CN117307034A - 一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，属于建筑施工领域。包括钻机桅杆、可伸缩钻杆、旋挖钻头、矩形切刀和可伸缩切刀杆。可伸缩钻杆顶端连接在钻机桅杆上，旋挖钻头设置在可伸缩钻杆底端；矩形切刀位于旋挖钻头上方，矩形切刀上设置有供可伸缩钻杆穿过的第一钻杆洞；可伸缩切刀杆底端与矩形切刀连接，顶端与水平约束台连接，水平约束台上设置有冲击装置；水平约束台位于可伸缩钻杆顶端下方，可伸缩钻杆穿过水平约束台和冲击装置。本发明将切土和挖土结合于一身，在施工过程中一次性形成上部矩形截面下部圆形截面的桩孔，提高了施工速度，克服了传统矩形孔更换钻具、截面超大的弊病，更适合地下空间竖向构件应用。

Description

一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，特别是指一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具。

背景技术

现有基坑支护一般采用临时性支护结构，如桩锚或桩撑等，支护桩为圆形钢筋混凝土钻孔灌注桩(即横截面为圆形)。钢筋混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。钢筋混凝土钻孔灌注桩是一种常见形式，其一般通过钻机在现场桩位上钻孔，然后下放钢筋笼，并灌注混凝土。

现有技术的钢筋混凝土钻孔灌注桩的成孔器械一般是旋挖钻机，其只能进行圆形成孔。现有矩形孔成孔钻头在施工过程中均需要先成圆孔之后再更换钻头，须重新调整垂直度，工序繁琐效率低且成孔宽度一般大于2m，不适合地下结构永久支护领域。

发明内容

本发明提供一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，将切土和挖土结合于一身，在施工过程中一次性形成上矩形截面下圆形截面的桩孔，提高了施工速度，克服了传统矩形孔更换钻具、截面超大的弊病，更适合地下空间竖向构件应用。

本发明提供技术方案如下：

一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，包括钻机桅杆、可伸缩钻杆、旋挖钻头、矩形切刀和可伸缩切刀杆，其中：

所述可伸缩钻杆顶端连接在所述钻机桅杆上，所述旋挖钻头设置在所述可伸缩钻杆底端；所述矩形切刀位于所述旋挖钻头上方，所述矩形切刀上设置有供所述可伸缩钻杆穿过的第一钻杆洞；所述可伸缩切刀杆底端与所述矩形切刀连接，顶端与水平约束台连接，所述水平约束台上设置有冲击装置；所述水平约束台位于所述可伸缩钻杆顶端下方，所述可伸缩钻杆穿过所述水平约束台和所述冲击装置。

进一步的，所述钻机桅杆上固定设置有水平限制台，所述水平限制台上设置有供所述可伸缩切刀杆穿过的切刀杆洞，所述水平限制台上设置有将所述可伸缩切刀杆锁紧的锁紧装置。

进一步的，所述冲击装置包括位于所述水平约束台顶端且垂直设置的圆周形内层护筒，所述内层护筒外围设置有垂直设置的圆周形外层护筒，所述内层护筒与所述外层护筒之间设置有击锤，所述击锤在击锤电机的带动下上下移动。

进一步的，所述水平约束台上开设有供所述可伸缩钻杆穿过的第二钻杆洞，所述内层护筒位于所述第二钻杆洞外围，所述可伸缩钻杆穿过所述内层护筒和第二钻杆洞，所述内层护筒与所述可伸缩钻杆之间设置有轴承。

进一步的，所述矩形切刀顶端设置有向上凸出的插头，所述插头插在所述可伸缩切刀杆底端的凹槽内，所述插头上和所述凹槽的侧壁上均开设有插销孔，所述插销孔内插有插销。

进一步的，所述可伸缩切刀杆包括套在一起的多层同心杆件，多层同心杆件能够沿轴向伸缩。

进一步的，所述旋挖钻头具有扩底机构。

进一步的，所述可伸缩切刀杆的数量为四根，四根可伸缩切刀杆成矩形排列。

本发明具有以下有益效果：

本发明在原有钻机基础上增加切土系统，矩形孔与圆孔同时施工，将切土和挖土结合于一身，克服传统矩形孔成孔中因更换钻头和垂直度调整等因素带来的效率低下问题，克服传统矩形桩成孔过程工序繁琐的问题，可在施工过程中一次性形成上矩形截面下圆形截面的桩孔，利于成孔的规范化、模块化，提高施工速度。切土系统与钻机钻杆定向连接，其垂直度调整与钻杆同步进行，克服传统矩形孔成孔垂直度较差的弊端，解决了传统矩形桩垂直度二次校验的弊端，提高桩墙平整度，减少人工成本，提高安全性。

