CN202031482U - 一种方形活塞式锚固扩孔钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种方形活塞式锚固扩孔钻具，包括钻杆短节、钻头和伸缩臂，所述钻杆短节的上端与外接的钻机钻杆相连，还包括活塞套、活塞轴和弹簧，所述活塞套内设有活塞通道，所述钻杆短节的下端嵌固于所述活塞套内，所述弹簧套装于所述活塞通道内，所述活塞轴一端套装于所述活塞通道内并抵住所述弹簧，另一端与所述钻头连接；所述上臂为联板，所述下臂为刀片。该钻具是一种可自动扩张和收缩的扩孔钻头，钻头的扩径大小与活塞滑动长度及伸缩臂长度相互关联，且该扩孔钻具具有构件连接简单合理，传力可靠，制作加工容易，可操作性强的特点，并能够根据扩孔直径快速设计制作相应的符合尺寸要求的锚固扩孔钻具，实现钻进扩径增大锚固面积的目的。

Description

一种方形活塞式锚固扩孔钻具

技术领域

本实用新型涉及一种扩孔钻具，具体来说涉及一种方形活塞式锚固扩孔钻具。

背景技术

在土木工程中，锚固是一种常见的工程手段用来达到稳定的目的，常使用土工锚杆、预应力锚索、小直径抗拔桩来实现锚固作用，常用在地下室深基坑侧壁中实现基坑的稳定、公路高边坡的稳定、地下水位较高的地下室底板中抗浮等。具体做法是用地质钻机在土层或岩层中钻孔至设计预定深度，然后放置杆体在孔内中间位置直到孔底，杆体一般为螺纹钢筋或特制锚索，孔内锚固段用一定压力灌注水泥浆液，通过浆液凝固后的与土体之间的摩阻力来实现锚固作用。常见孔径为150mm，一般情况下，为了取得较高的锚固力，常常要求锚固长度较长，且多数要求入岩一定深度，在岩层中取得更大更稳定的锚固力。

在地层情况为已定的情况下，提高锚固力比较有效的途径就是增加锚固段长度，而这种方法不是一种经济合理的办法，在某些地方也受到地域边界红线的限制，可能实现不了。另一种有效办法就是扩大锚固段孔径，也就是扩孔，在锚固孔段的孔底或者中段的孔径加以扩大，以便增加其锚固面积来增大锚固力。尤其是在特定的范围内扩大孔径显得特别重要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种方形活塞式锚固扩孔钻具，该钻具是一种可自动扩张和收缩的扩孔钻头，可根据需要进行锚固扩孔，且该扩孔钻具具有构件连接简单合理、传力可靠，制作加工容易，可操作性强的特点，并可根据扩孔直径准确设计制作相应的符合要求的锚固扩孔钻具。

本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现：一种方形活塞式锚固扩孔钻具，包括钻杆短节、钻头和伸缩臂，所述钻杆短节的上端与外接的钻机钻杆相连，所述伸缩臂包括上臂和下臂，所述上臂一端与所述活塞套的下端外壁铰接，另一端与所述下臂的一端铰接，所述下臂的另一端与所述钻头铰接，还包括活塞套、活塞轴和弹簧，所述活塞套内设有轴向的活塞通道，所述钻杆短节的下端嵌固于所述活塞套内，所述弹簧套装于所述活塞通道内，所述活塞轴的上端滑动套装于所述活塞通道内并抵住所述弹簧，另一端与所述钻头连接；所述上臂为联板，所述下臂为刀片。

所述活塞套内的活塞通道形状与所述活塞轴的外形一致，且所述活塞轴与所述活塞通道内壁紧密贴合。

所述活塞轴为三角形柱状、方形柱状、六边形柱状或者八边形柱状。

所述钻杆连接件、活塞轴和钻头中央设有由上至下贯通且处于同一轴线上的通道。

所述伸缩臂为三组，每组包括一个联板和一个刀片，且所述刀片的长度大于所述联板的长度。

所述钻头包括固定连接的钻头底板和三叶钻头，所述活塞轴与所述钻头底板中心固定相连，所述底板上还设有供所述刀片连接的刀片铰接座，所述刀片铰接座紧贴所述活塞轴外围均匀设置。

