CN214695602U - 一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置及其桩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置及其桩机，包括挤压扩孔棒件、连接支架和钻头；多个所述挤压扩孔棒件绕所述钻头的中心轴线均匀布置，并通过所述连接支架呈倒喇叭型地固定安装在所述钻头的外部；本实用新型的多个挤压扩孔棒件在砂层孔壁形成一定厚度的圆形凝固硬壳，有效防止砂层孔壁坍塌；在软流泥层的孔壁形成一层厚实的圆形硬层厚壁，产生一定厚度固态粘性孔壁，此时桩孔孔壁的水平控制变形力大于软流泥的水平变形力，从而防止软流泥缩径现象的发生，由此，本实用新型可从本质性杜绝砂层塌孔、软流泥缩径现象的发生，降低旋挖桩施工成本，提高工作效率并保障成桩过程的孔壁安全，避免桩基质量事故。

Description

一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置及其桩机

技术领域

本实用新型涉及一种桩基工程辅助设备，具体涉及一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置及其桩机，属于建筑工程领域。

背景技术

随着城镇化的快速发展，桩基工程增量越来越大，并且难度加大。目前旋挖桩机在国内市场及国际市场桩基施工占有较高的比例，旋挖桩机针对砂层成孔普遍使用的钻头，如图1所示，通过旋转切削和向下轴向压力使孔内岩层弃物卷入钻头内，提升后丢弃于旋挖机地面不影响施工位置。然而，由于地壳运动造成地层非常的复杂，在钻孔过程中常常遇到砂层和软塑、流塑状态的泥层，砂层钻孔时常出现塌孔，软流泥层易发生缩径现象。

目前，为解决砂层塌孔、软流泥层缩径的问题，主要依靠孔内添加设定比重的泥浆支撑井壁，由此来控制塌孔及缩径现象。例如，在砂层时，通过泥浆水位压强挤压孔内井壁预防砂层坍塌，而在纯砂层地层的砂体，当卸载固体水平支撑力后，纯砂层的侧向垮塌力大于泥浆水头的侧壁压力，造成经常性的砂体塌孔，进而造成多起孔内成桩事故；又如，软泥层在泥浆的水压强作用下还能控制孔壁变形，而在流泥层时，在流泥变形力大于泥浆的水压力作用，采用添加设定比重的泥浆无法支撑孔壁的变形，软流泥层内孔壁的缩孔现象经常发生。因此该护壁方法并不能从本质上解决塌孔及缩径现象。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的其中一个目的是提供一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，利用该装置能够有效解决钻孔过程中砂层塌孔、软流泥缩孔的问题；本实用新型的另一个目的是提供一种包含该控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置的桩机。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，包括挤压扩孔棒件、连接支架和钻头；多个所述挤压扩孔棒件绕所述钻头的中心轴线均匀布置，并通过所述连接支架呈倒喇叭型地固定安装在所述钻头的外部。

在一些实施例中，所述挤压扩孔棒件包括棒体，多个所述棒体绕所述钻头的中心轴线均匀布置，并通过所述连接支架呈倒喇叭型地安装在所述钻头的外部。

在一些实施例中，所述挤压扩孔棒件还包括凸体，所述凸体靠近所述棒体的上端地设置在所述棒体的外侧。

在一些实施例中，所述连接支架包括支架体，所述支架体与挤压扩孔棒件的数量相等且对称，并绕所述钻头的中心轴线均匀布置地固定在所述钻头的外部，每一所述支架体包括上支架和下支架，所述上支架连接在所述钻头的上端和所述挤压扩孔棒件的上端之间，并被配置为能够相对于所述钻头的中心轴线径向运动的伸缩结构，所述下支架平行于所述上支架并连接在所述钻头的下端和挤压扩孔棒件的下端之间。

在一些实施例中，所述上支架包括上固定块、第一移位连接杆、第二移位连接杆，所述上固定块固定在所述钻头的上端，所述第一移位连接杆的一端连接所述上固定块，所述第一移位连接杆的另一端上间隔开设多个第一移位孔，所述第二移位连接杆的一端连接在所述挤压扩孔棒件的上端，所述第二移位连接杆的另一端上间隔开设多个第二移位孔，所述第一移位孔的孔径和间距与第二移位孔的孔径和间距完全一致，所述第一移位孔和第二移位孔之间通过销钉连接。

