CN209244498U - 多动力复合钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种多动力复合钻具。该多动力复合钻具包括依次同轴相套的下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具；所述下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具分别配备有一动力机构，所述动力机构能够单独驱动其对应钻具进行旋转。该多动力复合钻具进行施工时，各个钻具由传统的联动方式转化为主动的驱动方式，可一次性完成成孔和砼压灌成桩，自动化程度高，实现了工效的提高；桩身的变径，合理的工法，使得单桩承载力更进一步得提高，从而降低了成本；以上综合因素缩短了工期。

Description

多动力复合钻具

技术领域

本实用新型涉及土木工程技术领域，尤其是涉及一种多动力复合钻具。

背景技术

在改革开放的浪潮中，建筑业有了飞速发展，建筑工程对地基基础的设计、施工要求越来越高，砼桩和钢筋砼桩基础和复合地基在高层建筑、桥梁、港口、铁路、公路、机场、水利水电设施等工程中得到广泛应用，为了使砼桩和钢筋砼桩满足抗弯、抗剪切，提高承载力和抗震等设计要求，人们不断对砼桩和钢筋砼桩的形状进行改进，以期进一步满足设计要求，节约原材料用量，提高工程质量及缩短施工进度。以现有设备与工艺建造的传统桩型，其纵横切面通常是不随桩长而变化的圆柱形或方柱形桩，其承载力主要由桩侧的摩阻力及桩端的端阻力组成。现有设备功能较为单一，设备自动化程度低，不能因地制宜处理地基土，造成了一定的成本浪费，影响了单桩承载力发挥效果。

本专利涉及的挤排土复合钻具技术引用：实用新型专利： 201820124401.1，实用新型名称：一种挤排土复合钻具以及CFG挤排土桩。(实用新型专利在实审阶段)

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多动力复合钻具，以解决现有技术中存在的设备自动程度低，工法单一，桩型单一，适应性差，以及单桩承载力不高的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种多动力复合钻具，其包括：依次同轴相套的下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具；所述下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具分别配备有一动力机构，所述动力机构能够单独驱动其对应钻具进行旋转。

作为一种进一步的技术方案，所述下动力钻具包括：下动力头和外套筒钻具；所述下动力头设置于所述外套筒钻具的上端，用于驱动所述外套筒钻具进行旋转动作。

作为一种进一步的技术方案，所述下动力钻具还包括：下排土槽；所述下排土槽设置于所述下动力头的上端。

作为一种进一步的技术方案，所述中动力钻具包括：中动力头、中间套筒钻具和中提升装置；所述中动力头设置于所述中间套筒钻具的上端，用于驱动所述中间套筒钻具进行旋转动作；所述中提升装置设置于所述中动力头的下端，用于带动所述下动力钻具进行升降动作。

作为一种进一步的技术方案，所述中动力钻具还包括：中排土槽和中限位装置，所述中排土槽设置于所述中动力头的上端；所述中限位装置设置于所述中动力头的下端。

作为一种进一步的技术方案，所述上动力钻具包括：上动力头、中心钻具和上提升装置；所述上动力头设置于所述中心钻具的上端，用于驱动所述中心钻具进行旋转动作；所述上提升装置设置于所述上动力头的下端，用于带动所述中动力钻具进行升降动作。

作为一种进一步的技术方案，所述上动力钻具还包括：上限位装置；所述上限位装置设置于所述上动力头的下端。

作为一种进一步的技术方案，还包括：加压装置，所述加压装置设置于所述上动力钻具和所述中动力钻具之中的任意一者。

第二方面，本实用新型还提供一种根据所述多动力复合钻具制备的型桩，其包括：主体桩身；

所述主体桩身上设置有至少两个倒锥台阶型体；

所述倒锥台阶型体的倒圆锥盘斜面延长线与所述主体桩身中心轴线的夹角角度范围为：5°～90°。

第三方面，本实用新型又提供一种根据所述多动力复合钻具以制备型桩的方法，其包括：依照地层对工法的需求，所述上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具依次陆续钻至各自设计深度，从而能够形成多个倒锥台阶型钻孔；启动砼泵，开始压灌砼，边压灌砼边依次提升上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具,各个动力钻具底端依次平齐后同步提升,直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高,实现一次性完成成孔和砼压灌成桩。

