CN212985111U - 一种长螺旋钻孔设备及其可伸缩钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种长螺旋钻孔设备及其可伸缩钻头，属于地基基础领域。本实用新型为了实现长螺旋钻杆的快速钻进和钻头回收，在传统钻头的基础上设计了一种弹簧铰接的活动翼结构，能够实现钻头伸缩，方便该种新型复合桩基的顺利施工。在活动翼旋转角度范围内由下极限位置旋转至上极限位置过程中，可伸缩钻头的等效钻头半径逐渐增大从而由收缩状态转变至展开状态。因此，在该可伸缩钻头可以灵活的调整其整体尺寸，收缩状态是可以进入管桩中，而展开状态时可以形成供管桩支撑的平面。该种可伸缩钻头尤其适用于全套管长螺旋钻孔灌注桩钻孔和压灌混凝土的施工，可方便地实现钻孔和注浆工序。
Description
技术领域
本实用新型属于地基施工设备领域，具体涉及一种长螺旋钻孔设备及其可伸缩钻头。
背景技术
全套管长螺旋钻孔灌注桩是一种采用长螺旋钻机钻孔和套管护壁，并利用钻头底孔压灌混凝土成桩的混凝土灌注桩。该种桩型一般包括两个动力头，分别为钻杆和套管提供钻进动力。套管一般为钢管，在混凝土桩浇筑完成后可抽离地面回收。由于该种桩型无需泥浆护壁，可直接利用长螺旋叶片将土体导向地面，施工速度快，穿透能力强，无噪音和振动，成孔灌注成桩一体化完成，适用于各种地层，具有很好的应用前景，但目前长螺旋钻孔方法仅用于灌注桩施工，在管桩或其他桩型中的使用较少。
在长螺旋钻孔过程中，其需要穿过套管伸入地基中。但在实际施工中，由于钻头自身的动力可能存在不足，因此存在需要利用套管对钻头辅助施加作用力的需求。如何即保证钻头能够自由进出套管，又能够与套管构成稳定的受力传导，是目前亟待解决的技术问题
发明内容
本实用新型的目的是为了解决上述技术问题，并提供一种长螺旋钻孔设备及其可伸缩钻头。
本实用新型具体采用的技术方案如下：
一种长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头，其包括钻头主体部分和若干活动翼，所述活动翼均通过弹簧铰链铰接固定于钻头主体部分上，能绕铰接轴转动；每片所述活动翼在其旋转角度范围内由下极限位置旋转至上极限位置过程中，可伸缩钻头的等效钻头半径逐渐增大从而由收缩状态转变至展开状态；所述活动翼位于上极限位置时，所有活动翼的顶面处于同一平面上，共同构成用于支顶外部管桩的支撑面；所述钻头主体部分中设有竖向贯通的桩底注浆孔和横向布置的第一桩侧注浆孔段，第一桩侧注浆孔段从桩底注浆孔贯穿至钻头主体部分的侧壁外部，每片活动翼中也布置有横向贯通的第二桩侧注浆孔段；所述活动翼位于上极限位置时，所述第一桩侧注浆孔段和第二桩侧注浆孔段对接贯通，形成整个可伸缩钻头的桩侧注浆孔；所述的可伸缩钻头的侧面和底面均布置有钻齿。
作为优选，所述活动翼位于上极限位置时，所有活动翼的顶面均与钻头主体部分的顶面平齐。
作为优选，所述活动翼等角度均匀布置于钻头主体部分的周向。
作为优选，所述活动翼共4个。
作为优选，所述活动翼在非工作的自然状态下处于收缩状态。
作为优选，所述活动翼位于上极限位置时，活动翼上的钻齿相对于其侧壁向外突出。
作为优选，所述钻头主体部分中设有旋转驱动机构，用于控制所述活动翼的旋转。
本实用新型的另一目的在于提供一种带有上述任一方案所述可伸缩钻头的长螺旋钻孔设备，其包括螺旋钻杆和所述的可伸缩钻头；所述螺旋钻杆固定于钻头主体部分顶部，且螺旋钻杆中的中心注浆通道与钻头主体部分中的桩底注浆孔对接连通。
作为优选，所述的螺旋钻杆与可伸缩钻头同轴布置。
作为优选，所述螺旋钻杆顶部设有钻杆动力头。
本实用新型所提供的长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头，在已有全套管长螺旋钻机的基础上进行改进，主要包括钻头出浆孔的设计，钻头压入和回收的弹簧铰接结构设计等，使其通过活动翼伸缩和展开状态的自由切换，能够在压灌水泥浆后实现钻头钻进和抽离地基。该种可伸缩钻头尤其适用于全套管长螺旋钻孔灌注桩钻孔和压灌混凝土的施工，可方便地实现钻孔和注浆工序，大大提高预制薄壁管桩的桩侧摩阻力和端阻力，提高桩基承载力。
附图说明
图1为一种长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头的结构示意图；
