CN104832094B - 长螺旋钻孔扩底成套装置及扩孔方法 - Google Patents

Abstract

长螺旋钻孔扩底成套装置及扩孔方法，本发明涉及桩工机械技术领域，尤其涉及一种长螺旋钻孔扩底成套装置及扩孔方法。本发明提供一种能调整桩孔直径的长螺旋钻孔扩底成套装置及扩孔方法。长螺旋钻孔扩底成套装置包括混凝土灌注回转接头、油缸驱动支架、动力头、钻杆过度接头、内导管、外螺旋钻杆、扩刀装置、钻头、液压系统，所述混凝土灌注回转接头包括弯管、芯管、轴承压盖、轴承、外体、圆螺母、油封、衬圈，所述弯管与芯管焊接成一体，芯管与外体由轴承压盖、轴承、圆螺母和衬圈动连接，本发明融钻孔、扩底、输土和灌注成桩为一体，有很高的作业效率，本发明用于扩孔。

Description

长螺旋钻孔扩底成套装置及扩孔方法

技术领域

本发明涉及桩工机械技术领域，尤其涉及一种长螺旋钻孔扩底成套装置及扩孔方法。

背景技术

长螺旋钻孔扩底工法已应用多年，它不但能增加桩的端承载荷，也能实现桩的抗拔功能，降低桩的基础造价，是非常有价值的一种桩基础形式。就目前国内桩工市场已有的长螺旋钻孔扩底装置来看，问题存在很多，作业效率比较低，成桩质量不尽人意，综合问题如下：

扩刀的驱动机构工作不可靠，如有的靠钻具的重力使扩刀张开，也有的利用牵绳将扩刀拉开，扩刀的收回基本上靠扩刀自重和孔壁来帮助收回，扩刀的扩孔尺寸无法得到保障，扩刀收回因塞土无法收到位，问题存在很多，并且难于解决。有的液压驱动装置将驱动油缸设置在钻头的上端，由于占用输土空间，容易使土体发生堵塞，使切土无法进行。有的将扩刀段不设置叶片，孔腔虚土不容易清理。扩刀结构刚性差，容易发生变形和位移，使切削性能变差。还有的将扩孔与钻孔工序分开，虽然可以保障质量，但是要影响施工速度和施工成本，造成施工上的不便，使用效果不理想。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种能调整桩孔直径的长螺旋钻孔扩底成套装置及扩孔方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种长螺旋钻孔扩底成套装置，包括混凝土灌注回转接头、油缸驱动支架、动力头、钻杆过度接头、内导管、外螺旋钻杆、扩刀装置、钻头、液压系统，所述混凝土灌注回转接头包括弯管、芯管、轴承压盖、轴承、外体、圆螺母、油封、衬圈，所述弯管与芯管焊接成一体，芯管与外体由轴承压盖、轴承、圆螺母和衬圈动连接，油封对轴承腔密封，芯管的两个上端耳板与油缸驱动支架的滑架耳板间用螺栓连接，外体与动力头的内芯之间用螺栓固定连接并随内芯回转。

所述扩刀装置包括外钻杆体、扩刀耳板、扩刀销轴、扩刀、内驱动导管、弧形垫块、连杆销轴、连杆和移动支座，外钻杆体和叶片均开有导槽，扩刀耳板焊在外钻杆体上，由扩刀销轴将扩刀耳板与扩刀的上端孔连接，内驱动导管上焊有移动支座，移动支座与连杆的下端孔用连杆销轴连接，连杆的上端孔与扩刀的中间孔用扩刀中销轴连接。

所述动力头包括电动机、行星减速机、动力箱、连接板、滑座、吊架，所述行星减速机一端和电动机连接，所述行星减速机另一端和动力箱连接，所述连接板的下端面与动力箱连接，所述连接板的上端面与吊架连接，所述滑座与连接板连接，所述行星减速机一端设有小齿轮，所述动力箱内设有大齿圈和空心轴轮毂，所述大齿圈固定连接空心轴轮毂，所述小齿轮啮合大齿圈，所述空心轴轮毂的两端与动力箱之间设置有圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承的上端固定有轴承压盖，所述吊架设置套环和吊架体，套环和吊架体用销轴连接，吊架和动力箱用销轴连接，电动机对称设有2个，空心轴轮毂内套有内芯，所述内芯上端与混凝土灌注回转接头的外体固定连接，所述内芯下端与内导管连接，动力头的内芯在动力头空心轴轮毂内自由滑动和转动。

