CN107246242A - 用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头及其使用方法。两用钻头包括钻头尖、钻体、侧翼和螺纹稳定器，所述钻体中空，钻体顶部为垂直出水口，钻体中部开有出水口，出水口处设有挡水板；所述带有锯齿的钻头尖通过螺口固定在钻体的顶部，所述带有钻齿的侧翼有多个并等间距的焊接固定在钻体的侧部。该用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头具有两种功能，第一种功能：成孔钻进，第二种功能：清扫桩头。属于成孔钻进和桩头清扫两用钻头，并具有控制钻孔垂直度的功能，其结构简单，功能多样，便于加工，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及钻进领域，尤其是一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头及其使用方法。
背景技术
泥浆护壁钻孔灌注桩是一种比较粗放的工艺，同时又是一种水下灌注工艺，桩头的灌注高度很难准确控制，特别是当前随着城市化进程的加快，土地越来越宝贵，建筑物开始向高空和地下发展，楼建的越来越高，基坑挖的越来越深，在深基坑中进行泥浆护壁钻孔灌注桩施工，难度非常大，常规的施工方法是先在地面进行桩基施工，桩基施工完毕后再进行土方开挖和基坑支护。这种施工工序，更增加了钻孔灌注桩的桩头高度的控制难度，由于基坑越深，设计桩顶的埋深也越大，桩体灌注过程中的混凝土面标高不好把握，如果混凝土没能灌注到设计标高，基坑开挖后要进行接桩，由于地下水位的原因，接桩工作基本上无法进行，所以为了尽量避免在深基坑中接桩，混凝土的灌注高度控制一般比规范规定的稍高，由于施工人员的工作经验不足以及地层差异等方面的因素，成桩后的桩头高度往往超出设计标高3-4m，给后续的土方开挖，桩头凿除及外运带来了难度，增加了费用。
钻孔垂直度的控制一直是钻孔灌注桩施工中存在的难题，影响钻孔垂直度的因素有很多，主要可分为施工前准备阶段因素和施工阶段因素。施工前准备阶段的影响因素可以通过前期人员、机械、材料、工艺、场地等预处理工作进行校准而减少偏差，而在施工阶段由于地下情况不明或事发突然，一旦问题出现钻孔垂直度不可避免发生偏差，因此在施工过程中的垂直度控制措施就显得尤为重要。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提出了用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头及其使用方法，既能成孔钻进，又能清扫桩头，也能在一定程度上控制钻头钻进过程中的垂直度。
本发明采用如下技术方案：
一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，包括带螺纹接口的钻头尖、带螺纹接口的封口板、中空的钻体和设有钻齿的侧翼，所述钻体顶部为垂直出水口，钻体中部开有水平出水口，水平出水口处设有挡水板，挡水板套装在钻体上；所述钻头尖或封口板通过螺口固定在钻体的顶部，当钻头尖固定在钻体的顶部时，钻体顶部的垂直出水口为敞开状态，当封口板固定在钻体的顶部时，封口板将钻体顶部的垂直出水口封堵；所述侧翼有多个并等间距的焊接固定在钻体的侧部；所述侧翼的下端连接有环形的稳定器。
优选地，所述钻头尖是由三根钻刀组成的锥形钻头尖，所述钻刀上密布有锯齿。
优选地，所述侧翼的上端固定在钻体上部，侧翼的下端通过固定翼连接钻体的下部；所述钻体、侧翼、固定翼形成三角形固定支撑。
优选地，所述稳定器为螺纹稳定器，螺纹稳定器用于在钻头钻进过程中咬合土体，保证钻杆的垂直向稳定。
优选地，所述侧翼上设有钻齿。
优选地，所述出水口有两个，出水口为直径为4cm的圆口。
优选地，所述出水口上设有橡胶密封圈。
优选地，所述橡胶密封圈底部内圈略大于出水口，橡胶密封圈的外圈具有一定曲度用于贴合钻体曲面。
优选地，所述挡水板内径略大于钻体外径，挡水板通过滑槽固定在钻体上，挡水板内表面挤压橡胶密封圈，通过橡胶密封圈弹性挤压增大挡水板与钻体的摩擦。
