CN218437006U - 自钻式高压旋喷桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于岩土工程锚固支护技术领域。一种自钻式高压旋喷桩，包括中空锚杆体、钻头、连接套、居中器和后垫板，至少两中空锚杆体同轴设置；钻头设置在位于前端的中空锚杆体的端部；连接套设置在相邻两中空锚杆体之间，连接套的内壁设置有内螺纹，中空锚杆体的外壁设置有与内螺纹匹配啮合的外螺纹；居中器套设在中空锚杆体上，居中器包括支撑套和呈圆周分布在支撑套的外壁上的多个支脚；后垫板套设在位于后端的中空锚杆体上，在后垫板后侧的中空锚杆体上还设置有固紧螺母。本申请可以实现高压旋喷的产品和高压注浆工艺的结合，在遇到有卵石、碎石或需打穿薄层岩石的地层中的施工，可打穿这些地层实现钻进，提高了设备的实用性和应用效果。

Description

自钻式高压旋喷桩

技术领域

本实用新型属于岩土工程锚固支护技术领域，具体涉及一种自钻式高压旋喷桩。

背景技术

在岩土工程中，尤其是涉及到基坑工程，为防止建筑物沉降或基坑开挖中地基鼓起，往往会垂直往下打入桩，该桩与周围岩土体粘接在一起，起到连锁作用，可防止地基或基础的过度变形，保证建筑物的安全。

常用的桩基形式有灌注桩和旋喷桩。灌注桩一般采用先用钻机钻孔，然后放入钢筋笼，然后再注浆的形式，由于钻进后需拔出钻杆，当遇到特别易塌孔的砂卵石层或杂填土层，则需采用护壁的方法施工，在这些地层中施工成本高、施工效率低且无法保证桩的质量，另外其采用重力注浆的方式注浆，注浆密实度及对孔的填充程度也较差。

旋喷桩常采用先钻孔然后放入钻杆或直接钻进到预定位置，然后通入高压水泥浆边旋喷边拔出钻杆，钻杆拔出后形成锚固体；其通入高压水泥浆，水泥浆从钻头喷嘴处喷出可切削土层，尤其适用于淤泥、砂土、人工填土及有少量碎石的地层，可解决塌孔问题；但旋喷桩施工只能平稳钻进、不能冲击，在遇到有卵石、碎石或需打穿薄层岩石的地层，需要旋转冲击钻进时，其钻杆及各处接头无法承受恶劣的施工条件，无法完成有效密封。

为解决以上问题，产生了自钻式微型桩，自钻式微型桩可一次完整钻进注浆锚固，无需拔出，其可解决塌孔问题、也可解决在遇到有卵石、碎石或需打穿薄层岩石的地层中的施工，但其同样存在在旋转冲击钻进时无法高压密封，往往只能实现约1MPa左右的密封，故其成桩直径往往较小，如需实现满足需要的大的成桩直径则需要用直径更大的锚杆、规格更大的钻机，其成本会非常高。

综上所述，在遇到有卵石、碎石或许打穿薄层岩石的地层：灌注桩需采取相应的护壁措施，且其注浆密实度及填充度较差；旋喷桩无法钻进或钻进时需冲击而无法有效密封进而无法施工；自钻式微型桩要形成所需桩径，需采用更大直径的锚杆和规格更大的钻机，其成本非常高。因此，有必要针对桩基钻进设备的结构进行进一步的优化。

发明内容

本实用新型目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种自钻式高压旋喷桩，其结构设计合理，可以实现高压旋喷的产品和高压注浆工艺的结合，在遇到有卵石、碎石或需打穿薄层岩石的地层中的施工，可打穿这些地层实现钻进，提高了设备的实用性和应用效果。

