CN105178865B - 伸展扩孔钻头及扩孔工艺 - Google Patents

Abstract

伸展扩孔钻头及扩孔工艺，其中钻头包括：升降转动轴，上端设为动力连接接头；旋切装置，包括至少一个旋切转臂，旋切转臂的外表面设置有旋切刀；旋切转臂的一端铰接在升降转动轴上，铰接处的轴线与升降转动轴的轴线垂直，且旋切转臂与升降转动轴之间设置有驱动旋切转臂绕铰接处的轴线转动的伸缩驱动装置；所述旋切转臂绕铰接处的轴线转动的最大角度为钝角。其扩出的孔可以进一步的增加桩端与土体的接触面积，从而进一步增加桩基的承载力。

Description

伸展扩孔钻头及扩孔工艺

技术领域

本发明涉及用于建筑施工工地的一种扩孔钻头及扩孔工艺，具体地说是一种在原有预成孔的底部扩孔的扩孔钻头及扩孔工艺。

背景技术

桩基工程是土木工程领域中重要组成部分之一，目前常用的工程桩形式主要有预制桩与灌注桩两大类别，其中预制桩包括钢管桩、预制方桩、PHC管桩、预应力空心方桩等形式，其特点是将工程桩预制成形后置入土体，利用桩与土的共同作用提供抗压、抗拔、抗弯或水平承载力。灌注桩包括钻孔灌注桩、沉管灌注桩等形式，其特点是首先在岩土体中预成孔，然后灌入桩体材料成桩。因桩尖持力层或部分桩侧土层强度高，在各类灌注桩中可通过扩大桩端与土体接触面来提高桩基承载力。与预制桩相比，由于具有施工时无振动、无挤土、噪音小、宜于在城市建筑物密集地区使用等优点，灌注桩在施工中得到较为广泛的应用。

但由于现有灌注桩提高承载力的方法是以扩大桩端与土体接触面积，钻深孔等方法增加土体对桩身的摩擦力来实现，扩孔钻也为扩伞形桩端，增加承载力有限，无法满足所需桩基承载力的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种伸展扩孔钻头及扩孔工艺，其扩出的孔可以进一步的增加桩端与土体的接触面积，从而进一步增加桩基的承载力。

为了实现上述目的，本发明提供的伸展扩孔钻头，包括：

升降转动轴，上端设为动力连接接头；

旋切装置，包括至少一个旋切转臂，旋切转臂的外表面设置有旋切刀；旋切转臂的一端铰接在升降转动轴上，铰接处的轴线与升降转动轴的轴线垂直，且旋切转臂与升降转动轴之间设置有驱动旋切转臂绕铰接处的轴线转动的伸缩驱动装置；所述旋切转臂绕铰接处的轴线转动的最大角度为钝角。

作为伸展扩孔钻头的进一步的技术方案：所述升降转动轴的下端插接在可转轴套内，且升降转动轴的下端与可转轴套的下端之间设置有升降行程；升降转动轴上设置有升降导向板，升降导向板与可转轴套上的升降导向槽配合；所述升降导向板上设置有旋转导向滑轨，所述的可转轴套铰接旋转导向板的一端，旋转导向板的另一端设为旋转端，该旋转端的一侧设为与所述旋转导向滑轨配合的旋转头，旋转端的另一侧铰接连杆的一端，连杆的另一端铰接在旋切转臂上；

可转轴套的下端设为旋转端，该旋转端可自转的装配在固定支座上；固定支座的底部固设有脚架。

更进一步的：所述固定支座内设置有一个球形部件，所述可转轴套的旋转端与所述的球形部件连接，且球形部件的球心位于可转轴套的轴线上。

进一步的方案：所述的旋切转臂设置有两个，分别位于升降转动轴的两侧，两个旋切转臂与升降转动轴的铰接处的轴线平行。

进一步的方案：所述的旋切转臂上的旋切刀由多节间隙套装在旋切转臂上的刀套组成；每个刀套的外表面上布满有若干个凸出的齿牙状的刀头。

进一步的方案：所述旋切转臂上刀套按照所处的位置分别记为头端刀套、末端刀套、中间刀套，中间刀套位于头端刀套与末端刀套之间且中间刀套至少设置有一个，头端刀套、中间刀套上的刀头沿旋切转臂的径向凸出；末端刀套上位于末端的至少一圈刀头均为倾斜设置，且倾斜角度相同。

