CN113431501A - 一种水下锚索孔内止水装置及钻头组件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种水下锚索孔内止水装置及钻头组件，属于水下锚索施工的技术领域，其包括钻杆和套管，钻杆位于套管内部，所述钻杆深入土体内一端连接有可丢钻头，可丢钻头包括钻头体、钻头翼板和芯轴，芯轴一端与钻杆固定连接，另一端与钻头翼板固定连接，芯轴为管状，钻头翼板上开设有通孔，通孔贯穿钻头翼板将芯轴内部与外界连通，芯轴内设置有供水流单向贯穿芯轴从钻头翼板处喷出的限位组件，钻头体环套固定在芯轴外壁上，可丢钻头向钻杆内收纳时，钻头体外壁与套管内壁抵接且钻头翼板无法收纳进套管内，本申请具有防止涌出来的中细砂堵塞套管，达到保证锚索安放到位，维护后续锚索施工工序正常进行的效果。

Description

一种水下锚索孔内止水装置及钻头组件

技术领域

本申请涉及水下锚索施工的技术领域，尤其是涉及一种水下锚索孔内止水装置及钻头组件。

背景技术

随着城市基础建设发展，基坑工程越来越深，规模越来越大，锚杆作为深基坑工程中有效的支护手段，已经普遍采用。

在基坑施工过程中，对于含水层丰富，水位偏高的底层，如降水效果不好，地下水会对基坑影响较大。通常基坑开挖前设置连续墙作为截水、防渗、承重、挡水结构。

通过连续墙和锚索工程达到对基坑的支护效果，在锚索施工过程中，采用全套管跟进的钻孔方式，且将地层中的中细砂通过反冲洗方式冲出，中细砂被钻杆冲出的水，反冲至钻杆与套管之间的缝隙中，最终排出。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有对于含沙量较大地层，由于钻杆端部水压力较大，钻至设计深度后，或中途取出钻杆进行拼接替换，会出现涌水涌砂现象，涌出来的中细砂堵塞套管，造成锚筋无法安放到位，锚索无法施工的缺陷。

发明内容

为了防止涌出来的中细砂堵塞套管，达到保证锚索安放到位，维护后续锚索施工工序正常进行的效果，本申请提供一种水下锚索孔内止水装置及钻头组件。

本申请提供的一种水下锚索孔内止水装置采用如下技术方案：

一种水下锚索孔内止水装置，包括钻杆和套管，钻杆位于套管内部，所述钻杆深入土体内一端连接有可丢钻头，可丢钻头包括钻头体、钻头翼板和芯轴，芯轴一端与钻杆固定连接，另一端与钻头翼板固定连接，芯轴为管状，钻头翼板上开设有通孔，通孔贯穿钻头翼板将芯轴内部与外界连通，芯轴内设置有供水流单向贯穿芯轴从钻头翼板处喷出的限位组件，钻头体环套固定在芯轴外壁上，可丢钻头向钻杆内收纳时，钻头体外壁与套管内壁抵接且钻头翼板无法收纳进套管内。

通过采用上述技术方案，在地下水位之下进行钻孔施工，采用全套管跟进的方式，在需要进行钻杆拼接时，将钻杆向孔外提，使钻头体外壁与套管内壁抵接，将钻杆与套管之间的缝隙封堵，由于限位组件的存在，地下水也无法从通孔处反涌至芯轴内，更无法反涌至钻杆内，从而保证了钻杆的拼接，延长了钻杆的长度，继而进行钻孔工序，当钻孔完毕时，向外抽拉钻杆，强力将可丢钻头与钻杆拉断，此时可丢钻头依旧将套管封堵，后续通过压力注浆将可丢钻头冲出套管，达到了防止涌出来的中细砂堵塞套管，保证锚索安放到位，维护后续锚索施工工序正常进行的效果。

可选的，所述套管靠近可丢钻头一端连接有套管钻头，钻杆与可丢钻头之间设置有连接器，连接器一端与钻杆固定连接，另一端与可丢钻头固定连接，可丢钻头向钻杆内收纳时，连接器外壁与套管钻头内壁抵接，连接器为管状，钻头体外径与连接器外径相同。

通过采用上述技术方案，连接器为可丢钻头提供固定位置，套管钻头的设置减少了可丢钻头对套管端部的磨损，延长了套管重复利用的次数。

可选的，所述连接器由第一区域、第二区域和第三区域组成，第一区域深入钻杆内部与钻杆内壁螺纹连接，第三区域外壁直径与套管钻头内径相同，第二区域一端与第一区域固定连接，另一端与第三区域固定连接；第三区域外壁上开设有过沙槽，过沙槽沿第三区域长度方向开设，过沙槽靠近钻杆一端将第二区域开透。

