一种基于路桥施工应用的高压旋喷桩钻头
技术领域
本发明涉及路桥施工设备技术领域,具体涉及一种基于路桥施工应用的高压旋喷桩钻头。
背景技术
高压旋喷桩,是以高压旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合,形成连续搭接的水泥加固体。施工占地少、振动小、噪音较低,具有节约木材和钢材、经久耐用、造价低廉等优点,已广泛使用于水工建筑、工业建筑、民用建筑和桥梁的基础工程。高压旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程,将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后,从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来,形成一股能量高度集中的液流,直接破坏土体,喷射过程中,钻杆边旋转边提升,使浆液与土体充分搅拌混合,在土中形成一定直径的柱状固结体,从而使地基得到加固。施工中一般分为两个工作流程,即先钻孔,成孔后再下钻喷射,然后提升旋转。旋喷钻头是旋喷桩施工时的关键部件,其一方面能够深入地层进行钻进,另一方面能够将浆液喷出。
目前,现有大多数的钻头形成的桩孔大小都是固定的,无法根据实际的使用需要,来灵活调节钻头下钻形成桩孔的大小,同时由于大多数的喷头都是分布在钻头的圆周外壁上,使得高压旋喷桩机在土壤内下钻的过程中,土壤内的碎石块和泥土容易进入至喷嘴内,将输浆管堵塞住,从而使得水泥浆无法正常流出,使后续施工过程无法继续进行,需要耗费人力和时间将钻杆提拔出孔外后进行疏通,故降低了施工效率,延误了工期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足,目的在于提供一种基于路桥施工应用的高压旋喷桩钻头,能够调节钻头钻取桩孔的直径,满足不同的使用需求,同时保证钻头在下钻的过程中,能够避免土壤内的泥土、石块将输浆管堵塞,从而提高施工效率。
本发明通过下述技术方案实现:
一种基于路桥施工应用的高压旋喷桩钻头,包括杆体和圆锥头,所述圆锥头位于杆体的底端,所述杆体内设有与圆锥头底部连通着的喷水管,所述杆体内为空腔结构,喷水管位于空腔内,所述空腔内设有输浆管,并且喷水管贯穿在输浆管内;所述杆体的空腔内还设有活动组件,活动组件套在输浆管的外壁上,并且活动组件能够沿着输浆管的轴向方向移动;所述杆体的圆周外壁上还设有若干钻叶,钻叶沿杆体的轴向方向呈圆环阵列分布在杆体上,并且钻叶朝着圆锥头方向倾斜贯穿至杆体的空腔内,当活动组件朝着圆锥头方向移动时,活动组件能够推动钻叶朝着远离杆体方向移动,所述钻叶朝向圆锥头方向的侧壁上均设有挡板;所述杆体的空腔内还设有数量与钻叶数量相同的伸缩管,伸缩管一端与输浆管连通,另一端上设有接头,所述杆体的圆周外壁上还设有若干喷头组件,喷头组件的一端朝向钻叶,另一端位于杆体的空腔内,并且与接头齐平,当伸缩管带动接头朝着喷头组件方向移动时,接头能够与喷头组件连通。
传统的钻头的外径尺寸大多数都是固定的,因此在实际的施工过程中,钻头形成的桩孔内径固定不变,因此在户外路桥施工时,通常需要携带不同规格的钻头,增大了运输的不便,为此,本技术方案在钻头的杆体上设置了若干的钻叶,钻叶采用圆环阵列的方式分布在杆体上,由于本技术方案中的杆体内设有活动组件,利用外界的高压介质进入至活动组件内,推动活动组件沿着输浆管的轴向方向移动,从而推动钻叶从杆体内伸出,通过控制高压介质推动活动组件的移动距离,来调节钻叶从杆体内伸出的长度,当利用高压旋喷桩机带动钻头旋转进入土壤内时,利用伸出在杆体外的钻叶作用于土壤,最终形成桩孔,因此,利用钻叶伸出在杆体外的长度,来调节桩孔形成的大小,从而满足不同桩孔施工需要;同时,本技术方案当钻头在下钻的过程中,可以利用活动组件实时调节钻叶伸出的长度,从而使得最终形成具有多段不同内径的桩孔,提高了最终在土中形成不同直径段的混凝土结构,提高了混凝土结构的整体强度,特别适用于在含水量高或者松软的地质中。