所述钻杆过度接头上部连接空心轴轮毂输出端，所述钻杆过度接头下部连接外螺旋钻杆，所述内导管是混凝土灌注回转接头与扩刀装置的内驱动导管的连接体，外螺旋钻杆内孔具有内导管。

所述油缸驱动支架包括固定支架、油缸和滑架，所述滑架具有滑架耳板，固定支架通过油缸连接滑架，固定支架由螺栓固定在动力头顶面的安装面上，滑架沿固定支架滑动，所述油缸的缸体耳环与固定支架铰接，油缸的活塞杆耳环与滑架铰接，所述油缸驱动支架对称具有2个。

所述钻头包括钻头体、钻齿和钻尖，其中钻头体由伸出管、法兰、大叶片、小叶片、右耳板、耳板销轴和左耳板组成，钻头体左侧具有左耳板，钻头体右侧具有右耳板，大叶片上焊有钻齿，小叶片也焊有钻齿，钻尖的一侧有一销孔，钻尖与钻头体的右耳板用耳板销轴连接，钻尖与钻头体结合后，钻尖另一侧插入钻头体的左耳板中间。

所述液压系统包括油箱、液压泵组、控制阀和管路，所述油箱通过管路连接液压泵组，所述液压泵组连接油缸，所述管路设有控制阀。

一种扩孔方法，包括以下步骤:

第一步启动动力头带动钻具钻桩孔，达到深度后，操纵液压系统向油缸供油，油缸驱动支架带动内导管上移，并通过连杆将扩刀撑开；

第二步扩刀作扩孔运动，孔腔的虚土由外螺旋钻杆向上带，并且边带动边旋转输送；

第三步扩孔完成后，油缸驱动支架带动内导管下移，将扩刀拉回到原有位置，扩孔结束。

本发明有益效果：

1.融钻孔、扩底、输土和灌注成桩为一体，有很高的作业效率。

扩孔和收刀速度可调到最佳状态。

扩刀运动的推动动作可靠，到位率高，扩孔质量好。

扩刀机构的结构刚性好，在切削阻力作用下，可以保证不变

形和不发生位移，能保证扩孔作业的顺利进行。

有清孔功能，孔底残存的虚土量少，桩的沉降量小。

附图说明

图1为本长螺旋钻孔扩底成套装置结构示意图。

图2为本长螺旋钻孔扩底成套装置侧面结构示意图。

图3为本混凝土灌注回转接头结构示意图。

图4为本发明所述的油缸驱动支架结构示意图。

图5为本发明所述的油缸驱动支架侧面结构示意图。

图6为本发明所述的动力头结构示意图。

图7为本发明所述的动力头侧面结构示意图。

图8为本发明所述的扩刀装置结构示意图。

图9为本发明所述的钻头结构示意图

图10为本发明所述的钻头侧面结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

一种长螺旋钻孔扩底成套装置，包括混凝土灌注回转接头1、油缸驱动支架2、动力头3、钻杆过度接头4、内导管5、外螺旋钻杆6、扩刀装置7、钻头8、液压系统。所述混凝土灌注回转接头1包括弯管10、芯管11、轴承压盖12、轴承13、外体14、圆螺母15、油封16、衬圈17，所述弯管10与芯管11焊接成一体，芯管与外体14由轴承压盖12、轴承13、圆螺母15和衬圈进行动连接，油封16对轴承腔进行密封，衬圈17用于外体14与芯管11之间的旋转密封，芯管11的两个上端耳板11-1与油缸驱动支架2的滑架耳板20-1间用螺栓连接，当油缸轴向位移时，混凝土灌注回转接头也随之动作，外体14与动力头3的内芯之间用螺栓固定连接并随内芯回转。

所述油缸驱动支架2包括固定支架18、油缸19和滑架20，所述滑架具有滑架耳板20-1，固定支架通过油缸19连接滑架20，固定支架由螺栓固定在动力头3顶面的安装面上，滑架20沿固定支架18滑动，滑架20可以在固定支架18上作上下滑动，所述油缸19的缸体耳环19-1与固定支架铰接，油缸19的活塞杆耳环19-2与滑架20铰接，所述油缸驱动支架2对称具有2个，2个油缸采用并联浮动油路连接，2个油缸与油管的连接为并联浮动连接，能很好的控制扩刀的扩孔动作。

