CN220621751U - 适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，包括一具有竖向钻杆的钻车，竖向钻杆下端依次连接有泥渣处理机构、加腋钻组件、水平钻组件及竖向钻装置；加腋钻组件包括加腋钻装置、转动液压缸、曲柄液压缸及加腋钻反力架，加腋钻装置在转动液压缸和曲柄液压缸的驱动下向外转动旋挖以形成水平悬臂的加腋部分；水平钻组件包括水平钻装置及驱动其作侧向移动的水平液压缸；竖向钻装置包括若干组成矩形开挖面的圆柱钻组件。本实用新型的优点是：通过钻杆和带搅刀的可伸缩水平圆柱钻和可旋转加腋圆柱钻，实现浅层土体内钻挖水平悬臂和加腋结构的矩形桩孔；加腋、水平悬臂和竖向桩身桩孔均可一次成孔，无需其他机械辅助。

Description

适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机

技术领域

本实用新型涉及抗滑桩钻孔机设备领域，具体涉及一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机。

背景技术

在边坡支护、路基构筑、基坑开挖和隧道进出口建设等工程中，抗滑桩是一种能够将岩土体侧向推力传递到滑动面以下稳固地层中，抵抗侧向推力，治理工程和地质灾害的最有效措施。抗滑桩分为矩形截面抗滑桩和圆形截面抗滑桩。矩形抗滑桩拥有侧向刚度大、单桩承载力高等优势，能有效增强抗滑力，提升抗滑系数等优点。因此，矩形截面抗滑桩被广泛地应用于各个工程领域。

传统的矩形截面抗滑桩截面较大，并且不能充分利用桩前岩土体强度。对于带水平悬臂结构的抗滑桩，水平悬臂可以充分地利用桩前岩土体的强度，提高抗滑桩的抗滑能力，但带水平悬臂矩形抗滑桩的水平悬臂桩孔成孔难度极大。传统的矩形截面抗滑桩通常采用人工开挖和机械开挖方式，人工挖孔桩施工造成的坍塌占坍塌事故总数的65％，并且效率低、成本高，机械开挖更加安全高效。因此，在岩土层内采用机械钻挖带水平悬臂矩形抗滑桩的桩孔对于保证施工人员安全、提高效率具有重要的意义。

目前矩形钻孔机设备和开挖方式多样，例如：

专利号CN 106836354 A《矩形抗滑桩机械成孔装置》通过多个切削片构成矩形铲头，铲头的后端设有配重或液压推进装置实现矩形桩孔的钻挖。

专利号 CN 103244053 A《矩形钻孔机》主要是通过两个凸轮体驱动两个钢框下部均布的T型刀头相向、往复运动，切削土体成矩形孔。

专利号CN 104533300 A《矩形钻孔机》在矩形传动箱底部设置锥形钻头和在四个侧面设置十字形长刀，锥形钻头钻进形成圆形桩孔，然后通过十字长刀旋转切削修整为矩形桩孔。

专利号 CN 207715083 U《一种矩形抗滑桩成孔钻机》主要是在钻杆底部设置圆形钻筒和矩形钻筒，圆形钻筒旋进成圆形桩孔，然后通过矩形钻筒切削圆形桩孔周围土体形成矩形桩孔。