进一步的方案：所述升降转动轴上设置有用于限制旋切转臂转动角度的上限位装置、下限位装置。

本发明还提供了一种上述伸展扩孔钻头的扩孔工艺，包括以下步骤：

1)将升降转动轴与动力装置连接，动力装置包括驱动升降转动轴升降的装置、驱动升降转动轴转动的装置；

2)伸展扩孔钻头置于预先打好的直孔中；

3)升降转动轴被驱动自转；

4)同时启动伸缩驱动装置驱动旋切转臂做出向上或向下的展开动作，继续驱动旋切转臂同向转动做向上或向下合拢的动作；旋切转臂上的旋切刀对孔壁进行切削进行扩孔；

5)扩孔结束后；升降转动轴被驱动作出上升动作，最终伸展扩孔钻头整体取出。

上述扩孔工艺还可进一步的：实施步骤4)时，同时使升降转动轴做匀速缓慢的升起或降下的动作；扩出的孔形成竖直截面为椭圆的孔。

本发明提供的基于另一种伸展扩孔钻头的扩孔工艺，包括如下步骤：

1)将升降转动轴与动力装置连接，动力装置包括驱动升降转动轴升降的装置、驱动升降转动轴转动的装置；

2)伸展扩孔钻头置于预先打好的直孔中，使脚架插入孔底层土壤中，从而使固定支座固定在孔中；

3)升降转动轴被驱动自转，在自转的同时下压升降转动轴；升降导向板在升降导向槽的导向作用下缓缓向下滑动，此时旋转导向板的旋转头的一侧以旋转导向滑轨为轨迹行进，旋转导向板的旋转头的另一侧通过连杆使旋切转臂4绕与升降转动轴铰接处为轴向上旋转，旋切转臂做缓慢向上展开运动；同时，在土壤阻力作用下，设置在旋切转臂外表面的旋切刀对土壤进行旋切；当旋切转臂旋转至与升降转动轴垂直时，旋切形成椭圆形扩孔的下半部分；

继续下压升降转动轴，升降导向板继续下滑，旋转导向滑轨继续下移，旋转导向板的旋转头绕旋转导向板与可转轴套的铰接处继续同方向的转动，旋转头带动连杆驱动旋切转臂继续同方向的转动，形成向上的合拢动作，此时旋切转臂上的旋切刀对土壤进行旋切，形成椭圆形扩孔的上半部分；

4)缓慢上提升降转动轴，使升降导向板在升降导向槽的导向作用下缓缓向上滑动，旋转导向板的旋转头在旋转导向滑轨的推动作用下绕旋转导向板与可转轴套的铰接处反向转动，从而通过连杆驱动旋切转臂绕与升降转动轴铰接处反向转动，旋切转臂缓慢向下展开；

继续上提升降转动轴，将旋切转臂收回至初始位置；完成一次扩孔；

5)然后使升降转动轴继续上升，直至伸展扩孔钻头取出，完成上提取出伸展扩孔钻头的操作。

扩孔工艺的进一步的技术方案，所述升降转动轴上设置有用于限制旋切转臂转动角度的上限位装置、下限位装置；

步骤3)中，下压伸展扩孔钻头至旋切转臂与上限位装置接触而结束向上合拢的动作；

步骤4)中，下压伸展扩孔钻头至旋切转臂与下限位装置接触而结束向下合拢的动作。

本发明的有益效果是：本发明伸展扩孔钻头及基于该钻头的扩孔工艺扩出的桩端，保证原有单桩承载力高，充分发挥桩端土的端承力；嵌入地层一定深度，抗震性能好等；扩出孔类似锚桩，抗拔力较原有桩型有明显提高等优点，同时本发明施工时无振动、无挤土、噪音小、宜于在城市建筑物密集地区使用等优点，而且本发明中的钻头具有收缩角度调解范围大，受力均力，结构简单，扩孔直径可调节的特点，可满足各种扩孔的要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1所示实施例中旋转导向板、连杆、旋切转臂部分的结构示意图；