在一些实施例中，所述上固定块上开设相互垂直贯通的第一通孔和第二通孔，所述第一移位连接杆的一端开设与所述第二通孔配合的第三通孔，所述第一移位连接杆的一端插置于所述上固定块的第一通孔内，所述销钉对应插置于第二、第三通孔内。

在一些实施例中，所述下支架包括下固定块和第三连接杆，所述下固定块固定在所述钻头的下端，所述下固定块上开设相互垂直贯通的第四通孔和第五通孔，所述第四通孔的两头呈梯形，所述第三连接杆的一端开设与所述第五通孔配合的第六通孔，所述第三连接杆的一端插置于第四通孔内，所述第五通孔和第六通孔之间通过销钉连接，所述第三连接杆的另一端固定连接所述挤压扩孔棒件的下端。

在一些实施例中，所述棒体采用圆形钢棒，或钢管；所述凸体采用钢制的半圆球。

本发明还提供一种桩机，包括如上述任意实施例中的用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置。

在一些实施例中，所述钻头采用旋挖钻头或长、短螺旋钻具。

本实用新型采用以上技术方案，其具有如下优点：由于砂质、软流泥地层具备一定量颗粒之间的空隙，为压缩提供了变形空间，本实用新型利用该机理设计该用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，包括通过连接支架呈倒喇叭型地固定安装在钻头外部的多个挤压扩孔棒件，多个挤压扩孔棒件随钻头同步转动并下行，多个挤压扩孔棒件通过旋转挤压形式，将钻孔内泥浆、添加剂与孔壁上的砂层进行压力状态下的融合固结，在孔壁上可形成一定厚度的圆形凝固硬壳，有效防止砂层孔壁坍塌；多个挤压扩孔棒件在软流泥层，将软流泥中的水分挤压出来，泥土孔隙被压缩形成固体，由软流泥变固体状态，在软流泥层的孔壁形成一层厚实的圆形硬层厚壁，产生一定厚度固态粘性孔壁，此时钻孔孔壁的水平控制变形力大于软流泥的水平变形力，从而防止软流泥缩径现象的发生，由此，本实用新型可从本质性杜绝砂层塌孔、软流泥缩径现象的发生，降低旋挖桩施工成本，提高工作效率并保障成桩过程的孔壁安全，避免桩基质量事故。

2、本实用新型提供的用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，挤压扩孔棒件通过连接支架固定在钻头的外部，制作安装简单，复杂地层变化应用灵活，挤压扩孔棒件包括棒体和凸体，凸体在旋转挤压过程中在孔壁上形成一条或多条旋转凹槽，完成钻孔后通过混凝土浇筑在桩身外表形成一条或多条凸台，该凸台与桩身周边岩土紧密咬合，极大提高桩身侧摩阻力，桩身侧摩阻值越大，桩身承载力越大，故利用该装置能够提高桩身的承载力，相较于采用原有施工技术的桩体承载力提高20％～40％。

3、本实用新型提供的用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，多个挤压扩孔棒件通过旋转挤压形式，可将孔内多余的部分砂土挤扩在孔内岩体中，减少弃土外运，在孔壁上可形成一定厚度的圆形凝固硬壳，有效防止砂层孔壁坍塌，可一次性进尺并连续旋挖成孔，克服原有施工技术遇到砂层需反复捞砂、进尺效率很低的问题。

综上，本实用新型提供的用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，可有效解决钻孔过程中砂层塌孔、软流泥缩孔的问题，降低工程造价，提高桩身承载力，为地基基础设计节省总工程造价。

附图说明

图1是现有钻头的结构示意图；

图2是本公开一实施例提供的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置的结构示意图；

图3是本公开一实施例提供的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置中的上固定块的三视图；图3a为上固定块的正视图；图3b为上固定块的俯视图；图3c为上固定块的右视图；

图4是本公开一实施例提供的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置中的第一移位连接杆的三视图，图4a为第一移位连接杆的正视图；

图4b为第一移位连接杆的俯视图；图4c为第一移位连接杆的右视图；

图5是本公开一实施例提供的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置中的第二移位连接杆的三视图，图5a为第二移位连接杆的正视图；

图5b为第二移位连接杆的俯视图；图5c为第二移位连接杆的右视图；

图6是本公开一实施例提供的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置中的下固定块的三视图；图6a为下固定块的正视图；图6b为下固定块的俯视图；图6c为下固定块的右视图；

图7是本公开一实施例提供的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置中的第三连接杆的三视图，图7a为第三连接杆的正视图；图7b为第三连接杆的俯视图；图7c为第三连接杆的右视图；