优选地，所述钻体上与水平出水口齐高处且垂直于水平出水口连线对称两点焊接有固定螺栓，所述滑槽对称分布于挡水板两侧，固定螺栓与滑槽配合起到稳定挡水板并阻止其滑落的作用。
优选地，所述侧翼有四个，并等间距的呈十字状固定在钻体的侧部。
上述用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头的使用方法，包括成孔钻进和清扫桩头，先成孔钻进，再清扫钻头；
成孔钻进包括如下步骤：
(1-1)在钻孔定位、场地平整后钻机就位，将用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头安装好，水平出水口需塞入橡胶密封圈后套上挡水板；
(1-2)检查钻孔位置和钻杆垂直度无误后，开动钻机，通入泥浆，开始钻进；
(1-3)钻进速度根据现场情况制定，在成孔钻进过程中钻头的垂直出水口可供泥浆进出，环形稳定器的螺纹稳定器在钻进过程中通过螺纹挤土方式与土体间存在一定约束力，形成一固定支撑点，通过控制地面钻杆垂直度而起到控制整体垂直度的作用，使钻杆和水流方向垂直；
清扫桩头包括如下步骤：
(2-1)混凝土灌注完毕后，把导管拔出，移开灌注用孔口架，钻机重新就位，拆卸钻头尖，更换成带螺纹接口的封口板；
(2-2)拧开水平挡水板，去除出水口塞入的橡胶密封圈，泥浆的流出方向是水平方向喷射流出；
(2-3)将用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头随钻杆下入孔内，并严格控制深度，深度确认无误后，开动钻机和泥浆泵并缓慢提升，用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头不断旋转搅动，由于两用钻头的旋转搅动及水流的冲洗作用，用泥浆把灰浆替换出来，超灌部分不再是混凝土，而是松散的砂和碎石。
采用如上技术方案取得的有益技术效果为：
该用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头具有两种功能，第一种功能：成孔钻进，第二种功能：清扫桩头。属于成孔钻进和桩头清扫两用钻头，也能在一定程度上控制钻头钻进过程中的垂直度，且结构简单，便于加工，成本较低。
正常成孔钻进时开启钻头垂直出水口，关闭钻头侧壁的出水口，使水流方向竖直向下，有利于提高成孔钻进速度，从而提高了施工效率；清扫桩头时将钻头垂直出水口关闭，开启钻头中部管壁侧面的水口，以避免竖向水流对桩头造成破坏。
附图说明
图1为用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头结构示意图。
图2为图1的侧视图。
图3为图1的俯视图。
图4为钻头结构示意图。
图5为钻头和钻体连接结构示意图。
图6为钻头、钻体、侧翼连接结构示意图。
图7为用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头加装封口板示意图。
图8为出水口封装示意图。
图9为图8的侧剖示图。
图10为实施例3的用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头结构示意图。
图11为实施例3用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头加装封口板示意图。
图中，1、钻头尖，2、垂直出水口，3、钻体，4、钻齿，5、侧翼，6、稳定器，7、挡水板，8、出水口，9、固定翼，10、封口板，11、橡胶密封圈，12、滑槽，13、固定螺栓。
具体实施方式
结合附图1至11对本发明的具体试试方式做进一步说明：
实施例1：
一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，包括带螺纹接口的钻头尖1、带螺纹接口的封口板10、钻体3和侧翼5，所述钻体3中空，钻体3顶部为垂直出水口2，钻体3中部开有出水口8，出水口8处设有挡水板7，挡水板7套装在钻体3上；所述钻头尖3或封口板10固定在钻体3的顶部。所述侧翼5有多个并等间距的固定在钻体3的侧部。