图4为图1所示实施例中升降转动轴的结构示意图；

图5为图1所示实施例中旋切转臂的结构示意图；

图6为图1所示实施例初始状态的结构示意图；

图7为图6的左视图；

图8为图6中的旋切转臂转动到最上方限制位的结构示意图；

图9为图8的左视图；

图10为图1所示实施例实施扩孔工艺时的结构示意图；

图中：

1 动力连接接头；

2 升降转动轴；

3 上限位装置；

4 旋切转臂；

5 旋切刀头；

6 旋切刀头末节；

7 升降导向槽；

8 可转轴套；

9 第一铰接轴；

10 旋转导向滑轨；

11 升降导向板；

12 下限位装置；

13 连杆；

14 移动支撑轴；

15 旋转导向板；151旋转头；

16 旋转支撑套导向套；

17 球形旋转轴端；

18 固定支座；

19 脚架；

20刀套，201头端刀套，202末端刀套，203中间刀套，

21刀头，211末端刀头。

具体实施方式

如图1-5所示，该伸展扩孔钻头主要包括升降转动轴2、旋切装置。

升降转动轴2的上端设为动力连接接头1。

旋切装置，包括至少一个旋切转臂4，旋切转臂4的外表面设置有旋切刀。旋切转臂4的一端铰接在升降转动轴上，铰接处为第一铰接轴9，第一铰接轴9与升降转动轴2垂直。旋切转臂4与升降转动轴2之间设置有驱动旋切转臂绕第一铰接轴9转动的伸缩驱动装置，旋切转臂4绕第一铰接轴9转动的最大角度为钝角。该实施例中其中所述的伸缩驱动装置采用了机械结构实现的。

具体机械结构如下：所述升降转动轴2的下端插接在可转轴套8内，且升降转动轴2的下端与可转轴套8的下端之间设置有升降行程；升降转动轴2上设置有升降导向板11，升降导向板11与可转轴套8上的升降导向槽7配合；所述升降导向板11上设置有旋转导向滑轨10，可转轴套8铰接旋转导向板15的一端，旋转导向板15的另一端设为旋转端，该旋转端的一侧设为与所述旋转导向滑轨配合的旋转头151，旋转端的另一侧铰接连杆13的一端，连杆13的另一端铰接在旋切转臂4上。

可转轴套8的下端设为旋转端，该旋转端可自转的装配在固定支座18上；

该实施例采取的技术是：在固定支座内设置一个球形部件17，球形部件17被固定支座18内的球形凹面限制且相互之间为滑动配合；可转轴套8的旋转端与球形部件17连接，且球形部件17的球心位于可转轴套8的轴线上；这样，固定支座18对球形部件17及可转轴套8形成支撑和限位作用；可转轴套8转动时球形部件17一起转动，球形部件17起到了支撑可转轴套8。而且采用球形部件17的自由度更高，升降转动轴2、可转轴套8的寿命更长。

固定支座18的底部固设有脚架19。

此外，该实施例中，旋切转臂4设置有两个，分别位于升降转动轴2的两侧铰接，两个铰接处的轴线平行，该实施例中两个旋切转臂4绕铰接处轴线转动便于扩孔形状的控制，即便于形成竖直切面为椭圆的孔。两个旋切转臂自然能加快扩孔效率，而且比设置三个或更多个旋切转臂更容易控制。

还有，该实施例中，旋切转臂4上的旋切刀由多节间隙套装在旋切转臂上的刀套20组成；每个刀套20的外表面上布满有若干个凸出的齿牙状的刀头21。间隙装配刀套20的形式不容易发生卡死，因为在遇到岩石等坚硬物时，刀套会根据阻力大小自动调节转速，从而不会卡死在孔中。

旋切刀也可采用其他方式实现，最为简单的就是在旋切转臂上固定上刀片或若干颗粒状突起的刀头，都可以实现切削，但这种的固定式因为切削部分是固定的所以容易发生卡死现象。因此优选了采用刀套的形式。

此外，旋切刀因旋切半径不同导致旋切线速度不同，如果采用一个旋切转臂上的旋切刀为整体结构，可能导致旋切刀卡死现象出现，为避免此类事件发生本实施例中采用了分节式结构即多节刀套，防止因切削刃前后转速差异过大时卡死现象出现。

可以通过更换旋切转臂4及添加刀套的数量来更改扩孔直径大小。

此外，所述旋切转臂4上的刀套按照所处的位置分别记为头端刀套201、末端刀套202、中间刀套203，中间刀套203位于头端刀套201与末端刀套202之间且中间刀套203至少设置有一个。