专利号CN 105951798 A《一种矩形钻孔机》主要是通过电机驱动四个带绞刀的凹腰圆柱切削土体，钻挖成矩形桩孔。

现有的钻孔机主要在岩土体内形成竖向矩形桩孔，但存在以下问题：(1)无法实现在土体内钻挖带加腋水平悬臂结构的矩形抗滑桩桩孔；(2)采用其他机械（抓斗）或辅助措施（泥浆正循环排渣法）清理桩孔内渣土，钻挖和排渣设备集成度低，钻孔施工效率低和成本高。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，该矩形浅孔钻机采用具有竖向钻杆的钻车来驱动加腋钻组件、水平钻组件以及竖向钻装置进行异步式施工带加腋水平悬臂的矩形浅孔，即，竖向钻装置通过采用呈矩阵形式布设的圆柱钻组件来开挖竖向矩形桩孔，之后竖向矩形桩孔开挖至带加腋水平悬臂的设计深度后停止竖向钻装置的工作，通过加腋钻组件向外旋挖以形成加腋部分，之后再通过水平钻组件中水平液压缸驱动水平钻装置侧向水平伸长来实现在浅层土体内钻挖水平悬臂结构，从而形成带加腋的水平悬臂桩孔；之后旋转复位加腋钻组件并回缩水平钻组件，最后再通过竖向钻装置继续下挖矩形桩孔至设计深度。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述矩形浅孔钻机包括一具有竖向钻杆的钻车，所述竖向钻杆的下端自上而下依次连接有泥渣处理机构、加腋钻组件、水平钻组件以及竖向钻装置；其中：

所述泥渣处理机构包括搅拌装置、吸渣系统、破碎装置、注浆系统以及排渣系统，所述搅拌装置的搅拌箱吸渣口经所述破碎装置与所述吸渣系统相连通，所述搅拌箱的进浆口与所述注浆系统相连通、排渣口与所述排渣系统相连通；

所述加腋钻组件包括加腋钻装置、转动液压缸、曲柄液压缸以及加腋钻反力架，所述加腋钻反力架呈侧向开口的箱型构造，所述加腋钻装置下端的上摆板与所述加腋钻反力架底面上的下摆板经一连轴形成转动连接，所述转动液压缸与所述加腋钻装置的中部或上部相铰接，所述曲柄液压缸与所述上摆板经一曲柄轴形成铰接，且所述曲柄轴位于所述连轴正下方；

所述水平钻组件包括水平钻装置以及驱动所述水平钻装置作侧向移动的水平液压缸；

所述竖向钻装置包括若干水平设置且组成矩形开挖面的圆柱钻组件。

所述钻车包括车载平台、钢立柱、拉杆、铰转轴、导轨、滑块、钢悬梁以及旋转电机，所述钢立柱竖向设置于所述车载平台上，所述拉杆的上端与所述钢立柱上端铰接、下端与固定于所述车载平台上的铰转轴铰接，所述导轨竖向设置并沿所述钢立柱固定，所述滑块可滑动式装配于所述导轨上，所述钢悬梁固定于所述滑块上，所述旋转电机固定于所述钢悬梁上并驱动所述竖向钻杆旋转。

所述搅拌装置包括所述搅拌箱以及搅拌机构，所述搅拌机构包括主齿轮以及若干与所述主齿轮相啮合传动的辅齿轮，所述竖向钻杆的下端驱动所述主齿轮转动，所述主齿轮上同轴设置有延伸入所述搅拌箱内的搅拌主转轴，所述搅拌主转轴上设置有搅拌叶片；所述辅齿轮上同轴设置有延伸入所述搅拌箱内的搅拌辅转轴，所述搅拌辅转轴上设置有搅拌叶片。

所述吸渣系统包括吸渣主管以及自所述吸渣主管抽吸端口分叉出的竖向吸渣支管、水平吸渣支管、加腋吸渣支管，所述竖向吸渣支管的吸头接入至所述竖向钻装置内，所述水平吸渣支管的吸头接入至所述水平钻组件内，所述加腋吸渣支管的吸头接入至所述加腋钻组件内，各所述吸头处均设置有吸渣阀门，所述水平吸渣支管的管体以及所述加腋吸渣支管的管体均采用伸缩管。