同时针对传统技术中的钻头在下钻的过程中,土壤内的土壤和碎石块容易进入至喷嘴内,导致输浆管堵塞,无法顺利将水泥浆输送至桩孔内,为此,本技术方案中将钻叶倾斜设置在杆体上,这样设置一方面使得使得钻头在带动钻叶转动时,处于倾斜状态的钻叶能够同时作用于不同深度的土壤,增大了同一竖直方向上钻叶接触土壤的面积,从而能够切削较厚的土壤,进而提高了钻叶对土壤的切削效果;另一方面,将钻叶倾斜设置在杆体上,用于对喷头组件起一定的保护作用,由于钻叶倾斜设置在喷头组件上,使得钻头在钻取土壤时,处于倾斜状态的钻叶能够阻挡一部分的泥土和碎石,有效降低了泥土、碎石进入至喷头组件内情况出现,为了进一步提高对喷头组件的保护能力,因此在钻叶上还设置了挡板,利用设置的挡板能够进一步阻挡钻头在旋转的过程中,泥土和碎石块进入至喷嘴的风险,同时,本技术方案中设置的喷头组件的喷口端为朝上倾斜状态,这样使得钻头在下钻的过程中,配合钻叶和挡板有效避免了两侧的泥土和碎石块进入至喷头组件的风险,本技术方案杆体内设置的接头和喷头组件在下钻的过程中处于断开的状态,因此,即使有少部分的土壤进入至喷头组件内时,土壤也无法继续进入至输浆管内,由于喷头组件的长度较短,且拐角的角度较大,因此,当接头与喷头组件接通时,利用水泥浆自身的冲击力能够将位于喷头组件内的少量泥土冲出,不对钻头的整体使用造成影响。
进一步地,所述活动组件包括圆锥件和连接管,所述圆锥件位于连接管的底部,所述圆锥件内设有储液腔,并且储液腔与连接管连通,所述输浆管依次穿插在连接管和储液腔内。
设置的连接管与外界的高压介质连接,本技术方案中采用的高压介质优选为水液,利用外界的高压设备将水通入至连接管内,高压状态的水产生的水压带动圆锥件在输浆管的外壁上朝下移动,圆锥件在朝下移动的过程中,圆锥件的圆锥段依次作用于钻叶,迫使钻叶朝外移动,从而达到了调节钻叶伸出长度的调节。
进一步地,所述钻叶上还设有第一弹性件,所述第一弹性件套在钻叶上,并且位于杆体的空腔内。
设置的第一弹性件为弹簧,具有一定的弹力,当外界的高压水推动活动组件在输浆管上移动时,钻叶朝外伸出,并且压缩第一弹性件,迫使第一弹性件处于压缩状态,当需要将伸出的钻叶朝内缩回一段距离时,排出一部分位于圆锥件储液腔内的高压水,在第一弹性件的作用下,推动圆锥件朝上移动一段距离,从而使得钻叶能够缩回一段距离,进而实现了对钻叶伸出长度的灵活调节,这样使得在钻头工作的过程中,卸掉活动组件内一部分的高压水,能够实时调节钻叶的伸出长度,从而使得钻叶能够切削不同内径的桩孔,使得最终形成的混凝土结构能够稳定的固定在桩孔内,提高最终混凝土结构的稳定性。
进一步地,所述接头上设有腔体和与喷头组件匹配的接口,所述接口朝向喷头组件,并且与腔体连通,喷头组件能够通过接口插入至腔体内。所述接头的腔体内还设有第三弹性件和密封板,第三弹性件能够推动密封板将接口密封。
设置的接头通过伸缩管与输浆管连通,当需要对钻取的桩孔进行灌浆时,朝输浆管内输送水泥浆,水泥浆通过伸缩管进入接头的腔体内,由于初始状态时第三弹性件产生的弹力将接头上的接口封堵着,使得水泥浆进入至接头的腔体内后,随着接头内的压力逐渐增强,最终迫使伸缩管发生拉伸,进而使得接头朝着喷头组件方向移动,使得位于杆体空腔内的喷头组件通过接口插入至接头的腔体内,推动密封板压缩第三弹性件,最终使得接头与喷头组件处于连通状态,进而使得水泥浆能够通过喷头组件喷出,对钻取的桩孔进行灌浆作业。
