CN217841523U - 一种微型钢管桩施工钻孔装置及施工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微型钢管桩施工钻孔装置及施工系统，包括潜孔冲击器，潜孔冲击器与导正器同轴连接，导正器的偏心位置处设有连接轴连接轴的端部穿过偏心钻头后与中心钻头的顶面固定，中心钻头与导正器同轴设置，偏心钻头在偏心位置处与连接轴转动连接以使得偏心钻头能够实现与中心钻头同轴和非同轴状态的切换，偏心钻头的底面设有凸块，凸块插入中心钻头顶部设置的限位槽中，本实用新型的钻孔装置结构简单，适用性强。

Description

一种微型钢管桩施工钻孔装置及施工系统

技术领域

本实用新型涉及岩土工程基坑支护与施工技术领域，具体涉及一种微型钢管桩施工钻孔装置及施工系统。

背景技术

这里的陈述仅提供与本实用新型相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

微型钢管桩在沉桩过程中，会受地质构造、水文地质情况以及岩土层性质等因素影响；此外钻进工艺也会造成一定程度的影响，比如钻进速度快导致断钻、泵压过大导致憋泵，尤其是预钻孔导致孔壁坍塌等问题不胜枚举。针对结构松散、不均匀的深厚杂填土地层，目前常用施工方法是采用旋挖钻机成孔沉桩，但成孔过程中易发生不均匀沉降，钻机倾斜，甚至会出现孔壁坍塌、扩孔现象，使得钻进沉桩不能正常进行，延误工期，增加工程成本；另外场地周边环境复杂、施工场地狭小等因素也不容忽视。

专利申请CN109930993A公开了一种卵石地层管井降水成井装置及施工方法，采用上述装置和施工方法进行微型管桩施工能够有效解决目前微型管桩施工所存在的问题，但发明人发现，其扩孔钻具采用分瓣结构，通过液压杆的伸缩来实现钻头的扩张和收拢，结构复杂，需要配置额外的液压油供给系统，而且液压杆容易被岩体损坏，使得整个装置适用性受限。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供了一种微型钢管桩施工钻孔装置，结构简单，且不易损坏。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型的实施例提供了一种微型钢管桩施工钻孔装置，包括潜孔冲击器，潜孔冲击器与导正器同轴连接，导正器的偏心位置处设有连接轴连接轴的端部穿过偏心钻头后与中心钻头的顶面固定，中心钻头与导正器同轴设置，偏心钻头在偏心位置处与连接轴转动连接以使得偏心钻头能够实现与中心钻头同轴和非同轴状态的切换，偏心钻头的底面设有凸块，凸块插入中心钻头顶部设置的限位槽中。

可选的，所述限位槽采用扇形槽，扇形槽的圆心位于连接轴的轴线。

可选的，所述扇形槽的角度为90°。

可选的，所述凸块采用长方体块。

可选的，所述中心钻头包括钻头本体，钻头本体的底面设置有多个半球状凸起。

可选的，所述偏心钻头包括钻头本体，钻头本体底部侧面设置有半球状凸起。

可选的，所述导正器的顶部设有环状凸台。

第二方面，本实用新型的实施例提供了一种微型钢管桩施工系统，包括第一方面所述的微型钢管桩施工钻孔装置，还包括地质钻机，地质钻机与钻杆的一端连接，钻杆的另一端能够与导正器连接。

可选的，还包括桩靴，桩靴包括直径较大的第一桩靴部和直径较小的第二桩靴部，第一桩靴部和第二桩靴部内部设有与导正器匹配的通道，第二桩靴部的外径与微型钢管桩的内径相匹配，第一桩靴部的外径与微型钢管桩的外径相匹配。

