采用。
钻机成孔与套管成孔法（袋装砂井、砂桩采用）、履带臂架式成孔（塑料排水板采用）相比，成孔深度不受限制，施工高度受限小，能够在施工高度受限时使用，并且能处理深厚软土。
岩心管钻头由钻杆连接器、岩心管、钻头三部分组成，钻进过程中通过钻头切割岩土体，使岩土进入岩心管，提出钻头并取出岩土体后，循环钻进，直至钻至设计孔深。岩心管钻进工艺较为复杂，一般以采取岩土样（尤其是原状样）作为钻探目的，如果只需要成孔，无需取样时，就显得效率低下，成本高，提升钻头时，钻头底部会形成局部负压，容易导致塌孔和缩颈。
螺纹钻头取土钻进，是通过螺纹叶片切割土体来向下钻进，提升钻头时，螺纹带出土体，形成钻孔，取下带出土体后循环钻进，直至设计孔深。螺纹取土钻进成孔效率要高于岩心管钻进，由于需要反复提出钻头，钻进成孔效率低下，提升钻头时，钻头底部会形成局部负压，容易导致塌孔和缩颈。
水冲钻进是通过喷射高压水来切割土体，形成液态泥浆，抽出泥浆后形成钻孔。水冲钻进成孔质量无法保证，大量的循环泥浆污染环境，一般不作为单独成孔的施工工艺。
对于砂井而言，在软弱土层中成孔，效率和成孔质量同样重要。无论是岩心管钻进还是螺纹钻进，都需要反复提升钻头，取出土样，成孔效率低下，且取样时孔底局部形成负压，容易导致塌孔和缩颈。由于地层的不均匀性，水冲钻进成孔的孔径不均，且大量形成泥浆，对环境污染严重，一般不作为单独成孔措施。而对于深厚软土而言，还需要解决成孔深度问题。
因此有必要设计一种组合式螺纹挤土成孔砂井钻头，以克服上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种无泥浆排放，无取土形成的固体废弃物，施工噪音小，环保施工，社会效益明显，且可提高工作效率的组合式螺纹挤土成孔砂井钻头。
本发明是这样实现的：
本发明提供一种组合式螺纹挤土成孔砂井钻头，固定于钻杆的下端，包括中空连接杆、十字螺旋连接片、挤土套筒、锥尖装置以及螺纹；所述中空连接杆位于所述挤土套筒内的轴线处，其上端凸出于所述挤土套筒，并与所述钻杆连接，下端位于所述挤土套筒内；所述十字螺旋连接片呈螺旋桨状的固定于所述中空连接杆的外壁，其包括多个叶片，多个所述叶片的端部均连接所述挤土套筒的内壁；所述锥尖装置铰接固定于所述挤土套筒的下端，所述螺纹呈螺旋状布设于所述挤土套筒和所述锥尖装置的外侧。
进一步地，所述中空连接杆的底部设有滤网。
进一步地，所述滤网的孔径小于0.25mm。
进一步地，所述挤土套筒的上端的外径小于其下端的外径。
进一步地，所述锥尖装置为活瓣锥尖或预制锥尖。
进一步地，所述活瓣锥尖通过铰链固定于所述挤土套筒的下端，且所述铰链位于所述挤土套筒的内侧。
进一步地，所述活瓣锥尖包括6-12瓣，每相邻两瓣之间采用企口缝相接。
进一步地，所述预制锥尖通过预留插孔与所述挤土套筒的插件相接。
本发明具有以下有益效果：
所述组合式螺纹挤土成孔砂井钻头采用挤压成孔技术，避免了钻孔取土环节，大大地提高了工效，同时避免了水冲成孔和钻孔取芯对砂垫层的污染；挤土成孔与取土成孔相比，避免了反复提升钻头，大大提高了工效；与水冲成孔相比，成孔直径均匀，没有泥浆污染，施工较为环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的组合式螺纹挤土成孔砂井钻头的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的挤土套筒的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2，本发明实施例提供一种组合式螺纹挤土成孔砂井钻头，固定于钻杆的下端，包括中空连接杆1、十字螺旋连接片2、挤土套筒3、锥尖装置以及螺纹6。
如图1和图2，所述中空连接杆1位于所述挤土套筒3内的轴线处，其上端凸出于所述挤土套筒3，并与所述钻杆连接，下端位于所述挤土套筒3内。在本较佳实施例中，所述中空连接杆1的连接杆直径宜与钻杆直径相等，中空圆孔直径宜与钻杆内径相等，便于钻孔循环液循环；顶部与钻杆相连接，连接采用特殊连接方式，需要满足钻杆正反转动要求；底部为设有滤网的循环液进出孔，滤网孔径小于0.25mm，防止中粗砂颗粒进入。
如图1和图2，所述十字螺旋连接片2呈螺旋桨状的固定于所述中空连接杆1的外壁，其包括多个叶片，多个所述叶片的端部均连接所述挤土套筒3的内壁。在本较佳实施例中，所述十字螺旋连接片2具有足够的强度，保证挤土套筒3与中空连接杆1同步转动；所述十字螺旋连接片2呈螺旋桨状，当组合式螺纹挤土成孔砂井钻头逆时针旋转时，起到压实中粗砂的作用，同时提供组合式螺纹挤土成孔砂井钻头向上的反作用力。