头端刀套201、中间刀套203上的刀头沿旋切转臂4的径向凸出；末端刀套202上位于末端的至少一圈刀头均为倾斜设置，且倾斜角度相同，该圈刀头即为图中的末端刀头211，以此减小岩石等土壤中坚硬物体对旋切转臂4的冲击。

进一步的方案：所述升降转动轴上设置有用于限制旋切转臂转动角度的上限位装置3、下限位装置12。防止旋切转臂4旋转时超过限制位置。

如图10所示，基于上述伸展扩孔钻头的扩孔工艺，包括如下步骤：

1)将升降转动轴2与动力装置连接，动力装置包括驱动升降转动轴升降的装置、驱动升降转动轴转动的装置；具体实施时，可以采用打桩机为动力装置；

2)伸展扩孔钻头置于预先打好的直孔中，使脚架19插入孔底层土壤中，从而使固定支座18固定在直孔中；伸展扩孔钻头的初始状态如图6、7所示；

3)升降转动轴2被驱动自转，在自转的同时下压升降转动轴2；升降导向板11在升降导向槽7的导向作用下缓缓向下滑动，此时旋转导向板15的旋转头的一侧以旋转导向滑轨10为轨迹行进，旋转导向板15的旋转头的另一侧通过连杆13使旋切转臂4绕与升降转动轴2铰接处为轴向上旋转，旋切转臂4做缓慢向上展开运动；同时，在土壤阻力作用下，设置在旋切转臂4外表面的旋切刀对土壤进行旋切；当旋切转臂4旋转至与升降转动轴2垂直时，旋切形成椭圆形扩孔的下半部分；

继续下压升降转动轴2，升降导向板11继续下滑，旋转导向滑轨10继续下移，旋转导向板15的旋转头绕旋转导向板15与可转轴套8的铰接处继续同方向的转动，旋转头带动连杆13驱动旋切转臂4继续同方向的转动，形成向上的合拢动作，此时旋切转臂4上的旋切刀对土壤进行旋切，形成椭圆形扩孔的上半部分；此时伸展扩孔钻头的状态如图8、9所示；

4)缓慢上提升降转动轴2，使升降导向板11在升降导向槽7的导向作用下缓缓向上滑动，旋转导向板15的旋转头在旋转导向滑轨10的推动作用下绕旋转导向板15与可转轴套8的铰接处反向转动，从而通过连杆13驱动旋切转臂4绕与升降转动轴2铰接处反向转动，旋切转臂4缓慢向下展开；

继续上提升降转动轴2，将旋切转臂4收回至初始位置，如图6、7所示；完成一次扩孔；

5)然后使升降转动轴2继续上升，直至伸展扩孔钻头取出，完成上提取出伸展扩孔钻头的操作。

扩孔工艺的进一步的技术方案，所述升降转动轴2上设置有用于限制旋切转臂转动角度的上限位装置3、下限位装置12；

步骤3)中，下压升降转动轴2至旋切转臂与上限位装置接触而结束向上合拢的动作；

步骤4)中，上提升降转动轴2至旋切转臂与下限位装置接触而结束向下合拢的动作。

作为伸展扩孔钻头的其他实施方式，其中驱动旋切转臂4绕第一铰接轴9转动的伸缩驱动装置，也可采用气缸或油泵等其他方式实现。

基于这些其他实施方式的伸展扩孔钻头的扩孔工艺，包括以下步骤：

1)将升降转动轴2与动力装置连接，动力装置包括驱动升降转动轴升降的装置、驱动升降转动轴转动的装置；

2)伸展扩孔钻头置于预先打好的直孔中：

3)升降转动轴2被驱动自转：

4)同时启动伸缩驱动装置驱动旋切转臂4做出向上或向下的展开动作，继续驱动旋切转臂同向转动做向上或向下合拢的动作；旋切转臂上的旋切刀对孔壁进行切削进行扩孔；

该步骤实施时，还可以进一步的：使升降转动轴2做匀速缓慢的升起或降下的动作；使扩出的孔形成竖直截面为椭圆的孔；

5)扩孔结束后；升降转动轴被驱动作出上升动作，最终伸展扩孔钻头整体取出。

Claims (7)

