CN107989551A - 沉桩用的破岩扩孔钻头及沉桩的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沉桩用的破岩扩孔钻头，包括：钻体，呈中空结构，其底部设有切削齿；多块切削刀片，其环绕设于所述钻体上，每块所述切削刀片可水平往复移动；以及铰接机构，其包括主支撑杆和多根支杆，多根所述支杆与所述切削刀片一一对应设置，一端与所述切削刀片连接，另一端与铰接接头连接，所述铰接接头与所述主支撑杆连接，所述主支撑杆向所述钻体外延伸，所述钻体可沿着所述主支撑杆上下滑动，所述主支撑杆上设有定位件，所述定位件位于所述钻体外；通过控制所述主支撑杆的上下运动，进而带动所述切削刀片的水平移动。本发明破岩扩孔钻头，钻头的直径可自行伸缩，方便实现钻头扩孔和回收，扩大破岩成孔孔径，从而使管桩顺利下沉或入岩。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，特别涉及一种静压法沉桩用的破岩扩孔钻头及沉桩的施工方法。
背景技术
预应力混凝土管桩经过多年的快速发展，已经得到了广泛的推广，并大量应用于建筑、道路、桥梁、港口等工程领域。在未来很长一段时间内，随着我国基础建设的不断完善，管桩行业还会持续发展。目前，混凝土管桩的沉桩技术主要有三种：静压法、锤击法、振动法。
静压法施工是一种通过静力压桩机的压桩机构自重和桩架上的配重作反力将预制桩压入土中的成桩工艺。静压法具有如下缺点：1、过大的压桩力易将管桩桩身夹破夹碎，使管桩出现纵向裂缝；2、桩端难以贯入坚硬岩面，无法满足嵌岩桩设计需求；3、不宜在地下障碍物或孤石较多的场地施工；4、产生土塞效应。
锤击法施工是由柴油燃烧或液压驱动，使锤体中的活塞向上运动一定高度，然后自由落体，产生的冲击力作用到管桩桩顶，使管桩下沉。管桩下沉到一定深度，通过管桩桩身与周围土体的摩阻力与桩尖的端阻力共同作用，以达到设计承载力的施工方法。锤击法具有如下缺点：1、施工时噪音大、污染环境，在城市中心和夜间施工有所限制；2、过大的锤桩力可能对桩身产生一定的破坏；3、桩端难以贯入坚硬岩面，无法满足嵌岩桩设计需求；4、不宜在地下障碍物或孤石较多的场地施工；5、存在土塞效应。
振动法施工是在管桩上刚性连接一振动锤，形成一振动体系。由锤内几对轴上的偏心块相对旋转产生振动力，使振动体系上下振动强迫与桩接触的土层相应振动，土层强度下降，阻力减少，从而使桩在振动体系压重作用下沉入土中。但是振动法具有如下缺点：1、地基受振动影响大，且遇到硬夹层时仍难以穿透；2、振动锤构造较复杂，维修较困难；3、液压振动锤费用昂贵。
传统的管桩施工技术在实际工程中经常遇到以下几种地质条件导致无法沉桩：1、桩端持力层存在难以贯入的岩面；2、遇到不适宜做持力层且管桩难以贯穿的坚硬夹层；3、土层中含有较多难以清除的孤石或障碍物。另外，传统沉桩技术容易导致过大压桩力，易将桩身压破压碎，使管桩出现纵向裂缝。
为了解决管桩遇见岩石无法下沉和沉桩时挤土效应对管桩的影响，现在一般使用机械钻孔的方法，即利用长螺旋钻杆连接钻头，钻头在动力的驱动下向下钻孔，从而辅助管桩下沉。但是在实际使用过程中出现以下几个问题：1、当沉桩过程遇见岩石时，钻头无法破碎岩石；2、当长螺旋钻杆连接钻头破碎了中强风化的岩石后，管桩依然无法下沉。这是由于长螺旋钻杆连接钻头破碎的只是管桩中间空心部分的岩石，而管桩壁部分的岩石依然存在，岩石无法像泥土一样，在长螺旋钻杆钻进形成孔洞后，由于管桩壁的压力而出现塌孔现象，导致管桩即使破岩后也无法下沉。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沉桩用的破岩扩孔钻头，从而克服静压沉桩过程中，管桩难以贯入岩层、管桩不宜在地下障碍物或孤石较多的场地施工的缺点。
