CN109339728A - 一种提高钻孔灌注桩成孔质量的孔壁处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高钻孔灌注桩成孔质量的孔壁处理装置，包括机体，机体的中间位置设置有插入孔，插入孔壁上固定有内套，内套上固定有电磁铁，机体的外壁可转动连接有外套，外套铰接有若干个孔壁处理单元；孔壁处理单元对孔壁进行切削，本发明孔壁处理过程相对钻进成孔过程对工程的扰动小，不会对孔壁造成负面效果。可对孔壁形状重塑，形成孔壁粗糙，呈螺旋状表面的孔壁，改善桩体表面与桩周土层表面的咬合，使桩侧摩阻力充分发挥，提高成桩质量，尤其适用于现在广泛使用的摩擦桩和端承摩擦桩。
Description
技术领域
本发明涉及钻孔灌注桩领域，特别是涉及一种提高钻孔灌注桩成孔质量的孔壁处理装置。
背景技术
随着我国建筑工程的不断发展，钻孔灌注桩由于其适用性强、承载力高、无振害、噪音小、成本低等特点得到广泛应用。对于机械成孔灌注桩，成孔质量的好坏最终直接影响成桩质量，对桩基承载力有重要影响。为了防止钻孔灌注桩在钻孔过程中出现孔壁坍塌、缩孔等现象，工程上一般采用泥浆护壁处理。但是泥浆护壁在成桩以后在桩周成为薄弱层，泥皮改变了桩周土摩阻力的发挥，导致桩的承载力降低。
现阶段的灌注桩主要以摩擦桩和端承摩擦桩为主。对于成孔后孔壁光滑、平直的桩孔，成桩后桩体与土层咬合作用差，桩土易发生剪切滑动，不利于桩周土摩阻力的发挥；成孔后泥浆护壁的泥皮过厚时，就相对减小了成桩直径。孔壁的粗糙程度和孔径大小的均匀程度严重影响成桩质量。
正循环钻进成孔和反循环钻进成孔是钻孔灌注桩常见的两种施工方法。正循环成孔中泥浆通过钻杆内腔流入孔底，由于泥浆相对密度较大，可携带钻渣，再经过钻杆与孔壁的间隙排到地面。在正循环成孔过程中，易出现孔径大小不均匀、护壁的泥皮厚度过厚的情况。反循环成孔是泥浆沿钻杆与孔壁外环间隙流入孔底，携带钻渣沿钻杆内腔返回地面。在反循环成孔过程中，虽然孔径大小相对均匀但是孔壁粗糙程度差，表面较光滑，不利于桩侧摩阻力的发挥。因此针对正循环与分循环的成孔质量问题，需要设计一种同时适用以上两种情况的孔壁处理装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高钻孔灌注桩成孔质量的孔壁处理装置，以解决上述现有技术存在的问题，避免了孔壁坍塌、缩孔等现象，提高了孔壁的质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种提高钻孔灌注桩成孔质量的孔壁处理装置，其特征在于：包括机体，所述机体的中间位置设置有插入孔，所述插入孔壁上固定有内套，所述内套上固定有电磁铁，所述机体的外壁可转动连接有外套，所述外套铰接有若干个孔壁处理单元；所述孔壁处理单元包括折叠内壁，所述折叠内壁一端与所述外套铰接，另一端铰接有折叠外壁，所述折叠外壁另一端铰接有刀盘，所述刀盘上设置有螺纹，所述折叠内壁与所述外套铰接位置、所述折叠内壁与折叠外壁的铰接位置、所述折叠外壁铰接与刀盘的铰接位置均设置有活动部，活动部使折叠内壁与外套绕铰接位置可开合运动、折叠内壁与折叠外壁绕铰接位置可开合运动，折叠外壁与刀盘绕铰接位置可开合运动。
优选的，所述机体为柱状，所述机体包括左机体和右机体，所述左机体和右机体可拆卸连接，所述左机体和右机体为中空结构。
优选的，所述左机体内固定有第一马达，所述第一马达连接有第一齿轮，所述外套上固定有与第一齿轮啮合连接的齿条。
优选的，所述活动部包括两个环形齿条，两个所述环形齿条啮合连接有第二齿轮机构，每个所述环形齿条的两端啮合连接有第三齿轮，所述第三齿轮连接有第二马达。
优选的，所述第二齿轮机构包括设分别与两个环形齿条啮合连接的第二齿轮和连接两个第二齿轮的连杆。
优选的，所述外套、折叠内壁、折叠外壁与所述刀盘上设置有放置活动部的第一槽。