所述注浆系统包括注浆管以及注浆泵，所述注浆管的一端连接位于地面上的所述注浆泵、另一端连接所述搅拌箱上的所述进浆口。

所述排渣系统包括排渣管以及排渣泵，所述排渣泵一端与排渣管相连接、另一端与所述搅拌箱上的所述排渣口相连接。

所述搅拌机构的上方设置有管道固定架且所述管道固定架套装在所述竖向钻杆的外侧，所述吸渣主管、所述注浆管以及所述排渣管均沿所述管道固定架排布固定。

所述竖向钻装置包括U形叉板以及安装于所述U形叉板上并呈矩阵分布的若干圆柱钻组件，所述U形叉板由腹板、设置于所述腹板两侧的翼板以及垂直焊接于所述腹板上的钢支撑组成，所述圆柱钻组件包括两个圆柱钻以及驱动所述圆柱钻转动的电机，所述圆柱钻由圆柱以及均布设置于所述圆柱表面的若干搅刀组件所组成，所述电机的转轴贯穿两侧的所述圆柱且所述转轴端部对应设置于所述U形叉板的两侧所述翼板的转轴孔内，所述电机的外壳焊接固定于所述钢支撑上。

所述水平钻组件还包括一水平钻反力架，所述水平钻反力架呈侧向敞口的箱型构造，所述水平钻反力架的上表面与所述加腋钻反力架固定连接、下表面与所述竖向钻装置的所述U形叉板固定连接；所述水平液压缸的缸筒端面固定于所述水平钻反力架的内侧壁面上，所述水平液压缸的活塞杆驱动所述水平钻装置侧向水平伸缩移动。

所述加腋钻反力架包括加腋液压反力板、设置于所述加腋液压反力板上端的加腋液压上侧板、设置于所述加腋液压反力板下端的加腋液压下侧板以及设置于所述加腋液压反力板两侧的加腋液压侧护板；所述转动液压缸的缸筒后端与所述加腋液压反力板之间经铰座铰接；所述曲柄液压缸的缸筒后端与所述加腋液压反力板之间经铰座铰接；所述上摆板呈半圆型；所述加腋钻装置包括加腋钻腹板、位于所述加腋钻腹板两侧的加腋钻翼板、若干加腋圆柱钻组件，各所述加腋圆柱钻组件沿竖直面和顶面间隔布设。

本实用新型的优点是：

(1)通过钻杆和带搅刀的可伸缩水平圆柱钻和可旋转加腋圆柱钻，实现在浅层土体内钻挖水平悬臂和加腋结构的矩形桩孔；

(2)加腋、水平悬臂和竖向桩身桩孔均可一次成孔，无需其他机械辅助，达到提高施工效率、节省施工和设备成本目的；

(3)通过真空吸渣和泥浆联合排渣，改善施工环境，节省泥浆成本；

(4)土体经过破碎箱二次破碎，能更好地排出桩孔，防止排渣管的堵塞；

(5)同时具备钻挖和排渣功能，钻机集成度高，实现了钻挖和排渣的不间断同步进行，减少施工工序，节省施工成本，提高钻孔施工效率。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图2为本实用新型的各剖面位置示意图；

图3为本实用新型的局部示意图；

图4为本实用新型图2中的A-A剖视图；

图5为本实用新型中竖向钻装置的正视图；

图6为本实用新型图5中的B-B剖视图；

图7为本实用新型图2中的C-C剖视图；

图8为本实用新型图2中的D-D剖视图；

图9为本实用新型图2中的E-E剖视图；

图10为本实用新型中的水平钻组件侧视图；

图11为本实用新型图10中的F-F剖视图；

图12为本实用新型图2中的G-G剖视图；

图13为本实用新型图2中的H-H剖视图；

图14为本实用新型中的加腋钻组件侧视图；

图15为本实用新型图14中的I-I剖视图；

图16为本实用新型图2中的J-J剖视图；

图17为本实用新型图2中的K-K剖视图；

图18为本实用新型图2中的L-L剖视图；

图19为本实用新型图2中的M-M剖视图；

图20为本实用新型中适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机的施工步骤示意图；

如图1-20，图中各标记分别为：

1.竖向钻装置，2.水平钻组件，3.加腋钻组件，4.搅拌装置，5.破碎装置，6.吸渣系统，7.管道固定架，8.排渣系统，9.注浆系统，10.钻车；

11.圆柱钻组件，12.U形叉板，111.圆柱，112.搅刀组件，113.电机，114.电机转轴，121.翼板，122.腹板，123.钢支撑，124.转轴孔，125.竖向吸渣支管通孔，1121.搅刀基座，1122搅刀；

