CN201391223Y - 一种多轴长螺旋咬合钻机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多轴长螺旋咬合钻机，特别是涉及一种适用于深基础和地下连续墙施工所需的多轴长螺旋咬合钻机，包括箱体、动力机、空心钻杆、龙头和砼输送管，箱体中配置有连接动力机输出轴的动力齿轮和连接传动轴的传动齿轮，动力齿轮和传动齿轮相互啮合，砼输送管通过龙头与传动轴上端连接，传动轴下端与空心钻杆上端用法兰连接，所述的钻机至少包含两根空心钻杆，相邻钻杆的传动齿轮相互啮合，所述的空心钻杆是长螺旋空心钻杆，相邻的长螺旋空心钻杆相互啮合。本实用新型解决了现有技术桩与桩之间不能完全咬合的问题，弥补了现有技术施工效率低的不足。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种多轴长螺旋咬合钻机，特别是涉及一种适用于深基础和地下连续墙施工所需的多轴长螺旋咬合钻机。
背景技术
目前国内外与本技术相关的技术形式有四种：第一种是长螺旋后插笼灌注桩(又称CFG桩)，第二种是全套管钻孔钻机(又称磨桩机)咬合桩技术，第三种是水泥土搅拌墙插型钢技术(又称SMW工法)，第四种是多头小直径长螺旋钻进成墙机的城墙方法(申请号200610085598.4)。
长螺旋后插笼灌注桩技术是利用目前通行的单轴长螺旋钻机钻孔，钻至底部时利用空心钻杆泵送混凝土，边泵送边提钻至设计标高时，形成一根素砼桩，然后插入一个钢筋笼成为一根钢筋混凝土桩，用于建(构)筑物的深基础。
钻孔咬合桩技术是用短螺旋钻机先成A1、A2两个钻孔，在钻孔中灌入超缓混凝土成A1、A2两根素砼桩，混凝土凝固前用磨桩钻机的全套管在A1、A2桩之间向下切割，用冲抓锥抓出套管内的土(又称BNT法)，成孔后下钢筋笼灌注混凝土，形成咬合在一起的排桩。
水泥土搅拌墙插型钢技术是利用多轴钻机(目前国内外常用3根轴、4根轴或5根轴)，在土层中向下旋转搅拌，同时通过钻杆向土中泵送水泥浆液，将水泥浆液和土均匀的搅拌在一起，形成水泥土搅拌墙，然后向水泥土墙中插入H型钢，用于基坑支护与止水。
多头小直径长螺旋钻进成墙机的成墙方法(河海大学专利刘汉龙、马晓辉，申请号200610085598.4)是利用一排数根互相不咬合的长螺旋钻头，第一次向地下钻进至设计深度，然后提钻并通过空心钻杆泵送混凝土形成一排数根互相不咬合的素砼桩，在第一次形成的数根素砼桩凝固前，第二次利用原螺旋钻杆对准每两根素砼桩之间的土体向下钻进至设计深度，并提钻泵送混凝土形成与第一次成桩咬合在一起的咬合桩墙。
与本技术相比较，上述四种技术各有优劣：长螺旋后插笼灌注桩由于单轴旋转钻进，其巨大的扭矩须靠打桩架来承受，而打桩架又不可能做得很大，所以长螺旋钻孔的孔径和孔深始终受到打桩架的限制，目前仅能做到直径1m，深度30m；另外长螺旋钻机一次仅能成一个钻孔，效率低下，并且在作排桩施工时长螺旋钻机难以保证垂直度，不能完全咬合成排桩。
而BNT技术虽然可施工咬合桩，但是效率低下，需依赖超缓凝混凝土，超缓凝混凝土价格昂贵，导致该技术的施工造价高昂，无推广利用之价值。
水泥土搅拌墙插型钢技术，虽然具有施工效率高成本低廉的优势，但是其具有三个缺陷：其一，所形成的水泥土搅拌墙强度很低，不能作为永久性结构体使用；其二，搅拌墙与型钢的复合体为非刚性结构，作为基坑支护时，在基坑开挖的过程中变形较大，在邻近重要建筑物和地下管线时，一般难以满足变形控制的要求；其三，SMW钻机几根钻杆上的搅拌叶片是不连续的，即不是全长咬合的，所以在钻进过程中，不能完全排出钻孔内的土，而只能把土和水泥浆搅拌在一起。
多头小直径长螺旋成墙机与本实用新型相比具有诸多缺陷：
其一、多头小直径长螺旋成墙机，每相邻两根钻杆之间的中心距离小于螺旋钻杆直径的二倍，而大于其直径的一倍半，即每相邻的两根钻杆之间是不能咬合的，第一次钻进所形成的素桩只有待第二次在两桩之间复钻时才可能咬合，其在成墙原理上还是传统意义上先成A桩再成B桩的二次咬合桩墙，与本实用新型的全时全长咬合一次形成咬合桩墙的原理相比，差距甚大。
其二、由于多头小直径长螺旋成墙机需二次钻进才能形成咬合桩墙，则必须保证第二次钻进至原桩身深度前，第一次所成之桩不能凝固，即第一次成桩所用之混凝土必须为缓凝或超缓凝的，其材料成本较高。