本发明的另一目的在于提供一种沉桩的施工方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种沉桩用的破岩扩孔钻头，包括：钻体，呈中空结构，其底部设有切削齿；多块切削刀片，其环绕设于所述钻体上，每块所述切削刀片可水平往复移动；以及铰接机构，其包括主支撑杆和多根支杆，多根所述支杆与所述切削刀片一一对应设置，一端与所述切削刀片连接，另一端与铰接接头连接，所述铰接接头与所述主支撑杆连接，所述主支撑杆向所述钻体外延伸，所述钻体可沿着所述主支撑杆上下滑动，所述主支撑杆上设有定位件，所述定位件位于所述钻体外；其中，通过控制所述主支撑杆的上下运动，进而带动所述切削刀片的水平移动。
优选地，上述技术方案中，所述钻体内设有多条导轨，所述切削刀片设于所述导轨上，与所述导轨一一对应设置。
优选地，上述技术方案中，所述切削齿上设有多个倾斜方向不同的高压水流喷嘴。
优选地，上述技术方案中，所述切削刀片的侧面上设有多个破岩用的切削刃。
优选地，上述技术方案中，所述破岩扩孔钻头在使用状态下，与螺旋钻杆连接。
优选地，上述技术方案中，所述切削刀片为4块。
一种沉桩的施工方法，沉桩过程中使用上述的沉桩用的破岩破岩扩孔钻头。
一种沉桩的施工方法，包括以下步骤：
(1)当管桩在下沉过程中遇到难以下沉的岩层时，将带有破岩扩孔钻头的螺旋钻杆下沉至管内岩土上层，转动破岩扩孔钻头至管桩桩端现有位置；
(2)钻头继续向下钻进一个钻头高度的深度，然后保持钻头旋转但暂时停止向下钻进；
(3)通过主支撑杆施力，主支撑杆带动切削刀具水平打开，钻头的转速保持不变，使切削刀具在打开过程中连续、小进给量的切削周围的岩石，当钻体的顶部与定位件接触时，切削刀具完全打开；
(4)当切削刀具完全打开后，继续向下钻进直至漂石被钻穿或钻至指定位置。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明沉桩用的破岩扩孔钻头，钻头的直径可自行伸缩，方便实现钻头扩孔和回收。在沉桩过程中，在静压桩机无法沉桩时可由管桩孔进入，进行钻孔和扩孔作业，通过高性能螺旋钻杆和钻头提高使用效率和扩大破岩成孔孔径，从而使管桩顺利下沉或入岩。
(2)本发明沉桩用的破岩扩孔钻头，能减少在沉桩过程导致的桩身损坏，提高桩基整体性能。破岩扩孔钻头和螺旋钻杆连接，减少管桩在沉桩过程中的土塞效应。且本发明装备简单可靠，可重复利用，施工效率高，节约了施工成本。施工方法简单，便于实施。
附图说明
图1是根据本发明的沉桩用的破岩扩孔钻头开启和闭合的示意图。
图2是根据本发明的沉桩用的破岩扩孔钻头的结构示意图。
图3是根据本发明的沉桩用的破岩扩孔钻头的俯视图。
图4是根据本发明的沉桩用的破岩扩孔钻头沉桩的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1至图3所示，根据本发明具体实施方式的一种沉桩用的破岩扩孔钻头，包括：钻体1、切削刀片2和铰接机构3。钻体1呈中空结构，其底部设有切削齿4。钻体1的周围边缘均匀环绕设有4块切削刀片2，切削刀片2设于导轨5上，并与导轨5一一对应设置，导轨5固定设于钻体1的空腔内，每块切削刀片2可水平往复移动。铰接机构3包括主支撑杆31和多根枝杆32。多根支杆32与切削刀片2一一对应设置，一端与切削刀片2连接，另一端与铰接接头33连接，铰接接头33与主支撑杆31连接，主支撑杆31向钻体1外延伸，主支撑杆31上设有定位件6，定位件6位于钻体1外，位于钻体1的上方。
在进行扩孔的施工操作中，对主支撑杆31施力，主支撑杆31通过铰接接头33对支杆32施力，支杆32对切削刀片2施加水平的推力，切削刀片2在导轨5上水平移动。铰接机构3可用来辅助切削刀片的横向移动与定位，进而实现扩孔的要求。铰接机构3具有结构简单、可靠性高，在管桩中相对较小的空间内更容易、可靠的实现钻头的开启与闭合。导轨5可限制可移动切削刀片2的移动路径，使切削刀片2在固定的轨道上水平横向移动，且具有固定可移动切削刀片2的作用，使钻头无法竖向移动并且满足竖向钻孔时的钻孔力。即待伞状的铰接机构3完全撑开后，切削刀片2沿导轨移动至指定位置后，可实现完全固定，由钻头主体提供竖向的钻孔力。在切削刀片2打开的过程中，钻头的转速保持不变，使切削刀片2在打开过程中连续、少量的切削周围的岩石，当钻体的顶部与定位件接触时，切削刀具完全打开。在钻体1上方的主支撑杆31上设有定位件6，当钻头的切削刀片2打开至指定位置时，钻头的钻体1与定位件6相接触，钻头刚好行至其向下可移动的极限，同时伞状铰接构件还保持着一个向下的力。这个向下的力和定位件使铰接构件无法在移动，这就保证了扩孔刀具的既不会因铰接构件的移动而向外移动，也不因刀具与岩石的切削而向内收缩。