优选的，所述折叠外壁上固定有激光发射器，所述刀盘上固定有激光接收器。
优选的，所述右机体内固定有水箱，所述水箱连接出水管，所述出水管上设置有水泵。
优选的，所述外套上设置有若干出水孔。
本发明公开了以下技术效果：
1、孔壁处理过程相对钻进成孔过程对工程的扰动小，不会对孔壁造成负面效果。
2、可对泥皮厚度进行控制，且可以形成孔径大小均匀的桩孔，提高钻孔灌注桩成桩质量。
3、可对孔壁形状重塑，形成孔壁粗糙，呈螺旋状表面的孔壁，改善桩体表面与桩周土层表面的咬合，使桩侧摩阻力充分发挥，提高成桩质量，尤其适用于现在广泛使用的摩擦桩和端承摩擦桩。
4、该孔壁处理过程不延滞成桩的工程周期，孔壁处理过程与钻孔过程可同时进行。且泥皮可塑性强，易切割，因此在孔壁处理过程中不会遇到障碍。即使在装置卡死时可使用自带清理系统清理装置，清孔效率高，功能强大。
5、装置活动灵活，需要扩大工作半径时可通过点激光仪精确量测然后做出调整；在不需使用装置时可将螺纹刀盘闭合将整个装置的体积减小，缩成圆柱体，紧紧贴附在钻杆上，不会影响正循环成孔的排出钻渣过程和反循环成孔的添加泥浆过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明孔壁处理单元打开结构示意图；
图3为本发明图2中B局部放大图；
图4为本发明孔壁处理单元结构示意图；
图5为本发明机体结构示意图；
图6为本发明机体内部剖视图；
图7为本发明机体上安装锥形套结构示意图；
图8为本发明反循环钻孔使用状态图；
图9为本发明正循环钻孔使用状态图；
图10为本发明实施例2中出水槽与分流锥结构示意图；
图11为本发明图10剖面结构示意图；
图12为本发明螺纹槽内凸起结构示意图；
其中，机体1，左机体1.1，右机体1.2，插入孔2，内套3，外套4，出水孔4.1，孔壁处理单元5，折叠内壁5.1，折叠外壁5.2，刀盘5.3，螺纹5.3.1，活动部6，环形齿条6.1，第三齿轮6.2，第二马达6.3，第二齿轮6.4，连杆6.5，第一马达7，第一齿轮8，齿条9，第一槽10，激光发射器11，激光接收器12，水箱13，出水管14，水泵15，第二槽16，锥形套17，分流锥18，凸起19，出水槽20。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
参考图1-9，本发明提供一种提高钻孔灌注桩成孔质量的孔壁处理装置，包括机体1，机体1的中间位置设置有插入孔2，插入孔2用于钻杆的插入，插入孔2的内壁上固定有内套3，内套3为高强度耐磨合金材料，内套3上固定有电磁铁，在机体1的外壁可转动连接有外套4，外套4铰接有若干个孔壁处理单元5；孔壁处理单元5包括折叠内壁5.1，折叠内壁5.1一端通过销轴与外套4铰接，另一端同样通过销轴铰接有折叠外壁5.2，折叠外壁5.2另一端同样通过销轴铰接有刀盘5.3，刀盘5.3上设置有螺纹5.3.1，折叠内壁5.1与外套4销轴铰接位置、折叠内壁5.1与折叠外壁5.2销轴的铰接位置、折叠外壁5.2与刀盘5.3的销轴的铰接位置均设置有活动部6，活动部6使折叠内壁5.1与外套4绕铰接位置可开合运动、折叠内壁5.1与折叠外壁5.2绕铰接位置可开合运动，折叠外壁5.2与刀盘5.3绕铰接位置可开合运动。
进一步优化方案，机体1为柱状，机体1包括左机体1.1和右机体1.2，左机体1.1和右机体1.2通过螺钉可拆卸连接，左机体1.1和右机体1.2为中空结构，左机体1.1内固定有第一马达7，第一马达7连接有第一齿轮8，外套4上设置有与第一齿轮8啮合连接的齿条9，在第一马达7的驱动下，第一齿轮8带动齿条9转动，使外套4绕机体1的外壁转动，进而使孔壁处理单元5转动对钻孔内壁的泥皮进行切割。