图2为可伸缩钻头处于收缩(a)和展开(b)状态的示意图；
图3为一种长螺旋钻孔设备的结构示意图；
图中附图标记为：钻杆动力头1、螺旋钻杆2、可伸缩钻头3、薄壁管桩5、弹簧铰链6、活动翼7、钻齿8、桩侧注浆孔9、桩底注浆孔10。
具体实施方式
下面结合附图和实施步骤对本实用新型进一步说明。
如图1所示，在本实用新型的一个较佳实施例中，提供了一种长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头，其包括钻头主体部分和多个活动翼7。钻头主体部分的形式与常规的钻头类似，各活动翼7等角度均匀布置于钻头主体部分的周向，具体数量可以根据实际需要调整，本实施例中示出的活动翼7共4个。
参见图2所示，活动翼7均通过弹簧铰链6铰接固定于钻头主体部分上，能绕铰接轴转动。每片活动翼7采用五边形形状，其绕铰接轴的转动角度有一定限制。为了便于表述，将其在图2中向上最大所能转动到的位置称为上极限位置，向下所能转动到的位置称为下极限位置。参见图2(a)所示，活动翼7处于下极限位置时，其部分内缩于钻头主体部分中，其翼缘末端距离钻头主体部分的中心轴最近，而参见图2(b)所示，处于上极限位置时，其翼缘末端距离钻头主体部分的中心轴最远。由此，在活动翼7旋转角度范围内由下极限位置旋转至上极限位置过程中，可伸缩钻头3的等效钻头半径逐渐增大从而由收缩状态转变至展开状态。此处所说的等效钻头半径是指钻头旋转过程中所能实现的钻孔半径。弹簧铰链6的弹性用于推动活动翼7展开，以便于降低其展开所需的推力。
参见图2(b)所示，活动翼7位于上极限位置时，所有活动翼7的顶面处于同一平面上，共同构成用于支顶外部管桩5的支撑面。外部管桩5的底部可以顶在该支撑面上，实现对可伸缩钻头的辅助下压。同时管桩5的底部开口并没有被支撑面完全封闭，而是留有一定的缝隙4，以便于钻土过程中的土体进入管桩5进而被螺旋钻杆带出底面。因此，在该可伸缩钻头可以灵活的调整其整体尺寸，收缩状态是可以进入管桩中，而展开状态时可以形成供管桩支撑的平面。
另外，在本实施例中，活动翼7的上极限位置限位是由钻头主体部分的顶面实现的，活动翼7转动至上极限位置时，被钻头主体部分的顶面或者与顶面平齐的刚性限位件卡住，阻止其继续向上翻转。因此活动翼7位于上极限位置时，所有活动翼7的顶面均与钻头主体部分的顶面平齐，该做法可以有利于钻孔过程中的土体进入管桩5中。
另外，该钻头主体部分中设有竖向贯通的桩底注浆孔10和横向布置的第一桩侧注浆孔段，第一桩侧注浆孔段从桩底注浆孔10贯穿至钻头主体部分的侧壁外部，每片活动翼7中也布置有横向贯通的第二桩侧注浆孔段。活动翼7位于上极限位置时，第一桩侧注浆孔段和第二桩侧注浆孔段对接贯通，形成整个可伸缩钻头3的桩侧注浆孔9。通过将桩侧注浆孔9设计成两段式，保证了其在伸缩过程中的注浆密封性。
另外，为了保证钻头对土体的开挖性能，可伸缩钻头3的侧面和底面均布置有钻齿8。钻齿8的具体形式和布置位置可以参照常规钻头进行设计。由于本实用新型的侧部钻齿8是设置在活动翼7上的，因此活动翼7位于上极限位置时，活动翼7上的钻齿8相对于其侧壁向外突出，使得其在钻进过程中能够相对于上方的管桩5形成更大的搅动半径，进而是管桩5侧部形成一圈松动的土体，便于管桩5压入地基中，也便于水泥浆等强化材料通过压灌渗入桩侧土中，最终在桩侧形成水泥土强化区。
本实用新型中钻头的伸缩是通过活动翼7来实现的。活动翼7的驱动可以采用被动式控制，也可以采用主动式控制。
当采用被动式控制时，活动翼7在非工作的自然状态下，在自身重力作用下克服弹簧铰链6的作用下处于收缩状态，即等效钻头半径最小的状态，此时如图2(a)所示其能够顺利进入管桩中；而在工作状态其钻土过程中土体对其活动翼7产生向上翻转的扭矩，因此活动翼7被推动至上极限位置，进而形成展开状态进行钻孔作业，此时如图2(b)；当作业完毕需要将钻头重新上提时，相对不动的管桩底部会对活动翼7产生向下翻转的扭矩，此时如图1所示，因此活动翼7被推动至下极限位置，进而重新回到收缩状态进入管桩中。
当采用主动式控制时，钻头主体部分中设有旋转驱动机构，用于控制活动翼7的旋转。旋转驱动机构可以采用电机等形式，控制端可以通过有线或无线形式连接后置于地面上，以便于操控。
