CN108661576A - 软土地层钻孔灌注桩的成孔装置及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置及其施工方法。其中成孔装置包括：渣筒、插设于渣筒中并可沿渣筒的轴向移动的钻杆以及用于驱动钻杆周向转动的驱动电机；渣筒的底部设有用于切入待成孔的位置处的软土地层中的切入部，钻杆与渣筒同轴设置；钻杆的底端同轴联接有螺旋钻头，螺旋钻头的外径适配于渣筒的内径且螺旋钻头在钻杆的转动下周向转动。利用本发明中的成孔装置可快速实现对软土地层钻孔灌注桩的成孔施工，同时成孔过程中对孔壁土层的扰动较小，有效避免了塌孔、扩孔的现象。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置及其施工方法。
背景技术
软土地层具有高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性等特性，现有施工中，常采用反循环回旋钻机在软土地层上进行钻孔灌注桩的成孔施工，但成孔过程中容易造成塌孔、扩孔现象，其成孔的质量很难保证，且成孔效率低。因此需要设计一种成孔装置，尽可能的减小成孔过程中对孔壁土地的扰动，避免孔壁的坍塌。
发明内容
鉴于上述情况，本发明提供了一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置及其施工方法。通过将成孔装置中的渣筒切入待成孔位置处的软土地层中，实现渣筒内、外土体竖向的分离，通过将钻杆沿渣筒的轴向移动，利用螺旋钻头转动实现对渣筒内、外土体横向的分离，进而有效降低了渣筒内、外土体分离过程中对待成孔孔壁的扰动，避免孔壁的坍塌，保证钻孔灌注桩的成孔质量。
为实现上述目的，本发明公开了一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置，包括：
渣筒，所述渣筒的底部设有用于切入待成孔的位置处的软土地层中的切入部；
插设于所述渣筒中并可沿所述渣筒的轴向移动的钻杆，所述钻杆与所述渣筒同轴设置；所述钻杆的底端同轴联接有螺旋钻头，所述螺旋钻头的外径适配于所述渣筒的内径且所述螺旋钻头在所述钻杆的转动下周向转动；以及
用于驱动所述钻杆周向转动的驱动电机。
本发明的有益效果在于：通过将渣筒切入待成孔的位置处的软土地层中，实现对渣筒内、外侧土体的竖向分离；通过驱动钻杆转动，利用螺旋钻头实现对渣筒内、外侧土体的横向分离；可以有效降低了渣筒内、外土体分离过程中对待成孔孔壁的扰动，避免孔壁发生坍塌，保证钻孔灌注桩的成孔质量。
本发明一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置的进一步改进在于，还包括安装于所述待成孔的孔口处的支撑架、安装于所述支撑架上且用于带动所述渣筒沿自身轴向移动的第一提升设备；所述渣筒通过第一升降组件连接于所述支撑架，所述第一升降组件包括安装于支撑架上的第一定滑轮和连接于所述第一定滑轮的第一吊绳，所述第一吊绳的第一端可拆卸的连接于所述渣筒，所述吊绳的第二端绕过所述第一定滑轮并连接于所述第一提升设备。
本发明一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置的更进一步改进在于，还包括安装于所述支撑架上且用于带动所述钻杆沿所述渣筒的轴向移动的第二提升设备；所述驱动电机通过第二升降组件连接于所述支撑架，所述第二提升设备包括连接于所述驱动电机的动滑轮、安装于所述支撑架上的第二定滑轮以及连接于所述动滑轮和所述第二定滑轮的第二吊绳，所述第二吊绳的第一端绕过所述动滑轮并连接于所述支撑架，所述第二吊绳的第二端绕过所述第二定滑轮并连接于所述第二提升设备，所述钻杆固接于所述驱动电机的主轴。
本发明一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置的更进一步改进在于，所述驱动电机滑设于所述支撑架上，所述支撑架上开设有供所述驱动电机滑移的轨道。
