CN111270991A - 一种变幅式潜孔锤钻机及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变幅式潜孔锤钻机及其施工方法，变幅式潜孔锤钻机由变幅式桩架、钻孔系统和潜孔锤组成；变幅式桩架在桩架纵向垂直平面范围内进行前俯后仰的变幅作业；潜孔锤沿着变幅桩架导向方向给钻具一定的轴向压力和回转扭矩的同时，还给钻具一定频率的冲击能量，孔底岩石在冲击荷载和回转切削共同作用下破碎。本发明专利有效地解决了目前入岩斜桩技术的斜向有限和直径较小的问题，具有适用地层广泛、施工效率高、作业平稳和成孔质量好的优点。

Description

一种变幅式潜孔锤钻机及其施工方法

技术领域

本发明属于桩基工程技术领域，更具体地，涉及一种变幅式气动潜孔锤钻机及其施工方法。

背景技术

在港口码头、公路桥梁、道路边坡、建筑基坑支护和边坡等桩基工程的结构设计中，需同时满足垂直荷载和水平荷载作用。在竖向受力结构已有很成熟的设计理论和施工技术，而在水平受力结构设计方面，虽也有比较成熟的设计理论，但施工技术制约其推广应用。

嵌岩桩是较常用的桩基工程之一，可大幅承载能力。主要是直桩，也有部分斜桩，但目前嵌岩斜桩最大前倾斜角只有15° (桩轴线与垂线面夹角)，后倾斜角只有5°，斜向有限，而且直径较小。如果桩的斜向越小，则其相应的水平抵抗力就越小，在设计上只能通过增加桩的数量来满足水平承载能力，提高了工程成本。因此，在保证嵌岩桩直径同时增大嵌岩桩的斜向，是一项适用于大直径斜桩的高效、实用、适用地层广的施工技术，此项技术的成功实现，将在建筑施工市场发挥巨大的经济效益。

说明书

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是，实现了斜向入岩桩施工，有效地提高桩的水平抵抗能力和抗拨能力，满足工程结构设计和施工的要求。

潜孔锤钻进是把冲击式钻进和回转式钻进相结合的一种钻进方式。在钻进时，潜孔锤给钻具一定的轴向压力和回转扭矩的同时，还给钻具一定频率的冲击能量，孔底岩石在冲击荷载和回转切削共同作用下破碎。潜孔锤能克服某些卵砾石层、漂砾层、漏失地层、溶洞地层钻进困难的情况，提高钻进效率，确保成孔质量。

潜孔锤对斜桩成孔时有可能遇到软硬不均匀以及多裂隙的岩层等，能有效防止或者减少成孔斜向偏差，保证成孔质量。大直径潜孔锤有效解决桩基工程在岩质硬岩钻进难题。

一种变幅式潜孔锤钻机由变幅式桩架、钻孔系统和潜孔锤组成；变幅式桩架在桩架纵向垂直平面范围内进行前俯后仰的变幅作业；钻孔系统由动力头、减震器、钻杆、驱动装置组成，动力头用于驱动钻具的冲击和回转切削破碎岩土层成孔，减震器消除钻机启动、停止时共振的发生，减少对设备、零部件损坏和噪声；潜孔锤由外多边形接头（压轮钻头）、潜孔锤保护套、冲击器和潜孔钻头组成；潜孔锤沿着变幅桩架导向方向给钻具一定的轴向压力和回转扭矩的同时，还给钻具一定频率的冲击能量，孔底岩石在冲击荷载和回转切削共同作用下破碎，克服复杂回填层、碎石土层、岩溶地层和硬质岩层钻进困难，提高钻进效率，确保斜向角度及成孔质量。

变幅式桩架绕前支点做俯仰动作，变幅角度为±30°（-5-30为宜，-30钻机会不会倒），适用于施打直桩和各种斜桩，桩架变幅装置使用液压缸驱动，液压缸用于桩架的斜撑和顶伸油缸机构；桩架应能保证正常使用的稳定性，保证没有倾翻和陷落的危险，桩架变幅工作时，需采取安全措施，考虑操作过程中出现的失误，在液压缸外侧设一组极限倾（仰）限位装置，就是一旦桩架倾（仰）角过大时，液压系统工作被迫中止，桩架变幅紧急制动。

潜孔锤的外多边形接头用于钻头和钻杆的连接，潜孔锤保护套可一定程度保护潜孔锤的冲击器，同时能与桩侧壁或套管配合形成一个圆环形截面的空间，用于锤击过程的排渣，冲击器借助注入的压缩空气实现潜孔钻头的高频率的往复锤击运动，进行锤击岩面钻进，利用冲击器排出的气流可把碎石渣顺利排出。