所述钻杆短节的上端设有螺纹，并通过所述螺纹与外接的钻机钻杆相连，下端焊接固定于所述活塞套的活塞通道内，所述弹簧和活塞轴套装于所述活塞通道内，其所述弹簧的两端分别抵住所述钻杆短节和活塞轴。

所述活塞通道中段设有内凸台阶，所述活塞套底端至所述内凸台阶之间的活塞通道长度大于所述弹簧自然伸展至最长时的长度；所述弹簧压缩至最短，且活塞轴抵住所述内凸台阶位置状态时，所述联板和所述刀片的铰接处形成直角；所述弹簧自然伸展至最长状态时，所述联板和所述刀片呈一直线。

所述钻杆短节外壁设有外螺纹，且通过所述外螺纹与所述外接的钻机钻杆相连。

所述刀片和三叶钻头的外侧焊有合金粒。

本实用新型的方形活塞式锚固扩孔钻具与现有技术相比，有如下优点：

1、该扩孔钻具结构简单，各组成构件相互连接方式简单合理，制作加工容易，可操作性强；

2、该扩孔钻具的钻杆短节、活塞套、活塞套、活塞轴和钻头上设有由上至下贯通且处于同一轴线上的通道。从而，在进行扩孔时，能够同时向孔内注入流水，以冷却钻头，同时冲洗掉钻下来的岩壁碎屑，帮助扩孔顺利进行。

3、该扩孔钻具受力传力牢靠，其通过方形配套的活塞套和活塞轴采用形状一致的方形结构，相当于一个“方形活塞”，活塞轴和活塞套滑动连接，且均采用地质钻具专用钢材制造，相互咬合紧密产生扭矩，可有效传递钻杆高速旋转前进过程中的旋转力和钻进力；

4、该扩孔钻具的扩孔方法合理、方式可靠，钻具在旋转前进过程中，活塞轴向活塞套内腔滑动，刀片和联板在前进阻力和旋转离心力作用下，自动展开直到完全展开，且不会回缩，形成“自锁”现象，跟着钻进力一直钻扩下去直到预定长度；

5、该扩孔钻具使用完毕后，回收亦容易，钻至预定深度后，在拔出钻杆时，被压缩的弹簧依靠自身回弹力，将活塞轴推出，同时推动联板和刀片呈直线，克服了一般扩孔钻头中的易出现的“卡钻”现象；

6、使用该扩孔钻具可根据需要在锚孔中间的任何一个位置扩孔，形成一串葫芦状孔体，也可在孔底的岩层中扩孔扩底，最佳状态是在孔底岩层中扩底，形成相对较高的孔底锚固力。

附图说明

图1是本实用新型的方形活塞式锚固扩孔钻具的结构示意图；

图2是图1所示扩孔钻具的使用状态示意图；

图3是图1所示扩孔钻具中的活塞套的仰视图；

图4是图1所示扩孔钻具中的活塞轴的俯视图；

图5是使用本实用新型的扩孔钻具用于深基坑锚固扩孔的示意图；

图6是使用本实用新型的扩孔钻具用于地下室底板锚固扩孔的示意图；

图7是使用本实用新型的扩孔钻具用于高边坡锚固扩孔的示意图。

具体实施方式

图1至图4示出了本实用新型的一种方形活塞式锚固扩孔钻具的具体结构，它包括钻杆短节1、活塞套2、活塞轴3、弹簧12、伸缩臂和钻头钻杆短节1上端外壁设有外螺纹6，且通过外螺纹6与外接的钻机钻杆相连，钻杆通常为φ50mm地质钻杆，钻杆短节1下端嵌固于活塞套2内，活塞套2内部设有轴向贯通的活塞通道，弹簧12套装于活塞通道内，活塞轴3一端滑动套装于活塞通道内并抵住弹簧12，另一端与钻头连接。活塞通道形状与活塞轴3的外形一致，且为相同的三角形、方形、六边形或者八边形，活塞轴3与活塞通道内壁紧密贴合。本实施例中，采用最优的正六边形柱状活塞轴3。

