CN110067526A - 一种厚沙层用钻机及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种厚沙层用钻机及使用方法，一种厚沙层用钻机，包括捞砂斗，所述捞砂斗包括锥筒形的斗体，所述斗体的底端直径小于顶端直径。一种厚沙层用钻机的使用方法，包括以下步骤：测量放样；使用聚合物泥浆粉料进行化学泥浆的拌制；钻机就位；钻机钻进及泥浆护壁，钻机过程中，利用泥浆循环泵将拌制好的化学泥浆注入钻孔；钻碴不断进入捞砂斗，待装满一捞砂斗后，钻机反向旋转将捞砂斗提升到地面卸碴。本发明使用锥形捞沙斗替代直筒捞砂斗，使用旋挖钻机专用高效聚合物化学泥浆代替传统的膨润土泥浆，可有效消除使用传统泥浆和捞砂斗对施工的不利影响，极大提高旋挖钻机在深孔、厚砂层和富水地层的成孔效率。

Description

一种厚沙层用钻机及使用方法

技术领域

本发明涉及旋挖钻机施工领域，尤其涉及一种厚沙层用钻机及使用方法。

背景技术

旋挖钻机是一种常用的桩基成孔作业设备，主要适于砂土、粘性土、粉质土等多种土层。旋挖钻机若要在砂质地层顺利施工，一般采用泥浆护壁施工工艺。

但对于桩孔深度较大、砂层较厚、地下水富的地层，往往由于泥浆质量不佳、钻具选择不合理、操作方法不当等原因，容易产生孔内缩颈、侧壁塌方甚至塌孔、成孔后孔底沉渣厚度偏大等现象, 降低了施工效率, 增加了施工成本。

传统的成孔工艺泥浆制备采用膨润土配制泥浆，由于泥浆比重和粘度会随着捞渣和清孔而降低，从而影响泥浆的护壁效果，容易引发砂层侧壁塌方和冲刷，砂土进入孔内泥浆后进一步降低了泥浆质量，形成恶性循环。

另外，采用传统直筒斗齿单底板捞砂斗捞砂，在钻具提升过程中顶部和底部容易形成负压，导致侧壁水压过大造成孔壁坍塌，对于深孔、厚砂层并且地下水富的地层，这种现象尤为明显。

发明内容

本发明提供了一种厚沙层用钻机及使用方法，锥形捞沙斗替代直筒捞砂斗，使用旋挖钻机专用高效聚合物化学泥浆代替传统的膨润土泥浆，可有效消除使用传统泥浆和捞砂斗对施工的不利影响，极大提高旋挖钻机在深孔、厚砂层和富水地层的成孔效率。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种厚沙层用钻机，包括捞砂斗，所述捞砂斗包括斗体、固设在斗体周壁上的锥形涨套，所述锥形涨套的底端直径小于顶端直径。本发明通过在斗体的周壁上套设锥形涨套，由于锥形涨套的外径大于斗体的外径，锥形涨套在钻具提升过程中不会造成孔壁坍塌，保证了成孔质量。

作为本发明的进一步改进，所述锥形涨套的高度小于斗体的高度，所述捞砂斗还包括第一底板和第二底板，所述斗体的底面设有两个开口部，该开口部供钻碴进入斗体；

所述第一底板和第二底板同时与斗体的底面铰接，第一底板和第二底板绕着铰接处旋转，可打开或闭合两个开口部。本发明的第一底板和第二底板闭合开口部，保证钻碴不会漏出，第一底板和第二底板打开开口部，钻碴进入斗体。

作为本发明的进一步改进，两个所述开口部沿斗体的直径对称。

作为本发明的进一步改进，所述开口部为扇形。优选扇形的圆心角小于90°。

作为本发明的进一步改进，所述第一底板和第二底板同时打开或闭合两个开口部。本发明设置成第一底板和第二底板同时打开或闭合，保证两个开口部同步打开或闭合，便于整个钻机的工作。