为实现上述目的，所采取的技术方案是：

一种自钻式高压旋喷桩，包括：

中空锚杆体，至少两所述中空锚杆体同轴设置；

钻头，所述钻头设置在位于前端的所述中空锚杆体的端部；

连接套，其设置在相邻两所述中空锚杆体之间，所述连接套的内壁设置有内螺纹，所述中空锚杆体的外壁设置有与连接套上的内螺纹匹配啮合的外螺纹；

居中器，其套设在所述中空锚杆体上，所述居中器包括支撑套和呈圆周分布在所述支撑套的外壁上的多个支脚；以及

后垫板，其套设在位于后端的所述中空锚杆体上，在所述后垫板后侧的所述中空锚杆体上还设置有固紧螺母；

相邻两所述中空锚杆体之间、钻头与对应的中空锚杆体之间均设置有密封单元，所述密封单元包括：

密封块，所述密封块的外壁上设置有外螺纹，所述密封块中部设置有中心通孔；

密封槽，在所述密封块的两端部均设置有环形密封槽；以及

密封圈，在各所述密封槽内均布设有密封圈。

根据本实用新型自钻式高压旋喷桩，优选地，所述密封圈粘接在所述密封槽内。

根据本实用新型自钻式高压旋喷桩，优选地，所述钻头的中心孔包括螺纹连接孔和沉孔，所述沉孔和螺纹连接孔之间形成限位台肩，所述钻头与中空锚杆体之间的密封块与所述限位台肩匹配贴合。

根据本实用新型自钻式高压旋喷桩，优选地，所述连接套的内壁上设置有限位环；在轴线方向上，所述限位环偏离所述连接套的中心1/2L，其中L为密封块的长度。

根据本实用新型自钻式高压旋喷桩，优选地，所述连接套两端的外壁设置有倒角。

根据本实用新型自钻式高压旋喷桩，优选地，所述中空锚杆体的外壁上设置有全长螺纹。

根据本实用新型自钻式高压旋喷桩，优选地，所述居中器的中部为光滑的圆孔或螺纹孔，钻进过程中，所述居中器顶撑在位于后侧的连接套上。

根据本实用新型自钻式高压旋喷桩，优选地，还包括喷嘴，在所述钻头的各出浆孔上均对应装配有喷嘴。

根据本实用新型自钻式高压旋喷桩，优选地，所述喷嘴包括螺栓本体和开设在所述螺栓本体上的浆液通孔，所述钻头上的出浆孔内壁上开设有与螺栓本体匹配啮合的内螺纹。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本发明可以实现高压旋喷的产品和高压注浆工艺的有效结合，在遇到有卵石、碎石或需打穿薄层岩石的地层中的施工，可打穿这些地层实现钻进，同时可通过高压旋喷实现扩大孔径。

本申请能够采用较小直径的钻头及杆体可获得数倍直径的锚固体，进而降低单位锚固力下的成本。本申请的锚固体为包裹本申请的自钻式高压旋喷桩的水泥浆体，其和周围土体粘接在一起，锚固体直径越大则锚固力越大，因此，同样规格的产品其形成锚固体直径越大，则综合成本就会越低。本申请能够充分利用其结构和工艺特点，实现锚固的作用。

本申请采用高压旋喷施工，可冲刷掉孔内松软土层并将其冲出钻孔，则孔壁形状更不规则，在形成较大锚固体的同时也会增加孔壁的表面积，实现更大的锚固力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下文中将对本实用新型实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本实用新型的一些实施例，而非将本实用新型的全部实施例限制于此。

图1为本实用新型实施例的自钻式高压旋喷桩的正视结构示意图。

图2为图1中A-A向的剖视结构示意图。

图3为本实用新型实施例的自钻式高压旋喷桩的立体结构示意图。

图4为本实用新型实施例的钻头的结构示意图。

图5为本实用新型实施例的连接套的结构示意图。

图6为本实用新型实施例的密封块的结构示意图。

图7为本实用新型实施例的拆掉钻机时单根中空锚固杆体与钻头的连接结构示意图。

图8为本实用新型实施例的拆掉钻机时两根中空锚固杆体与钻头的连接结构示意图。

图9为本实用新型实施例的中空锚固杆体不断加长的结构示意图。

图中序号：

100为中空锚杆体；

200为钻头、201为螺纹连接孔、202为沉孔、203为限位台肩、204为喷嘴、205为出浆孔；

300为连接套、301为倒角、302为限位环；

400为居中器、401为支撑套、402为支脚；

500为后垫板、501为固紧螺母；

601为密封块、602为密封槽、603为中心通孔、604为密封圈。

具体实施方式

下文中将结合本实用新型具体实施例的附图，对本实用新型实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本实用新型使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

应注意到，当一个元件与另一元件存在“连接”、“耦合”或者“相连”的表述时，可以意味着其直接连接、耦合或相连，但应当理解的是，二者之间可能存在中间元件；即涵盖了直接连接和间接连接的位置关系。