通过采用上述技术方案，将钻杆向外抽拉，第二区域配合过沙槽的设置，通过改变过沙槽外露在套管外的长度，实现对地下水和中细砂向套管内反涌量的控制。

可选的，所述芯轴内部开设有第一通道、第二通道和第三通道，第一通道、第二通道和第三通道沿芯轴长度方向依次连通贯穿芯轴，第二通道内径小于第三通道内径，限位组件位于第三通道内；限位组件包括钢珠和弹簧，弹簧一端与钻头翼板固定连接，另一端与钢珠固定连接，弹簧处于原长状态下，钢珠封堵在第二通道口处。

通过采用上述技术方案，钻孔时钻杆内通入水流，水流冲击钢珠，钢珠挤压弹簧，此时第二通道打开，保证钻孔的正常进行，并进行反冲洗排沙；当钻孔停止时，地下水压力配合弹簧复位，使钢珠对第二通道进行密封，避免钻杆内中细砂的堵塞。

可选的，所述钻头体外壁上环套固定有密封环，密封环采用橡胶材质制成的密封环。

通过采用上述技术方案，在钻头体收纳进套管内时，密封环受到挤压，从而增强了钻头体与套管之间的密封性。

可选的，所述钻头体外壁上开设有密封槽，密封槽沿钻头体外壁开设一周，密封环环套固定在密封槽内，且密封环外径大于钻头体外径。

通过采用上述技术方案，密封槽的设置将强了密封环的固定牢固效果，避免挤压磨损密封环，减少密封环脱落现象。

可选的，所述套管外设置有孔口管，孔口管预埋在连续墙内，孔口管连通连续墙两侧空间，孔口管上设置有孔口密封装置，孔口密封装置包括端管、压盖和密封圈，孔口管朝向基坑一端与端管法兰连接，压盖一端插嵌在端管内，密封圈为与端管内，密封圈外壁与端管内壁固定连接，密封圈一端与压盖端部抵接。

通过采用上述技术方案，套管靠近可丢钻头一端进行密封，同时通过密封装置对套管靠近孔口处进行密封，两端都进行密封。套管贯穿孔口管，压盖挤压密封圈，密封圈对套管外壁与孔口管之间的缝隙进行密封，而孔口管为直接预埋进连续墙内，从而减少了地下水和中细砂从孔口处反涌的现象，便于钻孔工序的正常施工。

可选的，所述端管内壁上设置有凸台，凸台沿端管内壁设置一周，凸台位于端管远离压盖一端，密封圈远离压盖一端与凸台抵接，凸台和压盖内径相同且均不大于密封圈内径。

通过采用上述技术方案，压盖挤压密封圈时，凸台对密封圈起到承接作用，保证密封圈位置的稳定，密封圈受到挤压，只能向靠近套管处变形，从而增加了套管外壁与孔口管内壁之间的密封性。

本申请还提供一种水下锚索钻头组件，采用如下技术方案：

一种水下锚索钻头组件，包括连接器和可丢钻头，可丢钻头包括钻头体、钻头翼板和芯轴；芯轴一端插嵌在连接器内部与连接器固定连接，芯轴另一端与钻头翼板固定连接，芯轴为管状，钻头翼板上开设有通孔，通孔贯穿钻头翼板将芯轴内部与外界连通，芯轴内设置有供水流单向贯穿芯轴从钻头翼板处喷出的限位组件，钻头体环套固定在芯轴外壁上，可丢钻头向钻杆内收纳时，钻头体外壁与套管内壁抵接且钻头翼板无法收纳进套管内；连接器远离芯轴一端与钻杆可拆卸连接。

通过采用上述技术方案，在钻孔施工过程中，将连接器与钻杆连接，而后将可丢钻头与连接器连接，进行钻孔，限位组件保证了水流单向贯穿芯轴从钻头翼板处喷出，从而实现地下水和中细砂的反冲洗工序，当需要对钻杆和套管之间的缝隙进行封堵时，直接向外抽拉钻杆即可，当钻孔完毕时，直接强行拉出钻杆，将可丢钻头与连接器拉断，此时可丢钻头依旧将套管封堵，保证后续锚索锚筋在钻孔内放置到位，继而再通过压力注浆将可丢钻头顶出，钻头组件的存在达到便于水下钻孔的正常施工的效果。

