CN203742432U - 大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于土层或岩石的钻进钻具领域，涉及旋挖钻具，旨在提供一种用于大直径硬岩孔桩的钻进的大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具，包括钻筒，所述钻筒具有底端与钻进工具固定连接的筒体，所述筒体的顶端设有与旋挖钻机的钻杆可拆卸固定连接的连接件；所述钻进工具设有多个与所述筒体的底端固定连接的钻座、各所述钻座上可拆卸式固定连接有用以切削钻进的钻齿，根据每次分级扩孔的情况，该钻具的下一级所述筒体的直径比上一级所述筒体的直径大200mm～300mm，每次分级掘进换用下一级大直径的钻筒钻具钻至相同的设计深度，从而达到分级扩孔钻进的效果，解决了循环泥浆使用量大、综合成本高、成孔速度慢、旋挖钻具损耗大、钻进效果差等问题。

Description

大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具

技术领域

本实用新型属于土层或岩石的钻进钻具领域，涉及旋挖钻具，尤其涉及大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具。

背景技术

目前，灌注桩成孔的方法主要有干作业法、泥浆护壁法、套护壁管法等，其中，泥浆护壁法一般都采用潜水钻、旋挖钻等钻具来成孔。旋挖钻机以其高效、环保、成孔质量高、无泥浆循环及适应地层广泛等特点，广泛应用于桥梁、铁路、高速公路等建设领域。

旋挖钻机成孔主要是由动力装置带动钻机的旋转装置转动，并带动带有钻头的钻杆转动，旋转的钻头在桩孔内切削土壤或岩层以形成土渣或岩渣，通过泥浆循环将土渣或岩渣排出桩孔，或直接通过旋挖捞渣钻斗将土渣或岩渣取出桩孔。实际的工程应用中，根据钻进地层的不同地质情况，可按需要更换与旋挖钻机的钻杆连接的各种种类和结构形式不同的钻具，如筒式钻头、螺旋钻头及嵌岩捞渣钻斗等。

针对大直径基岩灌注桩的成孔问题，其关键在于设计选择合适的钻具和钻压。现有技术中，在对桩径为2m及以上且地层为中风化岩、微风化岩的灌注桩成孔时，大多采用冲击钻头成孔，泥浆护壁、泥浆正循环携渣，借用冲击钻头的自重，通过提升、下落冲击钻头的周期性动作来冲击破碎岩层，其岩渣由泥浆携带出孔，以此来实现冲击钻进成孔。这种冲击钻具成孔的速度慢、循环泥浆使用量大、综合成本高。另外，如采用常用的旋挖钻机钻进硬岩，因受旋挖钻机能提供的扭矩力的限制，通常存在钻进速度慢、旋挖钻具损耗大、钻进效果差等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术问题，提供了一种能快速地对大直径硬岩灌注桩成孔的大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具。

本实用新型是这样实现的，该大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具用于大直径硬岩孔桩的扩孔钻进，包括钻筒，所述钻筒具有底端与钻进工具固定连接的筒体，所述筒体的顶端设有连接件；

所述连接件与旋挖钻机的钻杆可拆卸固定连接；

所述钻进工具设有与所述筒体的底端固定连接的钻座，所述钻座上可拆卸式固定连接有用以切削钻进的钻齿；

所述筒体顶端通过一顶板与所述连接件固定连接；所述钻筒根据扩孔的情况分级设置，其中下一级所述筒体的直径比上一级所述筒体的直径大200mm～300mm；所述顶板开设有用以观察所述钻筒内侧的第一视孔。

进一步地，所述顶板开设有多个所述第一视孔；各所述第一视孔围绕所述连接件的四周分布。

更进一步地，所述筒体的筒壁开设有多个用以观察所述筒体内侧的第二视孔。

进一步地，所述筒体的筒壁外周固定连接有多个用以导向和对中的导向件；各所述导向件围绕所述筒体的外周呈螺旋状设置。

更进一步地，所述导向件的截面呈圆形。

进一步地，所述连接件固定连接有多个加强筋，各所述加强筋上开设有用以勾挂所述钻筒的勾挂孔。

进一步地，所述筒体的筒底固定连接有多个所述钻座，各所述钻座沿着所述筒体的进渣口端面设置且围绕所述筒体的中心呈周向分布，各所述钻座对应配对有一个所述钻齿。

进一步地，根据分级扩孔的情况，下一级所述钻齿的数目大于或等于上一级所述钻齿的数目。

进一步地，下一级所述筒体的筒高小于上一级所述筒体的筒高。

更进一步地，所述钻齿为截齿。

与现有技术相比，本实用新型通过采用筒式旋挖钻具，并同时配合使用截齿钻头来切削硬岩，并在此基础上，通过按照下一级筒式钻具的筒体孔径大于上一级的筒式钻具的筒体孔径200mm～300mm的级差来对钻具实施分级，从而对灌注桩孔进行分级扩孔，其中，每一次扩孔具体的级差值由上一级的钻进情况、硬岩岩性等因素来判断决定，至此充分发挥了旋挖钻机的入岩能力，加快了成孔速度，使得旋挖钻具损耗小、钻进效果好且无泥浆循环并降低了综合成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例中系列大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具之一的立体结构示意图；