应当注意到，使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

应注意到，“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语，仅用于表示相对位置关系，其是为了便于描述本实用新型，而不是所指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；当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应的改变。

参见图1-图9，本申请公开了一种自钻式高压旋喷桩，包括中空锚杆体100、钻头200、连接套300、居中器400和后垫板500，至少两所述中空锚杆体100同轴设置；钻头200设置在位于前端的所述中空锚杆体100的端部，用于钻进作业，中空锚杆体100的外壁上设置有全长螺纹；连接套300设置在相邻两所述中空锚杆体100之间，所述连接套300的内壁设置有内螺纹，中空锚杆体100的外壁设置有与连接套的内螺纹匹配啮合的外螺纹，通过内螺纹和外螺纹的啮合，由连接条实现了相邻两中空锚杆体的同轴连接；居中器400套设在所述中空锚杆体100上，居中器400包括支撑套401和呈圆周分布在所述支撑套401的外壁上的多个支脚402，本实施例的附图中示出了在连接套前侧的中空锚杆体上套设一个居中器的结构，实现了间隔分布设置居中器的结构形式，其中，居中器400的中部为光滑的圆孔或螺纹孔，钻进过程中，所述居中器400顶撑在位于后侧的连接套300上。

进一步地，本申请的后垫板500套设在位于后端的所述中空锚杆体100上，在后垫板500后侧的中空锚杆体100上还设置有固紧螺母501；相邻两中空锚杆体100之间、钻头200与对应的中空锚杆体100之间均设置有密封单元，密封单元包括密封块601、密封槽602和密封圈604，密封块601的外壁上设置有外螺纹，密封块601中部设置有中心通孔603；在密封块601的两端部均设置有环形密封槽602；在各密封槽602内均布设有密封圈604，密封圈604粘接在密封槽602内。

上述结构中，中空锚杆体由钢管加工而成，其全长有外螺纹，其端面需平齐且打磨光滑，施工中起到钻杆作用、中空结构可充当注浆杆、施工后留在孔内做加强筋体。

垫板由钢板加工而成，其将建筑物的所受的力传递至桩；固紧螺母为钢制件，采用铸造或机加加工而成，其将垫板固定到中空锚杆体上，并传递垫板所受的力；居中器采用铸造加工而成，其可保证中空锚杆体包裹足够厚的水泥浆。

钻头200的中心孔包括螺纹连接孔201和沉孔202，所述沉孔202和螺纹连接孔201之间形成限位台肩203，所述钻头200与中空锚杆体100之间的密封块601与所述限位台肩203匹配贴合。还包括喷嘴，在所述钻头的各出浆孔上均对应装配有喷嘴，喷嘴包括螺栓本体和开设在所述螺栓本体上的浆液通孔，所述钻头上的出浆孔内壁上开设有与螺栓本体匹配啮合的内螺纹。

连接套300的内壁上设置有限位环302；在轴线方向上，所述限位环302偏离所述连接套300的中心1/2L，其中L为密封块的长度。在密封块旋入连接套后，能够保障密封块处于连接套的中部。本申请还在连接套300两端的外壁设置有倒角301。通过倒角的设置，可以方便在钻进过程中连接套入孔。

本申请的连接套中的密封单元的布置结构为：两个O型密封圈放入密封块的密封槽内并用胶粘接，然后将密封块旋入连接套内，密封块旋到终止端时停止，此时密封块处于连接套中部；连接套为厂家生产的结构，图示结构为其中一种，本发明中密封块形状、密封圈类别等不局限于图示结构。连接套为圆套状结构，外部光滑，内部有和中空锚杆体匹配的内螺纹，外部两端有倒角，目的是施工时连接套便于进入孔内，中部有作为终止端的限位环，该终止端偏向连接套一侧，以保证安装密封块后，密封块处于连接套中部。本实施例中的密封块呈圆环状，其外表面有和杆体一致的外螺纹，可旋合入连接套，外表面螺纹结构的设计是为了使密封块旋入连接套体后轴向居中，起定位作用，其内孔小于或等于中空锚杆体内孔，其两端面设置有密封槽，可放入O型密封圈，O型密封圈可采用胶粘到密封槽内，以防止安装前出现脱落；本实施例的密封圈为普通的密封圈即可。施工时连接套与中空锚杆体旋紧，则中空锚杆体端面会挤压密封块上的O型密封圈，当O型密封圈产生一定变形量后杆体与密封圈接触，该种结构在旋转冲击等恶劣条件下即可实现系统的密封，又可确保力的传递，同时连接套设置的终止端可确保中空锚杆体旋入固定的深度。