图8是本公开一实施例提供的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置中棒体的结构示意图，图8a为棒体的正视图；图8b为棒体的右视图；

图9是本公开一实施例提供的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置中凸体的三视图，图9a为凸体的正视图；图9b为凸体的俯视图；

图9c为凸体的右视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，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“上”、“下”、“前”、“后”“内”、“外”、“横”、“竖”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系统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，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，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”、“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图2所示，本公开一实施例提供一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，包括挤压扩孔棒件1、连接支架2和钻头3；多个挤压扩孔棒件1绕钻头3的中心轴线均匀布置，并通过连接支架2呈倒喇叭型地固定安装在钻头3的外部。需要说明的是，挤压扩孔棒件1的数量可根据实际需要进行设计，图1中挤压扩孔棒件1的个数为两个，当旋挖成孔孔径超大时，可通过连接支架2在钻头3的外部固定安装三个、四个或五个挤压扩孔棒件1。

在一些示例中，如图2所示，挤压扩孔棒件1包括棒体11和凸体12，多个棒体11绕钻头3的中心轴线均匀布置，并通过连接支架2呈倒喇叭型地安装在钻头3的外部，凸体12靠近棒体11的上端地设置在棒体11的外侧。进行钻孔作业时，挤压扩孔棒件1随钻头3一起下行并同步转动，多个挤压扩孔棒件1向下、向外挤压孔壁，实现扩径，并在孔壁上形成一条或多条旋转凹槽，完成钻孔后通过混凝土浇筑在桩身外表形成一条或多条凸台，该凸台与桩身周边岩土紧密咬合，极大提高桩身侧摩阻力(桩身摩阻力主要计算的是桩身外表与桩周岩土的摩擦阻力)，桩身侧摩阻值越大，桩身承载力越大，故利用该装置能够提高桩身的承载力。

在一些示例中，如图8～9所示，棒体11采用圆形钢棒，当旋挖成孔为超大口径时，可用优质钢管代替钢棒；凸体12采用钢制的半圆球，凸体12可焊接在棒体11的上端。

在一些示例中，如图2所示，连接支架2包括支架体21，支架体21与挤压扩孔棒件1的数量相等，并绕钻头3的中心轴线均匀布置地固定在钻头3的外部，每一支架体21包括上支架211和下支架212，上支架211连接在钻头3的上端和挤压扩孔棒件1的上端之间，并被配置为能够相对于钻头3的中心轴线径向运动的伸缩结构，下支架212平行于上支架211并连接在钻头3的下端和挤压扩孔棒件1的下端之间。由此，可根据需要对上支架211进行径向伸缩调节，进而调整挤扩成孔直径。

在一些示例中，如图2、3～5所示，上支架211包括上固定块2111、第一移位连接杆2112、第二移位连接杆2113，上固定块2111固定在钻头3的上端，第一移位连接杆2112的一端连接上固定块2111，第一移位连接杆2112的另一端上间隔开设多个第一移位孔，第二移位连接杆2113的一端连接在挤压扩孔棒件1的上端，第二移位连接杆2113的另一端上间隔开设多个第二移位孔，第一移位孔的孔径和间距与第二移位孔的孔径和间距完全一致，第一移位孔和第二移位孔之间通过销钉连接。由此，通过调节第一移位连接杆2112和第二移位连接杆2113之间相互配合的第一移位孔和第二移位孔的位置，即可实现上支架211的径向伸缩，进而实现挤扩成孔直径的调整。

在一些示例中，如图3、图4所示，上固定块2111上开设相互垂直贯通的第一通孔和第二通孔，第一移位连接杆2112的一端开设与第二通孔配合的第三通孔，第一移位连接杆2112的一端插置于上固定块2111的第一通孔内，销钉对应插置于第二、第三通孔内，从而将上固定块2111和第一移位连接杆2112连接在一起。

在一些示例中，如图6、图7所示，下支架212包括下固定块2121和第三连接杆2122，下固定块2121固定在钻头3的下端，下固定块2121上开设相互垂直贯通的第四通孔和第五通孔，第四通孔的两头呈梯形，第三连接杆2122的一端开设与第五通孔配合的第六通孔，第三连接杆2122的一端插置于第四通孔内，第五通孔和第六通孔之间通过销钉连接，第三连接杆2122的另一端固定连接挤压扩孔棒件1的下端。

