CN1322220C - 一种用于土木工程的扩孔钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于土木工程的扩孔钻头，旨在提供一种结构坚固，适用范围广、操作维修容易的土木工程用扩孔钻头。本发明的扩孔钻头是在钻头的端轴套和后轴套间均布铰接设置前后钻片，利用钻杆转动时的离心力和端轴套所受的挤压力使钻头在转动钻孔时能向外扩展，从而达到扩孔的目的；使用时先用普通钻头钻至预定深度后，再使用本发明的扩孔钻头在需要扩孔的位置进行扩孔。

Description

一种用于土木工程的扩孔钻头

技术领域

本发明涉及一种土木工程中使用的钻头及相应的技术，更具体地说，它涉及一种用于土木工程的扩孔钻头。

背景技术

现有的钻头有合金取芯头、三叶钻头、金刚石钻头、牙轮钻头、钢粒钻头等，这些钻头的共同特点是只能钻等直径的直孔，即终孔直径小于或等于开孔直径。在等直径的直孔钻孔中，这些钻头在技术上是成熟的，应用很广，是目前锚杆、锚索及桩等构筑物钻孔施工主要工具。但锚索施工时，若能扩大锚杆体的端部或中部，形成扩大头锚杆或扩大径锚杆，其受力即与膨胀螺丝相似，将大大提高锚杆、锚索的抗拔力。同样，用于桩时，也可形成扩大头桩基或扩大径桩基。

国内在20世纪90年代初，在扩大头钻孔桩方面已有相对较成熟的技术及钻头，但至今应用仍不广泛。这些钻头方要针对大直径桩而言，而对于小直径锚杆及小直径桩的扩大头施工技术及设备，至今仍极少。目前国内应用扩大头锚杆时，有四种扩孔方法：爆炸扩孔、机械扩孔、水力扩孔及浆扩孔。

1.采用爆炸扩孔，用普通钻孔钻至预定孔深后，在钻孔底端装上炸药，引爆后把孔端炸扩成扩大头。爆扩法的缺点是使用炸药爆炸成孔，具有一定的危险性，孔径扩大程度如何也不易把握，容易造成塌孔，可能对相临的构筑物产生不良影响。

2.机械扩孔，保壮PCBA扩孔钻头，由台湾学者卢锡焕发明的保壮PCBA扩孔钻头，用普通钻头钻至预定深度后，放入保壮扩孔钻头，该钻头在施工时，扩径叶片在离心力作用下，张开切削岩土，形成扩大头。该钻头与钢绞线连接，作为锚索的一部分永存于地下一次性使用。不能回收重复使用，固而成本较高，钻头叶头在离心力作用下展开，当地层复杂或地层较硬时，扩大孔径程度如何难以把握。

3.水力扩孔，即采用高压旋喷技术来扩大孔径，对锚固段端部或全段实施高压旋喷，使该段形成扩大头或扩大径。该法的缺点是：对不同地层，扩孔直径不稳定，施工中不容易掌握；高压旋喷形成的扩大头系水泥土体，水泥土体的强度及固结龄期因土层不同差异很大。

4.压浆扩孔，采用二次灌浆或双层管双栓塞注浆法来扩大孔径。该法的缺点是；不适用于硬塑或坚实以上的地层。扩大径不规则，也不容易掌握。

因而，目前我国扩大头锚杆未能得到推广，除了个别规范中涉及扩大头锚杆的技术内容外，大部分的规范及手册、文献资料都没有扩大头锚杆的相关内容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，受力传力明确，结构坚固，可重复使用，维修容易的一种用于土木工程的扩孔钻头。

本发明的目的是通过下述的技术方案予以实现。

本发明的一种土木工程中锚杆、锚索、桩的扩孔钻头，包括端轴套、前钻片、后钻片、后轴套、钢套管，所述的端轴套与至少两块呈均布状态的前钻片的一端铰接；前钻片的另一端分别与同样数量的后钻片的一端铰接；后钻片的另一端与后轴套铰接；铰接后的前钻片和后钻片可向外扩展；后轴套上设有至少1个通孔，该通孔的作用是钻进循环液(水、泥浆、风等)可通过该孔，循环返渣，冷却钻头；后轴套固定在钢套管上。