采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供了一种多动力复合钻具，该钻具包括下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具，下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具分别配备有一动力机构，该多动力复合钻具进行施工时，各个钻具由传统的联动方式转化为主动的驱动方式，可一次性完成成孔和砼压灌成桩，自动化程度高，实现了工效的提高，单桩承载力的提高，同时降低了成本，缩短了工期；适应性强，利于推广与应用。

本实用新型提供了一种根据多动力复合钻具制备的型桩，其承载力不但包括传统桩体的桩侧摩阻力及桩端端承力，而且倒锥台阶型体的倒锥圆盘斜面，可把部分垂直竖向向下的力分解为锥面的切向力和法向力，桩周土形成被动受压应力状态和挤扩状态，增加了桩周摩阻力，提高了单桩的承载力，可降低沉降量。该桩浅部倒锥台部分承载力可用太沙基(Terzaghi)的浅基础承载力公式计算。通过该复合钻具叠加相套组合施工，可一次性完成成孔和砼压灌成桩，实现了工效的提高，单桩承载力更进一步的提高，同时降低了成本，缩短了工期。

本实用新型提供了一种根据多动力复合钻具的制备方法，该方法依照地层对工法的需求，上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具依次陆续钻至各自设计深度,从而能够形成多个倒锥台阶型钻孔；启动砼泵，开始压灌砼，边压灌砼边依次陆续提升上动力钻具、中动力钻具和下动力钻具，各动力钻具底端依次平齐后同步提升,直至提到孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高,实现一次性完成成孔和砼压灌成桩,从而形成具有上述结构和功能的型桩。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的多动力复合钻具初始状态的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的多动力复合钻具钻进状态的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的上动力钻具的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的上动力头的正面结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的中动力钻具的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的中动力头的正面结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的中排土槽的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的下动力钻具的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的下动力头的正面结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的钻机钻具对正桩位的工作状态示意图；

图11为本实用新型实施例提供的钻机上、中动力钻具及下动力钻具同步钻进至各自预设桩深的工作状态示意图；

图12为本实用新型实施例提供的砼泵压灌砼，同时提升上动力钻具至与中动力钻具底端平齐的工作状态示意图；

图13为本实用新型实施例提供的砼泵压灌砼，同时、同步提升上、中动力钻具至与下动力钻具底端平齐的工作状态示意图；

图14为本实用新型实施例提供的砼泵压灌砼，同时、同步提升上、中动力钻具及下动力钻具至桩孔口标高的工作状态示意图；

图15为本实用新型实施例提供的桩身非螺纹变径桩的上下两个倒锥台阶型体均为倒圆台桩型示意图；

图16为本实用新型实施例提供的桩身非螺纹变径桩的仅下个倒锥台阶型体可为圆平台桩型示意图；

图17为本实用新型实施例提供的桩身螺纹变径桩的上下两个倒锥台阶型体均为倒圆台桩型示意图；

图18为本实用新型实施例提供的桩身螺纹变径桩的仅下个倒锥台阶型体可为圆平台桩型示意图；

图19为本实用新型实施例提供的桩身中下部螺纹变径桩的上下两个倒锥台阶型体均为倒圆台桩型示意图；

图20为本实用新型实施例提供的桩身中下部螺纹变径桩的仅下个倒锥台阶型体可为圆平台桩型示意图；

图21为本实用新型实施例提供的桩身中上部螺纹变径桩的上下两个倒锥台阶型体均为倒圆台桩型示意图；

图22为本实用新型实施例提供的桩身中上部螺纹变径桩的仅下个倒锥台阶型体可为圆平台桩型示意图；

图23为本实用新型实施例提供的桩身中部螺纹变径桩的上下两个倒锥台阶型体均为倒圆台桩型示意图；

图24为本实用新型实施例提供的桩身中部螺纹变径桩的仅下个倒锥台阶型体可为圆平台桩型示意图。

图标：1-上动力钻具；2-中动力钻具；3-下动力钻具；4-型桩；5- 砼泵；11-上动力头；12-中心钻具；13-上提升装置；14-上限位装置； 15-加压装置；21-中动力头；22-中间套筒钻具；23-中提升装置；24- 中限位装置；26-中排土槽；31-下动力头；32-外套筒钻具；36-下排土槽；41-主体桩身；42-倒锥台阶型体。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