其三、由于多头小直径长螺旋成墙机需二次钻进形成咬合桩墙，则两次钻进时的垂直度很难保证一致，即第一次与第二次所成桩之间的咬合较难保证。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种多轴长螺旋咬合钻机，特别是提供一种适用于深基础和地下连续墙施工所需的多轴长螺旋咬合钻机。本实用新型解决了现有技术桩与桩之间不能完全咬合的问题，弥补了现有技术施工效率低的不足。
本实用新型的一种多轴长螺旋咬合钻机，包括箱体、动力机、空心钻杆、龙头和砼输送管，箱体中配置有连接动力机输出轴的动力齿轮和连接传动轴的传动齿轮，动力齿轮和传动齿轮相互啮合，砼输送管通过龙头与传动轴上端连接，传动轴下端与空心钻杆上端用法兰连接，所述的钻机至少包含两根空心钻杆，相邻钻杆的传动齿轮相互啮合，所述的空心钻杆是长螺旋空心钻杆，相邻的长螺旋空心钻杆相互啮合。
作为优选的技术方案：
其中，如上所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，每一个传动齿轮在直径上对称分布两个连接动力机的动力齿轮，动力机3可用液压马达或电动减速机。
如上所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，所述的长螺旋空心钻杆数量为2～8根。
如上所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，所述的长螺旋空心钻杆数量为4根。
如上所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，所述的所有长螺旋空心钻杆排列在一条直线上。
如上所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，所述的所有长螺旋空心钻杆的直径相等，在每根钻杆外壁上全长设置相同外径、相同螺距的连续螺旋叶片，相邻长螺旋空心钻杆的连续螺旋叶片旋向相反，钻杆前端设置一活门式单向阀。
如上所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，所述的相邻的长螺旋空心钻杆的中心距为两钻杆螺旋叶片半径之和的4/5～2/3。
如上所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，所述的连接传动轴的传动齿轮的模数相同，齿数相等，相邻传动齿轮的旋向相反。
本实用新型的一种多轴长螺旋咬合钻机，利用多轴长螺旋全时全长咬合钻机一次钻成多个钻孔，提钻时用多台砼输送泵向孔内泵送细石砼成多根素砼桩，在砼凝固前用振动机向素砼桩内插入钢筋笼，形成连续咬合桩墙，既可挡土又可止水。本实用新型的一种多轴长螺旋咬合钻机由动力头和长螺旋钻杆组成，动力头由多根传动轴1(有二根以上如二根、三根、四根或更多根)，每根传动轴1顶端在动力箱内连接有一个大的传动齿轮2，几个传动齿轮2的齿数和模数是相同的，并且啮合在一起。传动齿轮2的动力来自动力机3，动力机3可用液压马达或电动减速机。动力机3通过动力齿轮4与传动齿轮2啮合，动力齿轮4的模数与传动齿轮2相同，但齿数较少，可进一步降低转速，增加扭矩。当动力齿轮4带动传动齿轮2转动时，由于几个传动齿轮2是相互啮合的，因而每相邻的两个传动齿轮2的转动方向是相反的，即每两根相邻的传动轴1输出的扭矩是相反的。几根传动轴1所承受的来自钻杆的反扭矩方向相反、大小相等可以自动平衡，即整个动力头箱体所承受的反扭矩是平衡的，不需要打桩架来平衡钻杆传递的巨大的扭矩，因而可以一次成多根大深度大直径素砼桩(称为一幅)。在传动轴1的下端通过法兰盘7连接有长螺旋钻杆5，长螺旋钻杆5全长布满螺旋叶片6，螺旋叶片6的外径D大于动力头传动齿轮2的外径d，则大于的部分(D-d)即为长螺旋钻杆5咬合在一起的部分。为了保证螺旋叶片6能咬合到一起，每相邻的两根长螺旋钻杆5上的螺旋叶片6的螺旋方向是相反的，即一根轴的螺旋叶片6旋向是顺时针，则相邻的一根轴螺旋叶片6的旋向是逆时针的，以保证所有相邻的长螺旋钻杆5全时全长咬合。在长螺旋钻杆5的下端装有钻头8，钻头8上镶钳有合金刀口，以利于切割破碎土体，钻孔时钻头8切削下来的土体随螺旋叶片6旋转上升排出孔口。