在采用上述技术措施的基础上，进一步的改进方案是在端轴套和后轴套间设置中轴，并在后轴套中部设有与中轴相适应的通孔；中轴的一端与端轴套固定连接，另一端穿过后轴套上的通孔，从而增加钻头的刚性；中轴以方形为佳；在此基础上，在中轴的自由端连接一螺杆；在后轴套的后部中轴上设有弹簧，并由设在螺杆上的螺母固定；利于前、后钻片的张开；螺母可调节弹簧的作用力大小；弹簧也可设置在端轴套和后轴套之间的中轴上；前、后钻片上镶有硬质合金，用以切削岩土层；在端轴套前镶硬质合金，使端轴套具有向前钻进的功能；更好的办法是在端轴套上设置超前小钻头，可使钻头在较大直径的孔中保持方向，减少钻头钻杆的振动。

本发明的一种土木工程中锚杆、锚索及桩的扩孔技术，是在用普通钻头钻至预定深度后，使用上述的扩孔钻头进行扩孔。具体的操作步骤为：(a)按设计孔径用普通钻头先钻孔，钻进至预定深度后，停止钻进，拔出钻头；(b)按设计扩孔直径要求换上扩径钻头；(c)将扩径钻头的前、后钻片收缩回原位，并将扩径钻头送入钻孔内；(d)钻头推进到达需要扩孔的位置后，旋转钻头进行扩孔并向前钻进；(e)扩孔钻进完毕后，将扩孔钻头拔出钻孔外，清洗钻孔。

本发明具有如下的特点：

1.钻头的结构简单，受力传力明确，结构坚固，可重复使用，维修容易，其组合部件可单独更换，因而使用成本较低。

2.适用于任何角度的扩孔。

3.扩径可靠，可掌握、调节钻头的展开，前后钻片一旦展开，可出现“自锁”现象，即无论钻头遇到的岩土层多么复杂，只要钻头向前钻进，前后钻片不会自动回缩，保证扩孔直径大小满足设计要求。

4.可用于水(泥浆)循环钻进或风钻，即与普通钻头一样，循环液或风可通过钻头带走岩土屑，冷却钻头。

5.可方便地在钻孔中的任何位置局部扩大孔径，当需要在孔的中部局部扩大孔径时，可把本钻头拉出到需扩径的部位，然后旋转即可进行扩径。

6.采用本发明的扩孔技术对锚杆、锚索、桩的钻孔进行扩孔处理后，在相同抗拔力或承载力的情况下，可缩短锚杆、锚索、桩的钻孔深度约20％～40％，从而节约成本10％以上。

附图说明

图1是本发明中钻头实施例1的结构示意图；

图2是实施例1中后轴套结构示意图；

图3是本发明中钻头实施例2的结构示意图；

图4是实施例2中后轴套结构示意图；

图5是本发明的扩孔技术应用于扩大头锚索示意图；

图6是本发明的扩孔技术应用于扩大径锚杆示意图；

图7是本发明的扩孔技术应用于端部承压式锚索示意图；

图8是本发明的扩孔技术应用于扩大头桩基示意图；

图9是本发明的扩孔技术应用于扩大径桩基示意图；

图10是本发明扩孔技术工序流程图。

图中：端轴套1  超前小钻头11  前钻片2  后钻片3  后轴套4  通孔41通孔42  钢套管5  中轴6  螺杆61  弹簧7  螺母8  锚索10  锚杆20水泥砂浆30  塑料管40

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地描述。

实施例1：

如图1、图2所示，本发明的用于土木工程的扩孔钻头，包括端轴套1、前钻片2、后钻片3、后轴套4、钢套管5，端轴套1与三块呈均布状态的前钻片2的一端铰接；前钻片2的另一端分别与三块后钻片3的一端铰接；后钻片3的另一端与后轴套4铰接；铰接后的前钻片2和后钻片3可向外扩展；后轴套4上设有3个的通孔41，后轴套4固定在钢套管5上。钻杆通过连接帽与钢套管5连接。