21.水平钻装置，22.水平液压缸，23.水平钻反力架，211.水平吸渣支管通孔，231.水平液压侧护板，232.水平液压上侧板，233.水平液压下侧板，234.水平液压反力板，235.吸渣主管通孔；

31.加腋钻装置，32.转动液压缸，33.曲柄液压缸，34.加腋钻反力架，311.U形连接器，3111.底板，3112.上摆板，3113.连轴孔，3114.连轴，3115.曲柄轴，312.加腋钻翼板，313.加腋钻腹板，314.加腋吸渣支管通孔，341.加腋液压侧护板，342.加腋液压上侧板，343.加腋液压下侧板，344.加腋液压反力板，345.下摆板，346.铰座；

41.搅拌箱，42.双层大叶片，43.搅拌主转轴，44.双层小叶片，45.搅拌辅转轴，46.单层小叶片，47.主齿轮，48.主齿轮隔离垫，49.辅齿轮，410.辅齿轮隔离垫，411.钢盖板，412.钻杆；

51.破碎箱，52.中隔板，53.连接管，54.机架，55.风机电机，56.风机叶片，57.破碎刀，58.筛网；

61.吸渣主管，62.竖向吸渣支管，63.水平吸渣支管，64.加腋吸渣支管，65.伸缩管，66.吸头，67.竖向吸渣阀门，68.水平吸渣阀门，69.加腋吸渣阀门；

71.顶部钢板，72.中部钢板，73.底部钢板，74.侧立板，75.圆形通孔，76.排渣管固定孔，77.注浆管固定孔；

81.排渣管，82.排渣泵；

91.注浆管，92.注浆泵；

101.旋转电机，102.钢悬梁，103.滑块，104.钢立柱，105.导轨，106.铰转轴，107.拉杆，108.车载平台；

a.地层，b.钻机，c.自由段桩孔，d.加腋孔，e.水平悬臂桩孔，f.嵌固段桩孔。

实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

实施例：如图1-20所示，本实施例具体涉及一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，该矩形浅孔钻机包括钻车10、管道固定架7、泥渣处理机构、加腋钻组件3、水平钻组件2以及竖向钻装置1；钻车10上具有一竖向设置的钻杆412，管道固定架7套装于钻杆412的杆体上，泥渣处理机构、加腋钻组件3、水平钻组件2以及竖向钻装置1自钻杆412的下端从上而下依次连接，其中，泥渣处理机构包括搅拌装置4、破碎装置5、吸渣系统6、排渣系统8以及注浆系统9。

如图1所示，钻车10包括车载平台108、钢立柱104、拉杆107、铰转轴106、导轨105、滑块103、钢悬梁102以及旋转电机101，车载平台108具有可走行的履带轮并位于地面上，钢立柱104竖向架设于车载平台108的前端，拉杆107对钢立柱104构成斜撑加固作用，具体的，拉杆107的上端与钢立柱104的上端相铰接、下端与车载平台108上的铰转轴106相铰接；导轨105沿钢立柱104贴合固定从而构成竖直方向上的轨道，滑块103可滑动式装配于该导轨105上且在动力机构的驱动下，可在竖直方向上进行滑动；钢悬梁102固定于滑块103上，旋转电机101安装于钢悬梁102上，竖直设置的钻杆412由旋转电机101驱动旋转并可随滑块103作竖直方向上的移动，即钻杆412可在滑块103的驱动下向下钻进。