附图说明

图1为本发明的一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具的整体图；

图2为图1的底部结构放大图；

图3为图1的顶部结构放大图；

图4为矩形切刀的示意图；

图5为可伸缩切刀杆收缩后的示意图；

图6为可伸缩切刀杆展开后的示意图；

图7为通过本发明的钻具施工得到的钢筋混凝土钻孔灌注桩的示意图；

图8为钢筋混凝土钻孔灌注桩作为桩墙时的排列示意图；

图9为基坑永久支护桩墙的示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1-9所示，本发明实施例提供一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，用于形成上部为长方体柱形体且下部为圆柱形体的桩孔。其包括钻机桅杆1、可伸缩钻杆2、旋挖钻头8、矩形切刀7和可伸缩切刀杆5，其中：

可伸缩钻杆2和可伸缩切刀杆5采取伸缩式设计，可调整长度，可伸缩钻杆2顶端连接在钻机桅杆1上，旋挖钻头8设置在可伸缩钻杆2底端。

矩形切刀7位于旋挖钻头8上方，矩形切刀7上设置有供可伸缩钻杆穿过的第一钻杆洞10，可伸缩钻杆2通过第一钻杆洞10上下自由移动。

可伸缩切刀杆5底端与矩形切刀7连接，顶端与水平约束台4连接，水平约束台4上设置有冲击装置3；水平约束台3位于可伸缩钻杆2顶端下方，可伸缩钻杆2穿过水平约束台4和冲击装置3。

本发明在使用时，旋挖钻头8先开始工作，当挖出一定深度的圆形孔之后，冲击装置3开始工作，为可伸缩切刀杆5提供动力，可伸缩切刀杆5在冲击装置3的冲击下带动矩形切刀7向下运动，将旋挖钻头8成型的圆形孔切成矩形孔。旋挖钻头8与矩形切刀7同时工作，切落的土由旋挖钻头8带出，当矩形孔达到预定深度后矩形切刀7不再工作，旋挖钻头8继续旋挖，直至预定深度，形成上矩形截面下圆形截面的桩孔。

本发明在原有钻机基础上增加切土系统，矩形孔与圆孔同时施工，将切土和挖土结合于一身，克服传统矩形孔成孔中因更换钻头和垂直度调整等因素带来的效率低下问题，克服传统矩形桩成孔过程工序繁琐的问题，可在施工过程中一次性形成上矩形截面下圆形截面的桩孔，利于成孔的规范化、模块化，提高施工速度。切土系统与钻机钻杆定向连接，其垂直度调整与钻杆同步进行，克服传统矩形孔成孔垂直度较差的弊端，解决了传统矩形桩垂直度二次校验的弊端，提高桩墙平整度，减少人工成本，提高安全性。

作为一种改进，本发明的旋挖钻头8具有扩底机构，是旋挖可扩径钻头，扩底机构用于在桩孔内形成扩体段，扩体段的横向尺寸大于上部长方体柱形体和下部为圆柱形体的横向尺寸。扩底机构达到预定深度后进行扩底作业，旋挖钻头在计算机控制下打开闭合斗扩大直径，进行扩底作业，直至形成预定直径的扩大头，扩底作业结束后闭合钻头继续作业。在施工过程中一次性形成上部矩形截面、中间圆形扩体段和下部圆形截面的三段式桩孔，进而可完成上部矩形截面、中部圆形扩体段和下部圆形截面的三段式基身。