本发明一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置的进一步改进在于，所述支撑架包括安装于所述待成孔的孔口处的底座、连接于所述底座的支撑桅杆，所述第一提升设备和所述第二提升设备安装于所述底座上。
本发明一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置的进一步改进在于，所述切入部为刃脚。
本发明一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置的进一步改进在于，所述渣筒的顶端安装有顶板，所述顶板上开设有供所述钻杆插设的通孔，对位于所述通孔在所述顶板上连接有供所述钻杆插设的导向套。
本发明一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置的进一步改进在于，还包括埋设于所述待成孔的孔口软土地层中的护筒。
本发明还公开了一种利用软土地层钻孔灌注桩的成孔装置进行成孔的施工方法，包括以下步骤：
将钻杆吊装于所述待成孔位置处，使得所述钻杆底端的螺旋钻头的中心对准并支抵于待成孔的中心的软土地层表面；
将渣筒沿自身轴向向上移动至一定高度位置；
松开所述渣筒，使得所述渣筒在自身重力作用下自由下落并切入所述待成孔位置处的软土地层中；
启动驱动电机，通过所述驱动电机驱动所述钻杆转动，带动所述螺旋钻头周向转动，所述螺旋钻头向下钻入软土地层中，令所述螺旋钻头钻入软土地层的深度小于或等于所述渣筒切入软土地层的深度，所述螺旋钻头所钻软土底层的土体留于所述渣筒中、所述螺旋钻头上；
待所述螺旋钻头下钻到位后，关闭所述驱动电机；
同步提升所述渣筒和所述钻杆至所述待成孔的孔口外；
进行所述渣筒内土体的清理；
依次循环地进行上述步骤，直至已成孔的深度满足钻孔灌注桩实际所需的成孔深度为止。
本发明一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置进行成孔的施工方法的进一步改进在于，于将钻杆吊装于所述待成孔位置处的步骤前还包括步骤：于待成孔的孔口软土地层中埋设护筒，并将所述护筒中的土层挖出。
附图说明
图1是本发明一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置的结构示意图。
图2是本发明中的渣筒提升时的状态示意图。
图3是本发明中渣筒切入待成孔的软土地层中的状态示意图。
图4是本发明中螺旋钻头下沉钻孔时的状态示意图。
图5是本发明中渣筒和钻杆提升时的状态示意图。
图6是本发明中渣筒和钻杆之间的结构示意图。
图7是本发明中护筒及卸渣平台的结构示意图。
图8是图7的俯视示意图。
图9是本发明中利用软土地层钻孔灌注桩的成孔装置进行成孔的施工方法的具体流程图。
具体实施方式
为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
参阅图1至图6可知，本发明公开了一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置，包括渣筒1、插设于渣筒1中并可沿渣筒1的轴向移动的钻杆21以及用于驱动所述钻杆21周向转动的驱动电机3；其中，渣筒1的底部设有用于切入待成孔8的位置处的软土地层中的切入部11，钻杆21与渣筒1同轴设置，钻杆21的底端同轴联接有螺旋钻头22，螺旋钻头22的外径适配于渣筒1的内径且螺旋钻头22在钻杆21的转动下周向转动。本实施例中，通过将渣筒1切入待成孔8位置处的软土地层，实现渣筒1内、外侧土体竖向分离，通过驱动电机3驱动钻杆21转动，利用螺旋钻头22实现对渣筒1内、外侧土体横向分离，进而实现渣筒1内、外侧土体的分离，同时可大幅降低实现渣筒1内、外侧土体分离过程中对待成孔8孔壁的扰动，有效避免孔壁的坍塌，保证最终钻孔灌注桩的成孔质量。实际施工中，通过同步提升渣筒1和钻杆21(螺旋钻头22位于渣筒1的内侧)至待成孔8的孔口处，然后再进行渣筒1中土体(渣土)的清理，其与传统回旋钻泥浆携渣相比，减小了对周边环境的影响；实际施工中，渣筒1切入的深度小于或等于渣筒1的高度。本实施例中，切入部11为设于渣筒底部的刃脚或切口；有利于渣筒1自由下落后切入待成孔8处的软土地层中，待成孔8处的土体仅会受到竖向的剪切力，进而最大程度的降低对孔壁的扰动。
