CN220203805U - 一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及桩基工程技术领域，特别涉及一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，包括钻杆连接套、旋喷组件及钻头；钻杆连接套底部通过转轴与钻筒连接，转轴通过轴承与旋喷组件连接；旋喷组件包括转换板、导水管、导浆管、导水件及导浆件；通过设置高压旋喷钻头，在对钻孔塌孔处进行加固作业时，搭配带钻杆的旋挖钻机及装有水和水泥浆液的高压旋喷机，使转动的高压旋喷钻头伸入钻孔塌孔处，将塌孔土体与旋喷钻头上喷射的水及水泥浆液混合成一定强度的水泥土，并凝固于塌孔处进行加固，以解决现有钢护筒支护、桩周高压旋喷桩加固及泥浆护壁施工存在施工成本高、适应深度短及土层适应范围窄的问题。

Description

一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头

技术领域

本实用新型涉及桩基工程技术领域，特别涉及一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头。

背景技术

桩基作业一般分为成孔和成桩等两部分，在成孔作业过程中，若在地下土层为土质疏松及砂土层的地上进行钻孔时，当钻孔钻挖成形后，钻孔内部部分区域易出现塌孔状况，这不仅影响桩基工程施工进度及质量，还加大了成本投入。面对这一塌孔状况，现有技术一般采用泥浆护壁、钢护筒支护及桩周高压旋喷桩对钻孔内塌孔处加固处理，但泥浆护壁、钢护筒支护及桩周高压旋喷桩等加固方式还存在以下弊端：

(1)泥浆护壁：当钻孔塌孔处的砂层粘结性差及钻孔内的地下水流动性较强时，泥皮与钻孔内壁的砂层无法粘附，且经地下流水作用，会使泥皮与砂层的粘结力进一步降低，从而使泥浆护壁施工效果往往不明显。

(2)钢护筒支护：只适用于距离钻孔口近的浅部塌孔，当桩孔内的塌孔位置深度超过18-20m时，用于支护钻孔塌孔处的钢护筒便难以拔出，只能留置于钻孔中，不仅浪费了钢材，还增加了施工成本。

(3)桩周高压旋喷加固(在桩孔周围布置一定数量的高压旋喷桩(相互咬合)对桩周土体进行加固)：需要从地面加固至钻孔内部塌孔处，且钻孔内部未塌孔处也被加固，不仅浪费水泥材料，还延长施工周期及增加施工成本。

由此，有必要对桩基开挖塌孔加固的方式进行优化及改进，以解决现有钢护筒支护、桩周高压旋喷桩加固及泥浆护壁施工存在施工成本高、适应深度端及土层适应范围窄的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，以解决现有钢护筒支护、桩周高压旋喷桩加固及泥浆护壁施工存在施工成本高、适应深度端及土层适应范围窄的问题。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，包括钻杆连接套、旋喷组件及钻齿；所述钻杆连接套底部通过转轴与钻筒连接，转轴通过轴承与旋喷组件连接；旋喷组件包括转换板、导水管、导浆管、导水件及导浆件；转换板中部的旋转通孔内套接有轴承，转换板底部与钻筒上部相衔接，转换板侧壁呈环形设置有定位件；转换板上部分别嵌入式设置有导水管及导浆管，导水管出水端通过转换板底部设置的圆环导水槽与钻筒腔壁中的导水件连通，导浆管出水端通过转换板底部设置的圆环导浆槽与钻筒腔壁中的导浆件连通，钻筒底部呈环形设置有若干个钻齿。

进一步，所述导水件包括导水道及导水喷嘴；导水道呈环形开设在钻筒腔壁中，导水道进水端与圆环导水槽连通，导水道出水端通过管道与导水喷嘴进水端连通；导水喷嘴设置于靠近钻筒底部的腔壁中，导水喷嘴喷射端延伸至钻筒外壁。

进一步，所述导水喷嘴沿钻筒外壁的高度方向上至少设置有两个，导水喷嘴进水端至喷射端由先宽后窄过渡。

进一步，所述导浆件包括导浆道及导浆喷嘴；导浆道呈环形开设在钻筒腔壁中，导浆道进浆端与圆环导浆槽连通，导浆道被管道穿过，导浆道出浆端与导浆喷嘴进料端连通；导浆喷嘴设置于靠近钻筒底部的腔壁中，导浆喷嘴喷射端延伸至钻筒外壁。