进一步优化方案，活动部6包括两个环形齿条6.1，两个环形齿条6.1通过啮合连接的第二齿轮机构相连接，第二齿轮机构包括设分别置与两个环形齿条6.1啮合连接的第二齿轮6.4，两个第二齿轮6.4的中间位置均固定有销轴，两个销轴固定连接连杆6.5，每个环形齿条6.1的两端啮合连接有第三齿轮6.2，每个环形齿条6.1的任一第三齿轮6.2连接有第二马达6.3，并且在外套4、刀盘5.3、折叠内壁5.1、折叠外壁5.2与刀盘5.3上均对应设置有放置活动部6的第一槽10，每个环形齿条6.1内的第三齿轮6.2均可连接有第二马达6.3，第二马达6.3与第一槽10固定，也可以每个环形齿条6.1内的第三齿轮6.2其中一个与第二马达6.3输出端连接，另一个通过齿轮轴(图中未视)与第一槽10固定，第二马达6.3同样固定在第一槽10内，通过第二马达6.3的驱动，使环形齿条6.1转动，进而带动第二齿轮6.4机构在环形齿条6.1内动作，从而使折叠内壁5.1与外套4绕铰接位置可开合运动、折叠内壁5.1与折叠外壁5.2绕铰接位置可开合运动、折叠外壁5.2与刀盘5.3绕铰接位置可开合运动，使刀盘5.3张开不同的直径，从而控制切削直径。
进一步优化方案，右机体1.2内固定有水箱13，水箱13连接出水管14，出水管14上设置有水泵15，出水管14设置有若干个出水口，外套4上设置有若干出水孔4.1当孔壁处理单元5上的钻渣小颗粒需要清理的时候，水泵15启动出水管14上输出的水沿出水孔4.1喷出对孔壁处理单元5进行清洗，在孔壁处理单元5上同样可以设置若干出水孔，使孔壁处理单元5清理的更加干净无死角。
进一步优化方案，折叠外壁5.2上固定有激光发射器11，刀盘5.3上固定有激光接收器12，用于测量刀盘5.3的工作半径。
进一步优化方案，在折叠外壁5.2和刀盘5.3上均设置有第二槽16，刀盘5.3的第二槽16设置在螺纹5.3.1对应的一面，第二槽16用于收纳闭合后的孔壁处理单元5，以减少占用钻杆与钻孔壁间的距离。
进一步优化方案，为防止泥浆撞击机体1的底面或顶面损坏机体1，在机体的顶面和底面通过螺栓可拆卸的连接有锥形套17。
进一步优化方案，第二马达6.3、第一马达7、激光发射器11、激光接收器12与水泵15电性连接，并且通过PLC进行控制。
进一步优化方案，钻杆的顶部设置有收拉绳(图中未视)，收拉绳与孔壁处理装置的顶部固定连接，通过收拉绳在地面控制将孔壁处理装置上提。
实施例2
参考图10-12，与实施1不同的是，在折叠内壁5.1、折叠外壁5.2上均设置有若干个等距排列的出水槽20，在出水槽20内设置有若干个分流锥18，部分水通过水槽20对水槽20对面的壁进行清理，部分水进入分流锥18，锥面对水进行导流分散水流面积，增大冲洗面积，使孔壁处理单元5清洗的更加彻底。
更进一步的优化方案，在锥形刀盘5.3上同样设置有出水孔4.1，在螺纹槽内设置有若干个凸起20，凸起20呈锯齿状，并且锯齿状凸起20设置在出水孔4.1的出口处，锯齿尖与螺纹高度齐平，对泥皮进行辅助切割，同时水流通过出水孔4.1后对锯齿状凸起20的一侧壁进行冲洗的同时，侧壁上的水反射回来，对相邻的锯齿状凸起20的侧壁进行冲洗，锯齿状凸起20同时还起到了对水进行导流的作用，增大清洗面积，提高清洁度。
本发明的使用过程为：
将钻杆上安装孔壁处理装置，孔壁处理装置通电后依据电磁铁工作原理产生磁力吸附在钻杆上，孔壁处理装置在钻杆上需要使用的位置静止；断电后磁力消失，孔壁处理装置沿钻杆向下移动，移动到所需要位置时再次使电磁铁通电产生磁力与钻杆吸附，使孔壁处理装置再次静止，并且孔壁处理装置顶部有收拉绳索，在电磁铁不通电失去磁力的时候可通过收拉绳在地面控制将孔壁处理装置上提，孔壁处理装置静止到使用位置的时候通过刀盘的工作在钻头上方对已成孔部分的孔壁进行处理。