伸缩臂包括上臂和下臂，上臂为联板4，下臂为刀片5，联板4一端与活塞套2的下端外壁铰接，铰接位置设有联板铰接座7，联板4的另一端与刀片5的一端铰接，刀片5的另一端与钻头铰接。伸缩臂为三组，每组包括一个联板4和一个刀片5，且刀片5的长度大于联板4的长度。伸缩臂也可以采用四组或更多，本实施例中的三个联板4通过均布于活塞套2外壁上的三个联板铰接座7与该活塞套相连，三个刀片5则通过均布于钻头上的三个刀片铰接座9与钻头铰接。且刀片铰接座9之间的间距小于联板铰接座7之间的间距。

钻杆短节1、活塞套2、活塞轴3和钻头上设有由上至下贯通且处于同一轴线上的通道。从而，在进行扩孔时，能够同时向孔内注入流水，以冷却钻头，同时冲洗掉钻下来的岩壁碎屑，帮助扩孔顺利进行。

钻头包括固定连接的钻头底板10和三叶钻头11，活塞轴3与钻头底板10中心固定相连，底板10上还设有供刀片连接的刀片铰接座9，本实施例中刀片铰接座9与联板铰接座7一致，也是三个，且按照120°夹角紧贴活塞轴3外围均匀设置与底板10上。刀片5和三叶钻头11的外侧均焊有合金粒。

活塞通道中段设有内凸台阶，活塞套2底端至内凸台阶之间的长度大于等于弹簧12自然回伸展至最长时的长度，弹簧12和活塞轴3始终套装于该活塞套2内，弹簧12两端分别抵住钻杆短节1和活塞轴3，活塞轴3上端始终伸入活塞套2内，并在活塞通道内紧贴活塞通道内壁伸缩滑动，因此，当活塞套2转动时，产生扭矩带动活塞轴3和整个钻头转动。当弹簧12压缩至最短，且活塞轴3抵住内凸台阶位置时，联板4和刀片5的铰接处形成直角；当弹簧12自然伸展至最长状态时，联板4和刀片5则呈一直线，从而实现伸缩效果。

该扩孔钻具钻进时，如图2所示，联板4和刀片5完全展开，对于其中一组伸缩臂：联板4与活塞套2的铰接点A、联板4和刀片5铰接点B、刀片5和钻头的底板10的铰接点C，三点之间形成一个直角三角形，其中，联板4和刀片5的铰接处外凸并形成直角。本实施例中，三叶钻头采用直径为150mm扩径为300mm为最优最常用的锚固扩孔实施方案。

图中AA′表示活塞套2的宽度为100mm，联板AB、联板A′B′的长度为120mm，相当于三角形的“勾”，图示刀片BC、刀片B′C′的长度为200mm，相当于三角形的“股”，在钻头为收拢状态时，ABC、A′B′C′基本为一直线，AC、A′C′长度为320mm，如图1所示。在钻头为完全张开状态时，如图2，根据三角形勾股定理可知该直角三角形的高度为100mm，这样，前端三叶钻头为150mm直径的情况下，钻头可扩孔径正好为100+100+100＝300(mm)。此时三角形长边AC、A′C′的长度变为233mm，相当于三角形的“弦”，而刀具完全收缩时，其总长为：勾+股＝120+200＝320(mm)，所以对应的活塞内腔滑动长度应为H：320-233＝87(mm)。所以活塞轴3的滑动长度与刀片5长度、联板4长度可通过上述换算方法进行设置，要想增大或缩小钻径，就需要相应的增大或缩小上述相关数据，也就是说钻头的扩径大小与活塞滑动长度及伸缩臂的刀片和联板长度是一个相互关联有内在联系的构件。

具体使用过程：先用普通钻头在地质钻机的带动下，钻至设计深度，然后取出钻杆和钻头，将钻头换成本实用新型的扩孔钻头，下到孔内底端，此时钻头处于图1状态。然后开动地质钻机进行旋转加压钻进，钻头在液压前进力和旋转离心力的作用下，此时前有地层阻力，后有活塞套和活塞轴的滑动空间，活塞轴3会像圆柱活塞一样逐步滑向活塞套2内，直到抵住活塞套2内的台阶为止，此时弹簧12被压缩，伸缩臂逐渐张开，直到联扳和刀片成90°夹角，为完全展开状态，如图2。此时就可以进行正常钻进扩孔，扩孔长度应预先设定。扩孔完成后，向外拔出钻杆，此时弹簧自动松弛张开，帮助钻头自动收缩成图1状态，钻头可顺利拔出。