实施例一

图1至图9所示，本实施例提供一种多动力复合钻具，其包括：依次同轴相套的下动力钻具3、中动力钻具2和上动力钻具1(由外向内依次叠加相套)；所述下动力钻具3、中动力钻具2和上动力钻具1分别配备有一动力机构，所述动力机构能够单独驱动其对应钻具进行旋转。可见，各个钻具由被动的联动方式转化为主动的驱动方式，自动化程度高，适应性强，利于推广与应用。

优选的，所述下动力钻具3包括：下动力头31和外套筒钻具32；所述下动力头31设置于所述外套筒钻具32的上端，用于驱动所述外套筒钻具32进行旋转动作。

进一步的，所述下动力钻具3还包括：下排土槽36；所述下排土槽36设置于所述下动力头31的上端。

优选的，对于所述下动力头31的具体形式并不局限，可以为液压驱动装置，也可以为电动驱动装置。对于下动力头31的结构而言，该下动力头31的壳体可为中空圆筒状，其内部具有与下排土槽36 相通的排土空间。具体的，该下排土槽36包括一排土箱以及设置于排土箱一侧且呈倾斜设置的导土槽。排土箱的底部可通过下动力头 31的壳体与外套筒钻具32相连通，即中套筒钻具22的部分旋排土经外套筒钻具32内侧、下动力头31、下排土槽36导出。外套筒钻具32旋排土直接排至孔口。

对于外套筒钻具32而言，外套筒钻具32上设置有第三螺旋叶片，所述第三螺旋叶片沿所述外套筒钻具32的轴向设置于所述外套筒钻具32的外壁上。外套筒钻具32的尺寸和具体形状可根据实际需要灵活设置。

优选的，所述中动力钻具2包括：中动力头21、中间套筒钻具 22和中提升装置23；所述中动力头21设置于所述中间套筒钻具22 的上端，用于驱动所述中间套筒钻具22进行旋转动作；所述中提升装置23设置于所述中动力头21的下端，用于带动所述下动力钻具3进行升降动作。

对于中动力头21而言，其结构可参照上述下动力头31的描述。

对于中提升装置23而言，可以有多种方式。

例如：该中提升装置23包括：卷扬机，该卷扬机设置于所述中动力头21的下端，该卷扬机的牵引绳与下动力钻具3(优选为下动力头31)相连。

又例如：该中提升装置23包括：伸缩缸(油缸)，伸缩缸设置于所述中动力头21的下端，该伸缩缸的伸缩杆与下动力钻具3(优选为下动力头31)相连。

对于中间套筒钻具22而言，该中间套筒钻具22设置有第二螺旋叶片，所述第二螺旋叶片沿所述第一套筒钻具的轴向设置于所述第一套筒钻具的外壁上。

优选的，所述中动力钻具2还包括：中排土槽26和中限位装置 24，所述中排土槽26设置于所述中动力头21的上端；所述中限位装置24设置于所述中动力头21的下端。

对于中排土槽26而言，该中排土槽26包括一排土箱以及设置于排土箱一侧且呈倾斜设置的导土槽。排土箱的底部可通过中动力头 21的壳体与中间套筒钻具22相连通，即中心钻具12的部分旋排土经中间套筒钻具22内侧、下动力头21、中排土槽26导出。

对于中限位装置24而言，可以有多种方式。例如：该中限位装置24可以为刚性连接杆，该刚性连接杆的长度根据实际灵活设置。也可以为伸缩式连接杆，其长度根据要求任意调节。

值得说明的是，中动力钻具2可根据设计需求由多个叠加相套组成。中动力钻具2由多个叠加相套时，除套筒直径及长度不同外，结构均相同。

优选的，所述上动力钻具1包括：上动力头11、中心钻具12和上提升装置13；所述上动力头11设置于所述中心钻具12的上端，用于驱动所述中心钻具12进行旋转动作；所述上提升装置13设置于所述上动力头11的下端，用于带动所述中动力钻具2进行升降动作。

对于上动力头11而言，其结构、形式与其动力头21、31基本类似外，另外增设注浆(混凝土)弯管接头(弯管一端与中心钻具中芯管相通，另一端与混凝土输送高压软管相接)，动力头顶上部还设有吊点，与钻机主卷扬通过钢丝绳连接，无排土槽设置。