所述动力头3包括电动机3-1、行星减速机3-2、动力箱3-3、连接板3-4、滑座以及吊架3-5，所述行星减速机3-2一端和电动机连接，所述行星减速机另一端和动力箱连接，所述连接板的下端面与动力箱连接，所述连接板的上端面与吊架连接，所述滑座与连接板连接，所述行星减速机一端设有小齿轮3-7，所述动力箱内设有大齿圈3-8和空心轴轮毂3-9，所述大齿圈固定连接空心轴轮毂，所述小齿轮啮合大齿圈，所述空心轴轮毂的两端与动力箱之间设置有圆锥滚子轴承3-10，所述圆锥滚子轴承的上端固定有轴承压盖，所述吊架设置套环和吊架体，套环和吊架体用销轴连接，吊架和动力箱用销轴连接，电动机3-1对称设有2个，空心轴轮毂内套有内芯，所述内芯上端与混凝土灌注回转接头1的外体14固定连接，所述内芯下端与内导管5连接，动力头的内芯在动力头空心轴轮毂内自由滑动和转动，动力头的内芯与外钻杆的同步回转由扩刀装置7控制。

所述钻杆过度接头4是动力头3的空心轴轮毂输出端与外螺旋钻杆6的过度连接，所述钻杆过度接头4上部连接空心轴轮毂输出端，所述钻杆过度接头4下部连接外螺旋钻杆6，更换钻杆过度接头可实现不同直径的外螺旋钻杆6与动力头输出端的过度连接。

所述内导管5是混凝土灌注回转接头1与扩刀装置7的内驱动导管25的连接体，能将油缸的动作传给内驱动导管，再通过连杆控制扩刀的张开和收拢。又可以通过内导管浇注混凝土成桩，每节内导管长度与对应的外螺旋钻杆等长，每节内导管5之间的连接为旋扣式结构，即将公接头端的外矩形齿插入母接头端的内矩形齿内，相对旋转一个角度，使矩形齿对齐，为了加固可以再用止动弧形垫块加以固定。

所述外螺旋钻杆6之间为牙嵌齿法兰式连接，法兰之间通过牙嵌齿传递扭矩，外螺旋钻杆内孔具有内导管5。

所述扩刀装置7包括外钻杆体21、扩刀耳板22、扩刀销轴23、扩刀24、内驱动导管25、弧形垫块26、连杆销轴27、连杆28和移动支座29，外钻杆体和叶片均开有导槽21-1，供扩刀和连杆运动时的导向和支撑，下法兰21-2上开有工艺槽，扩刀耳板22焊在外钻杆体21上，由扩刀销轴23将扩刀耳板22与扩刀的上端孔24-1连接，扩刀24与连杆28连接，防止轴向窜出，内驱动导管25上焊有移动支座29，移动支座29与连杆的下端孔28-1用连杆销轴27连接，连接后连同内驱动导管从外钻杆体下法兰的工艺槽插入，连杆销轴由钻杆体导槽限止轴向窜动，之后，将连杆的上端孔28-2与扩刀的中间孔用扩刀中销轴23-1进行连接，连接后扩刀中销轴不突出连杆，用骑缝螺钉将扩刀中销轴与连杆固定，使其在叶片导槽中可以自由滑动。弧形垫块是填充外钻杆体21与内驱动导管间的间隙用。

所述钻头8包括钻头体30、钻齿31和钻尖32，其中钻头体30由伸出管33、法兰34、大叶片35、小叶片36、右耳板37、耳板销轴38和左耳板39组成，钻头体30左侧具有左耳板39，钻头体30右侧具有右耳板37，伸出管33用来填充外钻杆体21与内驱动导管25间的间隙，与弧形垫块26一起，使外钻杆体芯管导槽形成封闭，防止土屑进入管体内，法兰34用来与外钻杆体21连接，大叶片为主叶片，大叶片上焊有钻齿31，主要用来钻土和输土，小叶片是大叶片的切割体，小叶片也焊有钻齿31，但只用来切土，不用来输土，为了使叶片空间不塞土，尽量使叶片体积减小，钻尖32的一侧有一销孔，钻尖32与钻头体的右耳板37用耳板销轴38连接，钻尖与钻头体结合后，钻尖另一侧插入钻头体的左耳板39中间，钻孔作业时，钻尖起定心和封闭钻头体内孔作用，灌注混凝土作业时，钻尖在混凝土重力和自重作用下自动打开，使混凝土通过导管内孔注入桩孔内。