为了在成孔后向孔内泵送混凝土，长螺旋钻杆5是空心的，且在任一断面上的直径均大于100mm。钻头8的尖部是活门式单向开口的，即向下钻孔时为了保证土不进入钻杆内堵塞，活门关闭；当钻杆向上提钻泵送混凝土时，活门打开，保证畅通。在一幅素砼桩施工结束后，拔出钻杆，立即将预先制作好的钢筋笼用振动器插入素砼桩内形成钢筋混凝土桩。如果仅用作止水帷幕，亦可不插入钢筋笼。在上幅桩凝固前，立即施工下一幅桩并与上幅桩咬合，咬合的幅度为D-d，形成连续咬合桩墙。本技术可施工的桩径可达0.4～2.0m，咬合幅度D-d为1/5D～1/3D，且不小于100mm，不大于600mm。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的一种多轴长螺旋咬合钻机，一次施工多根素砼桩，既保证桩与桩之间可以完全咬合，又可以极大的提高施工效率。动力头采取了同步反向旋转技术，可以将扭矩自身平衡，无需打桩架来承受反扭矩，打桩架仅供提拔钻杆之用，可以发展大直径大深度的咬合桩，用于更深的基坑支护及堤坝止水帷幕，且所形成的钢筋混凝土咬合桩墙可作为地下建筑永久性结构的一部分加以使用。本技术可施工桩径0.4m～2.0m，孔深10mm～50m。
本实用新型的一种多轴长螺旋咬合钻机，适用于深基坑支护的挡土及止水；适用于地下建筑物的基坑支护与地下室外墙的二墙合一结构，可作为永久性结构的一部分；适用于河堤及水坝的止水帷幕；适用于沉井或沉箱等独立基础的外壳。
附图说明
图1是本实用新型一种多轴长螺旋咬合钻机的结构示意图
图2是本实用新型一种多轴长螺旋咬合钻机的箱体纵剖面示意图
图3是本实用新型一种多轴长螺旋咬合钻机的箱体横剖面示意图
图4是本实用新型一种多轴长螺旋咬合钻机的钻机就位工况示意图
图5是本实用新型一种多轴长螺旋咬合钻机的钻至设计深度工况示意图
图6是本实用新型一种多轴长螺旋咬合钻机的提钻泵送混凝土工况示意图
其中1是传动轴 2是传动齿轮 3是动力机 4是动力齿轮
5是钻杆 6螺旋叶片 7是法兰 8是钻头
9是箱体 10是砼输送管 11是龙头
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1、2和3所示，是本实用新型的一种多轴长螺旋咬合钻机，是一种适用于深基础和地下连续墙施工所需的多轴长螺旋咬合钻机，包括箱体9、动力机3、空心钻杆5、龙头11和砼输送管10，箱体9中配置有连接动力机3输出轴的动力齿轮4和连接传动轴1的传动齿轮2，动力齿轮4和传动齿轮2相互啮合，砼输送管10通过龙头11与传动轴1上端连接，传动轴1下端与空心钻杆5上端用法兰7连接，所述的钻机至少包含两根空心钻杆5，相邻钻杆5的传动齿轮2相互啮合，所述的空心钻杆5是长螺旋空心钻杆，相邻的长螺旋空心钻杆5相互啮合。
其中，每一个传动齿轮2在直径上对称分布两个连接动力机3的动力齿轮4，动力机3可用液压马达或电动减速机。
所述的长螺旋空心钻杆5数量为2～8根；
所述的长螺旋空心钻杆5数量为4根；
所述的所有长螺旋空心钻杆5排列在一条直线上。
如上所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，所述的所有长螺旋空心钻杆5的直径相等，在每根钻杆5外壁上全长设置相同外径、相同螺距的连续螺旋叶片6，相邻长螺旋空心钻杆5的连续螺旋叶片6旋向相反，钻杆5前端设置一活门式单向阀。
如上所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，所述的相邻的长螺旋空心钻杆5的中心距为两钻杆螺旋叶片半径之和的4/5～2/3；所述的连接传动轴1的传动齿轮2的模数相同，齿数相等，相邻传动齿轮2的旋向相反。