可选的，还包括管端旋压扩口机，用于对微型钢管桩的顶端进行扩口。

上述本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型的钻孔装置，具有偏心钻头，偏心钻头与连接轴转动连接，使用时，能够使得偏心钻头与中心钻头脱离同轴状态，在限位槽、凸块以及钻孔孔壁的作用下，偏心钻头能够实现扩孔，整个钻孔装置扩孔时无需设置额外的液压杆，只需要设置中心钻头和偏心钻头，结构简单，无需设置额外的液压油供给系统，而且土体产生的作用力通过凸块作用于中心钻头，中心钻头相对于液压杆来说承载能力强，因此钻孔装置适用于较硬岩土的钻孔，适用性更强。

2.本实用新型的钻孔装置，具有管端旋压扩口机，能够对微型钢管桩的顶端进行扩孔，相邻两个微型钢管桩采用承插连接，大幅度增强了两根桩连接后整体的受力性能，同时有效提高了接桩的效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本实用新型实施例1整体结构示意图一；

图2是本实用新型实施例1整体结构示意图二；

图3是本实用新型实施例1中心钻头和偏心钻头装配示意图；

图4是本实用新型实施例1中心钻头和偏心钻头装配爆炸示意图；

图5是本实用新型实施例1连接轴与中心钻头装配示意图；

图6是本实用新型实施例2整体结构示意图；

图7是本实用新型实施例2桩靴结构示意图；

图8是本实用新型实施例2桩靴与微型钢管桩配合示意图；

图9是本实用新型实施例2使用时接桩示意图；

其中，1.潜孔冲击器，2.导正器，3.连接轴，4.中心钻头，5.偏心钻头，6. 凸块，7.限位槽，8.地质钻机，9.钻杆，10.桩靴，11.微型钢管桩，12.扩口段， 13.环状凸台，14.高压输气系统。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种微型钢管桩施工钻孔装置，如图1-图2所示，包括潜孔冲击器1，潜孔冲击器1与导正器2连接，且潜孔冲击器1与导正器2同轴设置，潜孔冲击器1和导正器2采用现有结构即可，其具体结构在此不进行详细叙述。

潜孔冲击器1是一个能产生冲击作用的气功装置。

所述导正器2的偏心位置处设置有连接轴3，连接轴3的顶端与导正器2的偏心位置处固定连接，连接轴3的轴线与导正器2的轴线平行，连接轴3的底端与中心钻头4的偏心位置处固定连接，中心钻头4与导正器2同轴设置，导正器 2能够将转动通过连接轴3传递给中心钻头4，使得中心钻头4绕自身轴线转动。

中心钻头4包括钻头本体，钻头本体采用圆柱状结构，钻头本体的底端设置有多个半球状的凸起，中心钻头绕自身轴线转动，能够进行钻孔。

中心钻头4的上方设置有偏心钻头5，连接轴3在偏心钻头5的偏心位置处穿过偏心钻头5，且偏心钻头5与连接轴3转动连接，偏心钻头5绕连接轴3转动，能够实现偏心钻头5与中心钻头4同轴和非同轴状态的切换，当偏心钻头5 与中心钻头4非同轴设置时，能够对中心钻头4钻出的钻孔进行扩孔。

偏心钻头5底端与中心钻头4接触，顶端与导正器3接触，进而实现了偏心钻头5在轴线方向的限位。

偏心钻头5包括圆柱状的钻头本体，钻头本体外柱面的底部设置有半球状的凸起，用于进行扩孔。

如图3-图5所示，所述偏心钻头5的底面设置有凸块6，凸块6伸入中心钻头4顶面开设的限位槽7中。凸块6采用长方体块。

所述限位槽7采用扇形槽，扇形槽的圆心角为90°，扇形槽的圆心位于连接轴3的轴线上。

所述扇形槽包括底部槽面和三个侧部槽面，使用时，旋转偏心钻头5，使得偏心钻头6与中心钻头4非同轴设置，且偏心钻头5的凸块6与扇形槽的一侧侧部槽面接触，对偏心钻头5的转动角度进行限位。