优选地，切削齿上设有所述切削刀片的侧面上设有多个破岩用的切削刃。切削刃辅助切削破岩，提高钻孔效率。。
优选地，破岩扩孔钻头在使用状态下，与螺旋钻杆连接。使用螺旋钻杆，在扩孔过程中产生的土可由螺旋钻杆带出地面。减少管桩沉桩过程中的土塞效应。
一种沉桩的施工方法，沉桩过程中使用上述的沉桩用的破岩扩孔钻头，如图4所示，具体包括以下步骤：
(1)当管桩在下沉过程中遇到难以下沉的岩层时(如图4中Ⅰ所示)，将带有破岩扩孔钻头的螺旋钻杆下沉至管内岩土上层(如图4中Ⅱ所示)；开启电机使破岩扩孔钻头转动，并匀速向下钻进，直至管桩桩端现有位置；
(2)钻头继续向下钻进一个钻头高度的深度，然后保持钻头旋转但暂时停止向下钻进(如图4中Ⅲ所示)；
(3)通过主支撑杆施力，主支撑杆向下滑动，主支撑杆带动切削刀具水平打开，钻头的转速保持不变，使切削刀具在打开过程中连续、少量的切削周围的岩石，当钻体的顶部与定位件接触时，切削刀具完全打开，当切削刀具完全打开后，继续向下钻进直至漂石被钻穿或钻至指定位置(如图4中Ⅳ所示)；
(4)给主支撑杆施加向上的力，进而带动切削刀具向钻头内移动，回收破岩扩孔钻头(如图4中Ⅴ所示)。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (8)
1.一种沉桩用的破岩扩孔钻头，其特征在于，包括：
钻体，呈中空结构，其底部设有切削齿；
多块切削刀片，其环绕设于所述钻体上，每块所述切削刀片可水平往复移动；以及
铰接机构，其包括主支撑杆和多根支杆，多根所述支杆与所述切削刀片一一对应设置，一端与所述切削刀片连接，另一端与铰接接头连接，所述铰接接头与所述主支撑杆连接，所述主支撑杆向所述钻体外延伸，所述钻体可沿着所述主支撑杆上下滑动，所述主支撑杆上设有定位件，所述定位件位于所述钻体外；
其中，通过控制所述主支撑杆的上下运动，进而带动所述切削刀片的水平移动。
2.根据权利要求1所述的沉桩用的破岩扩孔钻头，其特征在于，所述钻体内设有多条导轨，所述切削刀片设于所述导轨上，与所述导轨一一对应设置。
3.根据权利要求1所述的沉桩用的破岩扩孔钻头，其特征在于，所述切削齿上设有多个倾斜方向不同的高压水流喷嘴。
4.根据权利要求1所述的沉桩用的破岩扩孔钻头，其特征在于，所述切削刀片的侧面上设有多个破岩用的切削刃。
5.根据权利要求1所述的沉桩用的破岩扩孔钻头，其特征在于，所述破岩扩孔钻头在使用状态下，与螺旋钻杆连接。
6.根据权利要求1所述的沉桩用的破岩扩孔钻头，其特征在于，所述切削刀片为4块。
7.一种沉桩的施工方法，其特征在于，沉桩过程中使用如权利要求1-5中任一所述的沉桩用的破岩扩孔钻头。
8.根据权利要求7所述的沉桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)当管桩在下沉过程中遇到难以下沉的岩层时，将带有破岩扩孔钻头的螺旋钻杆下沉至管内岩土上层，转动破岩扩孔钻头至管桩桩端现有位置；
(2)钻头继续向下钻进一个钻头高度的深度，然后保持钻头旋转但暂时停止向下钻进；
(3)通过主支撑杆施力，主支撑杆带动切削刀具水平打开，钻头的转速保持不变，使切削刀具在打开过程中连续、小进给量的切削周围的岩石，当钻体的顶部与定位件接触时，切削刀具完全打开；
(4)当切削刀具完全打开后，继续向下钻进直至漂石被钻穿或钻至指定位置。
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