图2是图1中大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具的主视图；

图3是图1中大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具的仰视图；

图4是图1中大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具的俯视图；

图5是本实用新型实施例中系列大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具钻进分级扩孔级数、级差示意图；

图6是本实用新型实施例中系列大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具之二的立体结构示意图；

图7是本实用新型实施例中系列大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具之三的立体结构示意图。

附图中的标号如下：

100钻筒、110/110a/110b筒体、120顶板、130第一视孔、200钻进工具、210钻座、220/220a/220b钻齿、300导向件、400第二视孔、500加强筋、600勾挂孔、700连接件、800安装孔、900连接孔。

具体实施方式

为了使本实用新型的所要解决的技术问题、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体附图对本实用新型的实现进行详细的描述。

如图1～图4所示，为本实用新型的一个较佳实施例，大直径旋挖钻孔硬岩钻具，主要用于大直径硬岩孔桩的扩孔钻进，包括钻筒100，钻筒100具有底端与钻进工具200固定连接的筒体110，如图1所示，即钻筒100的筒体110的底端与钻进工具200固定连接。

实际上，旋挖钻具主要有旋挖钻斗、短螺旋钻头、筒式钻头等，因考虑到本实用新型主要是针对硬岩地质的大直径孔桩，故主要优选为筒式钻头。

本实施例中的钻进工具200主要用以旋转切削土层或岩层和加压钻进以使整个钻具不断地往目标孔深位置掘进。因为钻进工具200位于筒体110环形进渣口的下边缘，因此，该钻进工具200每一次钻进只能切削出一个环形槽。但对于较硬的基岩地层、大的漂石层及硬质永冻土层等硬质地质，使用这种筒式钻具其掘进能力比较强。

如图1所示，在筒体110的顶端设有连接件700，具体地，筒体的顶端通过一顶板120与连接件700固定连接，其中，连接件700主要用以与旋挖钻机的钻杆组成可拆卸式固定连接结构。本实施例中，主要是通过将旋挖钻机的钻杆插入连接件700的安装孔800内，借用连接件700上的连接孔900通过螺栓以将钻杆固定在钻筒100上。实际上，还可以有其他的可拆卸式固定连接方式，可以理解地，连接件700与旋挖钻进的钻杆采用可拆卸式的固定连接是为了便于在分级扩孔的过程中适时更换不同等级的钻具或捞渣斗等工具；通过连接件700与旋挖钻机的钻杆固定连接，使得钻进时，在旋挖钻机驱动机构的带动下，整个钻具可以跟随钻杆同步转动、下降或提升，从而驱使钻齿220不断地破碎岩芯、往地层掘进或带离岩芯到地面。

再如图1所示，钻进工具200设有与筒体110的底端固定连接的钻座210，钻座210可拆卸式固定连接有用以切削钻进的钻齿220。需说明的是，本实施例中的钻座210与筒体110的下边缘焊接，其中优选钻座210的截面形状为圆形，即整个钻座210呈圆柱状，实际上钻座210的截面形状可以为多边形等形状。可以理解地，钻齿220与钻座210为可拆卸式固定连接是为了便于按照需要选用不同的钻齿220来切削，或还可以让不同的钻齿220混装来切削，或当其中某个钻齿220磨损较严重，便于及时更换钻齿220，以最大限度地提高钻进速度。

在切削过程中，因岩层硬度较大，鉴于单个钻具的旋挖扭矩力有限，因此，本实用新型针对分级扩孔的需要，根据具体的分级扩孔情况，如图1、图6和图7所示，为分级扩孔系列钻具中三个相邻等级的钻具，其中，钻筒100的下一级筒体110的直径比上一级筒体110的直径大200mm～300mm。基于旋挖钻机扭矩力有限的情况下，将分级的级差设置在200mm～300mm范围内，是为了适当减小分级扩孔钻进时的临空面，以减小钻具岩体钻进的阻力，从而加快钻具钻进速度，同时还可减小旋挖钻具损耗，提高钻进效果。

