CN108979522A - 一种长螺旋钻机入岩和制做扩底桩载体桩的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
一种能够钻进岩石并能够制做扩底桩或载体桩的制桩方法及设备。特点是所用长螺旋钻具的钻头不仅可以随钻杆一起转动，而且可以在钻杆上单独连续锤击岩石或高频振动冲击岩石，由叶片将击碎的岩石碎块排出，从而钻进岩层成孔。制做载体桩时，钻头钻杆正转，钻头和钻杆上的螺旋叶片将钻出的土排出孔外钻进成孔；钻杆反转时，钻外排下的碎石、建筑垃圾、干硬性混凝土进入孔底，在钻头的锤击下挤入孔底土层，形成扩大头或桩端载体基础，再灌注高强度混凝土，插入钢筋笼，制成扩底桩或载体桩。成孔、载体基础、制桩过程连续进行一次完成，施工速度大大提高，施工成本大幅降低，而且有效地利用建筑垃圾，利于环境保护。
Description
技术领域
本方法属于制桩方法，设备属于建筑机械，具体说是一种能够让钻杆上的钻头连续锤击或高频冲击岩石从而钻孔入岩或锤击孔底填充物和土体，在岩层中制桩或在软土中制成桩底扩大头或载体基础的方法和设备。
背景技术
目前建筑工地广泛使用的长螺旋钻机只适合于在土层中钻孔，遇到岩层钻进就非常困难。但是很多基础工程要求基础桩入岩，即穿透强风化岩层将桩尖扎进中风化甚至微风化岩层中。这对长螺旋钻机构成难题。为解决这一难题，我们首先分析一下岩石被钻时的力学性质，众所周知：岩石既硬又脆，很难用刀具切割但冲击韧性极低，很容易被锤打击碎，在岩层中打炮眼的风镐就是利用这个原理入岩成孔。如果我们将长螺旋钻具改造成既有叶片能够在土层中钻孔，其钻头又能在钻杆上连续锤击或高频冲击岩石成孔，岂不是一举解决了长螺旋钻机入岩层的难题。关键在于如何让钻头既能接受钻杆传来的扭矩在土层中转动钻孔，又能作为锤头在钻杆上直线往复运动连续锤击岩石或高频振动冲击岩石，从而击碎岩石入岩成孔。
在软土地基中做桩时，浅层找不到合适的持力层，侧摩阻力又非常小。此时最合理的办法是人工制造一个桩的端承载体基础，制成所谓的载体桩。我们可以利用上述长螺旋钻头能够锤击岩石或高频冲击岩石的特点，钻至预定深度后，在不提钻的情况下设法向孔底输进碎石或建筑垃圾，同时锤击或高频冲击制成足够大的桩端载体基础，然后直接向钻孔内灌注高强度混凝土，插进钢筋笼，制成现场灌注的混凝土载体桩。
发明内容
我们所要解决的技术问题是：如何使长螺旋钻杆上的钻头在保持接受钻杆传递来的扭矩转动的同时，又具有独自连续锤击岩石或高频振动冲击岩石的能力，从而击碎岩石，达到入岩成孔的目的；并且可以利用这个可以锤击或高频冲击的钻头，将碎石或建筑垃圾在孔底制造出一个足够大的载体基础。
我们解决上述技术问题的方法是：设计制造一种长螺旋钻机入岩钻具，由电机、行星减速机、齿轮箱、空心输出主轴、长螺旋钻杆和钻头构成，其特征在于：钻头通过限位横销、六方接头或花键与钻杆相连接，钻头的六方接头或花键上方安装有机械撞击重锤或高频振动冲击锤，钻头在钻杆上与钻杆同步转动，同时又在横销限定的范围内自由轴向移动连续锤击岩石或高频振动冲击岩石或孔底填充料，从而击碎岩石钻入岩层或将填充料挤入土层制成桩端扩大头或载体基础。
附图说明
图1安装有机械撞击重锤的长螺旋钻机入岩钻具。
图2钻头与钻杆间的六方接头结构图。
图3一种机械撞击重锤的提升脱钩机构图。
图4制做载体桩时工作示意图。
图中：1.齿轮箱，2.行星减速机，3.钻机立柱，4.立柱导轨，5.动力头卡瓦，6.水冷电机，7.动力头挂架，8.循环冷却水管，9.水冷散热箱，10.链条，11.提升脱钩机构，12.链条上的档块，13.循环水泵，14.挂钩导向装置，15.提锤挂钩，16.空心输出主轴，17.提锤钢丝绳，18.钻杆，19.机械撞击重锤，20.钻头上的外六方接头，21.钻杆上的内六方接头，22.限位横销，23.钻头，24.填充料，25.桩端载体基础。
具体实施方式