作为本发明的进一步改进，所述捞砂斗还包括用于支撑第一底板和第二底板的挡杆，所述档杆位于锥形涨套的下方，所述挡杆与斗体的底面铰接，挡杆、第一底板、第二底板同步转动。第一底板、第二底板闭合两个开口部后，捞砂斗上提过程中，钻碴在重力作用下下压第一底板和第二底板，本发明的档杆能起到支撑第一底板和第二底板的作用，防止钻碴压坏第一底板和第二底板，延长整个捞砂斗的使用寿命。

作为本发明的进一步改进，所述挡杆设置在斗体下表面的外侧，第一底板和第二底板设置在斗体下表面的内侧。档杆、第一底板、第二底板通过一根旋转轴铰接，旋转轴同时与档杆、第一底板、第二底板固定连接，旋转轴带动档杆、第一底板、第二底板的同步转动。

一种厚沙层用钻机的使用方法，该钻机为上述任一个技术方案的厚沙层用钻机，钻机的使用方法包括以下步骤：

（1）测量放样，测量人员测放桩位，确定钻孔的位置；

（2）泥浆制备，使用聚合物泥浆粉料，用空压机造浆法进行化学泥浆的拌制，确保拌合好泥浆的粘度达到设计标准；

（3）钻机就位，将上述任一个技术方案的钻机移动到钻孔位置的附近，钻头对中钻孔的位置；

（4）钻机钻进及泥浆护壁，钻机过程中，利用泥浆循环泵将步骤（2）拌制好的化学泥浆注入钻孔；

钻碴不断进入捞砂斗，待装满一捞砂斗后，钻机反向旋转将捞砂斗提升到地面卸碴。

作为本发明的进一步改进，步骤（2）具体为：将清水注入泥浆罐后，用20%氢氧化钠溶液调节水的PH值在8-10之间，缓慢加入聚合物泥浆粉料并进行搅拌，确保拌和好的泥浆黏度达到20~25秒。优选22秒。

作为本发明的进一步改进，步骤（4）之后还包括步骤（5）清孔步骤，钻进完成后，停止15-40分钟，用钻机打捞沉淀下去的杂质，进行灌注前的清孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明使用锥形捞沙斗替代直筒捞砂斗，使用旋挖钻机专用高效聚合物化学泥浆代替传统的膨润土泥浆，可有效消除使用传统泥浆和捞砂斗对施工的不利影响，极大提高旋挖钻机在深孔、厚砂层和富水地层的成孔效率。

附图说明

图1为侧壁坍塌的示意图；

图2为钻孔坍孔的示意图；

图3为沉渣厚度偏大的示意图；

图4为不同地层泥浆用量及黏度要求表；

图5为捞砂斗的结构示意图（图中未体现出第一底板和第二底板）。

图中：1、斗体；2、锥形涨套；3、保径条。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例1：

为了解决采用传统直筒斗齿单底板捞砂斗捞砂，在钻具提升过程中顶部和底部容易形成负压，导致侧壁水压过大造成孔壁坍塌的问题，本实施例公开了一种钻机，本实施例使用锥形捞沙斗替代直筒捞砂斗，可有效消除捞砂斗对施工的不利影响。

本实施例公开的方案如下：

一种厚沙层用钻机，包括捞砂斗，所述捞砂斗包括斗体、固设在斗体周壁上的锥形涨套，所述锥形涨套的底端直径小于顶端直径。本发明的锥形涨套在钻具提升过程中不会造成孔壁坍塌，保证了成孔质量。