所述液压系统包括油箱、液压泵组、控制阀和管路，所述油箱通过管路连接液压泵组，所述液压泵组连接油缸19，所述管路设有控制阀，所述液压油箱可以借用，液压泵组可以根据扩刀的运动速度选用小排量的齿轮泵即可，控制阀可以选用电磁换向阀加节流调整，便于用按钮控制，

一种扩孔方法，包括以下步骤:

第一步启动动力头带动钻具钻桩孔，达到深度后，操纵液压系统向油缸供油，油缸驱动支架带动内导管上移，并通过连杆将扩刀撑开；

第二步扩刀作扩孔运动，孔腔的虚土由外螺旋钻杆向上带，并且边带动边旋转输送；

第三步扩孔完成后，油缸驱动支架带动内导管下移，将扩刀拉回到原有位置，扩孔结束。

油缸驱动支架的安装：将油缸驱动支架2用螺栓固定在动力头3的上安装平面，然后进行管路连接，两个油缸采用并联浮动油路连接，连接后，要试验油缸的动作并排掉管路中的气体，再将油缸缩回到最低位置。混凝土灌注回转接头和钻杆过度接头的安装：将混凝土灌注回转接头与动力头3的内芯用螺栓固定连接，连同内芯插入动力头空心轴轮毂内，芯管11的两个上端耳板11-1与油缸驱动支架2的滑架耳板20-1间用螺栓连接，再将钻杆过度接头4与动力头3的空心轴轮毂输出端用螺栓连接，连接后内芯下端要露出钻杆固定接头，以便进行下一步的连接。

内导管5与外螺旋钻杆6的连接：将同等长度的内导管5与外螺旋钻杆6套装在一起，注意上、下连接端要一致，先将内导管拉出与动力头的内芯下端连接，连接接头为旋口式，即将动力头3的内芯下端矩齿形公接头插入内导管5上端的矩齿形母接头内，旋转一个角度，使公母矩形齿对正，在矩形齿的空槽处插入一弧形挡板并用螺钉固定，内导管连接完成。外螺旋钻杆为法兰式螺栓连接，法兰间由牙嵌齿传递扭矩。用同样方法完成以下各节的连接。扩刀装置7的内驱动导管25与内导管5的连接和外钻杆体21与外螺旋钻杆6的连接方法同上。钻头8与扩刀装置7之间为法兰式连接，由螺栓固定。

本发明的工作原理为：首先，启动动力头带动钻具钻桩孔，达到深度后，操纵液压系统向油缸供油，油缸驱动支架带动内导管上移，并通过连杆将扩刀撑开。扩孔完成后，操纵液压系统使内导管下移，将扩刀拉回到原有位置。孔腔的虚土可由外螺旋钻杆向上带，并且边带动边旋转输送，必要时，可进行几次清土，以保障桩的质量。在施工时，为了方便施工，扩刀的张开和收回速度由单向节流阀控制。作为优选方案也可以将扩刀的扩孔运动由电控网络系统和传感器将其运动轨迹显示在触摸屏上。利用传感器监控油缸的运动，借以描述扩刀的扩孔运动状态，并通过电控监测网络系统将其图像显示在触摸屏上，操作者根据屏幕上的图像，即可判定扩孔直径是否到位，质量是否达到要求。

Claims (1)