进一步，所述导浆喷嘴沿钻筒外壁的高度方向上至少设置有两个，导浆喷嘴进料端至喷射端由先宽后窄过渡。

进一步，所述定位件包括伸缩杆、弹簧及抵触半球；伸缩杆侧壁套设有弹簧，伸缩杆活动端与抵触半球一端连接。

进一步，所述钻杆连接套限定出供钻杆连接的容纳腔，钻杆连接套侧壁开设有与插接销配合的销孔。

进一步，所述转换板设置为圆盘实心体，转换板底部的圆环导水槽靠近旋转通孔，转换板底部的圆环导浆槽远离旋转通孔。

进一步，所述钻齿位于钻筒的敞开端，钻齿包括钻柄及齿头；钻柄顶部与钻筒底部连接，钻柄底部与齿头连接，齿头设置为锥形结构。

进一步，所述导水管通过输水管与旋喷机出水端连通，导浆管通过输浆管与旋喷机出浆端连通。

工作时：参照图8，当工程桩(桩周土体)在钻井成孔过程中出现塌孔时，继续钻进，直至穿越塌孔层后，停止钻进作业，将钻头从钻孔中提出并向钻孔中回填部分土体，回填深度略小于该装置钻进深度；之后，将旋挖钻机钻头换成旋喷钻头和将导水管及导浆管分别通过管道与旋喷机连接；待组装完成后，通过旋挖钻机及钻杆将该旋喷钻头伸进回填土处，定位件(定位件活动端与钻孔内壁进行抵触)先对转换板的相对转动加以限制，然后转动旋喷钻头向塌孔土钻挖，并开启装有水和水泥浆液的旋喷机。水便通过管道、圆环导水槽及导水件从钻筒侧壁朝塌孔土喷出，水泥浆液便通过管道、圆环导浆槽及导浆件从钻筒侧壁朝塌孔土喷出。

喷出的水与水泥浆液在转动钻筒转动和向下钻进的作用下，与部分回填土(回填土：钻筒与钻孔塌孔壁之间的土)及塌孔位置处的桩周土，经过搅拌作业，形成水泥土；待该回填深度旋喷加固完毕，停止旋喷及钻进作业，提出钻头并缓慢转动，使转筒内土体落入孔内，落入的回填土对刚形成的水泥土形成支护作用，防止水泥土向孔内倒塌；随后，提出该装置并进行下一段土体回填作业，按以上流程一段一段的进行加固作业，直至该塌孔层加固完毕，且使水泥土凝固5-7天，便可进行正常的旋挖钻进作业。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果之一：

本实用新型通过设置旋喷钻头，在对钻孔塌孔处进行加固作业时，搭配带钻杆的旋挖钻机及装有水和水泥浆液的旋喷机，使转动的旋喷钻头伸入钻孔塌孔处，将塌孔处的桩周土体与旋喷钻头上喷射的水及水泥浆液混合成一定强度的水泥土，并凝固于塌孔处进行加固；与钢护筒支护相比，本申请无需钢材支护，且通过钻杆带动旋喷钻头可深至20m以外的塌孔处；与桩周高压旋喷桩加固而言，本申请无需对整个深度地层进行加固及多根桩咬合，施工工程量大幅度缩小；与泥浆护壁施工相比，可适应更复杂及更易塌孔的地层，以解决现有钢护筒支护、桩周高压旋喷桩加固及泥浆护壁施工存在施工成本高、适应深度端及土层适应范围窄的问题。

附图说明

图1为本实用新型结构剖面(内部)示意图。

图2为本实用新型结构图1中B部位的局部放大示意图。

图3为本实用新型结构图1中C部位的局部放大示意图。

图4为本实用新型结构主视示意图。

图5为本实用新型结构左视示意图。

图6为本实用新型结构图5中A-A剖面示意图。

图7为本实用新型结构俯视示意图。

图8为本实用新型结构中旋喷钻头、钻杆及旋喷机集成示意图。

图9为本实用新型结构中转换板集成示意图。

图10为本实用新型结构中钻筒集成第一方位示意图。

图11为本实用新型结构中钻筒集成第二方位示意图。

图中，1-钻杆连接套，3-钻齿，4-转轴，5-钻筒，6-轴承，7-转换板，8-导水管，9-导浆管，10-导水件，11-导浆件，12-旋转通孔，13-圆环导水槽，14-圆环导浆槽，15-导水道，16-导水喷嘴，17-导浆道，18-导浆喷嘴，19-容纳腔，20-销孔，21-钻柄，22-钻头，23-旋喷机，24-定位件，25-伸缩杆，26-弹簧，27-抵触半球，28-管道。