同时,由于本技术方案中为了避免钻头两侧的土壤进入至喷头组件内,因此将喷头朝上倾斜设置,当水泥浆从喷头组件内朝上倾斜喷出时,由于钻叶的存在,能够阻挡水泥浆朝上倾斜喷射,从而使得水泥浆碰撞钻叶之后顺着钻叶朝下流动,最终填充在钻取的桩孔内,最终冷却凝固形成混凝土结构,故利用倾斜设置钻叶还还能够对灌浆时的水泥浆起一定的阻挡作用,一方面能够避免倾斜喷出的水泥无法有效对桩孔进行填充,导致一部分的水泥浆喷射至桩孔之外,造成一部分资源的浪费;另一方便由于通入至输浆管内水泥浆具有一定的流速,使得当水泥浆从喷头组件高速喷射出来时,能够优先作用于钻叶,吸收水泥浆高速喷出的能力,之后在流入至钻取的桩孔内,避免高速喷射出来的水泥浆作用于桩孔内壁上的泥土,造成泥土的被冲刷掉,进而使得水泥浆中混入被冲刷掉的泥土,导致混凝土结构强度的降低,因此,利用倾斜状态的钻叶和喷浆组件不仅能够有效避免泥土堵塞输浆管的情况发生,同时还能够避免高速喷射出来的水泥浆对钻取的桩孔内壁造成破坏,最终导致混凝土结构强度的下降。
进一步地,所述喷头组件包括第一喷管和第二喷管,所述第一喷管朝向钻叶倾斜设置在杆体上,并且与第二喷管连通,所述第二喷管一端与第一喷管连通,另一端为封闭结构,所述第二喷管的圆周外壁上还设有若干进浆口,并且进浆口靠近于第二喷管的封闭端。
设置的喷头组件采用第一喷管和第二喷管组成,设置的第一喷管用于倾斜设置在杆体的圆周外壁上,而设置的第二喷管用于能够与接头连通,当接头朝着第二喷管方向移动时,利用第二喷管插入至接头的接口内,推动封堵板压缩第三弹性件,当第二喷管上的进浆口进入至接头的腔体内时,位于接头内的水泥浆通过第二喷管内的进浆口进入至第二喷管内,最终通过第一喷管喷射出,作用与钻取的桩孔内。
进一步地,所述第二喷管内还设有疏通杆,所述疏通杆一端设有疏通球,另一端贯穿第二喷管的封闭端与密封板连接。
设置的疏通杆一方面用于对少量进入第二喷管内的泥土进行疏松,当向输浆管内通入水泥浆时,迫使接头朝着第二喷管方向移动,此时,由于疏通杆的一端与接头内的密封板连接,因此接头在移动的过程中,能够带动疏松杆跟着在第二喷管内移动,对进入至第二喷管内的泥土进行疏松,当接头靠近第二喷管,并且第二喷管进入至接头的接口内,推动密封板压缩第三弹性件时,此时疏松杆又能够跟着密封板一起移动,进而使得设置的疏松杆能够在第二喷管内进行一段来回移动,达到对第二喷管内泥土疏松的目的,同时,设置在疏松杆上的疏通球能够怎大对泥土的接触面积,进一步提高对泥土的疏松效果,最终使得当水泥浆进入至第二喷管内时,能够易于将第二喷管内的泥土排出;另一方面,利用设置的疏松杆能够对第三弹性件起一定的导向作用,避免第三弹性在压缩或者涨开的过程中发生扭曲,从而导致密封板无法有效对接口进行封堵,因此,由于疏松杆贯穿在第二喷管的封闭端,其只能沿着自身的轴向方向移动,故能够很好地对第三弹性件进行导向,保证封堵板能够有效将接口封堵住。
进一步地,所述伸缩管为波纹管,伸缩管上设有第二弹性件,第二弹性件套在伸缩管上。
设置的伸缩管优选为波纹管,使得其能够在水平方向上进行伸缩,从而带动接头朝着第二喷管方向移动,保证接头能够顺利与第二喷管连接,而设置的第二弹性件一方面能够对伸缩管起一定的支撑作用,保证波纹管能够呈直线分布在输浆管的外侧,从而使得接头能够与第二喷头能够对正连接;另一方面当需要停止向钻取的桩孔内灌入水泥浆时,由于输浆管内水泥浆的压力减弱,在第二弹性件的共同作用下,使得接头朝回缩回,迫使接头与第二喷管发生断开,在第三弹性件的作用下,利用密封板从新对接口进行封堵,从而实现了接头与喷头组件的快速断开,实现对水泥浆的快速止流,避免残留在输浆管内的水泥将散落至四周,不仅造成环境的污染,同时还造成水泥浆的浪费。
进一步地,所述杆体的空腔内还设有数量与伸缩管数量相同的导向板,所述导向板一端与杆体的空腔内壁连接,另一端与输浆管的外壁连接,并且导向板分别位于各个伸缩管的上方,所述导向板的底部均设有导向槽,所述导向槽沿伸缩管的轴向方向设置,所述导向槽内设有滑块,滑块能够在导向槽内移动,所述滑块的底部还均设有连接杆,并且连接杆与接头连接。