实施例2：

如图3、图4所示，本发明的用于土木工程的扩孔钻头，包括端轴套1、前钻片2、后钻片3、后轴套4、钢套管5、中轴6、弹簧7和螺母8，端轴套1与三块呈均布状态的前钻片2的一端铰接；前钻片2的另一端分别与三块后钻片3的一端铰接；后钻片3的另一端与后轴套4铰接；铰接后的前钻片2和后钻片3可向外扩展；后轴套4上设有3个的通孔41，后轴套4固定在钢套管5上。在端轴套1和后轴套4间设有方形的中轴6，后轴套4中部设有与中轴6相适应的方形通孔42；该中轴6的一端与端轴套1固定连接，另一端穿过后轴套4上的方形通孔42；在中轴6的自由端连接有一螺杆61；在后轴套4的后部的中轴6上设有弹簧7，并由螺杆61上的螺母8固定；在端轴套前端设有超前小钻头11。钻杆通过连接帽与钢套管5连接。

实施例3：

本实施例是本发明的扩孔技术应用于扩大头锚索，是将孔径由150mm扩大为300mm的扩大头，如图5、图10所示；具体的操作步骤为：

(a)首先将扩孔钻头组装好，根据锚索倾角，把组装好的钻头摆置成锚索的角度，调整扩孔钻头螺杆上的螺母，使前、后钻片在弹簧力作用下自然张开，张开后，前、后钻片的夹角应小于或等于90度。

(b)用普通钻头先钻孔，钻进至需要扩大头的位置后，停止钻进，拔出普通钻头。

(c)换上扩孔钻头，将扩孔钻头的前、后钻片收缩回原位(即前、后钻片展开之前的状态)，将扩孔钻头送入钻孔内，并推至孔底；在推进至孔底过程中，若在局部地段被堵住而推不进时，可一边加压一边旋转钻杆，即可向前推进。

(d)扩孔钻头推进到孔底后，即可一边通水(干钻时通风，孔壁易坍塌时通泥浆)一边钻进；钻进初期，向前推进的速度放慢，而钻头旋转的速度要快，并注意钻机负荷的变化，钻进1～2m后，即可按正常钻进进行。这样就可在钻孔端部形成扩大头孔段。

(e)钻至设计要求的深度后，钻头停止推进，但继续旋转，通清水清孔(干钻时通风清孔)。

(f)将锚索10的钢绞线按设计要求安装好，并将扩孔钻头拔出钻孔，然后下锚索10入钻孔内，灌注水泥浆或水泥砂浆30，形成扩大头锚索。

扩大头锚索比普通的锚索的抗拔力大，在相同抗拔力的情况下，扩大头锚索可比普通锚索长度短约25％～40％，从而可节约成本约10％～30％左右，也减少了对地下环境的污染。此外，扩大头锚索的蠕变性比普通锚索好。

实施例4：

本实施例是本发明的扩孔技术应用于扩大径锚杆，是将孔径由130mm扩大为250mm的扩大径，如图6、图10所示；具体的操作步骤为：

(a)首先将扩孔钻头组装好，使前、后钻片在弹簧力作用下能充分展开，充分展开的前、后钻片仍受到一定程度的弹簧推力。

(b)用普通钻头先钻孔，钻进至需要扩大头的位置后，停止钻进，拔出普通钻头。

(c)换上扩孔钻头，将扩孔钻头的前、后钻片收缩回原位(即前、后钻片展开之前的状态)，将扩孔钻头送入钻孔内，并推至孔底；在推进至孔底过程中，若在局部地段被堵住而推不进时，可一边加压一边旋转钻杆，即可向前推进。