再进一步的，中部圆形扩体段包括上部圆台形体和下部圆柱形体，上部圆台形体和下部圆柱形体的中心轴重合，上部圆台形体的直径从上到下逐渐增大，对直径进行过渡，上部圆台形体的底面直径与下部圆柱形体的顶面直径相等。在施工过程中一次性形成上部矩形截面、中间圆台形和圆柱形扩体段和下部圆形截面的四段式桩孔，进而可完成上部矩形截面、中部圆台形和圆柱形扩体段和下部圆形截面的四段式基身。

钻机桅杆1上固定设置有水平限制台6，水平限制台6上设置有供可伸缩切刀杆5穿过的切刀杆洞9以及相应的供可伸缩钻杆穿过的钻杆洞，水平限制台6上设置有将可伸缩切刀杆5锁紧的锁紧装置。

水平限制台6为可伸缩切刀杆5提供支撑连接，并在施工过程中固定或解除可伸缩切刀杆5的上下移动。冲击装置3开始工作后，水平限制台6解除对切刀杆的限制，允许切刀杆上下移动。

冲击装置3包括位于水平约束台4顶端且垂直设置的圆周形内层护筒11，内层护筒11外围设置有垂直设置的圆周形外层护筒13，内层护筒11与外层护筒13之间的空间12设置有击锤，击锤在击锤电机的带动下上下移动。

本发明中，采用冲击锤击的方式进行矩形切刀切土，其动力部分位于切刀杆顶部，击锤可在护筒中上下移动，在电机带动下升高，升高到最顶(不超过护筒的高度)后落下，用锤击的方式为切刀杆提供动力，实现锤击式打桩。

水平约束台4上开设有供可伸缩钻杆穿过的第二钻杆洞，内层护筒11位于第二钻杆洞外围，可伸缩钻杆2穿过内层护筒11和第二钻杆洞，内层护筒11与可伸缩钻杆2之间设置有轴承，可伸缩钻杆2可以上下自由移动但限制水平移动。

可伸缩切刀杆5与矩形切刀7可拆卸，可更换不同尺寸的矩形切刀。具体的：采用插销的方式进行连接，矩形切刀7顶端设置有向上凸出的插头14，插头14插在可伸缩切刀杆5底端的凹槽15内，插头14上和凹槽15的侧壁上开设有插销孔16、17，插销16、17孔内插有插销，防止脱落。

可伸缩切刀杆5包括套在一起的多层同心杆件51、52，多层同心杆件51、52能够沿轴向伸缩。例如，包括两层同心杆件51、52，51为最外层钻杆，52为内层钻杆，内层杆缩在外层中，当切刀杆压到最大长度后，将切刀杆提起，内部的伸缩杆伸出，固定好后继续下压切土，下压过程中始终是

示例性的，可伸缩切刀杆5的数量可以为四根，四根可伸缩切刀杆5成矩形排列。

在一个示例中，本发明用于形成上部矩形下部圆形的钢筋混凝土钻孔灌注桩100，其桩身101包括上部桩身102和下部桩身103，上部桩身102为长方体柱形体，其横截面形状为矩形，优选为方形。下部桩身103为圆柱形体，其横截面形状为圆形。

上部桩身102和下部桩身103之间具有扩体段104，扩体段104的横截面尺寸大于上部桩身102和下部桩身103的横截面尺寸。

上部桩身102、扩体段104和下部桩身103在桩孔内从上到下按中心轴重合的方式依次设置且整体成型。

本发明将钢筋混凝土钻孔灌注桩100设置为三部分，形成变截面的桩身。上部桩身102的截面为矩形，其目的是方便与后期地下结构(如梁、板等结构)进行连接，作为结构的一部分，承受水平和竖向力。中下部的扩体段104能有效应对桩身中的最大弯矩。扩体段104以下为圆形截面的下部桩身103，施工便捷、快速，能有效节约材料和工期。

前述的钢筋混凝土钻孔灌注桩100可以作为基坑支护桩，例如用于深度大于10m的、采用永久支护桩墙的深基坑工程。本发明在基坑开挖阶段作为支护桩，间隔排列形成排桩；钢筋混凝土钻孔灌注桩100之间为水泥土搅拌桩200(或称之为水泥土搅拌墙)，起挡水等作用。本发明将钢筋混凝土钻孔灌注桩100与水泥土搅拌墙200结合，共同形成利于垂直度、平整度控制的深基坑永久支护桩墙300，集挡水与支护于一身。