本公开实施例提供的用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置在钻孔作业时，多个挤压扩孔棒件1随钻头3一起转动并下行，钻头3旋转切削地层进尺，多个挤压扩孔棒件1通过旋转并向下轴向压力挤压砂土孔壁实现挤压扩孔。遇到砂层地层时，查看砂层含泥量确定对等比例泥浆比重，遇到纯砂质地层时，在护壁泥浆中添加一定比例的添加剂，钻孔内的泥浆、添加剂与孔壁上的砂层在多个挤压扩孔棒件1旋转挤压形成的压力作用下融合固结，在孔壁上形成一定厚度的圆形凝固硬壳，由于圆形几何受力具备较好的稳定性，一定厚度的圆形凝固硬壳水平支撑力大于卸载固体后砂层垮塌水平力，从而有效防止砂层坍塌。当遇到软流泥层时，多个挤压扩孔棒件1旋转挤压扩径将软泥流的水分挤压出来，泥土孔隙被压缩形成固体，由软流泥变固体状态，在软泥流层的孔壁形成一层厚实的圆形硬层厚壁，产生一定厚度固态粘性孔壁，此时钻孔孔壁的水平控制变形力大于软流泥的水平变形力，从而防止软流泥缩径现象的发生。

另外地，本实用新型还提供一种桩机，包括如上述任意实施例中的用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置。

在一些示例中，钻头3可采用旋挖钻头或长短螺旋钻具等。

最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，其特征在于：包括挤压扩孔棒件、连接支架和钻头；多个所述挤压扩孔棒件绕所述钻头的中心轴线均匀布置，并通过所述连接支架呈倒喇叭型地固定安装在所述钻头的外部。

2.如权利要求1所述的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，其特征在于：所述挤压扩孔棒件包括棒体，多个所述棒体绕所述钻头的中心轴线均匀布置，并通过所述连接支架呈倒喇叭型地安装在所述钻头的外部。

3.如权利要求2所述的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，其特征在于：所述挤压扩孔棒件还包括凸体，所述凸体靠近所述棒体的上端地设置在所述棒体的外侧。

4.如权利要求1至3任一项所述的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，其特征在于：所述连接支架包括支架体，所述支架体与挤压扩孔棒件的数量相等及对称，并绕所述钻头的中心轴线均匀布置地固定在所述钻头的外部，每一所述支架体包括上支架和下支架，所述上支架连接在所述钻头的上端和所述挤压扩孔棒件的上端之间，并被配置为能够相对于所述钻头的中心轴线径向运动的伸缩结构，所述下支架平行于所述上支架并连接在所述钻头的下端和挤压扩孔棒件的下端之间。

5.如权利要求4所述的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，其特征在于：所述上支架包括上固定块、第一移位连接杆、第二移位连接杆，所述上固定块固定在所述钻头的上端，所述第一移位连接杆的一端连接所述上固定块，所述第一移位连接杆的另一端上间隔开设多个第一移位孔，所述第二移位连接杆的一端连接在所述挤压扩孔棒件的上端，所述第二移位连接杆的另一端上间隔开设多个第二移位孔，所述第一移位孔的孔径和间距与第二移位孔的孔径和间距完全一致，所述第一移位孔和第二移位孔之间通过销钉连接。

6.如权利要求5所述的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，其特征在于：所述上固定块上开设相互垂直贯通的第一通孔和第二通孔，所述第一移位连接杆的一端开设与所述第二通孔配合的第三通孔，所述第一移位连接杆的一端插置于所述上固定块的第一通孔内，所述销钉对应插置于第二、第三通孔内。

7.如权利要求4所述的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，其特征在于：所述下支架包括下固定块和第三连接杆，所述下固定块固定在所述钻头的下端，所述下固定块上开设相互垂直贯通的第四通孔和第五通孔，所述第四通孔的两头呈梯形，所述第三连接杆的一端开设与所述第五通孔配合的第六通孔，所述第三连接杆的一端插置于第四通孔内，所述第五通孔和第六通孔之间通过销钉连接，所述第三连接杆的另一端固定连接所述挤压扩孔棒件的下端。

8.如权利要求3所述的一种用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置，其特征在于：所述棒体采用圆形钢棒，或钢管；所述凸体采用钢制的半圆球。

9.一种桩机，其特征在于：包括如权利要求1至7任一项所述的用于控制塌孔提高承载力的挤压扩径装置。

10.如权利要求9所述的一种桩机，其特征在于：所述钻头采用旋挖钻头或长、短螺旋钻具。

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