潜孔钻头应对大直径桩径的桩基工程施工时，采用大直径单体式潜孔锤全孔正循环钻进、集束式潜孔锤全断面碎岩钻进以及集束式潜孔锤环状碎岩取心钻进。

潜孔钻头同套管随钻头跟入孔内，潜孔锤跟套管钻进是指在破碎、松散、 卵砾石等不稳定地层中，采用气动潜孔锤钻进成孔，同时将套管随钻头跟入孔内的种钻进方法；即潜孔锤钻进的同时，跟进的套管具有稳定孔壁和保护孔口的作用；而且钻进、排渣和护壁三个工序同时进行，可以很好地解决斜向成孔在复杂地层钻进中护壁难的问题；在钻孔完成后，潜孔锤可以从套管中顺利提出，套管留在孔内,待完成注浆等工作后，套管从钻孔中提出或永久留在孔内。

套管跟进器由套管驱动装置、夹紧装置、压入拔出装置和液压站组成，套管回转方式分为全回转式和摆转式，套管的摆动或回转使套管与土体摩擦力大大减少，实现套管压进和拔出。

潜孔钻头具有扩底功能，钻头利用液压机构驱动钻头在孔底伸出切削翼使钻进的孔径大于上部钻孔的孔径。

一种变幅式潜孔锤钻机的施工方法，其特征包括如下步骤：

步骤一：钻机就位；

步骤二，机械设备安装调试完成，检查倾斜度无误后可开机进钻；

步骤三：启吊钢筋笼，与成孔斜向一致的导向槽引导钢筋笼放入孔中，安装好后采取措施固定钢筋笼，以防浇注砼时钢筋笼错位；

步骤四：下放导管，开始浇筑混凝土，浇筑完成后拔管，完成灌注桩施工。

全套管咬合桩施工施工步骤：先进行Ⅰ桩施工，钻杆和钻头钻进，套管护壁，钻至设计深度，钻杆提升，套管留在地下，灌注混凝土拔管成桩。再进行Ⅱ桩施工，钻杆和钻头钻进，套管护壁，钻至设计深度，钻杆提升，套管留在地下，插钢筋笼，灌注混凝土，拔管成桩。

斜向压灌桩施工步骤：动力头协钻杆和潜孔钻头钻进，下放斜向全套管，钻至设计深度后钻杆和套管同时提钻，提钻同时从钻杆中心泵入灌注混凝土，然后插入钢筋笼，压灌桩施工完成。

与现有技术相比，本发明专利的提供了一种变幅式潜孔锤钻机及其施工方法，有效解决了大直径斜向嵌岩桩的施工需求，具有适用地层广泛、施工效率高和成孔质量好等优点。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种变幅式潜孔锤钻机示意图；

图2为一种潜孔锤示意图；

图3为一种扩径潜孔锤钻头示意图；

附图标记说明：

1-桩架组合体，2-变幅液压缸，3-桩架揽绳，4-减震器，5-动力头，6-钻杆，7-抱桩机械架，8-潜孔锤头，9-冲击器，10-潜孔锤保护套，11-外多方接头。

具体实施方式

如图1所示，作为一可选实施例，一种变幅式潜孔锤钻机示意图，一种变幅式潜孔锤钻机由变幅式桩架、钻孔系统和潜孔锤组成；变幅式桩架在桩架纵向垂直平面范围内进行前俯后仰的变幅作业；钻孔系统由动力头、减震器、钻杆、驱动装置组成，动力头用于驱动钻具的冲击和回转切削破碎岩土层成孔，减震器消除钻机启动、停止时共振的发生，减少对设备、零部件损坏和噪声；潜孔锤由外多边形接头、潜孔锤保护套、冲击器和潜孔钻头组成。

变幅式桩架绕前支点做俯仰动作，变幅角度为±30°，适用于施打直桩和各种斜桩，桩架变幅装置使用液压缸驱动，液压缸用于桩架的斜撑和顶伸油缸机构；桩架保证正常使用的稳定性，保证没有倾翻和陷落的危险，桩架变幅工作时，采取安全措施，考虑操作过程中出现的失误，在液压缸外侧设一组极限倾（仰）限位装置，就是一旦桩架倾（仰）角过大时，液压系统工作被迫中止，桩架变幅紧急制动。

如图2所示，作为一可选实施例，潜孔锤的外多边形接头用于钻头和钻杆的连接，潜孔锤保护套可一定程度保护潜孔锤的冲击器，同时能与桩侧壁或套管配合形成一个圆环形截面的空间，用于锤击过程的排渣，冲击器借助注入的压缩空气实现潜孔钻头的高频率的往复锤击运动，进行锤击岩面钻进，利用冲击器排出的气流可把碎石渣顺利排出。

潜孔钻头应对大直径桩径的桩基工程施工时，采用大直径单体式潜孔锤全孔正循环钻进、集束式潜孔锤全断面碎岩钻进以及集束式潜孔锤环状碎岩取心钻进。

如图3所示，作为一可选实施例，潜孔钻头具有扩底功能，钻头利用液压机构驱动钻头在孔底伸出切削翼使钻进的孔径大于上部钻孔的孔径。

以上实施方式仅为对本发明所作的举例式说明，本发明的应用不限制于上述举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以变化和改进，所有以本发明的技术方案即实施方式为基础的变化和改进都应属于本发明权利要求的保护范围中。

Claims (10)