可选的，所述钻头翼板上设置有压板，压板内嵌固定在钻头翼板紧贴芯轴的侧壁上，通孔贯穿钻头翼板的同时将压板贯穿。

通过采用上述技术方案，压板的存在加强了钻头翼板的自身强度，保证了钻孔施工的流畅进行。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.可丢钻头实现对套管和钻杆之间缝隙的封堵；

2.孔口密封装置实现对套管与孔口管之间缝隙的封堵；

3.连接器和过沙槽的设置，实现对套管内地下水反涌量的控制。

附图说明

图1是水下锚索施工装置的整体结构示意图；

图2是孔口密封装置处的整体结构剖视图；

图3是可丢钻头处部分结构示意图；

图4是可丢钻头处部分结构剖视图；

图5是为显示容纳槽处部分结构剖视图。

图中，1、孔口管；11、孔口法兰；2、孔口密封装置；21、端管；211、凸台；212、密封压盘；213、导向套；22、压盖；221、定位环；23、密封圈；3、套管钻头；4、可丢钻头；41、钻头体；411、密封槽；412、密封环；42、钻头翼板；421、压板；422、短管；43、芯轴；431、第一通道；432、第二通道；433、第三通道；434、容纳槽；435、插销；5、连接器；51、第一区域；52、第二区域；53、第三区域；531、环槽；532、定位板；533、过沙槽；6、限位组件；61、弹簧；62、钢珠；7、钻杆；71、套管；8、注浆帽。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种水下锚索孔内止水装置及钻头组件。

参照图1，一种水下锚索孔内止水装置包括孔口管1，孔口管1将连续墙两侧空间连通，孔口管1端部法连连接有孔口密封装置2，孔口密封装置2对套管71外壁与孔口管1之间的间隙密封。

参照图1和图2，孔口密封装置2包括端管21、压盖22和密封圈23，端管21靠近孔口管1一端固定有密封压盘212，密封压盘212为圆环状，密封压盘212内径小于孔口管1内径，密封压盘212内壁上设置有导向套213，导向套213为管状，导向套213外壁与密封压盘212内壁固定连接，套管71插入孔口管1内后，导向套213对套管71起到导向限位作用；孔口管1外壁上固定有孔口法兰11，孔口法兰11位于孔口管1靠近端管21处，孔口法兰11与密封压盘212法兰连接。端管21内壁上固定有凸台211，凸台211沿端管21内壁设置一周，压盖22为管状，压盖22一端插嵌在端管21内部，压盖22外壁紧贴端管21内壁，压盖22外壁上固定有定位环221，定位环221与端管21通过螺栓连接，密封圈23外壁与端管21内壁固定连接，密封圈23一端与凸台211抵接，另一端与压盖22抵接，密封圈23厚度不小于压盖22厚度，压盖22、凸台211和导向套213的内径均相同。

参照图3和图4，套管71深入地层一端固定有套管钻头3，套管钻头3呈管状，套管钻头3一端深入套管71内部，且与套管71内壁螺纹连接，套管钻头3外露部分的外径与套管71外径相同。钻杆7深入地层一端可拆卸连接有可丢钻头4，可丢钻头4用于与套管钻头3配合，在有需要时便于将套管71密封，避免地下水和中细砂反涌进入套管71内，对套管71造成堵塞。

参照图4和图5，可丢钻头4包括钻头体41、钻头翼板42和芯轴43，钻头体41为圆管状，钻头体41与钻杆7之间设置有连接器5，连接器5为管状，连接器5一端深入钻杆7内部与钻杆7内壁螺纹连接，连接器5外露部分的外径，先逐渐增大而后保持不变一段距离，外径增大至与套管钻头3内径相同便停止，即连接器5与钻杆7螺纹连接的部分定义为第一区域51，连接器5外径与套管钻头3内径相同区域为第三区域53，第三区域53与第一区域51之间为第二区域52，第二区域52外壁倾斜设置。连接器5上开设有环槽531和过沙槽533，环槽531和过沙槽533均位于第三区域53上，环槽531沿连接器5内壁开设一周，沿连接器5长度方向，环槽531远离套管71一端开透连接器5远离套管71的端面，芯轴43一端插嵌在环槽531内，另一端位于连接器5外部；过沙槽533位于第三区域53外壁上，过沙槽533沿钻杆7长度方向开设且靠近钻杆7一端将第二区域52开透，本实施例中，过沙槽533开设有三个，相邻过沙槽533沿第三区域53周向外壁等距开设。