1.一种扩孔方法，其特征是: 长螺旋钻孔扩底成套装置包括混凝土灌注回转接头、油缸驱动支架、动力头、钻杆过度接头、内导管、外螺旋钻杆、扩刀装置、钻头、液压系统，所述混凝土灌注回转接头包括弯管、芯管、轴承压盖、轴承、外体、圆螺母、油封、衬圈，所述弯管与芯管焊接成一体，芯管与外体由轴承压盖、轴承、圆螺母和衬圈动连接，油封对轴承腔密封，芯管的两个上端耳板与油缸驱动支架的滑架耳板间用螺栓连接，外体与动力头的内芯之间用螺栓固定连接并随内芯回转；所述扩刀装置包括外钻杆体、扩刀耳板、扩刀销轴、扩刀、内驱动导管、弧形垫块、连杆销轴、连杆和移动支座，外钻杆体和叶片均开有导槽，扩刀耳板焊在外钻杆体上，由扩刀销轴将扩刀耳板与扩刀的上端孔连接，内驱动导管上焊有移动支座，移动支座与连杆的下端孔用连杆销轴连接，连杆的上端孔与扩刀的中间孔用扩刀中销轴连接；所述动力头包括电动机、行星减速机、动力箱、连接板、滑座、吊架，所述行星减速机一端和电动机连接，所述行星减速机另一端和动力箱连接，所述连接板的下端面与动力箱连接，所述连接板的上端面与吊架连接，所述滑座与连接板连接，所述行星减速机一端设有小齿轮，所述动力箱内设有大齿圈和空心轴轮毂，所述大齿圈固定连接空心轴轮毂，所述小齿轮啮合大齿圈，所述空心轴轮毂的两端与动力箱之间设置有圆锥滚子轴承，所述圆锥滚子轴承的上端固定有轴承压盖，所述吊架设置套环和吊架体，套环和吊架体用销轴连接，吊架和动力箱用销轴连接，电动机对称设有2个，空心轴轮毂内套有内芯，所述内芯上端与混凝土灌注回转接头的外体固定连接，所述内芯下端与内导管连接，动力头的内芯在动力头空心轴轮毂内自由滑动和转动；所述钻杆过度接头上部连接空心轴轮毂输出端，所述钻杆过度接头下部连接外螺旋钻杆，所述内导管是混凝土灌注回转接头与扩刀装置的内驱动导管的连接体，外螺旋钻杆内孔具有内导管；所述油缸驱动支架包括固定支架、油缸和滑架，所述滑架具有滑架耳板，固定支架通过油缸连接滑架，固定支架由螺栓固定在动力头顶面的安装面上，滑架沿固定支架滑动，所述油缸的缸体耳环与固定支架铰接，油缸的活塞杆耳环与滑架铰接，所述油缸驱动支架对称具有2个；所述钻头包括钻头体、钻齿和钻尖，其中钻头体由伸出管、法兰、大叶片、小叶片、右耳板、耳板销轴和左耳板组成，钻头体左侧具有左耳板，钻头体右侧具有右耳板，大叶片上焊有钻齿，小叶片也焊有钻齿，钻尖的一侧有一销孔，钻尖与钻头体的右耳板用耳板销轴连接，钻尖与钻头体结合后，钻尖另一侧插入钻头体的左耳板中间；所述液压系统包括油箱、液压泵组、控制阀和管路，所述油箱通过管路连接液压泵组，所述液压泵组连接油缸，所述管路设有控制阀，包括以下步骤:第一步将油缸驱动支架用螺栓固定在动力头的上安装平面，然后进行管路连接，两个油缸采用并联浮动油路连接，连接后，试验油缸的动作并排掉管路中的气体，再将油缸缩回到最低位置，将混凝土灌注回转接头与动力头的内芯用螺栓固定连接，连同内芯插入动力头空心轴轮毂内，芯管的两个上端耳板与油缸驱动支架的滑架耳板间用螺栓连接，再将钻杆过度接头与动力头的空心轴轮毂输出端用螺栓连接，连接后内芯下端要露出钻杆固定接头，以便进行下一步的连接，将同等长度的内导管与外螺旋钻杆套装在一起，上、下连接端要一致，先将内导管拉出与动力头的内芯下端连接，连接接头为旋口式，即将动力头的内芯下端矩齿形公接头插入内导管上端的矩齿形母接头内，旋转一个角度公母矩形齿对正，在矩形齿的空槽处插入一弧形挡板并用螺钉固定，内导管连接完成，外螺旋钻杆为法兰式螺栓连接，法兰间由牙嵌齿传递扭矩，用同样方法完成扩刀装置的内驱动导管与内导管的连接和外钻杆体与外螺旋钻杆的连接，钻头与扩刀装置之间为法兰式连接，由螺栓固定，启动动力头带动钻具钻桩孔，达到深度后，操纵液压系统向油缸供油，油缸驱动支架带动内导管上移，并通过连杆将扩刀撑开；第二步扩刀作扩孔运动，孔腔的虚土由外螺旋钻杆向上带，并且边带动边旋转输送；第三步扩孔完成后，油缸驱动支架带动内导管下移，将扩刀拉回到原有位置，扩孔结束，孔腔的虚土由外螺旋钻杆向上带，并且边带动边旋转输送。