经济效益实例分析：假定岩层已定不变，一个原为150mm的孔径，若正常锚固长度设计需要10米，若改用扩为300mm的扩孔钻头后，只需要5m锚固长度就可以了，换句话说可节约一半长度，效益非常显著。

采用该扩孔钻具在锚固段扩大直径来提高锚固力，从而减少锚固段长度。例如：如果用普通钻头φ150mm在钻到较好土层已定深度后(一般为岩层)，此时孔径为150mm，孔深为20米，本来按照设计需要再向前钻进10米才能取得设计需要的锚固力，换用本实用新型的扩孔钻头(扩大头为300mm)后继续向前钻进，根据等强代换原则(保证锚固段四周摩擦面积相等)，只需要再钻进5米即可，大大节省了长度和时间，却可取得同样的锚固力。

使用本实用新型的扩孔钻具用于图5、图6、图7所示的常用锚固形态依次为：深基坑锚固、高边坡锚固、地下室底板锚固。

本实用新型的实施方式不限于此，在本实用新型上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本实用新型内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种方形活塞式锚固扩孔钻具，包括钻杆短节、钻头和伸缩臂，所述钻杆短节的上端与外接的钻机钻杆相连，所述伸缩臂包括上臂和下臂，所述上臂一端与所述活塞套的下端外壁铰接，另一端与所述下臂的一端铰接，所述下臂的另一端与所述钻头铰接，其特征在于：还包括活塞套、活塞轴和弹簧，所述活塞套内设有轴向的活塞通道，所述钻杆短节的下端嵌固于所述活塞套内，所述弹簧套装于所述活塞通道内，所述活塞轴的上端滑动套装于所述活塞通道内并抵住所述弹簧，另一端与所述钻头连接；所述上臂为联板，所述下臂为刀片。

2.根据权利要求1所述的方形活塞式锚固扩孔钻具，其特征在于：所述活塞套内的活塞通道形状与所述活塞轴的外形一致，且所述活塞轴与所述活塞通道内壁紧密贴合。

3.根据权利要求2所述的方形活塞式锚固扩孔钻具，其特征在于：所述活塞轴为三角形柱状、方形柱状、六边形柱状或者八边形柱状。

4.根据权利要求3所述的方形活塞式锚固扩孔钻具，其特征在于：所述钻杆连接件、活塞轴和钻头中央设有由上至下贯通且处于同一轴线上的通道。

5.根据权利要求4所述的方形活塞式锚固扩孔钻具，其特征在于：所述伸缩臂为三组，每组包括一个联板和一个刀片，且所述刀片的长度大于所述联板的长度。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的方形活塞式锚固扩孔钻具，其特征在于：所述钻头包括固定连接的钻头底板和三叶钻头，所述活塞轴与所述钻头底板中心固定相连，所述底板上还设有供所述刀片连接的刀片铰接座，所述刀片铰接座紧贴所述活塞轴外围均匀设置。

7.根据权利要求6所述的方形活塞式锚固扩孔钻具，其特征在于：所述钻杆短节的上端设有螺纹，并通过所述螺纹与外接的钻机钻杆相连，下端焊接固定于所述活塞套的活塞通道内，所述弹簧和活塞轴套装于所述活塞通道内，其所述弹簧的两端分别抵住所述钻杆短节和活塞轴。

8.根据权利要求7所述的方形活塞式锚固扩孔钻具，其特征在于：所述活塞通道中段设有内凸台阶，所述活塞套底端至所述内凸台阶之间的活塞通道长度大于所述弹簧自然伸展至最长时的长度；所述弹簧压缩至最短，且活塞轴抵住所述内凸台阶位置状态时，所述联板和所述刀片的铰接处形成直角；所述弹簧自然伸展至最长状态时，所述联板和所述刀片呈一直线。

9.根据权利要求8所述的方形活塞式锚固扩孔钻具，其特征在于：所述钻杆短节外壁设有外螺纹，且通过所述外螺纹与所述外接的钻机钻杆相连。

10.根据权利要求8所述的方形活塞式锚固扩孔钻具，其特征在于：所述刀片和三叶钻头的外侧焊有合金粒。

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