导正器2随潜孔冲击器3做沿自身轴线方向的转动，由于偏心钻头5与中心钻头4非同轴设置，因此在转动过程中，偏心钻头5起到了扩孔作用，偏心钻头 5在转动过程中，受到孔壁和扇形槽槽面的作用力，两者方向相反，使得偏心钻头5能够在工作过程中保持偏心状态，实现扩孔作用。

本实施例的整个钻孔装置扩孔时无需设置额外的液压杆，只需要设置中心钻头4和偏心钻头5，结构简单，无需设置额外的液压油供给系统，而且土体产生的作用力通过凸块作用于中心钻头4，中心钻头相对于液压杆来说承载能力强，因此钻孔装置适用于较硬岩土的钻孔，适用性更强，使用寿命长。

实施例2

本实施例提供了一种微型管桩施工系统，如图6所示，包括实施例1所述的微型钢管桩施工钻孔装置，还包括地质钻机8和钻杆9，地质钻机8和钻杆9采用现有设备即可，其具体结构在此不进行详细叙述。

地质钻机8与钻杆9的一端连接，钻杆9的另一端能够同轴螺纹连接潜孔冲击器1。钻杆9是连接潜孔冲击器1与压风管路，用以传递动力的杆件。

如图7所示，还包括桩靴10，桩靴10包括直径较大的第一桩靴部和直径较小的第二桩靴部，第一桩靴部和第二桩靴部内部设有与导正器2匹配的通道，第二桩靴部的外径与微型钢管桩11的内径相匹配，第一桩靴部的外径与微型钢管桩的外径相匹配。

如图8所示，使用时，第二桩靴部能够伸入微型钢管桩11内部并与微型钢管桩的内侧面贴合，微型钢管桩11的底端与第一桩靴部的顶端面接触，第一桩靴部与微型钢管桩外表面交界位置处环向焊接，完成桩靴与微型钢管桩的固定。

还包括管端旋压扩口机，用于对微型钢管桩的顶端进行扩口，形成扩口段12，使得相邻两个微型钢管桩11采用承插连接，大幅度增强了两根桩连接后整体的受力性能，同时有效提高了接桩的效率。

所述导正器2的顶端设置有环向凸台13，环向凸台13与第二桩靴部相匹配，能够与第二桩靴部的顶面接触，从而实现在微型钢管桩11内的定位固定。

本实施例的施工系统的工作方法为，待施工的微型钢管桩11采用工程中常用的无缝钢管，规格为直径146mm、168mm、194mm，壁厚5-8mm，微型钢管桩桩身底部和桩靴焊接，本实施例中，微型钢管桩11直径为146mm，壁厚为5mm。

相应的，第二桩靴部的外径为136mm，壁厚为5mm，第二桩靴部的长度为70mm 即与微型钢管桩的搭接段长70mm。第一桩靴部的外径为146mm，壁厚为10mm，长度为60mm。桩靴9安装于首根微型钢管桩11桩身底部，将第二桩靴部型微型桩桩身底部，并环向焊接牢固。根据微型钢管桩11的规格，可调整桩靴10的尺寸。

施工方法的具体步骤为：

步骤1：整平场地，根据施工图进行放线，确定微型钢管桩11的桩位；

步骤2：根据微型钢管桩11的直径、壁厚、长度，提前制作桩靴10。

步骤3：将桩靴10装于首根微型钢管桩11的桩身底部，安装方式为将第二桩靴部插入微型钢管桩11内部，在第一桩靴部和微型钢管桩11底部的交界处进行换向焊接固定。

步骤4：将首根微型钢管桩11的桩身顶部通过管端旋压扩口机进行扩口，形成扩口段12，扩口段12长度为50mm，扩口后扩口段12内径为146mm，外径为 156mm。