如图1所示，顶板120开设有用以观察钻筒100内侧的第一视孔130，不仅如此，顶板120开设有多个第一视孔130，以便于全方位地察看筒体110内侧的情况，各第一视孔130围绕连接件700的四周分布。具体地，各第一视孔130为通孔，本实施例中，顶板120处开设有两个第一视孔130，且两个第一视孔130对称布置。从各孔看去可观察到筒体110的内侧，另外，开设各第一视孔130，还可省去一部分顶板120材料，实际上，在筒体110的顶部开设第一视孔130的作用还在于可以使得筒体110的底部和顶部之间的压力是连续的。

需说明的是，本实用新型中的筒式钻具主要用以对孔内岩芯的圆周进行松动掏空，以为下一级扩孔钻孔提供空间，取芯不为其最主要任务，因此本实施例中筒式钻具的钻筒100优选为不取芯钻筒，即其筒体110的内壁是空的，没有装承托岩芯的部件。该不取芯钻具在旋挖钻进的过程中，不仅可以破碎桩孔内的岩石，还可以将破碎的岩芯压入或抽吸到筒体110内部，然后随钻筒100一起被带离到地面。

如图1和图2所示，筒体110的筒壁开设有多个用以观察筒体110内侧的第二视孔400，具体地，在筒体110靠近顶板120的筒壁上开设有两个相互对称的第二视孔400。不仅如此，如图1～图4所示，筒体110的筒壁外周还固定连接有多个用以导向和对中的导向件300，实际上各导向件300焊接于筒壁上，各导向件300围绕筒体110的外周呈螺旋状设置，具体地，导向件300的截面呈圆形，实际上，导向件300的截面还可以呈其他的形状。另外，本实施例中第二视孔400和导向件300开在筒体110的相邻的筒壁上。

为加强连接件700和钻筒100间的连接关系，如图1和图2所示，在连接件700上围绕其四周固定连接有多个加强筋500，且各加强筋500也与顶板120固定连接，另外，各加强筋500上还开设有用以勾挂钻筒100的勾挂孔600，以便于机械或人工挪动钻筒100的位置。

如图1～图3所示，筒体110的筒底固定连接有多个钻座210，各钻座210沿着筒体110的进渣口端面设置且围绕筒体110的中心呈周向分布，各钻座210对应配对有一个钻齿220，即钻齿220与钻座210呈一一对应关系。通常，钻座210为刚体，可选用经过热处理的高强度合金钢，以保持其高强韧性和高耐磨性，从而提高钻具的使用寿命。实际上，市面上有多种形式的钻座210结构，用户可根据实际情况选择合适的钻座210即可，这里不再赘述。从图1～图3都可看出，各钻座210上可拆卸式固定连接的钻齿220的倾斜角度是不一样的，作此设计是为了便于钻具在钻进切削的过程中，可以多方位的对硬岩进行切削，从而加快钻进速度，提高钻进效果。

对于筒式钻具来说，其钻进工具200中的钻齿220可为斗齿、截齿、牙轮钻头等，因改进主要针对硬质岩层，因此，考虑到截齿钻硬质地层快的特点，本实施例优选在钻座210上安装固定的旋挖钻齿220为截齿，具体地，本实施例优选子弹头式截齿。实际上，钻座210上不仅可全部安装截齿，还可将截齿与其他的齿形混装。

为便于进一步地理解本实用新型的改进点，针对该分级方案，可以举如下实例：

如图5所示，为掘出硬质地层下桩径为Φ2600mm的孔桩，可先采用其他的钻具在目标埋设护筒的位置的地层表面钻出一个桩径为Φ2600mm、桩深至硬质岩层上表面的桩孔，以将目标位置硬质岩石上的土层挖空，为后续硬质岩层的掘进做准备；再用第一级钻筒100直径D1=800mm的筒式钻具来钻至桩孔设计入岩深度，入岩完成后，提升钻筒100至地面上，以将呈短柱状的硬岩岩芯取出，为后续扩孔钻进施工提供自由临空面。此时，可以根据该硬岩芯样的岩性来判定是否已钻至桩端持力层，根据该特性可准确地确定终孔的位置和深度。