利用本实施例的方案可有效消除使用传统捞砂斗对施工的不利影响，极大提高旋挖钻机在深孔、厚砂层和富水地层的成孔效率，加快了桩基施工进度，具有很好的推广价值。

本实施例公开的方案适用于砂土、粘性土、粉土、淤泥等多种土层，尤其对桩孔深度较大、砂层较厚、地下水富的地层特别适用。

如图所示，锥形涨套的高度小于斗体的高度，所述捞砂斗还包括第一底板和第二底板，所述斗体的底面设有两个开口部，该开口部供钻碴进入斗体；所述第一底板和第二底板同时与斗体的底面铰接，第一底板和第二底板绕着铰接处旋转，可打开或闭合两个开口部。本发明的第一底板和第二底板闭合开口部，保证钻碴不会漏出，第一底板和第二底板打开开口部，钻碴进入斗体。两个所述开口部沿斗体的直径对称。所述开口部为扇形。优选扇形的圆心角小于90°。第一底板和第二底板同时打开或闭合两个开口部。本发明设置成第一底板和第二底板同时打开或闭合，保证两个开口部同步打开或闭合，便于整个钻机的工作。

捞砂斗还包括用于支撑第一底板和第二底板的挡杆，档杆位于锥形涨套的下方，所述挡杆与斗体的底面铰接，挡杆、第一底板、第二底板同步转动。第一底板、第二底板闭合两个开口部后，捞砂斗上提过程中，钻碴在重力作用下下压第一底板和第二底板，本发明的档杆能起到支撑第一底板和第二底板的作用，防止钻碴压坏第一底板和第二底板，延长整个捞砂斗的使用寿命。

挡杆设置在斗体下表面的外侧，第一底板和第二底板设置在斗体下表面的内侧。档杆、第一底板、第二底板通过一根旋转轴铰接，旋转轴同时与档杆、第一底板、第二底板固定连接，旋转轴带动档杆、第一底板、第二底板的同步转动。

实施例2：

本实施例公开了一种厚沙层用钻机的使用方法，钻机的使用方法包括以下步骤：

（1）测量放样，测量人员测放桩位，确定钻孔的位置；

（2）泥浆制备，使用聚合物泥浆粉料，用空压机造浆法进行化学泥浆的拌制，确保拌合好泥浆的粘度达到设计标准；将清水注入泥浆罐后，用20%氢氧化钠溶液调节水的PH值在8-10之间，缓慢加入聚合物泥浆粉料并进行搅拌，确保拌和好的泥浆黏度达到20~25秒。优选22秒；

（3）钻机就位，将上述任一个技术方案的钻机移动到钻孔位置的附近，钻头对中钻孔的位置；

（4）钻机钻进及泥浆护壁，钻机过程中，利用泥浆循环泵将步骤（2）拌制好的化学泥浆注入钻孔；钻碴不断进入捞砂斗，待装满一捞砂斗后，钻机反向旋转将捞砂斗提升到地面卸碴；

（5）清孔步骤，钻进完成后，停止15-40分钟，用钻机打捞沉淀下去的杂质，进行灌注前的清孔。

锥形涨套包括锥形外壳，锥形外壳具有大直径上端和小直径下端，锥形外壳内部设置有轴向空心通道，锥形外壳的外表面为锥面，锥形外壳大直径上端为圆形开口，小直径下端与斗体的周壁贴合并固定。锥形涨套与斗体以可拆卸的方式连接（例如锥形涨套与斗体通过高强度拉力螺栓的作用，在锥形涨套与斗体之间产生抱紧力），施工一段时间后，拆掉斗体上已磨损的锥形体，更换新的锥形体。本实施例的锥形涨套拆卸方便，且具有良好的互换性。

本实施例在斗体的周壁上嵌入多个保径条，保径条位于斗体的下端，保径条的上端与锥形涨套的小直径下端具有间隙，保径条采用与硬质合金材料制成，保径条呈长条状，保径条的下端设有倒角。