具体实施方式

如图1-11所示，为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

请参阅图1-3、图7及图9，一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，包括钻杆连接套1、旋喷组件及钻齿3；钻杆连接套1底部通过转轴4与钻筒5连接，转轴4通过轴承6与旋喷组件连接；旋喷组件包括转换板7、导水管8、导浆管9、导水件10及导浆件11；转换板7中部的旋转通孔12内套接有轴承6，转换板7底部与钻筒5上部相衔接，转换板7侧壁呈环形设置有定位件24；转换板7上部分别嵌入式设置有导水管8及导浆管9，导水管8出水端通过转换板7底部设置的圆环导水槽13与钻筒5腔壁中的导水件10连通，导浆管9出水端通过转换板7底部设置的圆环导浆槽14与钻筒5腔壁中的导浆件11连通，钻筒5底部呈环形设置有若干个钻齿3。

工作时：参照图8，当工程桩(桩周土体)在钻井成孔过程中出现塌孔时，继续钻进，直至穿越塌孔层后，停止钻进作业，将钻头从钻孔中提出并向钻孔中回填部分土体，回填深度略小于该装置钻进深度；之后，将旋挖钻机钻头换成旋喷钻头和将导水管8及导浆管9分别通过管道与旋喷机23连接；待组装完成后，通过旋挖钻机及钻杆将该旋喷钻头伸进回填土处，定位件24(定位件活动端与钻孔内壁进行抵触)先对转换板7的相对转动加以限制，然后转动旋喷钻头向塌孔土钻挖，并开启装有水和水泥浆液的旋喷机。水便通过管道、圆环导水槽及导水件从钻筒侧壁朝塌孔土喷出，水泥浆液便通过管道、圆环导浆槽13及导浆件10从钻筒侧壁朝塌孔土喷出。

喷出的水与水泥浆液在转动钻筒5转动和向下钻进的作用下，与部分回填土(回填土：钻筒与钻孔塌孔壁之间的土)及塌孔位置处的桩周土，经过搅拌作业，形成水泥土；待该回填深度旋喷加固完毕，停止旋喷及钻进作业，提出钻头并缓慢转动，使转筒内土体落入孔内，落入的回填土对刚形成的水泥土形成支护作用，防止水泥土向孔内倒塌；随后，提出该装置并进行下一段土体回填作业，按以上流程一段一段的进行加固作业，直至该塌孔层加固完毕，且使水泥土凝固5-7天，便可进行正常的旋挖钻进作业。

与钢护筒支护相比，本申请无需钢材支护，且通过钻杆带动旋喷钻头可深至20m以外的塌孔处；与桩周高压旋喷桩加固而言，本申请无需对整个深度地层进行加固及多根桩咬合，施工工程量大幅度缩小；与泥浆护壁施工相比，可适应更复杂及更易塌孔的地层，以克服决现有钢护筒支护、桩周高压旋喷桩加固及泥浆护壁施工存在施工成本高、适应深度端及土层适应范围窄的缺陷。

请参阅图1-2及图10，旋喷钻头在塌孔处进行作业时，为便于借助旋喷钻头对塌孔处的桩周土体导水，故在旋喷钻头上设置有用于导水的导水件10；更为具体的，导水件10包括导水道15及导水喷嘴16；导水道15进水端与转换板7底部的圆环导水槽13连通，导水道15呈环形设置在钻筒5腔壁内部，导水道15出水端通过管道28与导水喷嘴16进水端连通；导水喷嘴16设置于靠近钻筒5底部的腔壁内部，导水喷嘴16喷射端延伸至钻筒5外壁。

实际使用时，由钻杆使旋转的钻筒5伸至塌孔处的回填土，导入导水道15内的水先进入圆环导水槽13内，接着流至钻筒5内部的导水道15、管道28及导水喷嘴16处，在旋转钻筒5地带动下，经导水喷嘴16导出的水，与钻筒5及桩周土体外壁之间的塌孔土混合加湿，一方面可为塌孔土进行搅拌，另一方面为导浆件10后续与带水的塌孔土混合作准备。

需要说明的是，导水喷嘴16为现有技术，对其未进行改进及设计，故对其结构不作详细描述。

请参阅图1、图4及图5，导水喷嘴16沿钻筒5外壁的高度方向上可设置为多个，本申请中优先设置为两个，两个导水喷嘴16呈间隔设置，具体设置几个导水喷嘴18，可根据实际工况设置；更为具体的，导水喷嘴16内腔呈圆弧设置，为对排至导水喷嘴16内的水加压，故导水喷嘴16进水端呈喷射端由先宽后窄设置，便于导水喷嘴16后续对桩周土体塌孔处的作业。