由于本技术方案中采用的伸缩管具有一定的伸缩特性,当输浆管内的水泥浆进入至伸缩管内时,由于水泥浆具有较大的冲击力,为了防止伸缩管发生摆动,导致接头无法精准与第二喷管连接,固设置了导向板,该导向板沿着伸缩管的轴向方向设置在伸缩管的上方,并且将导向板上的连接杆与接头连接,使得当具有较大冲击力的水泥浆进入至波纹管内时,在连接杆的作用下,迫使接头只能够沿直线在导向板下朝着第二喷管方向移动,从而避免了伸缩管发生摆动的情况发生,进而使得接头能够精准与第二喷管进行对接,从而使得水泥浆能够有效从喷头喷出。
同时,设置的导向板一方面用于对接头起一定的导向作用,保证伸缩管能够沿直线移动,另一方面,由于杆体的内部为空腔结构,因此,设置的导向板还能够对杆体进行内支撑,进一步提高钻杆的强度。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
1、本发明一种基于路桥施工应用的高压旋喷桩钻头,利用设置的活动组件能够调节钻杆伸出的距离,从而满足对不同尺寸的桩孔进行钻取,同时在钻头工作时能够对钻叶伸出长度进行实时调节,可以根据实际的工况进行灵活选择,提高钻头的功能性;
2、本发明一种基于路桥施工应用的高压旋喷桩钻头,利用倾斜设置的钻叶一方面能够增大作用于土壤的深入,从而提高了钻取桩孔的效率,另一方面配合钻叶上的挡板能够阻挡工作时产生的泥土进入至喷头组件内,对喷头组件起一定的保护作用;
3、本发明一种基于路桥施工应用的高压旋喷桩钻头,当位于输浆管内的水泥浆从喷头组件高速喷出时,利用倾斜设置的钻叶一方面能够避免水泥浆喷出至桩孔外,造成水泥浆的浪费,另一方面利用钻叶能够避免高速喷出的水泥浆对桩孔内壁上的土壤进行冲刷,进而避免被冲刷掉的泥土混入至水泥浆内,造成混凝土结构强度的降低;
4、本发明一种基于路桥施工应用的高压旋喷桩钻头,利用设置的接头能够快速与喷头组件进行连通,保证输浆管内的水泥浆能够通过喷头组件喷出,同时,利用设置的第二弹性件和第二弹性件能够保证接头与喷头组件能够快速断开,避免完成对桩孔灌浆之后,残留在输浆管内的水泥浆散落四周,避免对水泥浆的浪费。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明另一种状态时的结构示意图;
图3为本发明A部放大后的结构示意图;
图4为本发明B部放大后的结构示意图;
图5为本发明活动组件与输浆管的连接结构示意图;
图6为本发明导向板的截面示意图。
附图中标记及对应的零部件名称:
1-杆体,2-活动组件,3-输浆管,4-第一弹性件,5-钻叶,6-圆锥头,7-喷水管,8-喷头组件,9-第二弹性件,10-挡板,11-疏松杆,12-接头,13-第三弹性件,14-疏松球,15-进浆口,16-密封板,17-腔体,18-第一喷管,19-第二喷管,20-连接管,21-储液腔,22-圆锥件,23-导向板,24-滑块,25-连接杆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1至图6所示,包括杆体1和圆锥头6,所述圆锥头6位于杆体1的底端,所述杆体1内设有与圆锥头6底部连通着的喷水管7,所述杆体1内为空腔结构,喷水管7位于空腔内,所述空腔内设有输浆管3,并且喷水管7贯穿在输浆管3内;所述杆体1的空腔内还设有活动组件2,活动组件2套在输浆管3的外壁上,并且活动组件2能够沿着输浆管3的轴向方向移动,所述钻叶5朝向圆锥头6方向的侧壁上均设有挡板10;所述杆体1的圆周外壁上还设有若干钻叶5,钻叶5沿杆体1的轴向方向呈圆环阵列分布在杆体1上,并且钻叶5朝着圆锥头6方向倾斜贯穿至杆体1的空腔内,当活动组件2朝着圆锥头6方向移动时,活动组件2能够推动钻叶5朝着远离杆体1方向移动;所述杆体1的空腔内还设有数量与钻叶5数量相同的伸缩管,伸缩管一端与输浆管3连通,另一端上设有接头12,所述杆体1的圆周外壁上还设有数量与钻叶5数量相同的喷头组件8,喷头组件8的一端朝向钻叶5,另一端位于杆体1的空腔内,并且与接头12齐平,当伸缩管带动接头12朝着喷头组件10方向移动时,接头12能够与喷头组件8连通。