当钻头尖1固定在钻体3的顶部时，钻体3顶部的垂直出水口2为敞开状态，当封口板10固定在钻体3的顶部时，封口板10将钻体3顶部的垂直出水口2封堵。
钻头尖是由三根钻刀组成的锥形钻头尖，所述钻刀上密布有锯齿，增加了钻头尖的钻进力度。
侧翼的上端固定在钻体上部，侧翼的下端通过固定翼9连接钻体的下部；所述钻体、侧翼、固定翼形成三角形固定支撑，增加两用钻头的牢固性。侧翼上设有钻齿，便于两用钻头的钻进。侧翼的下端连接有环形的稳定器，用于固定支撑侧翼。
出水口有两个，对称分布，出水口为直径为4cm的圆口。
出水口上设有橡胶密封圈11，橡胶密封圈用于封堵出水口。
橡胶密封圈底部内圈略大于出水口，可塞入孔内且不易松动，顶部外圈直径大于孔径10mm以上，并具有一定曲度，保证能贴合钻体曲面。
侧翼优选为四个，并等间距的呈十字状固定在钻体的侧部。此时，侧翼的间距正合适，便于沙土的外排，还具有较合适的钻进切割力。
实施例2：
如图8和9所示，在实施例1的基础上，挡水板内径略大于钻体外径，挡水板通过滑槽12固定在钻体上，挡水板内表面挤压橡胶密封圈，通过橡胶密封圈弹性挤压增大挡水板与钻体的摩擦。
钻体3上与水平出水口8齐高处且垂直于水平出水口8连线对称两点焊接有固定螺栓13，所述滑槽12对称分布于挡水板7两侧，固定螺栓13与滑槽12配合起到稳定挡水板7并阻止其滑落的作用。
固定螺栓13是焊接在钻体之上，为与水平出水口齐高的柱状螺栓，位于两出水口之间，左右各一，固定螺栓连线与水平出水口连线呈十字形。在挡水板套上后，由于钻头需要钻进，因此不可避免得会与土体发生摩擦，若只是简单固定，挡水板很容易就发生脱落，因此的滑槽和固定螺栓起到了稳定挡水板和阻止滑落的作用。
挡水板远离钻头尖一侧内径为115mm，近钻头尖一侧内径为112mm，板宽约60mm，壁厚3mm。挡水板上开有两道滑槽，滑槽对称分布于挡水板两侧。滑槽宽度约8mm，可供设在出水口等高度两侧的已焊接固定的固定螺栓(直径约8mm)滑动。
钻头侧翼焊接前，将挡水板套入钻身。在钻孔开孔施工前，将橡胶密封圈塞于水平出水口内，套上挡水板，让固定螺栓通过滑槽最后固定在固定端。钻头开孔完毕后，及时用清水清洗钻头，将挡水板卸下，橡胶密封圈取出，挡水板自由垂落即可。在钻头用于浮浆清理时，关闭钻头的垂直出水口，下钻前需通泥浆测试出水口的密封程度。
实施例3：
如图10、11所示，在实施例2和3的基础上，所述稳定器为螺纹稳定器，螺纹稳定器用于在钻头钻进过程中咬合土体，保证钻杆的垂直向稳定。
在下钻过程中，由于多方面因素影响会使得钻杆发生弯曲或倾斜，而影响到钻孔的垂直度，钻杆越长越容易发生这样情况。导致这种原因除了不可抗力的因素外，最重要的就是因为在钻进过程中只利用了钻机这一个支点，所以钻头很容易发生摆动。本设计利用两点一线的原理，所设螺纹稳定器在钻头钻进过程中可以较好得咬合土体，如同在近钻头处增加了一个支点，从而保证钻杆的垂直向稳定。
实施例1和2所示的两用钻头可用于钻进浅层土壤，本实施例所示的两用钻头可用于钻进各种深度的土层。
实施例4：
如上实施例1、2或3所述用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头的使用方法，包括成孔钻进和清扫桩头，先成孔钻进，再清扫钻头。
成孔钻进包括如下步骤：
(1-1)在钻孔定位、场地平整(如土体松软需硬化)后钻机就位，将用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头安装好，水平出水口需塞入橡胶密封圈后套上挡水板；
(1-2)检查钻孔位置和钻杆垂直度无误后，开动钻机，通入泥浆，开始钻进；
(1-3)钻进速度根据现场情况制定，在成孔钻进过程中钻头的垂直出水口可供泥浆进出(分正、反循环工艺)，环形稳定器的螺纹稳定器在钻进过程中通过螺纹挤土方式与土体间存在一定约束力，形成一固定支撑点，通过控制地面钻杆垂直度而起到控制整体垂直度的作用，使钻杆和水流方向垂直。
用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头下入深度控制在设计桩顶标高以上0.8-1.0m处。