进一步的，还包括安装于待成孔8的孔口处的支撑架、安装于支撑架上且用于带动渣筒1沿自身轴向移动的第一提升设备61；渣筒1通过第一升降组件41连接于支撑架，第一升降组件41包括安装于支撑架上的第一定滑轮和连接于第一定滑轮的第一吊绳411，第一吊绳411的第一端可拆卸的连接于渣筒1，吊绳的第二端绕过第一定滑轮并连接于第一提升设备61。本实施例中，利用第一提升设备61和第一升降组件41实现渣筒1的轴向移动。更进一步的，第一吊绳411通过御扣连接于渣筒1；待渣筒1提升至一定高度后，松开御扣，实现渣筒1的自由下落，渣筒1在重力的作用下切入待成孔8的土层中。更进一步的，第一吊绳411通过卡爪组件412连接于渣筒1，卡爪组件412包括对称设置的多个卡爪单元，渣筒1的外壁上对应设有供卡爪单元卡设的卡槽。
进一步的，还包括安装于支撑架上且用于带动钻杆21沿渣筒1的轴向移动的第二提升设备62；驱动电机3通过第二升降组件42连接于支撑架，第二提升设备62包括连接于驱动电机3的动滑轮、安装于支撑架上的第二定滑轮以及连接于动滑轮和第二定滑轮的第二吊绳421，第二吊绳421的第一端绕过动滑轮并连接于支撑架，第二吊绳421的第二端绕过第二定滑轮并连接于第二提升设备62，钻杆21固接于驱动电机3的主轴。本实施例中，利用第二提升设备62和第二升降组件42实现驱动电机3的提升，进而通过驱动电机3带动钻杆21沿渣筒1的轴向移动。更进一步的，驱动电机3滑设于支撑架上，支撑架上开设有供驱动电机3滑移的轨道；通过将驱动电机3沿轨道滑移(升降)，可以保证螺旋钻头22在下钻施工过程中的对中性，避免钻杆21(螺旋钻头22)发生径向的晃动，进而降低对孔壁的扰动，保证成孔的质量。更进一步的，轨道中滑设有一框架结构，驱动电机3固定安装在框架结构中，第二吊绳421的第二端绕过第二定滑轮并连接于框架结构的顶端。
进一步的，支撑架包括安装于待成孔8的孔口处的底座51、连接于底座51的支撑桅杆52，第一提升设备61和第二提升设备62安装于底座51上。更进一步的，支撑桅杆52上形成有上述轨道。本实施例中，底座51和支撑桅杆52之间还设有拉杆53或缆风绳53，用于保证支撑桅杆52的稳定性。
渣筒1的顶端安装有顶板，顶板上开设有供钻杆21插设的通孔，对位于通孔在顶板上连接有供钻杆21插设的导向套13。本实施例中，导向套起导向作用，可避免钻杆21施工和移动过程发生偏移，保证螺旋钻头22施工作业时沿竖向移动，防止螺旋钻头22与渣筒1内壁发生接触，降低螺旋钻头22钻孔施工作业过程中对孔壁的扰动。本发明中，螺旋钻头22和钻杆21之间还设有一挡板，挡板位于顶板的下方且挡板的外径大于通孔的内径，可避免渣筒1自由下落过程中螺旋钻头22和顶板发生接触；当渣筒1刚好触及挡板时渣筒1切入土体的深度最大。本发明中，导向套13上设有供卡爪单元卡设的卡槽。
如图7所示，还包括埋设于待成孔8的孔口软土地层中的护筒7。埋设护筒的作用在于钻孔灌注桩的成孔位置的定位、保护成孔的孔口，避免发生坍塌，同时还可以作为后期钻孔灌注桩的桩顶标高的控制依据。本实施例中，渣筒1与护筒7同轴设置并可沿护筒7的轴向移动，渣筒1的外径小于护筒7的内径。