第一级钻孔完成后，拆卸第一级钻具，换取第二级钻具与旋挖钻机的钻杆固定连接以继续钻进，此时，第二级钻具钻筒100的直径D2=D1+200mm～300mm。需要说明的是，在分级扩孔时，工作人员可根据上一级的钻进情况，硬岩岩性、标准钻具配备等因素，合理选择相邻两钻筒间筒径的级差及最终确定总体的扩孔次数，以充分发挥旋挖钻机的入岩能力，加快入岩速度，提升施工效率。因此，在具体的施工过程中，需提前准备一系列不同筒径的筒式钻具以适于不同的分级扩孔需求，如图1、图6和图7所示，为分级扩孔钻进过程中系列大直径旋挖钻孔桩硬岩钻具中的其中三个钻具，但各相邻筒径间级差都在200mm～300mm范围内，譬如，如场地为硬质花岗岩特性时，则根据其特性，如图5所示，扩孔可采用D1=Φ800mm、D2=Φ1000mm、D3=Φ1300mm、D4=Φ1500mm、D5=Φ1800mm、D6=Φ2000mm、D7=Φ2200mm、D8=Φ2400mm、D9=Φ2600mm等九级扩孔。

通常，每次扩孔的级差可以遵循这样的原则：在保证钻具可高效钻进的前提下，扩孔初期钻进孔径较小时，其扩孔的级差可选大的，如300mm；随着孔径的不断加大，扩孔级差应只保持在相差200mm左右，如200mm。

需要说明的是，在每次分级钻进完成后，因钻挖钻具用泥浆不循环，在保障泥浆稳定的情况下，可更换与该等级的钻筒尺寸或小尺寸的旋挖捞渣钻斗入孔底去旋转捞渣，经一、二个回次可将呈环块状的岩石钻渣基本捞除干净，从而减少了泥浆的使用量，降低了综合成本。

如图1、图6和图7所示，根据分级扩孔的情况，随着扩孔钻筒100的直径的逐渐增大，通常，下一级钻齿220的数目大于或等于上一级钻齿220的数目，即图7中的钻齿220b的数目大于或等于图6中的钻齿220a的数目，图6中的钻齿220a的数目大于或等于图1中的钻齿220的数目；下一级筒体110的筒高小于上一级筒体110的筒高，即图7中筒体110b的筒高小于图6中筒体110a的筒高，图6中筒体110a的筒高小于图1中筒体110的筒高，从而以在保证钻具的钻进速度和钻压的前提下，尽量减轻旋挖钻机的负荷，从而减少能量消耗，节约综合成本。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.大直径旋挖钻孔硬岩钻具，用于大直径硬岩孔桩的钻进，包括钻筒，所述钻筒具有底端与钻进工具固定连接的筒体，所述筒体的顶端设有连接件；所述连接件与旋挖钻机的钻杆可拆卸固定连接；所述钻进工具设有与所述筒体的底端固定连接的钻座，所述钻座上可拆卸式固定连接有用以切削钻进的钻齿，其特征在于：

所述筒体顶端通过一顶板与所述连接件固定连接；所述钻筒根据扩孔的情况分级设置，其中下一级所述筒体的直径比上一级所述筒体的直径大200mm～300mm；所述顶板开设有用以观察所述钻筒内侧的第一视孔。

2.如权利要求1所述的大直径旋挖钻孔硬岩钻具，其特征在于：所述顶板开设有多个所述第一视孔；各所述第一视孔围绕所述连接件的四周分布。

3.如权利要求2所述的大直径旋挖钻孔硬岩钻具，其特征在于：所述筒体的筒壁开设有多个用以观察所述筒体内侧的第二视孔。

4.如权利要求1-3任一项所述的大直径旋挖钻孔硬岩钻具，其特征在于：所述筒体的筒壁外周固定连接有多个用以导向和对中的导向件；各所述导向件围绕所述筒体的外周呈螺旋状设置。

5.如权利要求4所述的大直径旋挖钻孔硬岩钻具，其特征在于：各所述导向件的截面呈圆形。

6.如权利要求1-3任一项所述的大直径旋挖钻孔硬岩钻具，其特征在于：所述连接件固定连接有多个加强筋，各所述加强筋上开设有用以勾挂所述钻筒的勾挂孔。

7.如权利要求1-3任一项所述的大直径旋挖钻孔硬岩钻具，其特征在于：所述筒体的筒底固定连接有多个所述钻座，各所述钻座沿着所述筒体的进渣口端面设置且围绕所述筒体的中心呈周向分布，各所述钻座对应配对有一个所述钻齿。

8.如权利要求7所述的大直径旋挖钻孔硬岩钻具，其特征在于：根据分级扩孔的情况，下一级所述钻齿的数目大于或等于上一级所述钻齿的数目。

9.如权利要求8所述的大直径旋挖钻孔硬岩钻具，其特征在于：下一级所述筒体的筒高小于上一级所述筒体的筒高。

10.如权利要求7所述的大直径旋挖钻孔硬岩钻具，其特征在于：所述钻齿为截齿。