请参阅图1、图3及图10，旋喷钻头在桩周土体塌孔处进行作业时，为便于借助旋喷钻头对塌孔处导浆(水泥浆液)，故在旋喷钻头上设置有用于导水泥浆液的导浆件11；更为具体的，导浆件11包括导浆道17及导浆喷嘴18；导浆道17进浆端与转换板7底部的圆环导浆槽14连通，导浆道17呈环形开设在钻筒5腔壁内部，导浆道17被管道28穿过，导浆道17出水端与导浆喷嘴18进料端连通；导浆喷嘴18设置于靠近钻筒5底部的腔壁内部，导浆喷嘴18喷射端延伸至钻筒5外壁。

实际使用时，由钻杆使旋转的钻筒5伸至塌孔处的回填土，导入导浆道17内的水泥浆液先进入圆环导浆槽14内，接着流入钻筒5内部的导浆道17及导浆喷嘴18处，在旋转钻筒5地带动下，经导浆喷嘴18导入的水泥浆液，在塌孔处的回填土周围呈圆周式进行导出，使其与回填土混合。

请参阅图1及图4，导浆喷嘴18沿钻筒5外壁的高度方向上可设置为多个，本申请中优先设置为两个，两个导浆喷嘴18呈间隔设置，具体设置几个导浆喷嘴18，可根据实际工况设置；更为具体的，导浆喷嘴18内腔呈圆弧设置，为对排至导浆喷嘴18内的水泥浆液加压，故导浆喷嘴18进料端至喷射端呈先宽后窄设置，便于导浆喷嘴18后续对桩周土体的作业。

需要说明的是，导浆喷嘴18为现有技术，对其未进行改进及设计，故对其结构不作详细描述。

请参阅图1及图4，为防止转换板7在轴承4影响下发生大幅度转动，故在转换板7侧壁设置有定位件24；具体的，定位件24包括伸缩杆25、弹簧26及抵触半球27；伸缩杆25侧壁套设有弹簧26，伸缩杆25活动端与抵触半球27一端连接；其中，抵触半球27设置为半球体，半球体表面设置有锥形柱。

实际使用时，借助旋挖钻机中的钻杆将带有定位件24的旋喷钻头送至钻孔塌孔处，抵触半球27在弹簧26及伸缩杆25配合下，与钻孔内壁紧触，阻止转换板7相对转动的趋势，避免与转换板7上导水管8及导浆管9相连的输送管发生缠绕的状况。

需要说明的是，伸缩杆25包括套杆筒及活动杆，套杆筒设置为一端敞开的圆柱腔体，套杆筒内壁滑动套接有活动杆，套杆筒内壁开设有条状滑槽，条状滑槽与活动杆侧壁的条状滑块相适配；其中，条状滑槽设置于套杆筒内壁一段。

请参阅图1、图5及图7，在旋喷钻头工作时，为便于将钻杆安装于钻杆连接套1上，故钻杆连接套1限定出供钻杆连接的容纳腔19，钻杆连接套1对称侧壁上分别开设有与插接销配合的销孔20；安装时，将带有销孔一的钻杆一端插接于矩形状容纳腔19中形成卡合，并使销孔一与销孔20对齐，再用插接销插入销孔一与销孔20中，以提高钻杆与钻杆连接套1之间连接的稳定性。

请参阅图1，转换板7设置为圆盘实心体，在导水管8内的水导入导水件10内，圆环导水槽13为两者之间的输水媒介，圆环导水槽13设置于转换板7底部并靠近旋转通孔12一侧；在导浆管9内的水泥浆液导入导浆件11中，圆环导浆槽14为两者之间的输浆媒介，圆环导浆槽14设置于转换板7底部并靠近旋转通孔12一侧。

请参阅图1、图4及图5，在旋喷钻头工作时，钻筒5敞开端一般朝向钻挖方向，故钻齿3位于钻筒5的敞开端，以便钻齿3对桩周土体进行旋转式钻挖；更为具体的，钻齿5包括钻柄21及齿头22；钻柄21设置为圆柱实心体，钻柄21顶部与钻筒5底部的腔底壁连接，钻柄21底部与齿头22连接，齿头22设置为锥形结构。

请参阅图1及图8，为便于将水导入旋喷钻头中的导水件10内，将导水管8与输水管连接，输水管另一端与旋喷机23出水端连通，借助旋喷机23上的水泵、加压设备及内部管道(水泵、加压设备、内部管道及输水管依次连接)，将旋喷机23上盛装的水通过输水管导入钻筒5腔壁中的导水件10内，便于导水件10后续对桩周土体塌孔处进行作业。