1.一种变幅式潜孔锤钻机由变幅式桩架、钻孔系统和潜孔锤组成；变幅式桩架在桩架纵向垂直平面范围内进行前俯后仰的变幅作业；钻孔系统由动力头、减震器、钻杆、驱动装置组成，动力头用于驱动钻具的冲击和回转切削破碎岩土层成孔，减震器消除钻机启动、停止时共振的发生，减少对设备、零部件损坏和噪声；潜孔锤由外多边形接头、潜孔锤保护套、冲击器和潜孔钻头组成；潜孔锤沿着变幅桩架导向方向给钻具一定的轴向压力和回转扭矩的同时，还给钻具一定频率的冲击能量，孔底岩石在冲击荷载和回转切削共同作用下破碎，克服复杂回填层、碎石土层、岩溶地层和硬质岩层钻进困难，提高钻进效率，确保斜向角度及成孔质量。

2.权利要求1所述的一种变幅式潜孔锤钻机，其特征在于，所述变幅式桩架绕前支点做俯仰动作，变幅角度为±30°，适用于施打直桩和各种斜桩，桩架变幅装置使用液压缸驱动，液压缸用于桩架的斜撑和顶伸油缸机构；桩架保证正常使用的稳定性，保证没有倾翻和陷落的危险，桩架变幅工作时，采取安全措施，考虑操作过程中出现的失误，在液压缸外侧设一组极限倾（仰）限位装置，就是一旦桩架倾（仰）角过大时，液压系统工作被迫中止，桩架变幅紧急制动。

3.权利要求1所述的一种变幅式潜孔锤钻机，其特征在于，所述潜孔锤的外多边形接头用于钻头和钻杆的连接，潜孔锤保护套能一定程度保护潜孔锤的冲击器，同时能与桩侧壁或套管配合形成一个圆环形截面的空间，用于锤击过程的排渣，冲击器借助注入的压缩空气实现潜孔钻头的高频率的往复锤击运动，进行锤击岩面钻进，利用冲击器排出的气流能把碎石渣顺利排出。

4.权利要求1所述的一种变幅式潜孔锤钻机，其特征在于，所述潜孔钻头应对大直径桩径的桩基工程施工时，采用大直径单体式潜孔锤全孔正循环钻进、集束式潜孔锤全断面碎岩钻进以及集束式潜孔锤环状碎岩取心钻进。

5.权利要求1所述的一种变幅式潜孔锤钻机，其特征在于，所述潜孔钻头同套管随钻头跟入孔内，潜孔锤跟套管钻进是指在破碎、松散、 卵砾石等不稳定地层中，采用气动潜孔锤钻进成孔，同时将套管随钻头跟入孔内的种钻进方法；即潜孔锤钻进的同时，跟进的套管具有稳定孔壁和保护孔口的作用；而且钻进、排渣和护壁三个工序同时进行，有效解决斜向成孔在复杂地层钻进中孔壁坍塌题；在钻孔完成后，潜孔锤从套管中顺利提出，套管留在孔内,待完成注浆等工作后，套管从钻孔中提出或永久留在孔内。

6.权利要求1所述的一种变幅式潜孔锤钻机，其特征在于，所述套管由套管跟进器驱动压拔，套管跟紧器由套管驱动装置、夹紧装置、压入拔出装置和液压站组成，套管回转方式分为摆转式和全回转式，套管的摆动或回转使套管与土体摩擦力大大减少，实现套管压进和拔出。

7.权利要求1所述的一种变幅式潜孔锤钻机，其特征在于，所述潜孔钻头具有扩底功能，钻头利用液压机构驱动钻头在孔底伸出切削翼使钻进的孔径大于上部钻孔的孔径。

8.一种变幅式潜孔锤钻机的施工方法，其特征包括如下步骤：

步骤一：钻机就位；

步骤二，机械设备安装调试完成，测量倾斜度，对中孔位无误后，开机进钻；

步骤三：启吊钢筋笼，与成孔斜向一致的导向槽引导钢筋笼放入孔中，安装好后采取措施固定钢筋笼，以防浇注砼时钢筋笼错位；

步骤四：下放导管，浇筑混凝土，浇筑完成后拔管，完成灌注桩施工。

9.如权利要求8所述的一种变幅式潜孔锤钻机的施工方法，其特征在于，所述步骤二后能进行全套管咬合桩施工，先进行Ⅰ桩施工：钻杆和钻头钻进，套管护壁，钻至设计深度，钻杆提升，套管留在地下，灌注混凝土拔管成桩；再进行Ⅱ桩施工：钻杆和钻头钻进，套管护壁，钻至设计深度，钻杆提升，套管留在地下，插钢筋笼，灌注混凝土，拔管成桩。

10.如权利要求8所述的一种变幅式潜孔锤钻机的施工方法，其特征在于，所述步骤二后能进行斜向压灌桩施工，动力头协钻杆和潜孔钻头钻进，下放斜向全套管，钻至设计深度后钻杆和套管同时提钻，提钻同时从钻杆中心泵入灌注混凝土，然后插入钢筋笼，压灌桩施工完成。

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