如图1-8所示，竖向钻装置1用于进行矩形抗滑桩的浅孔钻挖，主要包括若干圆柱钻组件11以及用于作为安装框架的U形叉板12，U形叉板12主要包括腹板122以及位于腹板122两侧的翼板121，基于圆柱钻组件11的设置数量，在腹板122的中间位置垂直焊接有一钢支撑123。每套圆柱钻组件11由两个圆柱钻、一个电机113和一个电机转轴114组成，本实施例中圆柱钻的数量为4个，并呈矩阵分布以形成矩形切削面，在其向下切削过程中以形成矩形桩孔，此处的矩阵分布是指在钢支撑123的两侧分别布置有圆柱钻。圆柱钻包括圆柱111以及在圆柱111表面均布的搅刀组件112，居中设置的钢支撑123与电机113外壳焊接或螺栓连接，电机113的电机转轴114驱动两侧的圆柱111旋转，电机转轴114的端部支撑于两侧翼板121的转轴孔124内。搅刀组件112包括搅刀基座1121和搅刀1122，搅刀1122在搅刀基座1121的固定下实现倾斜安装姿态，以利于对土体的搅挖。此外，在腹板122上还开设有多个竖向吸渣支管通孔125，以便于吸渣系统6中的竖向吸渣支管62的吸头66延伸入U形叉板12内抽吸所开挖的泥渣。

如图1-3以及9-11所示，水平钻组件2用于进行水平悬臂桩孔的开挖，主要包括水平钻反力架23、水平液压缸22以及水平钻装置21。水平钻反力架23呈侧向敞口的箱型构造，包括水平液压反力板234、安装于水平液压反力板234上方的水平液压上侧板232、安装于水平液压反力板234下方的水平液压下侧板233以及安装于水平液压反力板234两侧的水平液压侧护板231，以组成前述的敞口箱型构造。水平液压缸22的设置数量应确保能够稳定顶推或收缩水平钻装置21，本实施例中水平钻装置21共设置有上下两组以实现矩形开挖水平悬臂桩孔，基于此，水平液压缸22的数量也相应的设置为上下两组，水平液压缸22的缸筒后端固定于水平液压反力板234上，水平液压缸22的活塞杆前端连接水平钻装置21的安装架以驱动其向敞口方向作侧向水平伸缩移动，水平液压缸22在水平钻反力架23所提供的反力支撑之下，向前驱动水平钻装置21以切削搅挖土体形成水平悬臂桩孔，在水平悬臂桩孔开挖完成后，水平液压缸22驱动水平钻装置21回缩至水平钻反力架23的箱型空间内。需要说明的是，水平钻装置21包括圆柱以及均匀布置于圆柱表面的若干搅刀组件，搅刀组件包括搅刀基座和搅刀，搅刀在搅刀基座的固定下实现倾斜安装姿态，以利于对土体的搅挖。此外，在水平液压上侧板232上开设有吸渣主管通孔235，且在水平钻装置21的安装架隔板上开设有水平吸渣支管通孔211，吸渣系统6中的吸渣主管61经吸渣主管通孔235延伸入水平钻反力架23的箱型空间内，且吸渣主管61上所分叉出的水平吸渣支管63经水平吸渣支管通孔211使其吸头66延伸入水平钻装置21处抽吸所开挖的泥渣。