本实施例在斗体的底端设有多个旋转切削齿，多个旋转切削齿分布在斗体的底端面上，每个旋转切削齿包括齿本体、座体、以及连接结构，

齿本体上设有具有开口的输浆通道，输浆通道开口位于齿本体根部，齿本体根部设有弯折成L形的连接段、折弯段，连接段和齿本体的中部连接；

座体的头部和中部连接处下陷形成沟槽，座体头部、沟槽、座体中部合围形成浆液流道，浆液流道与输浆通道连通，供砂浆流过，带开口的输浆通道将浆液输送到齿本体，以便在钻孔过程中使用泥浆护壁；

连接结构用于连接齿本体和座体，连接结构包括连接件以及固定结构，连接件通过固定结构和连接段固定。

实施例3：

在实施例1公开方案的基础上，本实施例使用旋挖钻机专用高效聚合物化学泥浆，比重小、含砂率极低、粘度高、渗透能力强、清洁环保；这种化学泥浆制浆速度快，护壁效果好，沉淀凝聚速度快，无污染，可有效控制沉渣厚度、增强桩基承载力、降低灌注难度及施工成本。

旋挖钻机专用高效聚合物化学泥浆是一种高分子量的人工合成聚合物，可以在较低的浓度条件下，创造极佳的粘度环境。旋挖钻机专用高效聚合物化学泥浆的极长分子链卷装无序的分散泥浆中，穿过不同层面形成连接桥，保证周围地层的稳定，同时也可以帮助泥浆最大限度的黏住被切下的钻屑，从而提高钻进效率。使用旋挖钻机专用高效聚合物化学泥浆，比重小、含砂率极低、粘度高、渗透能力强、性能持久性强、清洁环保；可有效控制沉渣厚度、增强桩基承载力、降低灌注难度及施工成本、减少工人劳动强度、极大提高了工人劳动强度。

泥浆的粘度是由标准粘度计中流出500ml的泥浆所需的时间来表示；单位为秒。通常旋挖钻机专用高效聚合物化学泥浆比例按0.01%~0.1%配制。

泥浆拌制的过程是：用空压机造浆法进行化学泥浆的拌制。将清水注入泥浆罐后，用20%氢氧化钠溶液调节水的PH值在8-10之间，用空压机搅拌均匀，通过循环泵口缓慢加入聚合物泥浆粉料，再次进行搅拌，确保拌和好的溶液其黏度达到22秒左右即可。

若拌和好的泥浆经检测黏度高于22秒，可直接加水稀释；若黏度小于22秒，可打开循环泵自循环后通过出水口补充泥浆粉料，并再用空压机搅拌继续搅拌，直至满足条件。不同地层泥浆用量及黏度要求表如图4所示，黏度满足要求的泥浆可通过在现场观察大致进行判断，一般情况下当捞砂斗提起后成线丝状即可。

利用泥浆循环泵将拌制好的泥浆注入钻孔，在钻进过程中，如果含砂层较多，要提前准备好足够量的化学泥浆，并在钻进过程中不断补充泥浆，保持钻进液面，确保地层压力平衡。

钻进完成后，停止15-40分钟后(根据孔深决定沉淀时间)，用钻机打捞沉淀下去的砂子等杂质，进行灌注前的清孔。然后下放钢筋笼和混凝土导管，一般情况下都能满足设计及规范要求的含砂率和沉渣厚度，个别地层可能会出现沉渣较多的情况，可以在下钢筋笼之前二次清孔，以确保下完钢筋笼和导管后沉渣达标。

实施例4：

在实施例1和实施例3公开方案的基础上，本实施例的旋挖钻机采用经过适当改造的锥形斗齿双门双底捞沙斗钻机，这种钻机的捞砂斗与普通捞砂斗相比，适当减小了筒底直径, 将钻斗筒体由原来的直筒改造为锥形涨套；将原来的单底截齿捞砂斗改造为双底斗齿捞砂斗；略微增加外侧保径条的厚度；在双底板捞砂钻斗上增加通气孔。