如图7和图8所示，还包括安装于待成孔8的孔口处上方的卸渣平台9。进一步的，卸渣平台9包括对称设置的二平台单元，平台单元通过合页结构91可向上转动的安装于待成孔8的孔口处上方，二平台单元之间形成有供钻杆21穿设的孔口。实际使用中，首先向上转动平台单元将卸渣平台9展开，然后同步提升渣筒1和钻杆21(螺旋钻头22)至卸渣平台9的上方，再将平台单元向下转动实现卸渣平台9的闭合，最后将渣筒1放置于卸渣平台9上，完成渣土(渣筒1的土体)的临时放置，避免对周围环境的影响。本实施例中，卸渣平台9安装高于护筒7的顶端。
本发明中，在螺旋钻头22钻孔过程，渣筒1还起到保护已钻孔孔壁的作用，避免螺旋钻头22钻孔过程与渣筒1外侧的土体直接接触而造成孔壁的坍塌。
本发明中，第一提升设备61和第二提升设备62可选用卷扬机、矿井提升机等，底座51上还安装有便于施工人员操作的操作棚10。
本发明中，渣筒1包括多片圆弧形柱筒，相邻圆弧形柱筒之间通过合页连接，便于对渣筒1中土体的清洗。渣筒1的筒身上还开设有泄水孔12，便于在成孔过程中将渣土(渣筒1内侧的土体)中的水排出。
本发明还公开了一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置的施工方法(具体流程如图9所示)，包括以下步骤：
步骤101：将钻杆21吊装于待成孔8位置处，使得钻杆21底端的螺旋钻头22的中心对准并支抵于待成孔8的中心的软土地层表面；
步骤102：将渣筒1沿自身轴向向上移动至一定高度位置；
步骤103：松开渣筒1，使得渣筒1在自身重力作用下自由下落并切入待成孔8位置处的软土地层中；
步骤104：启动驱动电机3，通过驱动电机3驱动钻杆21转动，带动螺旋钻头22周向转动，螺旋钻头22向下钻入软土地层中，令螺旋钻头22钻入软土地层的深度小于或等于渣筒1切入软土地层的深度，螺旋钻头22所钻软土底层的土体留于渣筒1中、螺旋钻头22上；
步骤105：待螺旋钻头22下钻到位后，关闭驱动电机3；
步骤106：同步提升渣筒1和钻杆21至待成孔8的孔口外；
步骤107：进行渣筒1内土体的清理；
步骤108：依次循环地进行上述步骤，直至已成孔的深度满足钻孔灌注桩实际所需的成孔深度为止。
本实施例中，将待成孔8分成多段进行施工作业，每一段施工均需进行上述步骤101至步骤107，直至完成钻孔灌注桩的成孔施工。
进一步的，于步骤101前包括步骤：于待成孔8的孔口软土地层中埋设护筒7，并将护筒7中的土层(体)挖出。
更进一步的，于待成孔8的孔口软土地层中埋设护筒7的步骤包括：对待成孔8的位置进行放样，然后将护筒7埋设于待成孔8的放样位置处的软土地层中。
进一步的，于步骤101前还包括步骤：对待成孔8的施工场地进行平整压实，并清除杂物。
本发明中，螺旋钻头22钻入软土地层的深度小于或等于所述渣筒1切入软土地层的深度，可以保证螺旋钻头22向下钻入到位后，螺旋钻头22位于渣筒的内部(避免螺旋钻头22外露于渣筒1)；同步提升渣筒1和钻杆21过程中，利用螺旋钻头22和渣筒1将渣筒1中的渣土(土层)提升至待成孔8的孔口外，有效避免提升过程中渣土(土体)掉落。
本发明中，护筒7采用10mm钢扳制成，护筒7内径大于待成孔8的孔径20cm至30cm，护筒7顶端高出待成孔8位置处地表1.5m，护筒7埋入于软土地层地表以下的深度为2m；为避免护筒7底悬空，造成蹋孔，漏水，漏浆，护筒7底应坐在夯实的粘(软)土层上，护筒7四周回填粘土并夯实，护筒7平面位置的偏差应不超过5cm。
本发明一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置及其施工方法的有益效果包括：
1.通过在钻孔灌注桩的成孔位置处埋设护筒，可以保护成孔的孔口，避免发生坍塌。
2.通过将渣筒切入钻孔灌注桩的待成孔位置处的软土地层中，可实现对渣筒内侧和外侧土体的竖向分离，待成孔位置处的土体(层)仅受到竖向的剪切力，减小了对孔壁的扰动；利用螺旋钻头完成钻孔的同时实现渣筒内侧土体和渣筒外侧土体的横向分离，并且由于螺旋钻头钻孔过程中始终位于渣筒的内侧，可以避免对渣筒外侧土体的扰动，保证钻孔灌注桩的成孔质量。