用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头每米旋转冲洗时间约为1分钟，临近地面提升速度可适当加快。
清扫桩头包括如下步骤：
(2-1)混凝土灌注完毕后，把导管拔出，移开灌注用孔口架，钻机重新就位，拆卸钻头尖，更换成带螺纹接口的封口板；
(2-2)拧开水平挡水板，去除出水口塞入的橡胶密封圈，泥浆的流出方向是水平方向喷射流出；
(2-3)将用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头随钻杆下入孔内，并严格控制深度，深度确认无误后，开动钻机和泥浆泵并缓慢提升，用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头不断旋转搅动，由于两用钻头的旋转搅动及水流的冲洗作用，用泥浆把灰浆替换出来，超灌部分不再是混凝土，而是松散的砂和碎石。
实施例5：
在实际应用中，混凝土灌注完毕后，把导管拔出，移开灌注用孔口架，钻机重新就位，将本用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头安装好，出水口需塞入橡胶密封圈后套上挡水板。检查无误后随钻杆下入孔内，两用钻头下入深度控制在设计桩顶标高以上0.8-1.0m，此深度必须严格控制。深度确认无误后，开动钻机和泥浆泵并缓慢提升，泥浆泵为必不可少的辅助设备，功率以2PN为宜；两用钻头每米旋转冲洗时间约1分钟左右，临近地面提升速度可适当加快。
该桩头处理钻头的钻体宜选用直径为108mm壁厚5mm钢管，管长大于1.0m，为避免泥浆泵压力过大导致将设计标高处的桩顶冲坏，下钻前将钻头底部钻头尖更换为封口板10，将垂直出水口封闭，同时开启钻体中部管壁侧面的2个直径约4cm的水口。钻头底部钻尖部分与钻体通过螺纹接口相连，清除浮浆时更换成带螺纹接口的圆形封口板，封口板如瓶盖一般套与钻头底部。
这样泥浆的流出方向不是向下而是水平方向喷射流出，对设计标高处的桩顶不会造成任何影响，高于控制标高处的桩头，由于两用钻头的旋转搅动及水流的冲洗作用，用泥浆把灰浆替换出来，超灌部分不再是混凝土，而是松散的砂和碎石。基坑开挖后即使还有桩头，其强度已几乎没有，形不成高大的桩头，便于凿除和外运，大大降低了凿除难度和处理费用。
该用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头具有两种功能，第一种功能：成孔钻进，第二种功能：清扫桩头。用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头属于成孔钻进和桩头清扫两用钻头，结构简单，便于加工，成本较低。
正常成孔钻进时开启钻头垂直出水口，关闭钻头侧壁的出水口，使水流方向竖直向下，有利于提高成孔钻进速度，从而提高了施工效率；清扫桩头时将钻头垂直出水口关闭，开启钻头中部管壁侧面的水口，以避免竖向水流对桩头造成破坏。
采用该两用钻头，可提前对高出的桩头做相应处理，这样等基坑开挖后，进行桩头凿除时，大大降低了施工难度和凿除及桩头外运费用，提高了破桩速度，缩短了工期。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (10)
1.一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，其特征在于，包括带螺纹接口的钻头尖(1)、带螺纹接口的封口板(10)、中空的钻体(3)和设有钻齿(4)的侧翼(5)，所述钻体(3)顶部为垂直出水口(2)，钻体(3)中部开有水平出水口(8)，水平出水口(8)处设有挡水板(7)，挡水板(7)套装在钻体(3)上；
所述钻头尖(1)或封口板(10)通过螺口固定在钻体(3)的顶部，当钻头尖(1)固定在钻体(3)的顶部时，钻体(3)顶部的垂直出水口(2)为敞开状态，当封口板(10)固定在钻体(3)的顶部时，封口板(10)将钻体(3)顶部的垂直出水口(2)封堵；
所述侧翼(5)有多个并等间距的焊接固定在钻体(3)的侧部；
所述侧翼(5)的下端连接有环形的稳定器(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，其特征在于，所述钻头尖(1)是由三根钻刀组成的锥形钻头尖，所述钻刀上密布有锯齿。