参照图4和图5，芯轴43内部开设有第一通道431、第二通道432和第三通道433，第一通道431、第二通道432和第三通道433首尾连通将芯轴43沿连接器5长度方向贯通。芯轴43外壁上开设有容纳槽434，容纳槽434沿芯轴43外壁开设一周，芯轴43远离连接器5一端与钻头翼板42固定连接，容纳槽434沿连接器5长度方向开设的距离，大于连接器5端部距离钻头翼板42的距离，即钻头体41环套固定在芯轴43外壁上，且将容纳槽434填满。钻头体41位于连接器5外部区域的外径与套管钻头3内径相同，钻头体41与连接器5接触部分为抵接状态，钻头体41外壁上开设有密封槽411，密封槽411沿钻头体41外壁开设一周，密封槽411位于钻头体41外露区域上，钻头体41上环套固定有密封环412，密封环412环套在密封槽411内且密封环412外径大于钻头体41外径。

参照图4和图5，钻头翼板42靠近钻头体41的侧壁上内嵌固定有压板421，压板421用于加强钻头翼板42强度，压板421与钻头体41固定连接。芯轴43上设置有插销435，插销435一端插嵌在芯轴43上，另一端插嵌在环槽531内壁上，插销435位于芯轴43上的第一通道431区域处。插销435的设置实现芯轴43与连接器5的固定。第二通道432直径小于第一通道431和第三通道433的直径，芯轴43的第三通道433内设置有限位组件6，限位组件6包括钢珠62和弹簧61，压板421靠近限位组件6处设置有短管422，钢珠62直径大于第二通道432直径且小于第三通道433直径，钢珠62抵接在第二通道432处将第二通道432封堵，钢珠62背离第二通道432一侧与弹簧61一端固定连接，弹簧61另一端与短管422一端固定连接，短管422插嵌在第三通道433内，短管422外壁与第三通道433内壁抵接，短管422远离弹簧61一端与压板421固定连接。其中压板421上开设有通孔，通孔贯穿压板421的同时将钻头翼板42贯穿，即通孔、第三通道433、第二通道432、第一通道431和钻杆7内部连通，用于钻孔的同时冲洗中细砂。其中在连接器5内设置有定位板532，定位板532位于环槽531内，定位板532周向侧壁与环槽531内壁抵接，定位板532被抵紧在环槽531朝向芯轴43的槽壁与芯轴43端部之间，定位板532上开设有孔洞，从而不影响钻孔时水流从钻头翼板42处喷出。

本申请实施例一种水下锚索孔内止水装置及钻头组件的实施原理为：连续

墙施工并在连续墙内预埋孔口管1，然后进行基坑开挖，凿除孔口管1处混凝土保护层，在孔口管1上焊接孔口法兰11，并法兰连接孔口密封装置2；钻杆7穿入孔口管1进行钻孔施工；钻孔期间更换钻杆7时，将可丢钻头4向套管71内拉入，此时钻头体41将套管钻头3密封，且钻杆7与可丢钻头4未分离；钻孔至设计深度后，加压回拉或反冲击使可丢钻头4与钻杆7脱离，此时钻头体41将套管钻头3密封；提出钻杆7并下入锚索；起拔套管71螺纹连接注浆帽8，注浆帽8采用普通施工中常用的注浆帽8即可，并压力注浆；保留最后一根套管71，待水泥浆初凝或水泥浆与水压平衡时拔掉套管71，完成终孔，本申请防止了涌出来的中细砂堵塞套管71，达到保证锚索安放到位，维护后续锚索施工工序正常进行的效果。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水下锚索孔内止水装置，包括钻杆(7)和套管(71)，钻杆(7)位于套管(71)内部，其特征在于：所述钻杆(7)深入土体内一端连接有可丢钻头(4)，可丢钻头(4)包括钻头体(41)、钻头翼板(42)和芯轴(43)，芯轴(43)一端与钻杆(7)固定连接，另一端与钻头翼板(42)固定连接，芯轴(43)为管状，钻头翼板(42)上开设有通孔，通孔贯穿钻头翼板(42)将芯轴(43)内部与外界连通，芯轴(43)内设置有供水流单向贯穿芯轴(43)从钻头翼板(42)处喷出的限位组件(6)，钻头体(41)环套固定在芯轴(43)外壁上，可丢钻头(4)向钻杆(7)内收纳时，钻头体(41)外壁与套管(71)内壁抵接且钻头翼板(42)无法收纳进套管(71)内。