参见图3所示，基于该可伸缩钻头可以进一步提供一种长螺旋钻孔设备，其包括螺旋钻杆2和图1所示的可伸缩钻头3。螺旋钻杆2固定于钻头主体部分顶部，且螺旋钻杆2中的中心注浆通道与钻头主体部分中的桩底注浆孔10对接连通。螺旋钻杆2与可伸缩钻头3同轴布置，以便于传力和保持稳定性。另外，螺旋钻杆2顶部设有钻杆动力头1，用于对钻杆施加下压力。钻杆动力头1可为长螺旋钻杆2提供钻进和旋转动力，结合可伸缩钻头3可在地基土中成孔。管桩5取代传统全套管长螺旋钻孔灌注桩中的钢套管，同时通过另外的动力头可为管桩5提供旋转动力和压力，也可控制管桩5的位置，使管桩5到达地基预定位置。可伸缩钻头3的完全伸展时的钻孔直径略大于管桩5的外径，可保证管桩5能够轻松压入地基土中，同时可在桩侧土预留灌浆空间，在管桩5到达低级预定位置时，通过可伸缩钻头3中心孔压灌水泥浆等强化材料，增大桩侧和桩端土阻力，从而提高桩基承载力。可伸缩钻头3完全收缩时的最大外径小于管桩5的内径，保证钻头3能够通过管桩中心孔，实现其在地基中的钻进和拔离，最终在地基中形成薄壁管桩-桩侧水泥土-桩端水泥土塞共同承担上部荷载的复合桩基型式。
以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。例如，钻头的形状尺寸、注浆孔的形式等可以根据实际工程要求进行改变。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头，其特征在于，包括钻头主体部分和若干活动翼(7)，所述活动翼(7)均通过弹簧铰链(6)铰接固定于钻头主体部分上，能绕铰接轴转动；每片所述活动翼(7)在其旋转角度范围内由下极限位置旋转至上极限位置过程中，可伸缩钻头(3)的等效钻头半径逐渐增大从而由收缩状态转变至展开状态；所述活动翼(7)位于上极限位置时，所有活动翼(7)的顶面处于同一平面上，共同构成用于支顶外部管桩的支撑面；所述钻头主体部分中设有竖向贯通的桩底注浆孔(10)和横向布置的第一桩侧注浆孔段，第一桩侧注浆孔段从桩底注浆孔(10)贯穿至钻头主体部分的侧壁外部，每片活动翼(7)中也布置有横向贯通的第二桩侧注浆孔段；所述活动翼(7)位于上极限位置时，所述第一桩侧注浆孔段和第二桩侧注浆孔段对接贯通，形成整个可伸缩钻头(3)的桩侧注浆孔(9)；所述的可伸缩钻头(3)的侧面和底面均布置有钻齿(8)。
2.如权利要求1所述的长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头，其特征在于，所述活动翼(7)位于上极限位置时，所有活动翼(7)的顶面均与钻头主体部分的顶面平齐。
3.如权利要求1所述的长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头，其特征在于，所述活动翼(7)等角度均匀布置于钻头主体部分的周向。
4.如权利要求3所述的长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头，其特征在于，所述活动翼(7)共4个。
5.如权利要求1所述的长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头，其特征在于，所述活动翼(7)在非工作的自然状态下处于收缩状态。
6.如权利要求1所述的长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头，其特征在于，所述活动翼(7)位于上极限位置时，活动翼(7)上的钻齿(8)相对于其侧壁向外突出。
7.如权利要求1所述的长螺旋钻孔设备的可伸缩钻头，其特征在于，所述钻头主体部分中设有旋转驱动机构，用于控制所述活动翼(7)的旋转。
8.一种带有如权利要求1～7任一所述可伸缩钻头的长螺旋钻孔设备，其特征在于，包括螺旋钻杆(2)和所述的可伸缩钻头(3)；所述螺旋钻杆(2)固定于钻头主体部分顶部，且螺旋钻杆(2)中的中心注浆通道与钻头主体部分中的桩底注浆孔(10)对接连通。
9.如权利要求8所述的长螺旋钻孔设备，其特征在于，所述的螺旋钻杆(2)与可伸缩钻头(3)同轴布置。
10.如权利要求8所述的长螺旋钻孔设备，其特征在于，所述螺旋钻杆(2)顶部设有钻杆动力头(1)。
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