3.通过在待成孔的孔口的上方安装卸渣平台可实现渣土的放置，避免对周围环境造成污染。
4.通过将螺旋钻头内置于渣筒中完成钻孔操作，可以大幅降低钻孔旋挖灌注桩成孔过程中对孔壁土体的扰动，保证最终成孔的质量。
以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置，其特征在于，包括：
渣筒，所述渣筒的底部设有用于切入待成孔的位置处的软土地层中的切入部；
插设于所述渣筒中并可沿所述渣筒的轴向移动的钻杆，所述钻杆与所述渣筒同轴设置，所述钻杆的底端同轴联接有螺旋钻头，所述螺旋钻头的外径适配于所述渣筒的内径且所述螺旋钻头在所述钻杆的转动下周向转动；以及
用于驱动所述钻杆周向转动的驱动电机。
2.根据权利要求1所述的软土地层钻孔灌注桩的成孔装置，其特征在于：还包括安装于所述待成孔的孔口处的支撑架、安装于所述支撑架上且用于带动所述渣筒沿自身轴向移动的第一提升设备；所述渣筒通过第一升降组件连接于所述支撑架，所述第一升降组件包括安装于支撑架上的第一定滑轮和连接于所述第一定滑轮的第一吊绳，所述第一吊绳的第一端可拆卸的连接于所述渣筒，所述吊绳的第二端绕过所述第一定滑轮并连接于所述第一提升设备。
3.根据权利要求2所述的软土地层钻孔灌注桩的成孔装置，其特征在于：还包括安装于所述支撑架上且用于带动所述钻杆沿所述渣筒的轴向移动的第二提升设备；所述驱动电机通过第二升降组件连接于所述支撑架，所述第二提升设备包括连接于所述驱动电机的动滑轮、安装于所述支撑架上的第二定滑轮以及连接于所述动滑轮和所述第二定滑轮的第二吊绳，所述第二吊绳的第一端绕过所述动滑轮并连接于所述支撑架，所述第二吊绳的第二端绕过所述第二定滑轮并连接于所述第二提升设备，所述钻杆固接于所述驱动电机的主轴。
4.根据权利要求3所述的软土地层钻孔灌注桩的成孔装置，其特征在于：所述驱动电机滑设于所述支撑架上，所述支撑架上开设有供所述驱动电机滑移的轨道。
5.根据权利要求2所述的软土地层钻孔灌注桩的成孔装置，其特征在于：所述支撑架包括安装于所述待成孔的孔口处的底座、连接于所述底座的支撑桅杆，所述第一提升设备和所述第二提升设备安装于所述底座上。
6.根据权利要求1所述的软土地层钻孔灌注桩的成孔装置，其特征在于：所述切入部为刃脚。
7.根据权利要求1所述的软土地层钻孔灌注桩的成孔装置，其特征在于：所述渣筒的顶端安装有顶板，所述顶板上开设有供所述钻杆插设的通孔，对位于所述通孔在所述顶板上连接有供所述钻杆插设的导向套。
8.根据权利要求1所述的软土地层钻孔灌注桩的成孔装置，其特征在于：还包括埋设于所述待成孔的孔口软土地层中的护筒。
9.一种采用如权利要求1所述的软土地层钻孔灌注桩的成孔装置进行成孔的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钻杆吊装于所述待成孔位置处，使得所述钻杆底端的螺旋钻头的中心对准并支抵于待成孔的中心的软土地层表面；
将渣筒沿自身轴向向上移动至一定高度位置；
松开所述渣筒，使得所述渣筒在自身重力作用下自由下落并切入所述待成孔位置处的软土地层中；
启动驱动电机，通过所述驱动电机驱动所述钻杆转动，带动所述螺旋钻头周向转动，所述螺旋钻头向下钻入软土地层中，令所述螺旋钻头钻入软土地层的深度小于或等于所述渣筒切入软土地层的深度，所述螺旋钻头所钻软土底层的土体留于所述渣筒中、所述螺旋钻头上；
待所述螺旋钻头下钻到位后，关闭所述驱动电机；
同步提升所述渣筒和所述钻杆至所述待成孔的孔口外；
进行所述渣筒内土体的清理；
依次循环地进行上述步骤，直至已成孔的深度满足钻孔灌注桩实际所需的成孔深度为止。
10.根据权利要求9所述的一种软土地层钻孔灌注桩的成孔装置进行成孔的施工方法，其特征在于，于将钻杆吊装于所述待成孔位置处的步骤前还包括步骤：于待成孔的孔口软土地层中埋设护筒，并将所述护筒中的土层挖出。
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