如图1-3以及12-15所示，加腋钻组件3包括加腋钻装置加腋钻装置31、转动液压缸32、曲柄液压缸33以及加腋钻反力架34；其中：加腋钻反力架34包括加腋液压反力板344、布置于加腋液压反力板344两侧的加腋液压侧护板341、布置于加腋液压反力板344顶部的加腋液压上侧板342以及布置于加腋液压反力板344底部的加腋液压下侧板343，以使加腋钻反力架34构成呈侧向敞口的箱型构造。加腋钻装置31布置于加腋钻反力架34的箱型内并位于其敞口部位，包括加腋钻翼板312、加腋钻腹板313、U形连接器311以及若干加腋圆柱钻组件，加腋钻翼板312布置于加腋钻腹板313的两侧以构成各加腋圆柱钻组件的安装架体，各加腋圆柱钻组件在竖直面上以及顶面上间隔布设；U形连接器311设置于加腋钻腹板313的底部，用于同加腋液压下侧板343上的下摆板345相铰接。U形连接器311包括底板3111和焊接于底板3111两侧面的上摆板3112，底板3111同加腋钻腹板313的底部以及加腋钻翼板312的底部固定连接，上摆板3112呈半圆弧形并经连轴3114同下摆板345相铰接，连轴3114贯穿下摆板345以及上摆板3112上的连轴孔3113。转动液压缸32的一端铰接于加腋液压反力板344上、另一端铰接于加腋钻腹板313背面上的铰座346，且铰座346位于加腋钻腹板313的中部或上部位置；此外，曲柄液压缸33的一端铰接于加腋液压反力板344上、另一端经曲柄轴3115与上摆板3112相铰接，需要说明的是，在加腋液压反力板344上与曲柄液压缸33铰接的铰座和所述连轴3114处于同一水平位置，且曲柄轴3115位于连轴3114的正下方；以连轴3114为旋转中心，转动液压缸32向外顶推加腋钻装置31绕连轴3114旋转，同时曲柄液压缸33辅助加腋钻装置31绕着连轴3114旋转，达到转动液压缸32与曲柄液压缸33联合驱动加腋钻装置31向外旋转切削土体形成加腋桩孔的目的。此方法的有益之处是：第一在旋转切削岩土体过程中增加加腋钻装置31的切削力；第二在旋转切削岩土过程中增加加腋钻装置31的稳定性。此外，在加腋液压反力板344上开设有一通孔，并在加腋钻腹板313上开设有加腋吸渣支管通孔314，吸渣系统6中的吸渣主管61上分叉出加腋吸渣支管64经加腋液压反力板344上的通孔以及加腋钻腹板313上的吸渣支管通孔314使其吸头66延伸入加腋钻装置31处抽吸所开挖的泥渣，为了适应加腋钻装置31的旋转动作，加腋吸渣支管64采用伸缩管形式。

如图1-19所示，泥渣处理机构包括搅拌装置4、破碎装置5、吸渣系统6、排渣系统8以及注浆系统9。

搅拌装置4包括搅拌箱41和搅拌机构，搅拌箱41固定安装于加腋钻反力架34上表面，搅拌机构包括主齿轮47以及与之相啮合传动的多个辅齿轮49，其中主齿轮47同钻杆412的下端固定连接，旋转的钻杆412可驱动主齿轮47旋转，进而传动各辅齿轮49转动，主齿轮47上同轴设置有延伸入搅拌箱41内的搅拌主转轴43，搅拌主转轴43上设置搅拌叶片，此处的搅拌叶片采用双层大叶片42；各辅齿轮49上同轴设置有延伸入搅拌箱41内的搅拌辅转轴45，搅拌辅转轴45上同样设置有搅拌叶片，部分搅拌辅转轴45上的搅拌叶片采用双层小叶片44，另一部分的搅拌辅转轴45上的搅拌叶片采用单层小叶片46，通过对搅拌箱41的泥渣和泥浆进行搅拌可获得混合均匀的泥浆，以利于排出。为了避免在搅拌过程中，搅拌箱41内的泥浆渗入主齿轮47和辅齿轮49所在的齿轮箱内，在搅拌主转轴43与搅拌箱41的接入处设置有主齿轮隔离垫48，并在搅拌辅转轴45与搅拌箱41的接入处设置有辅齿轮隔离垫310。如图3所示，在主齿轮47和辅齿轮49所在的齿轮箱顶部为钢盖板411，用于同管道固定架7相连接。搅拌箱41上设置有吸渣口、排渣口以及进浆口。