旋挖钻机钻斗由原来的直筒斗齿单底捞砂斗更换为经过适当改造的锥形斗齿双门双底捞沙斗钻机。

砂土层胶结性能都比较差，使用单底捞砂钻斗时，上提钻头时，容易漏出，钻进需采用双底板捞砂钻斗钻进。双底捞砂斗的钻斗为双层底板，钻进时下底板与上底板相对转动一个角度后限位，露出进土口，钻满后反转，下底板把进土口封上，保证钻碴不会漏出。

通过增加外侧保径条厚度，可使孔壁和钻机筒壁之间形成足够的孔隙，能最大限度降低钻具提升和下放过程对钻孔侧壁的扰动 ，确保孔壁的稳定。

通过在双底板捞砂钻斗上增加通气孔的方式，可在钻具提升过程中排出气体，避免在钻具顶部和底部形成压差，从而有效降低泥浆回流对侧壁造成的扰动破坏。

本实施例通过锥形斗齿双门双底捞沙斗旋挖钻机和高效聚合物化学泥浆的有效利用，大幅提高了钻机成孔速度，减少了施工人员的投入，缩短了工期，施工效率得到了很大提升。同时由于化学泥浆可重复利用，避免了大量购买膨润土的投入，降低了施工成本。对周边环境影响较小，完工后现场环境恢复快，体现了绿色施工的理念。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种厚沙层用钻机，包括捞砂斗，其特征在于，所述捞砂斗包括斗体、固设在斗体周壁上的锥形涨套，所述锥形涨套的底端直径小于顶端直径。

2.根据权利要求1所述的厚沙层用钻机，其特征在于，所述锥形涨套的高度小于斗体的高度，所述捞砂斗还包括第一底板和第二底板，所述斗体的底面设有两个开口部，该开口部供钻碴进入斗体；

所述第一底板和第二底板同时与斗体的底面铰接，第一底板和第二底板绕着铰接处旋转，可打开或闭合两个开口部。

3.根据权利要求2所述的厚沙层用钻机，其特征在于，两个所述开口部沿斗体的直径对称。

4.根据权利要求2或3所述的厚沙层用钻机，其特征在于，所述开口部为扇形；

优选扇形的圆心角小于90°。

5.根据权利要求2所述的厚沙层用钻机，其特征在于，所述第一底板和第二底板同时打开或闭合两个开口部。

6.根据权利要求2、3或5任一项所述的厚沙层用钻机，其特征在于，所述捞砂斗还包括用于支撑第一底板和第二底板的挡杆，所述档杆位于锥形涨套的下方，所述挡杆与斗体的底面铰接，挡杆、第一底板、第二底板同步转动。

7.根据权利要求6所述的厚沙层用钻机，其特征在于，所述挡杆设置在斗体下表面的外侧，第一底板和第二底板设置在斗体下表面的内侧。

8.一种厚沙层用钻机的使用方法，该钻机为权利要求1-7任一项所述的钻机，钻机的使用方法包括以下步骤：

（1）测量放样，测量人员测放桩位，确定钻孔的位置；

（2）泥浆制备，使用旋挖钻机专用高效聚合物化学泥浆，用空压机造浆法进行化学泥浆的拌制，确保拌合好泥浆的粘度达到设计标准；

（3）钻机就位，将上述任一个技术方案的钻机移动到钻孔位置的附近，钻头对中钻孔的位置；

（4）钻机钻进及泥浆护壁，钻机过程中，利用泥浆循环泵将步骤（2）拌制好的化学泥浆注入钻孔；

钻碴不断进入捞砂斗，待装满一捞砂斗后，钻机反向旋转将捞砂斗提升到地面卸碴。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述步骤二具体为：将清水注入泥浆罐后，用20%氢氧化钠溶液调节水的PH值在8-10之间，缓慢加入聚合物泥浆粉料并进行搅拌，确保拌和好的泥浆黏度达到20~25秒。

10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，步骤（4）之后还包括步骤（5）清孔步骤，钻进完成后，停止15-40分钟，用钻机打捞沉淀下去的杂质，进行灌注前的清孔。