本发明改变了传统的圆柱型的钢筋混凝土钻孔灌注桩的结构形式，采用上部为长方体柱形体、下部为圆柱形体的变截面形式，并且之间采用扩体段，形成变截面桩身。上部长方体柱形体在施工完毕后露出基坑的底面，与上部框架结构连为整体，作为受力构件。中下部扩体段与下部圆柱形体埋入基坑的底面下部。

本发明利用桩身上部的长方体柱形体的优势，提高了基坑永久支护墙的垂直度、平整度，方便后序处理局部缺陷，在后续施工过程中无需进行平整度装修，可直接与防水结构相连接，减少后序对永久支护结构墙体不平整处理的工作量，方便防水施工。在作为基坑永久支护墙中，可与梁、板结构直接连接，无需进行平整度处理，省去多余步骤，减少现有圆柱形桩平整度、垂直度偏差，提高了永久支护桩墙的平整度水平。另外，桩身的上部所受的弯矩较大，而相同截面积下矩形截面的抗弯系数大于圆形截面的抗弯系数，因此通过设置的矩形截面的上部桩身能承受较大弯矩。

本发明利用扩体段扩大基坑底部附近一定长度的桩身截面，对应并针对性提高基坑底部支护桩身最大弯矩，优化嵌固端的截面与嵌固深度，从而从受力出发优化桩身截面及其刚度，有利于承受桩身最大弯矩，做到针对性、适用性、科学性，提高桩身的水平支护能力；一方面使得本发明的水平抗弯能力与抗沉降能力与现有支护桩相比得到了进一步提升，另一方面提高了桩身材料利用效率，适应支护桩受力规律，节省材料。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，其特征在于，包括钻机桅杆、可伸缩钻杆、旋挖钻头、矩形切刀和可伸缩切刀杆，其中：

所述可伸缩钻杆顶端连接在所述钻机桅杆上，所述旋挖钻头设置在所述可伸缩钻杆底端；所述矩形切刀位于所述旋挖钻头上方，所述矩形切刀上设置有供所述可伸缩钻杆穿过的第一钻杆洞；所述可伸缩切刀杆底端与所述矩形切刀连接，顶端与水平约束台连接，所述水平约束台上设置有冲击装置；所述水平约束台位于所述可伸缩钻杆顶端下方，所述可伸缩钻杆穿过所述水平约束台和所述冲击装置。

2.根据权利要求1所述的一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，其特征在于，所述钻机桅杆上固定设置有水平限制台，所述水平限制台上设置有供所述可伸缩切刀杆穿过的切刀杆洞，所述水平限制台上设置有将所述可伸缩切刀杆锁紧的锁紧装置。

3.根据权利要求2所述的一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，其特征在于，所述冲击装置包括位于所述水平约束台顶端且垂直设置的圆周形内层护筒，所述内层护筒外围设置有垂直设置的圆周形外层护筒，所述内层护筒与所述外层护筒之间设置有击锤，所述击锤在击锤电机的带动下上下移动。

4.根据权利要求3所述的一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，其特征在于，所述水平约束台上开设有供所述可伸缩钻杆穿过的第二钻杆洞，所述内层护筒位于所述第二钻杆洞外围，所述可伸缩钻杆穿过所述内层护筒和第二钻杆洞，所述内层护筒与所述可伸缩钻杆之间设置有轴承。

5.根据权利要求4所述的一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，其特征在于，所述矩形切刀顶端设置有向上凸出的插头，所述插头插在所述可伸缩切刀杆底端的凹槽内，所述插头上和所述凹槽的侧壁上均开设有插销孔，所述插销孔内插有插销。

6.根据权利要求5所述的一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，其特征在于，所述可伸缩切刀杆包括套在一起的多层同心杆件，多层同心杆件能够沿轴向伸缩。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，其特征在于，所述旋挖钻头具有扩底机构。

8.根据权利要求7所述的一种钢筋混凝土钻孔灌注桩的钻具，其特征在于，所述可伸缩切刀杆的数量为四根，四根可伸缩切刀杆成矩形排列。