如图1和图2，所述挤土套筒3的内壁通过十字螺旋连接片2与中空连接杆1相连，主要起挤土作用，上端为开口式，为中粗砂及循环液进口，下端连接锥尖装置，所述挤土套筒3的上端的外径小于其下端的外径，即挤土套筒3顶部略微收窄，在钻孔有轻微缩颈时，起到恢复砂井成孔直径的作用。
如图1和图2，所述锥尖装置铰接固定于所述挤土套筒3的下端，所述螺纹6呈螺旋状布设于所述挤土套筒3和所述锥尖装置的外侧，当组合式螺纹挤土成孔砂井钻头顺时针转动时，给组合式螺纹挤土成孔砂井钻头提供向下动力；组合式螺纹挤土成孔砂井钻头逆时针旋转时，提供向上动力。其中，所述锥尖装置为活瓣锥尖4或预制锥尖。所述活瓣锥尖4通过铰链固定于所述挤土套筒3的下端，且所述铰链位于所述挤土套筒3的内侧，铰链需要有足够的强度保证活瓣锥尖4与挤土套筒3同步转动。所述活瓣锥尖4包括6-12瓣，每相邻两瓣之间采用企口缝相接，防止淤泥进入所述挤土套筒3的内部。所述预制锥尖为一次性锥尖，可替代活瓣桩尖，其由多孔隙细粒混凝土制成，并通过预留插孔与所述挤土套筒3的底部设有的插件相接。插孔为梯形，挤土套筒3逆时针旋转时自动脱落；预制锥尖顶部刻有环形凹槽，挤土套筒3插入后可防止淤泥进入挤土套筒3，预制锥尖用模具批量制作，锥体外侧设有螺旋状螺纹6，便于挤土钻进。
所述组合式螺纹挤土成孔砂井钻头具有以下有益效果：
1、组合式螺纹挤土成孔砂井钻头为挤土成孔砂井施工工艺的关键设备，由中空连接杆1、十字螺旋连接片2、挤土套筒3、活瓣锥尖4、螺纹6等部件组成。组合式螺纹钻头挤土成孔砂井充分利用了软土的高压缩性的特性，通过特殊的钻头结构设计和合理的施工工艺设计，有效提高了成孔效率，保证成孔质量，同时防止了泥浆对砂垫层的污染，与复合地基处理软土相比，有着显著的经济效益。
2、与套管成孔法（袋装砂井、砂桩采用）、履带臂架式成孔（塑料排水板采用）相比，所述组合式螺纹挤土成孔砂井钻头成孔深度不受限制，施工高度受限小，能够在施工高度受限时使用，并且能处理深厚软土。
3、与水冲成孔法相比，没有高压水切割软土形成的大量泥浆，所述组合式螺纹挤土成孔砂井钻头不会对砂垫层形成污染；成孔直径均匀，而水冲成孔法成孔孔径无法得到保证，容易塌孔。
4、与岩心管取土钻进成孔、螺旋钻进成孔法相比，所述组合式螺纹挤土成孔砂井钻头不需要反复提出钻头取土，工效高；岩心管取土及螺旋钻头取土时，孔内局部形成负压，钻孔易缩颈和塌孔，且取出的软土容易污染砂垫层。
目前国内对深厚软土地基的处理方法较少，通常采用薄壁管桩穿透软土形成复合地基的方式进行处理，道路工程常用桥梁形式跨越深厚软土。本专利提出的所述组合式螺纹挤土成孔砂井钻头为挤土成孔砂井施工工艺的关键设备，挤土成孔砂井造价约为薄壁管桩的1/3~1/2，桥梁工程的1/5~1/3，经济效益显著；挤土成孔无泥浆排放，无取土形成的固体废弃物，施工噪音小，环保施工，社会效益明显。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种组合式螺纹挤土成孔砂井钻头，固定于钻杆的下端，其特征在于，包括中空连接杆、十字螺旋连接片、挤土套筒、锥尖装置以及螺纹；
所述中空连接杆位于所述挤土套筒内的轴线处，其上端凸出于所述挤土套筒，并与所述钻杆连接，下端位于所述挤土套筒内；
所述十字螺旋连接片呈螺旋桨状的固定于所述中空连接杆的外壁，其包括多个叶片，多个所述叶片的端部均连接所述挤土套筒的内壁；
所述锥尖装置铰接固定于所述挤土套筒的下端，所述螺纹呈螺旋状布设于所述挤土套筒和所述锥尖装置的外侧，所述中空连接杆的底部设有滤网，所述锥尖装置为活瓣锥尖或预制锥尖，所述活瓣锥尖通过铰链固定于所述挤土套筒的下端，且所述铰链位于所述挤土套筒的内侧，所述预制锥尖通过预留插孔与所述挤土套筒的插件相接。
2.如权利要求1所述的组合式螺纹挤土成孔砂井钻头，其特征在于：所述滤网的孔径小于0.25mm。
3.如权利要求1所述的组合式螺纹挤土成孔砂井钻头，其特征在于：所述挤土套筒的上端的外径小于其下端的外径。
4.如权利要求1所述的组合式螺纹挤土成孔砂井钻头，其特征在于：所述活瓣锥尖包括6-12瓣，每相邻两瓣之间采用企口缝相接。
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