本实用新型的一种多轴长螺旋咬合钻机，利用多轴长螺旋全时全长咬合钻机一次钻成多个钻孔，提钻时用多台砼输送泵向孔内泵送细石砼成多根素砼桩，在砼凝固前用振动机向素砼桩内插入钢筋笼，形成连续咬合桩墙，既可挡土又可止水。本实用新型的一种多轴长螺旋咬合钻机由动力头和长螺旋钻杆组成，动力头由多根传动轴1(有二根以上如二根、三根、四根或更多根)，每根传动轴1顶端在动力箱内连接有一个大的传动齿轮2，几个传动齿轮2的齿数和模数是相同的，并且啮合在一起。传动齿轮2的动力来自动力机3，动力机3可用液压马达或电动减速机。动力机3通过动力齿轮4与传动齿轮2啮合，动力齿轮4的模数与传动齿轮2相同，但齿数较少，可进一步降低转速，增加扭矩。当动力齿轮4带动传动齿轮2转动时，由于几个传动齿轮2是相互啮合的，因而每相邻的两个传动齿轮2的转动方向是相反的，即每两根相邻的传动轴1输出的扭矩是相反的。几根传动轴1所承受的来自钻杆的反扭矩方向相反、大小相等可以自动平衡，即整个动力头箱体所承受的反扭矩是平衡的，不需要打桩架来平衡钻杆传递的巨大的扭矩，因而可以一次成多根大深度大直径素砼桩(称为一幅)。在传动轴1的下端通过法兰7连接有长螺旋钻杆5，长螺旋钻杆5全长布满螺旋叶片6，螺旋叶片6的外径D大于动力头传动齿轮2的外径d，则大于的部分(D-d)即为长螺旋钻杆5咬合在一起的部分。为了保证螺旋叶片6能咬合到一起，每相邻的两根长螺旋钻杆5上的螺旋叶片6的螺旋方向是相反的，即一根轴的螺旋叶片6旋向是顺时针，则相邻的一根轴螺旋叶片6的旋向是逆时针的，以保证所有相邻的长螺旋钻杆5全时全长咬合。在长螺旋钻杆5的下端装有钻头8，钻头8上镶钳有合金刀口，以利于切割破碎土体，钻孔时钻头8切削下来的土体随螺旋叶片6旋转上升排出孔口。
为了在成孔后向孔内泵送混凝土，长螺旋钻杆5是空心的，且在任一断面上的直径均大于100mm。钻头8的尖部是活门式单向开口的，即向下钻孔时为了保证土不进入钻杆内堵塞，活门关闭；当钻杆向上提钻泵送混凝土时，活门打开，保证畅通。在一幅素砼桩施工结束后，拔出钻杆，立即将预先制作好的钢筋笼用振动器插入素砼桩内形成钢筋混凝土桩。如果仅用作止水帷幕，亦可不插入钢筋笼。在上幅桩凝固前，立即施工下一幅桩并与上幅桩咬合，咬合的幅度为D-d，形成连续咬合桩墙。本技术可施工的桩径可达0.4～2.0m，咬合幅度D-d为1/5D～1/3D，且不小于100mm，不大于600mm。
图4、5和6分别是应用本实用新型的一种多轴长螺旋咬合钻机的钻机就位、钻至设计深度和提钻泵送混凝土三个施工工况示意图。
经试验证明，本实用新型的一种多轴长螺旋咬合钻机确实解决了现有技术桩与桩之间不能完全咬合的问题，弥补了现有技术施工效率低的不足。
Claims (8)
1.一种多轴长螺旋咬合钻机，包括箱体、动力机、空心钻杆、龙头和砼输送管，箱体中配置有连接动力机输出轴的动力齿轮和连接传动轴的传动齿轮，动力齿轮和传动齿轮相互啮合，砼输送管通过龙头与传动轴上端连接，传动轴下端与空心钻杆上端用法兰连接，其特征是：所述的钻机至少包含两根空心钻杆，相邻钻杆的传动齿轮相互啮合，所述的空心钻杆是长螺旋空心钻杆，相邻的长螺旋空心钻杆相互啮合。
2.如权利要求1所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，其特征在于，每一个传动齿轮在直径上对称分布两个连接动力机的动力齿轮。
3.如权利要求1所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，其特征在于，所述的长螺旋空心钻杆数量为2～8根。
4.如权利要求1所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，其特征在于，所述的长螺旋空心钻杆数量为4根。
5.如权利要求1所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，其特征在于，所述的所有长螺旋空心钻杆排列在一条直线上。
6.如权利要求1所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，其特征在于，所述的所有长螺旋空心钻杆的直径相等，在每根钻杆外壁上全长设置相同外径、相同螺距的连续螺旋叶片，相邻长螺旋空心钻杆的连续螺旋叶片旋向相反，钻杆前端设置一活门式单向阀。
7.如权利要求1所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，其特征在于，所述的相邻的长螺旋空心钻杆的中心距为两钻杆螺旋叶片半径之和的4/5～2/3。
8.如权利要求1所述的一种多轴长螺旋咬合钻机，其特征在于，所述的连接传动轴的传动齿轮的模数相同，齿数相等，相邻传动齿轮的旋向相反。
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