本实施例中的钻头与中空锚杆体之间的密封单元的布置结构为：密封块布置于钻头内，2个O型密封圈放入密封块的密封槽内并用胶粘接，然后将密封块旋入钻头体内，密封块旋到终止端时停止，其结构如下图所示。钻头和常见的自钻式钻头类似，其核心在于设置了密封结构，增加了喷嘴，图示结构为其中一种形式，本发明钻头的外形、喷嘴数量、喷嘴结构等均不局限于图示结构。密封块和O型密封圈同连接套中的密封块和O型密封圈相同；喷嘴由螺栓钻孔加工而成，也可使用定制喷嘴，喷嘴孔径可根据注浆压力及成桩直径通过测试获得，本申请仅列举其中一种结构，但不局限于该种结构；该钻头密封原理同连接套的相同，其喷嘴直径小于钻头上设置出浆孔直径，可产生压差增大喷射力度，同时喷嘴也可实现导流。

应用过程中：

1）根据施工处岩土状况及设计成桩直径，根据经验选择合适产品系统和设备，如需成桩直径大则选择压力高的注浆泵，可通过选择不同喷嘴孔径的钻头达到不同的浆液喷射压力，根据岩土状况选用不同类别的钻头，例如砂土层可选择钢制钻头，存在岩石的地层则选择热处理硬化过的钻头或带有合金的钻头，该部分需综合各种情况实施，不进行展开说明；

2）定好孔位及钻机和设备调试好后，取一根中空锚杆体和一个钻头，旋合到一起，然后接钻机，将钻头和中空锚杆体旋紧，由于钻头上设置有密封单元，则旋紧后可实现中空锚杆体和钻头之间的密封；

3）用高压注浆泵通过钻机向中空锚杆体内通入水灰比约1的高压水泥浆，由于中空锚杆体和钻头之间实现了高压密封而不会泄露，故此时高压水泥浆从钻头孔内保持高压状态喷出；

4）通过钻机进行旋转钻进，从钻头喷嘴喷出的高压水泥浆对孔壁进行冲刷，冲掉松软土，并利用水泥浆的压力及浮力将其排除钻孔；当钻进砂土层时，会冲掉孔壁的砂土，形成比钻头直径更大的钻孔；当钻进中遇到卵石、碎石或薄层石头可进行冲击，用钻头将其打穿，同时冲走其中的砂土，留下坚硬的碎石，直到钻进至相应位置；

5）拆掉钻机和中空锚杆体之间的连接，如图7所示；

6）安装居中器、连接套并接下一根中空锚杆体，然后与钻机相连，将中空锚杆体和连接套旋紧，由于连接套内设置有密封结构，则可实现连接套和中空锚杆体之间的高压密封，居中器可确保自钻式高压旋喷桩在孔内居中，以及被水泥浆有效包裹；

7）用高压注浆泵通过钻机向中空锚杆体内通入高压水泥浆，由于中空锚杆体和连接套之间实现了高压密封而不会泄露，故此时高压水泥浆从钻头孔内保持高压状态喷出；

8）通过钻机进行旋转钻进，当钻进中遇到卵石、碎石或薄层石头可进行冲击将其打穿，直到钻进至相应位置；

9）拆掉钻机和中空锚杆体之间的连接，如图8所示；

10）重复6）、7）、8）、9），不断接长杆体，至钻进到锚杆所需深度，如图9所示；

11）根据需要，如果对桩的要求高，可再次向中空锚杆体内注入水泥占比更大的水泥浆，如水灰比0.5；

12）安装螺母和垫板，待水泥浆凝固后则自钻式高压旋喷桩完成施工，螺母和垫板安装方式不局限于图中结构，如图1-图3所示。

以下为现有技术中几种常用的施工方法：

对比例1：灌注桩

灌注桩一般施工方法大致如下：

1）用螺旋钻机或其他钻机在预定位置钻孔；

2）完成钻孔后拔出钻杆；

3）往孔内放入钢筋笼；

4）往孔内灌浆；

当遇到特别易塌孔的砂卵石层或杂填土层，则需采用护壁的方法施工，在这些地层中其成本高、施工效率低且无法保证桩的质量，另外其采用重力注浆的方式注浆，注浆密实度及对孔的填充程度也较差；