(d)扩孔钻头推进到孔底后，即可一边通水(干钻时通风，孔壁易坍塌时通泥浆)一边钻进；钻进初期，向前推进的速度放慢，而钻头旋转的速度要快，并注意钻机负荷的变化，钻进1～2m后，即可按正常钻进进行。这样就在钻孔端部形成扩大头孔段。

(e)钻至设计要求的深度后，钻头停止推进，但继续旋转，通清水清孔(干钻时通风清孔)。

(f)将扩孔钻头拔出至直孔段需要扩径的地方，然后旋转钻杆进行扩径，这时钻头不往前推进或缓慢推进，高速旋转钻头，即可达到局部扩径的目的。如此再拔出一段距离，再高速旋转钻头扩径；如此重复可获得多个局部扩大径段，本实施例为两段。

(g)将扩孔钻头拔出钻孔外，下洗孔器或普通钻头，从钻孔底端向孔口清洗钻孔。

(h)下锚杆20的钢筋入钻孔内，灌注水泥浆或水泥砂浆30，形成扩大径锚杆。

扩大径锚杆与扩大头锚索相似，可大大提高锚杆的抗拔力，可在土层中获得较高的抗拔力。在相同抗拔力的情况下，长度可较普通锚杆短，因而可节约成本。此外，扩大径锚杆的蠕变性比普通锚杆好。

实施例5：

本实施例是本发明的扩孔技术应用于端部承压式锚索，是将孔径由150mm扩大为300mm的扩大头，如图7所示；具体的钻孔、清孔与实施例3相同。

锚索制作时，除端部与水泥砂浆粘接外，其余部分可用塑料管40套住或涂上油，使其和水泥砂浆隔离，锚索端部装上挡板，以加强与水泥砂浆的结合力；把锚索10下入钻孔内后，灌注水泥浆或水泥砂浆30，形成端部承压式锚索；端部承压式锚索的砂浆体均处于受压状态，砂浆体不会开裂，这样可彻底解决永久性锚索的防腐问题。

实施例6：

本实施例是本发明的扩孔技术应用于扩大头桩基，是将孔径由150mm扩大为300mm的扩大头，如图8所示；具体的钻孔、清孔与实施例3相同，只是桩基近似于垂直状态。

实施例7：

本实施例是本发明的扩孔技术应用于扩大径桩基，是将孔径由150mm扩大为400mm的扩大径，如图9所示；具体的钻孔、清孔与实施例4相同，只是桩基近似于垂直状态。

扩大头桩基及扩大径桩基，可大大提高桩基的抗压或抗拔承载力，除了作为一般的建筑物的桩基外，也可用于地基处理，基础加固等工程施工。

Claims (6)

1.一种用于土木工程的扩孔钻头，包括端轴套(1)、前钻片(2)、后钻片(3)、后轴套(4)、钢套管(5)，其特征在于：所述的端轴套(1)与至少两块呈均布状态的前钻片(2)的一端铰接；前钻片(2)的另一端分别与同样数量的后钻片(3)的一端铰接；后钻片(3)的另一端与后轴套(4)铰接；铰接后的前钻片(2)和后钻片(3)可向外扩展；后轴套(4)上设有至少1个通孔(41)，后轴套(4)固定在钢套管(5)上。

2.根据权利要求1所述的扩孔钻头，其特征在于：在端轴套(1)和后轴套(4)间设有中轴(6)，后轴套(4)中部设有与中轴(6)相适应的通孔(42)；该中轴(6)的一头与端轴套(1)固定连接，另一头穿过后轴套(4)上的通孔(42)。

3.根据权利要求2所述的扩孔钻头，其特征在于：中轴(6)为方形。

4.根据权利要求2所述的扩孔钻头，其特征在于：在中轴(6)的自由端连接有一螺杆(61)；在后轴套(4)的后部中轴(6)上设有弹簧(7)，并由设在螺杆(61)上的螺母(8)固定。

5.根据权利要求2所述的扩孔钻头，其特征在于：在端轴套(1)和后轴套(4)之间的中轴(6)上设有弹簧(7)。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的扩孔钻头，其特征在于：在端轴套(1)上设有\超前小钻头(11)。

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