1.伸展扩孔钻头，其特征是，包括：

升降转动轴，上端设为动力连接接头；

旋切装置，包括至少一个旋切转臂，旋切转臂的外表面设置有旋切刀；旋切转臂的一端铰接在升降转动轴上，铰接处的轴线与升降转动轴的轴线垂直，且旋切转臂与升降转动轴之间设置有驱动旋切转臂绕铰接处的轴线转动的伸缩驱动装置；所述旋切转臂绕铰接处的轴线转动的最大角度为钝角；

所述升降转动轴的下端插接在可转轴套内，且升降转动轴的下端与可转轴套的下端之间设置有升降行程；升降转动轴上设置有升降导向板，升降导向板与可转轴套上的升降导向槽配合；所述升降导向板上设置有旋转导向滑轨，所述的可转轴套铰接旋转导向板的一端，旋转导向板的另一端设为旋转端，该旋转端的一侧设为与所述旋转导向滑轨配合的旋转头，旋转端的另一侧铰接连杆的一端，连杆的另一端铰接在旋切转臂上；

可转轴套的下端设为旋转端，该旋转端可自转的装配在固定支座上；固定支座的底部固设有脚架。

2.根据权利要求1所述的伸展扩孔钻头，其特征是：所述固定支座内设置有一个球形部件，所述可转轴套的旋转端与所述的球形部件连接，且球形部件的球心位于可转轴套的轴线上。

3.根据权利要求1所述的伸展扩孔钻头，其特征是：所述的旋切转臂设置有两个，分别位于升降转动轴的两侧，两个旋切转臂与升降转动轴的铰接处的轴线平行。

4.根据权利要求1-3任一所述的伸展扩孔钻头，其特征是：所述的旋切转臂上的旋切刀由多节间隙套装在旋切转臂上的刀套组成；每个刀套的外表面上布满有若干个凸出的齿牙状的刀头。

5.根据权利要求4所述的伸展扩孔钻头，其特征是：所述旋切转臂上刀套按照所处的位置分别记为头端刀套、末端刀套、中间刀套，中间刀套位于头端刀套与末端刀套之间且中间刀套至少设置有一个，头端刀套、中间刀套上的刀头沿旋切转臂的径向凸出；末端刀套上位于末端的至少一圈刀头均为倾斜设置，且倾斜角度相同。

6.根据权利要求1所述的伸展扩孔钻头，其特征是：所述升降转动轴上设置有用于限制旋切转臂转动角度的上限位装置、下限位装置。

7.基于权利要求1所述的伸展扩孔钻头的扩孔工艺，其特征是，包括如下步骤：

1)将升降转动轴与动力装置连接，动力装置包括驱动升降转动轴升降的装置、驱动升降转动轴转动的装置；

2)伸展扩孔钻头置于预先打好的直孔中，使脚架插入孔底层土壤中，从而使固定支座固定在孔中；

3)升降转动轴被驱动自转，在自转的同时下压升降转动轴；升降导向板在升降导向槽的导向作用下缓缓向下滑动，此时旋转导向板的旋转头的一侧以旋转导向滑轨为轨迹行进，旋转导向板的旋转头的另一侧通过连杆使旋切转臂绕与升降转动轴铰接处为轴向上旋转，旋切转臂做缓慢向上展开运动；同时，在土壤阻力作用下，设置在旋切转臂外表面的旋切刀对土壤进行旋切；当旋切转臂旋转至与升降转动轴垂直时，旋切形成椭圆形扩孔的下半部分；

继续下压升降转动轴，升降导向板继续下滑，旋转导向滑轨继续下移，旋转导向板的旋转头绕旋转导向板与可转轴套的铰接处继续同方向的转动，旋转头带动连杆驱动旋切转臂继续同方向的转动，形成向上的合拢动作，此时旋切转臂上的旋切刀对土壤进行旋切，形成椭圆形扩孔的上半部分；

4)缓慢上提升降转动轴，使升降导向板在升降导向槽的导向作用下缓缓向上滑动，旋转导向板的旋转头在旋转导向滑轨的推动作用下绕旋转导向板与可转轴套的铰接处反向转动，从而通过连杆驱动旋切转臂绕与升降转动轴铰接处反向转动，旋切转臂缓慢向下展开；

继续上提升降转动轴，将旋切转臂收回至初始位置；完成一次扩孔；

5)然后使升降转动轴继续上升，直至伸展扩孔钻头取出，完成上提取出伸展扩孔钻头的操作。