对于上提升装置13而言，可以有多种方式。

例如：该上提升装置13包括：卷扬机，该卷扬机设置于所述上动力头11的下端，该卷扬机的牵引绳与中动力钻具2(优选为中动力头21)相连。

又例如：该上提升装置13包括：伸缩缸(油缸)，伸缩缸设置于所述上动力头11的下端，该伸缩缸的伸缩杆与中动力钻具2(优选为中动力头21)相连。

进一步的，所述上动力钻具1还包括：上限位装置14；所述上限位装置14设置于所述上动力头11的下端。

对于上限位装置14而言，可以有多种方式。例如：该上限位装置14可以为刚性连接杆。该刚性连接杆的长度根据实际灵活设置。也可以为伸缩式连接杆，其长度根据要求任意调节。

此外，本实施例还包括：加压装置15，所述加压装置15设置于所述上动力钻具1和所述中动力钻具2之中的任意一者。

当然，对于加压装置15而言，可根据动力机构自重、地质条件及设计要求灵活设置，优选的，该加压装置15可以为卷扬机，卷扬机设置于钻机平台之上，卷扬机的牵引绳通过一导向轮与所述上动力钻具1(上动力头11)和所述中动力钻具2(中动力头21)之中的任意一者连接。加压装置15也可以为液压油缸，油缸缸筒固定设置于钻塔合适位置，油缸活塞杆顶端与所述上动力钻具1(上动力头11) 和所述中动力钻具2(中动力头21)之中的任意一者连接。

实施例二

图10至图14所示，本实施例二又提供一种根据实施例一所述多动力复合钻具以制备型桩4的方法，其包括：依照地层对工法的需求，所述上动力钻具1、中动力钻具2和下动力钻具3依次陆续钻至各自设计深度；启动砼泵5，开始压灌砼，边压灌砼边依次提升上动力钻具1、中动力钻具2和下动力钻具3，直至各动力钻具底端依次平齐后同步提升出孔口标高，同时砼也压灌成桩至设计标高。

在建筑结构或铁路、公路等软基处理中，需要进行处理场地土的地基土由浅到深根据等效剪切波速值变化规律一般可划分为软弱场地土(土层平均剪切波速≤140m/s)、中软场地土(140m/s＜土层平均剪切波速≤250m/s)、中硬场地土(250m/s＜土层平均剪切波速≤ 500m/s)、坚硬场地土(500m/s＜土层剪切波速)。

对于变径桩而言：

例如：对于处理桩长范围内地层均为中硬场地土(或绝大部分为中硬场地土)，采用排土工法，由中心钻具12—中间套筒钻具22—外套筒钻具32依次分别钻进排土成孔。进一步的，该种工艺流程加压装置15加压点设置于上动力头11上最佳。

例如：对于处理桩长范围内地层均为软弱、中软场地土(或绝大部分软弱、中软场地土)，采用挤土工法，由中心钻具12—中间套筒钻具22—外套筒钻具32依次分别钻进挤土成孔。进一步的，该种工艺流程加压装置15加压点设置于上动力头11上最佳。桩顶第一变径桩身成孔工法亦可采用排土方式(主要看中间套筒钻具22对孔壁土挤密程度)。

例如：处理桩长范围内地层上部为软弱—中软场地土，下部为中硬场地土，采用挤排土兼备工法，由中间套筒钻具22(此时中心钻具12钻头伸出中间套筒钻具22底端，钻进时为反转，防止旋排土，仅起到为中间套筒钻具22定位、破土钻进功能，)—外套筒钻具32 依次分别在软弱—中软场地土钻进挤土成孔(或中间套筒钻具22底端略穿透挤土区)，停钻，然后由中心钻具12正转，继续钻进旋排土成桩孔，在中硬场地土内达到设计深度。进一步的，桩顶第一变径桩身成孔工法亦可采用排土方式(主要看中间套筒钻具22对桩孔壁土挤密程度)。该种工艺流程加压装置15加压点设置于中动力头21之上。

对于螺纹变径桩而言：

例如：处理桩长范围内地层均为软弱、中软场地土(或绝大部分软弱、中软场地土)，采用螺纹挤土工法，由中心钻具12—中间套筒钻具22—外套筒钻具32依次分别采用同步技术钻进挤土成螺纹桩孔。进一步的，该种工艺流程加压装置15加压点设置于上动力头11 之上。桩顶第一变径桩身成孔工法亦可采用排土方式,形成等直径桩孔(桩顶应力集中，加大桩顶横截面受力面积)。