步骤5：将地质钻机8就位，抬高并倾斜钻杆9，钻杆9直径为90mm，钻杆 9下部螺纹连接潜孔冲击器1，旋转偏心钻头5，使得偏心钻头5与中心钻头4 同轴，将钻孔装置从已安装桩靴10的微型钢管桩11顶端伸入，从桩底伸出，导向器2的环状凸台13与桩靴10的第二桩靴部顶面接触，卡紧受力，卡紧后，转动偏心钻头5，使得偏心钻头5与中心钻头4非同轴设置且偏心钻头5的凸块6 与扇形槽的侧部槽面接触，微型钢管桩11与钻孔装置连接成一体。

步骤6：降低钻杆9高度，使得微型钢管桩11、钻孔装置保持垂直于桩位，微型钢管桩11的垂直度不大于1％。

步骤7：开始沉桩，潜孔冲击器1击打入土层，通过导正器2上的环状凸台 13将桩靴10竖向卡紧施力，将微型钢管桩11压入土层。

具体沉桩原理为：

以压缩的空气、钻孔装置和微型钢管桩11自重作为动力，跟管钻孔装置在潜孔冲击器1和地质钻机8扭矩作用下进行冲击、回转、钻进，潜孔冲击器1钻进的基本工作过程，是在静压力(钻压)、冲击力和回转力三种力作用下碎岩的。其钻压的主要作用是为保证钻头齿能与岩石紧密接触，克服冲击器及钻头的反弹力，以便有效地传递来自冲击器的冲击功。

偏心钻头5工作时，由地质钻机8提供回转扭矩及推进动力。正常钻进过程中，由高压输气系统14提供的压气，高压输气系统能够输出设定压力的气体，气体经地质钻机8、钻杆9进入潜孔冲击器1使其工作，潜孔冲击器1的活塞冲击导正器2，导正器2将冲击波和钻压传递给偏心钻头5和中心钻头4，破碎孔底岩土层。同时地质钻机8带动钻杆9回转,钻杆9将回转扭矩传递给潜孔冲击器1，带动导正器2转动，进而带动中心钻头4和偏心钻头5转动，进行钻孔。

导正器2转动前偏心钻头5预先手动偏心，即偏心钻头5凸块6由中心钻头 4扇形槽的A端转动到B端后被限位，中心钻头4和偏心钻头5同时随导正器2 旋转。偏心钻头5钻出的孔径大于微型钢管桩11的最大外径，使微型钢管桩11 不受孔底岩土层的阻碍而跟进。微型钢管桩11的重力大于地层对微型钢管桩11 外壁的摩擦阻力时，微型钢管桩11以自重跟进；当微型钢管桩11外壁的摩擦阻力超过微型钢管桩11的重力时，跟钻孔装置继续向前破碎岩土层，直到导正器2 上的环状凸台13与桩靴10接触，此时，导正器2将钻压和冲击波部分传给桩靴 10，迫使桩靴10带动微型钢管桩11与钻孔装置同步跟进，避免已钻孔段发生孔壁坍塌。导正器2表面开有吹岩屑的气孔，也有使孔底岩屑能够排出的气槽。大部分压缩空气经冲击器作功后通过导正器2中心孔、偏心钻头5和中心钻头4达到孔底，冲刷已被破碎或松散的孔底岩石、冷却钻头。打孔携带岩粉经中心钻头 4、导正器2的排粉槽进入微型钢管桩11与潜孔冲击器1、钻杆9的环状空间被高速上返的气流或泡沫排出孔外。冲击和排渣的过程中，转动和推进同步进行，潜孔冲击器会在钻杆的带动下进行整体的转动，偏心钻头6随转动的过程完成扩孔。

将首根微型钢管桩11桩身打入土层一定深度后，桩身露出地面约0.5m，开始接桩。

步骤8：如图9所示，第二根微型钢管桩11一端加工为桩身扩口段12，将第二根同规格微型钢管桩11的桩身未扩口端插入首根微型钢管桩11的桩身扩口段12后，环相焊接外壁连接处，使其保持相同的垂直度并紧密连接后，继续沉桩。