为便于将水泥浆液导入旋喷钻头中的导浆件11内，将导浆管9与输浆管连接，输浆管另一端与旋喷机23出浆端连通，通过旋喷机23上的水泵、加压设备及内部管道(水泵、加压设备、内部管道及输浆管依次连接)，将旋喷机23上盛装的水泥浆液通过输浆管导入钻筒5腔壁中的导浆件11内，便于导浆件11后续对桩周土体塌孔处进行作业。

需要说明的是，旋喷机23为现有技术，对其未进行改进及设计，故对其结构不作详细描述。

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，其特征在于：包括钻杆连接套(1)、旋喷组件及钻齿(3)；所述钻杆连接套(1)底部通过转轴(4)与钻筒(5)连接，转轴(4)通过轴承(6)与旋喷组件连接；旋喷组件包括转换板(7)、导水管(8)、导浆管(9)、导水件(10)及导浆件(11)；转换板(7)中部的旋转通孔(12)内套接有轴承(6)，转换板(7)底部与钻筒(5)上部相衔接，转换板(7)侧壁呈环形设置有定位件(24)；转换板(7)上部分别嵌入式设置有导水管(8)及导浆管(9)，导水管(8)出水端通过转换板(7)底部设置的圆环导水槽(13)与钻筒(5)腔壁中的导水件(10)连通，导浆管(9)出水端通过转换板(7)底部设置的圆环导浆槽(14)与钻筒(5)腔壁中的导浆件(11)连通，钻筒(5)底部呈环形设置有若干个钻齿(3)。

2.根据权利要求1所述的一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，其特征在于：所述导水件(10)包括导水道(15)及导水喷嘴(16)；导水道(15)呈环形开设在钻筒(5)腔壁中，导水道(15)进水端与圆环导水槽(13)连通，导水道(15)出水端通过管道(28)与导水喷嘴(16)进水端连通；导水喷嘴(16)设置于靠近钻筒(5)底部的腔壁中，导水喷嘴(16)喷射端延伸至钻筒(5)外壁。

3.根据权利要求2所述的一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，其特征在于：所述导水喷嘴(16)沿钻筒(5)外壁的高度方向上至少设置有两个，导水喷嘴(16)进水端至喷射端由先宽后窄过渡。

4.根据权利要求1所述的一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，其特征在于：所述导浆件(11)包括导浆道(17)及导浆喷嘴(18)；导浆道(17)呈环形开设在钻筒(5)腔壁中，导浆道(17)进浆端与圆环导浆槽(14)连通，导浆道(17)被管道(28)穿过，导浆道(17)出水端与导浆喷嘴(18)进料端连通；导浆喷嘴(18)设置于靠近钻筒(5)底部的腔壁中，导浆喷嘴(18)喷射端延伸至钻筒(5)外壁。

5.根据权利要求4所述的一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，其特征在于：所述导浆喷嘴(18)沿钻筒(5)外壁的高度方向上至少设置有两个，导浆喷嘴(18)进料端端至喷射端由先宽后窄过渡。

6.根据权利要求1所述的一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，其特征在于：所述定位件(24)包括伸缩杆(25)、弹簧(26)及抵触半球(27)；伸缩杆(25)侧壁套设有弹簧(26)，伸缩杆(25)活动端与抵触半球(27)一端连接。

7.根据权利要求1所述的一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，其特征在于：所述钻杆连接套(1)限定出供钻杆连接的容纳腔(19)，钻杆连接套(1)侧壁开设有与插接销配合的销孔(20)。

8.根据权利要求1所述的一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，其特征在于：所述转换板(7)设置为圆盘实心体，转换板(7)底部的圆环导水槽(13)靠近旋转通孔(12)，转换板(7)底部的圆环导浆槽(14)远离旋转通孔(12)。

9.根据权利要求1所述的一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，其特征在于：所述钻齿(3)位于钻筒(5)的敞开端，钻齿(3)包括钻柄(21)及钻头(22)；钻柄(21)顶部与钻筒(5)底部连接，钻柄(21)底部与钻头(22)连接，钻头(22)设置为锥形结构。

10.根据权利要求1所述的一种用于塌孔处理的高压旋喷钻头，其特征在于：所述导水管(8)通过输水管与旋喷机(23)出水端连通，导浆管(9)通过输浆管与旋喷机(23)出浆端连通。