例如：处理桩长范围内地层上部为软弱—中软场地土，下部为中硬场地土，采用上部螺纹挤土下部排土，挤排兼备工法，由中间套筒钻具22(此时中心钻具12钻头伸出中间套筒钻具22底端，钻进时为反转，防止旋排土，仅起到为中间套筒钻具22定位、破土钻进功能，)—外套筒钻具32依次分别采用同步技术钻进挤土成螺纹桩孔，中间套筒钻具22底端不穿透或略穿透中软场地土后停止，此时由中心钻具12继续正传、钻进旋排土成桩孔，在中硬场地土内达到设计深度。进一步的，桩顶第一变径桩身成孔工法亦可采用排土方式，形成等直径桩孔(桩顶应力集中，加大桩顶横截面受力面积)。该种工艺流程加压装置15加压点设置于中动力头21之上。

实施例三

图15至图24所示，本实施例还提供一种根据所述多动力复合钻具制备的型桩4，其包括：主体桩身41；所述主体桩身41上设置有至少两个倒锥台阶型体42；所述倒锥台阶型体42的变径处的所在斜面延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角角度范围为：5°～ 90°。例如：所述倒锥台阶型体42的变径处位于桩身浅部，所述倒锥台阶型体42的变径处的所在斜面延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角角度范围值宜为30°～45°。又例如：所述倒锥台阶型体 42的变径处位于桩身深部，所述倒锥台阶型体42的变径处的所在斜面延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角角度范围为5°～90°，(例如：30°、45°、60°、75°)。

此外，对于主体桩身41而言，也可以有多种形式。

例如，非螺纹型变径桩：所述主体桩身41上设置有两个倒锥台阶型体42，所述倒锥台阶型体42的变径处的所在斜面延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角5°～90°。

又例如，螺纹型变径桩：所述主体桩身41上设置有两个倒锥台阶型体42，自上而下分为第一桩身、第二桩身和第三桩身，其中第一桩身、第二桩身和第三桩身之中至少一者具有螺纹结构。所述倒锥台阶型体42的变径处的所在斜面延长线与所述主体桩身41中心轴线的夹角5°～90°。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种多动力复合钻具，其特征在于，包括：依次同轴相套的下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具；所述下动力钻具、中动力钻具和上动力钻具分别配备有一动力机构，所述动力机构能够单独驱动其对应钻具进行旋转。

2.根据权利要求1所述的多动力复合钻具，其特征在于，所述下动力钻具包括：下动力头和外套筒钻具；所述下动力头设置于所述外套筒钻具的上端，用于驱动所述外套筒钻具进行旋转动作。

3.根据权利要求2所述的多动力复合钻具，其特征在于，所述下动力钻具还包括：下排土槽；所述下排土槽设置于所述下动力头的上端。

4.根据权利要求1所述的多动力复合钻具，其特征在于，所述中动力钻具包括：中动力头、中间套筒钻具和中提升装置；所述中动力头设置于所述中间套筒钻具的上端，用于驱动所述中间套筒钻具进行旋转动作；所述中提升装置设置于所述中动力头的下端，用于带动所述下动力钻具进行升降动作。

5.根据权利要求4所述的多动力复合钻具，其特征在于，所述中动力钻具还包括：中排土槽和中限位装置，所述中排土槽设置于所述中动力头的上端；所述中限位装置设置于所述中动力头的下端。

6.根据权利要求1所述的多动力复合钻具，其特征在于，所述上动力钻具包括：上动力头、中心钻具和上提升装置；所述上动力头设置于所述中心钻具的上端，用于驱动所述中心钻具进行旋转动作；所述上提升装置设置于所述上动力头的下端，用于带动所述中动力钻具进行升降动作。

7.根据权利要求6所述的多动力复合钻具，其特征在于，所述上动力钻具还包括：上限位装置；所述上限位装置设置于所述上动力头的下端。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的多动力复合钻具，其特征在于，还包括：加压装置，所述加压装置设置于所述上动力钻具和所述中动力钻具之中的任意一者。