步骤9：重复7、8中的步骤，直至微型钢管桩满足设计桩长后，使旋转潜孔冲击器上的偏心钻头使其收拢居中，并拔出钻杆和钻孔装置。

偏心钻头5收拢居中的具体方法为：

钻进结束时，先进行清孔，将孔底残渣吹尽，然后停止回转，把中心钻头4 和偏心钻头5缓缓向上提，提升力的大小以刚好能提动钻头为合适，提升高度以偏心钻头5顶端与桩靴10底端接触为止。然后慢速反钻钻具，同时缓慢向上试提，偏心钻头5依靠钻具回转的惯性力和桩靴10及桩周土体的摩擦力，使偏心钻头5凸块6由中心钻头4扇形槽的B端转动到A端。当观察到钻孔装置可以顺利提升时，表明偏心钻头5已完成收拢，这时按照常规方法提升钻杆9和钻孔装置，直至全部提出。在反转钻孔装置时，应小心操作，防止钻孔装置脱落。

采用此种收拢方式方便快捷。

步骤10：从桩顶下放注浆管，注入水泥浆，水泥采用复合硅酸盐32.5级，注浆液由稀到稠(水灰比0.8～0.5)。完成一次、二次压力注浆后，即为完成一根完整的微型钢管桩的施工过程。

步骤11：重复步骤2-步骤10，进行下一根微型钢管桩的施工。

采用此种施工方法，确保在高效快速接桩的基础上，实现深厚杂填土等不均匀地层的钻孔沉桩，避免孔壁坍塌、扩孔等问题发生，降低对下覆岩土层及周围建(构)筑物的扰动，施工便捷安全，能够提升施工进度。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种微型钢管桩施工钻孔装置，包括潜孔冲击器，潜孔冲击器与导正器同轴连接，其特征在于，导正器的偏心位置处设有连接轴，连接轴的端部穿过偏心钻头后与中心钻头的顶面固定，中心钻头与导正器同轴设置，偏心钻头在偏心位置处与连接轴转动连接以使得偏心钻头能够实现与中心钻头同轴和非同轴状态的切换，偏心钻头的底面设有凸块，凸块插入中心钻头顶部设置的限位槽中。

2.如权利要求1所述的一种微型钢管桩施工钻孔装置，其特征在于，所述限位槽采用扇形槽，扇形槽的圆心位于连接轴的轴线。

3.如权利要求2所述的一种微型钢管桩施工钻孔装置，其特征在于，所述扇形槽的角度为90°。

4.如权利要求1所述的一种微型钢管桩施工钻孔装置，其特征在于，所述凸块采用长方体块。

5.如权利要求1所述的一种微型钢管桩施工钻孔装置，其特征在于，所述中心钻头包括钻头本体，钻头本体的底面设置有多个半球状凸起。

6.如权利要求1所述的一种微型钢管桩施工钻孔装置，其特征在于，所述偏心钻头包括钻头本体，钻头本体底部侧面设置有半球状凸起。

7.如权利要求1所述的一种微型钢管桩施工钻孔装置，其特征在于，所述导正器的顶部设有环状凸台。

8.一种微型钢管桩施工系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的微型钢管桩施工钻孔装置，还包括地质钻机和钻杆，地质钻机与钻杆的一端连接，钻杆的另一端能够与导正器连接。

9.如权利要求8所述的一种微型钢管桩施工系统，其特征在于，还包括桩靴，桩靴包括直径较大的第一桩靴部和直径较小的第二桩靴部，第一桩靴部和第二桩靴部内部设有与导正器匹配的通道，第二桩靴部的外径与微型钢管桩的内径相匹配，第一桩靴部的外径与微型钢管桩的外径相匹配。

10.如权利要求8所述的一种微型钢管桩施工系统，其特征在于，还包括管端旋压扩口机，用于对微型钢管桩的顶端进行扩口。

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