孔壁进行处理过程中，首先打开刀盘5.3，通过激光发射器11发射点激光到激光接收器12，测量刀盘5.3开合后的工作半径，再通过活动部6的工作来调整刀盘5.3到所需要的工作半径，以及刀盘5.3的切割角度，用刀盘5.3外刃对泥皮进行切割。当泥皮厚度达到预期时，再通过控制活动部6的活动再改变刀盘5.3角度用刀盘5.3的螺纹表面处理孔壁，至孔壁表面形成规则的螺纹状，此时该段孔壁的处理结束，跟随钻头的钻进程度的发展，孔壁处理装置沿钻杆向下移动，进行下一阶段的孔壁处理。处理期间，在正循环钻孔过程中需要排出钻渣以及反循环钻孔过程中需要添加泥浆时，应及时将刀盘闭合避免钻杆与孔壁间隙出现拥堵。如此周而复始，直至钻孔结束为止，孔壁处理也随之结束。最后将电磁铁的磁力断开，在地面通过收拉绳将孔壁处理装置提出。
本发明孔壁处理过程相对钻进成孔过程对工程的扰动小，不会对孔壁造成负面效果。可对孔壁形状重塑，形成孔壁粗糙，呈螺旋状表面的孔壁，改善桩体表面与桩周土层表面的咬合，使桩侧摩阻力充分发挥，提高成桩质量，尤其适用于现在广泛使用的摩擦桩和端承摩擦桩。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种提高钻孔灌注桩成孔质量的孔壁处理装置，其特征在于：包括机体(1)，所述机体(1)的中间位置设置有插入孔(2)，所述插入孔(2)壁上固定有内套(3)，所述内套(3)上固定有电磁铁，所述机体(1)的外壁可转动连接有外套(4)，所述外套(4)铰接有若干个孔壁处理单元(5)；所述孔壁处理单元(5)包括折叠内壁(5.1)，所述折叠内壁(5.1)一端与所述外套(4)铰接，另一端铰接有折叠外壁(5.2)，所述折叠外壁(5.2)另一端铰接有刀盘(5.3)，所述刀盘(5.3)上设置有螺纹(5.3.1)，所述折叠内壁(5.1)与所述外套(4)铰接位置、所述折叠内壁(5.1)与折叠外壁(5.2)的铰接位置、所述折叠外壁(5.2)与刀盘(5.3)的铰接位置均设置有活动部(6)，活动部(6)使折叠内壁(5.1)与外套(4)绕铰接位置可开合运动、折叠内壁(5.1)与折叠外壁(5.2)绕铰接位置可开合运动，折叠外壁(5.2)与刀盘(5.3)绕铰接位置可开合运动。
2.根据权利要求1所述的孔壁处理装置，其特征在于：所述机体(1)为柱状，所述机体(1)包括左机体(1.1)和右机体(1.2)，所述左机体(1.1)和右机体(1.2)可拆卸连接，所述左机体(1.1)和右机体(1.2)为中空结构。
3.根据权利要求2所述的孔壁处理装置，其特征在于：所述左机体(1.1)内固定有第一马达(7)，所述第一马达(7)连接有第一齿轮(8)，所述外套(4)上固定有与第一齿轮(8)啮合连接的齿条(9)。
4.根据权利要求1所述的孔壁处理装置，其特征在于：所述活动部(6)包括两个环形齿条(6.1)，两个所述环形齿条(6.1)啮合连接有第二齿轮机构，每个所述环形齿条(6.1)的两端啮合连接有第三齿轮(6.2)，所述第三齿轮(6.2)连接有第二马达(6.3)。
5.根据权利要求4所述的孔壁处理装置，其特征在于：所述第二齿轮机构包括设分别与两个环形齿条(6.1)啮合连接的第二齿轮(6.4)和连接两个第二齿轮(6.4)的连杆(6.5)。
6.根据权利要求1所述的孔壁处理装置，其特征在于：所述外套(4)、折叠内壁(5.1)、折叠外壁(5.2)与所述刀盘(5.3)上设置有放置活动部(6)的第一槽(10)。
7.根据权利要求1所述的孔壁处理装置，其特征在于：所述折叠外壁(5.2)上固定有激光发射器(11)，所述刀盘(5.3)上固定有激光接收器(12)。
8.根据权利要求2所述的孔壁处理装置，其特征在于：所述右机体(1.2)内固定有水箱(13)，所述水箱(13)连接出水管(14)，所述出水管(14)上设置有水泵(15)。
9.根据权利要求1所述的孔壁处理装置，其特征在于：所述外套(4)上设置有若干出水孔(4.1)。
10.根据权利要求9所述的孔壁处理装置，其特征在于：所述孔壁处理单元(5)上同样设置有若干出水孔(4.1)。
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