3.根据权利要求1所述的一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，其特征在于，所述侧翼(5)的上端固定在钻体(3)上部，侧翼(5)的下端通过固定翼(9)连接钻体(3)的下部；
所述钻体(3)、侧翼(5)、固定翼(9)形成三角形固定支撑。
4.根据权利要求1所述的一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，其特征在于，所述稳定器(6)为螺纹稳定器，螺纹稳定器用于在钻头尖(1)钻进过程中咬合土体，保证钻体(3)的垂直向稳定。
5.根据权利要求1或4所述的一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，其特征在于，所述水平出水口(8)有两个，水平出水口(8)为直径为4cm的圆口。
6.根据权利要求1所述的一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，其特征在于，所述水平出水口(8)上设有橡胶密封圈(11)，所述橡胶密封圈(11)底部内圈略大于水平出水口(8)，橡胶密封圈(11)的外圈具有一定曲度用于贴合钻体(3)曲面。
7.根据权利要求6所述的一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，其特征在于，所述挡水板(7)内径略大于钻体(3)外径，挡水板(7)通过滑槽(12)固定在钻体(3)上，挡水板(7)内表面挤压橡胶密封圈(11)，通过橡胶密封圈(11)弹性挤压增大挡水板(7)与钻体(3)的摩擦。
8.根据权利要求6所述的一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，其特征在于，所述钻体(3)上与水平出水口(8)齐高处且垂直于水平出水口(8)连线对称两点焊接有固定螺栓(13)，所述滑槽(12)对称分布于挡水板(7)两侧，固定螺栓(13)与滑槽(12)配合起到稳定挡水板(7)并阻止其滑落的作用。
9.根据权利要求1所述的一种用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头，其特征在于，所述侧翼(5)有四个，并等间距的呈十字状焊接固定在钻体(3)的侧部。
10.一种根据权利要求1-9所述的用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括成孔钻进和清扫桩头，先成孔钻进，再清扫钻头；
成孔钻进包括如下步骤：
(1-1)在钻孔定位、场地平整后钻机就位，将用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头安装好，水平出水口需塞入橡胶密封圈后套上挡水板；
(1-2)检查钻孔位置和钻杆垂直度无误后，开动钻机，通入泥浆，开始钻进；
(1-3)钻进速度根据现场情况制定，在成孔钻进过程中钻头的垂直出水口可供泥浆进出，环形稳定器的螺纹稳定器在钻进过程中通过螺纹挤土方式与土体间存在一定约束力，形成一固定支撑点，通过控制地面钻杆垂直度而起到控制整体垂直度的作用，使钻杆和水流方向垂直；
清扫桩头包括如下步骤：
(2-1)混凝土灌注完毕后，把导管拔出，移开灌注用孔口架，钻机重新就位，拆卸钻头尖，更换成带螺纹接口的封口板；
(2-2)拧开水平挡水板，去除水平出水口塞入的橡胶密封圈，泥浆的流出方向是水平方向喷射流出；
(2-3)将用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头随钻杆下入孔内，并严格控制深度，深度确认无误后，开动钻机和泥浆泵并缓慢提升，用于泥浆护壁钻孔灌注桩施工的两用钻头不断旋转搅动，由于两用钻头的旋转搅动及水流的冲洗作用，用泥浆把灰浆替换出来，超灌部分不再是混凝土，而是松散的砂和碎石。
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