2.根据权利要求1所述的一种水下锚索孔内止水装置，其特征在于：所述套管(71)靠近可丢钻头(4)一端连接有套管钻头(3)，钻杆(7)与可丢钻头(4)之间设置有连接器(5)，连接器(5)一端与钻杆(7)固定连接，另一端与可丢钻头(4)固定连接，可丢钻头(4)向钻杆(7)内收纳时，连接器(5)外壁与套管钻头(3)内壁抵接，连接器(5)为管状，钻头体(41)外径与连接器(5)外径相同。

3.根据权利要求2所述的一种水下锚索孔内止水装置，其特征在于：所述连接器(5)由第一区域(51)、第二区域(52)和第三区域(53)组成，第一区域(51)深入钻杆(7)内部与钻杆(7)内壁螺纹连接，第三区域(53)外壁直径与套管钻头(3)内径相同，第二区域(52)一端与第一区域(51)固定连接，另一端与第三区域(53)固定连接；第三区域(53)外壁上开设有过沙槽(533)，过沙槽(533)沿第三区域(53)长度方向开设，过沙槽(533)靠近钻杆(7)一端将第二区域(52)开透。

4.根据权利要求1所述的一种水下锚索孔内止水装置，其特征在于：所述芯轴(43)内部开设有第一通道(431)、第二通道(432)和第三通道(433)，第一通道(431)、第二通道(432)和第三通道(433)沿芯轴(43)长度方向依次连通贯穿芯轴(43)，第二通道(432)内径小于第三通道(433)内径，限位组件(6)位于第三通道(433)内；限位组件(6)包括钢珠(62)和弹簧(61)，弹簧(61)一端与钻头翼板(42)固定连接，另一端与钢珠(62)固定连接，弹簧(61)处于原长状态下，钢珠(62)封堵在第二通道(432)口处。

5.根据权利要求2所述的一种水下锚索孔内止水装置，其特征在于：所述钻头体(41)外壁上环套固定有密封环(412)，密封环(412)采用橡胶材质制成的密封环(412)。

6.根据权利要求5所述的一种水下锚索孔内止水装置，其特征在于：所述钻头体(41)外壁上开设有密封槽(411)，密封槽(411)沿钻头体(41)外壁开设一周，密封环(412)环套固定在密封槽(411)内，且密封环(412)外径大于钻头体(41)外径。

7.根据权利要求1所述的一种水下锚索孔内止水装置，其特征在于：所述套管(71)外设置有孔口管(1)，孔口管(1)预埋在连续墙内，孔口管(1)连通连续墙两侧空间，孔口管(1)上设置有孔口密封装置(2)，孔口密封装置(2)包括端管(21)、压盖(22)和密封圈(23)，孔口管(1)朝向基坑一端与端管(21)法兰连接，压盖(22)一端插嵌在端管(21)内，密封圈(23)为与端管(21)内，密封圈(23)外壁与端管(21)内壁固定连接，密封圈(23)一端与压盖(22)端部抵接。

8.根据权利要求1所述的一种水下锚索孔内止水装置，其特征在于：所述端管(21)内壁上设置有凸台(211)，凸台(211)沿端管(21)内壁设置一周，凸台(211)位于端管(21)远离压盖(22)一端，密封圈(23)远离压盖(22)一端与凸台(211)抵接，凸台(211)和压盖(22)内径相同且均不大于密封圈(23)内径。

9.一种水下锚索钻头组件，其特征在于：包括连接器(5)和可丢钻头(4)，可丢钻头(4)包括钻头体(41)、钻头翼板(42)和芯轴(43)；芯轴(43)一端插嵌在连接器(5)内部与连接器(5)固定连接，芯轴(43)另一端与钻头翼板(42)固定连接，芯轴(43)为管状，钻头翼板(42)上开设有通孔，通孔贯穿钻头翼板(42)将芯轴(43)内部与外界连通，芯轴(43)内设置有供水流单向贯穿芯轴(43)从钻头翼板(42)处喷出的限位组件(6)，钻头体(41)环套固定在芯轴(43)外壁上，可丢钻头(4)向钻杆(7)内收纳时，钻头体(41)外壁与套管(71)内壁抵接且钻头翼板(42)无法收纳进套管(71)内；连接器(5)远离芯轴(43)一端与钻杆(7)可拆卸连接。

10.根据权利要求9所述的一种水下锚索钻头组件，其特征在于：所述钻头翼板(42)上设置有压板(421)，压板(421)内嵌固定在钻头翼板(42)紧贴芯轴(43)的侧壁上，通孔贯穿钻头翼板(42)的同时将压板(421)贯穿。

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