实施例2
在实施例1的基础上,所述活动组件2包括圆锥件22和连接管20,所述圆锥件22位于连接管20的底部,所述圆锥件22内设有储液腔21,并且储液腔21与连接管20连通,所述输浆管3依次穿插在连接管20和储液腔21内。
实施例3
在实施例1的基础上,所述钻叶5上还设有第一弹性件4,所述第一弹性件4套在钻叶5上,并且位于杆体1的空腔内。
实施例4
在实施例1的基础上,所述接头12上设有腔体17和与喷头组件8匹配的接口,所述接口朝向喷头组件8,并且与腔体17连通,喷头组件8能够通过接口插入至腔体17内。所述接头12的腔体17内还设有第三弹性件13和密封板16,第三弹性件13能够推动密封板16将接口密封。
实施例5
在实施例4的基础上,所述喷头组件8包括第一喷管18和第二喷管18,所述第一喷管18朝向钻叶5倾斜设置在杆体1上,并且与第二喷管19连通,所述第二喷管19一端与第一喷管18连通,另一端为封闭结构,所述第二喷管19的圆周外壁上还设有若干进浆口15,并且进浆口15靠近于第二喷管19的封闭端。
实施例6
在实施例5的基础上,所述第二喷管19内还设有疏通杆11,所述疏通杆11一端设有疏通球14另一端贯穿第二喷管19的封闭端与密封板16连接。
实施例7
在实施例1的基础上,所述伸缩管为波纹管,伸缩管上设有第二弹性件9,第二弹性件9套在伸缩管上。
实施例8
在实施例1的基础上,所述杆体1的空腔内还设有数量与伸缩管数量相同的导向板23,所述导向板23一端与杆体1的空腔内壁连接,另一端与输浆管3的外壁连接,并且导向板23分别位于各个伸缩管的上方,所述导向板23的底部均设有导向槽,所述导向槽沿伸缩管的轴向方向设置,所述导向槽内设有滑块24,滑块24能够在导向槽内移动,所述滑块24的底部还均设有连接杆25,并且连接杆25与接头12连接。
实施例9
在实施例5的基础上,本实施例中设置的喷头组件8的数量大于钻叶5的数量,优选为八个,由于钻叶5的数量为四个,绕着杆体1的轴向方向呈圆环阵列分布在杆体1的圆周外壁上,其中四个喷头组件8的分布位于各个钻叶5的下方,其余的四个喷头组件8分别位于相邻两个钻叶5之间,使得一分部的喷头组件8与实施例1一样,还是位于钻叶5的下方,而其余的喷头组件8位于相邻的两个钻叶5之间,由于钻叶5在下钻的过程中,形成了内径不规则的桩孔,在对内径不规则的桩孔进行灌浆时,由于桩孔的某些段的内径较大,某些段的内径较小,而杆体1在作业的过程中,始终保持竖直方向,从而使得杆体1在进行浇筑时,位于喷头组件8上方的桩孔段容易出现死角位置,无法有效快速对其进行浇筑,因此,为了有效对死角处进行灌浆,故将一部分的喷头组件8设置在相邻两个钻叶5之间,使得朝上倾斜设置的喷头组件8不再受到钻叶5的阻挡,当水泥浆从喷头组件8内喷出时,由于钻叶5之间的喷头组件8也处于朝上倾斜的状态,使得水泥浆从喷头组件8喷出之后,形成上抛的抛物线,当水泥浆达到最高点时,水泥浆再朝下抛落,最终形成开口朝向的抛物线,由于水泥浆的喷射轨迹为弧形轨迹,使得水泥浆在上抛或者下抛的过程中都具有一定的倾斜角,使得水泥浆能够有效喷射至死角区域,对桩孔的死角区域进行灌浆,从而提高了对桩孔的浇筑效果。
实施例10
在实施例9的基础上,所述第一喷管18与杆体1之间的夹角为10-45°,这样设置一方面能够保证第一喷管18能够与杆体1之间具有较小的夹角,从而降低了外界泥土、碎石块进入至第一喷管18内的风险,另一方面保证第一喷管18喷出的水泥浆能够处于倾斜朝上喷出的状态,保证能够有效对桩孔内的死角区域进行有效灌浆。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。