图1中所示是一种安装了机械锤的长螺旋钻具。图中的动力头选用了一种目前国内外输出扭矩最大的水冷式电机动力头，其输入功率达360kw输出扭矩达70万牛米。选择大扭矩动力头是为了只要将岩石击成碎块，就能用钻头钻杆上的螺旋叶片将其排出，而不像一般的潜孔锤那样必须将岩石全部冲击成粉末，因此既节能又提高了钻进速度。图中钻头与钻杆相连处是特制的六方接头连接段。图2是放大后的结构图，钻头23上的外六方接头20插在钻杆上的内六方接头21之内，在限位销22的约束下，在一定范围内轴向自由移动将上方机械锤击的力量传递到岩石上，击碎岩石。同时钻头又通过六方接头在钻杆的带动下始终保持转动，这种转动也是冲击岩石时必要的，它使每一次的冲击点转换一个位置，即每一次的冲击点都砸在前一次冲击点的边缘，产生“边缘效应”，有利于迅速将岩石击碎(花键连接也可以起到六方接头相同的效果)。在连续不断的锤击或高频振动冲击下被击碎的岩石碎块随着钻具的转动被螺旋叶片排出钻孔外。当钻进到预定深度后，由钻杆芯管的两侧注浆管注入护壁的泥浆，缓缓提出钻杆后下钢筋笼再下导管由孔底灌注混凝土成桩。
实现重锤连续锤击的方法有多种，图1和图3所示的提升脱钩机构，经过试验是比较简单可靠的一种。提升脱钩机构11由电机、减速机、链轮、链条构成。安装在链条10上的多个挡块12，将挂钩15提升，当链条经过上方的链轮时，挂钩15自动脱离挡块12，机械撞击重锤19落下实现撞击，然后挂钩15又被下一个挂挡块再度钩住提升重锤，由此实现重锤的反复提升锤击钻头。这种机械锤击方式设备结构简单，制造成本低，经济适用。当制做载体桩时，重锤重达4-5吨，必须用溜放式卷扬机直接提锤(见图4)。
如果用高频振动的液压冲击锤或气动冲击锤取代机械重锤，安装在上述安装机械重锤的位置上，显然能够大大提高击碎岩石入岩成孔的速度，不过需要增加空压机、液压站等设备投资。无论采用机械锤击的方式还是采用高频冲击的方式，钻具的关键结构：六方接头或花键连接和横销限位都必不可少，其钻头随钻杆同步转动，又在横销限定的有限范围内在钻杆上自由轴向移动的工作原理完全相同。
图4是这种长螺旋钻具制做载体桩或扩底桩的示意图。当钻至预定深度后，钻具反转，使孔口投入的碎石、建筑垃圾或干硬性混凝土被反转的螺旋叶片一直送入孔底。与此同时，用大吨位溜放式卷扬机直接吊起4.5吨左右的重锤连续锤击钻头，将碎石等挤入孔底土层，直至形成一个足够大的直径为2-3m、深度3-5m、体积为10m3左右、中心为干硬性混凝土、外层依次为填充料和被挤密土体的桩端载体基础，然后泵入高强度的混凝土，再插入钢筋笼，制成现场灌注载体桩。
显而易见，这种制做载体桩的全部施工过程都是连续进行的，它不必停下来倾倒填充料再锤击，而是钻具反转向孔底输料和锤击同时进行；不需要预制混凝土预制桩，没有养护期，而是灌注混凝土后插入钢筋笼。成孔、制造载体基础、制桩一次完成。因此施工速度大大提高，施工成本大幅降低。同时建筑垃圾得到有效利用，有利于环境保护。
这种设备可以制做普通扩底桩(夯扩桩)是不言而喻的。此外，因为此种钻具的中空芯管因为其中有重锤所以比较粗，钻孔时孔中绝大部分土都被挤入孔壁里，因此也可以用于灰土挤密桩，将拌合好的灰土输入孔中锤击挤密。因此是一种多用途的高效的有利于环境保护的制桩方法及设备。
Claims (2)
1.一种长螺旋钻机入岩和制作扩底桩载体桩的方法及设备，其钻具由电机、行星减速机、齿轮箱、空心输出主轴、长螺旋钻杆和钻头构成，其特征在于：钻头通过限位横销、六方接头或花键与钻杆相连接，钻头的六方接头或花键上方安装有机械撞击重锤或高频冲击锤，钻头在钻杆上与钻杆同步转动，同时又在横销限定的范围内自由轴向移动，从而连续锤击或高频振动冲击岩石或孔底填充料，从而击碎岩石钻入岩层或将填充料挤入土层制成桩端扩大头或载体基础。
2.如权利要求1所述的一种长螺旋钻机入岩和制做扩底桩载体桩的方法及设备，其钻具特征在于：所说的机械撞击重锤通过提锤挂钩被提升脱钩机构上的多个挡块重复提升又自动脱落，从而连续锤击钻头。
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| CN116241173A (zh) * | 2023-05-09 | 2023-06-09 | 中铁第一勘察设计院集团有限公司 | 单动力源冲击回转挤密钻进施工方法及设备 |
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