对比例2：旋喷桩

旋喷桩一般施工方法大致如下：

1）预先钻孔放入旋喷管，或者旋喷管钻进到预定深度；

2）从孔底开始提拉旋喷管，用高压水泥浆冲刷孔壁，知道旋喷管拔出；

其通入高压水泥浆，水泥浆从钻头喷嘴处喷出可切削土层，尤其适用于淤泥、砂土、人工填土及有少量碎石的地层，可解决塌孔问题；但旋喷桩施工只能平稳钻进、不能冲击，在遇到有卵石、碎石或需打穿薄层岩石的地层，需要旋转冲击钻进时，其钻杆及各处接头无法承受恶劣的施工条件，无法完成有效密封。

对比例3：常规自钻式锚杆

常规自钻式锚杆施工方法和本发明自钻式高压旋喷锚杆安装及施工方法类似，但其采用常压钻进注浆，其各接头处无密封结构，而采用端部直接对接的方式简单密封。

其常压注浆导致形成的锚固体直径往往仅略大于钻头直径，如需获得直径400mm以上的桩则非常困难，需采用更大直径的钻头，更粗的杆体，同时需要更大的设备，其成本很高。

上文已详细描述了用于实现本实用新型的较佳实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本实用新型的范围、适用或构造。本实用新型的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。所属领域的普通技术人员可以在本实用新型的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种自钻式高压旋喷桩，其特征在于，包括：

中空锚杆体，至少两所述中空锚杆体同轴设置；

钻头，所述钻头设置在位于前端的所述中空锚杆体的端部；

连接套，其设置在相邻两所述中空锚杆体之间，所述连接套的内壁设置有内螺纹，所述中空锚杆体的外壁设置有与连接套上的内螺纹匹配啮合的外螺纹；

居中器，其套设在所述中空锚杆体上，所述居中器包括支撑套和呈圆周分布在所述支撑套的外壁上的多个支脚；以及

后垫板，其套设在位于后端的所述中空锚杆体上，在所述后垫板后侧的所述中空锚杆体上还设置有固紧螺母；

相邻两所述中空锚杆体之间、钻头与对应的中空锚杆体之间均设置有密封单元，所述密封单元包括：

密封块，所述密封块的外壁上设置有外螺纹，所述密封块中部设置有中心通孔；

密封槽，在所述密封块的两端部均设置有环形密封槽；以及

密封圈，在各所述密封槽内均布设有密封圈。

2.根据权利要求1所述的自钻式高压旋喷桩，其特征在于，所述密封圈粘接在所述密封槽内。

3.根据权利要求1所述的自钻式高压旋喷桩，其特征在于，所述钻头的中心孔包括螺纹连接孔和沉孔，所述沉孔和螺纹连接孔之间形成限位台肩，所述钻头与中空锚杆体之间的密封块与所述限位台肩匹配贴合。

4.根据权利要求1所述的自钻式高压旋喷桩，其特征在于，所述连接套的内壁上设置有限位环；在轴线方向上，所述限位环偏离所述连接套的中心1/2L，其中L为密封块的长度。

5.根据权利要求1或4所述的自钻式高压旋喷桩，其特征在于，所述连接套两端的外壁设置有倒角。

6.根据权利要求1所述的自钻式高压旋喷桩，其特征在于，所述中空锚杆体的外壁上设置有全长螺纹。

7.根据权利要求1所述的自钻式高压旋喷桩，其特征在于，所述居中器的中部为光滑的圆孔或螺纹孔，钻进过程中，所述居中器顶撑在位于后侧的连接套上。

8.根据权利要求1所述的自钻式高压旋喷桩，其特征在于，还包括喷嘴，在所述钻头的各出浆孔上均对应装配有喷嘴。

9.根据权利要求8所述的自钻式高压旋喷桩，其特征在于，所述喷嘴包括螺栓本体和开设在所述螺栓本体上的浆液通孔，所述钻头上的出浆孔内壁上开设有与螺栓本体匹配啮合的内螺纹。

Images