搅拌箱41的吸渣口上连接有吸渣系统6，吸渣系统6主要包括吸渣主管61、竖向吸渣支管62、水平吸渣支管63、加腋吸渣支管64以及破碎装置5，吸渣主管61的一端经破碎装置5与搅拌箱41的吸渣口相连通，吸渣主管61的另一端（即抽吸端）分叉为竖向吸渣支管62、水平吸渣支管63以及加腋吸渣支管64，如图3所示，竖向吸渣支管62延伸入竖向钻装置1内，且竖向吸渣支管62的吸头66靠近圆柱钻组件11处，以使其能够抽吸切削搅挖出的土质泥渣，在吸头66处设置有竖向吸渣阀门67用于控制管路通断。水平吸渣支管63延伸入水平钻组件2内，且水平吸渣支管63的吸头66靠近水平钻装置21处，以使其能够抽吸切削搅挖出的土质泥渣，在吸头66处设置有水平吸渣阀门68用于控制管路通断，其中，为了适应水平钻装置21的前后移动，将水平吸渣支管63的部分管路采用伸缩管65的形式。加腋吸渣支管64延伸入加腋钻组件3内，且加腋吸渣支管64的吸头66靠近加腋钻装置31处，以使其能够抽吸切削搅挖出的土质泥渣，在吸头66处设置有加腋吸渣阀门69用于控制管路通断，且为了适应加腋钻装置31的旋转动作，加腋吸渣支管64采用伸缩管形式。

所抽吸的泥渣经破碎装置5进行破碎为细小颗粒后进入搅拌箱41内，破碎装置5主要包括破碎箱51、中隔板52、连接管53、机架54、风机电机55、风机叶片56、破碎刀57以及滤网58，中隔板52倾斜设置于破碎箱51内以构成利于泥渣流动的坡道，风机电机55经机架54安装于破碎箱51内的顶板上，风机电机55的转轴上设置有风机叶片56，高速旋转的风机电机55和风机叶片56可对吸渣主管61内构成负压抽吸，且在风机电机55的安装处安装破碎刀57，以使所抽吸的泥渣必须经过破碎刀57破碎后才能经连接管53进入搅拌箱41中，风机电机55的端面处设置有筛网58以过滤大颗粒泥渣，避免泥渣从风机电机55处流入搅拌箱41内。

搅拌箱41的进浆口连接有来自于地面上的注浆系统9，注浆系统9主要包括注浆管91和注浆泵92，该注浆管91通过注浆泵92向搅拌箱41内泵送适合浓度的泥浆，以同所抽吸上来的泥渣进行混合，使其成为流质，便于向外抽吸。

搅拌箱41的排渣口连接来自于地面上的排渣系统8，排渣系统8包括排渣管81和排渣泵82，排渣管81的下端与搅拌箱41的排渣口相连通并使其端口向下延伸至一定深度，以利于抽排更多的泥浆，排渣管81通过排渣泵82从搅拌箱41内将搅拌均匀的泥浆抽排至地面进行收集处理。

如图1-3以及19所示，管道固定架7呈箱型构造，包括顶部钢板71、中部钢板72、底部钢板73以及将三者连接的若干侧立板74，此外，在管道固定架7的顶部钢板71、中部钢板72和底部钢板73上开设有圆形通孔75以供钻杆412贯穿通过，另外，在顶部钢板71、中部钢板72和底部钢板73上还开设有供排渣管81通过的排渣管固定孔76以及供注浆管91通过的注浆管固定孔77。为了避免钻孔过程中的管路晃动，管道固定架7可为各通过的管路提供固定作用。

如图20所示，本实施例中的矩形浅孔钻机在土质地层中进行异步式钻挖带加腋水平悬臂矩形抗滑桩浅桩孔的施工方法包括以下步骤：

(S1)在土质地层a中，利用钻机b上的竖向钻装置1钻挖竖向矩形桩孔形成自由段桩孔c，直至水平悬臂桩孔e的设计深度；在这一过程中，竖向吸渣支管62的吸头66持续进行吸渣，而水平吸渣支管63和加腋吸渣支管64的吸头66则关闭。

(S2)待到达水平悬臂桩孔e的设计标高后，停止竖向钻装置1的钻挖工作；开启加腋钻组件3，在转动液压缸32和曲柄液压缸33的驱动之下，加腋钻装置31以连轴3114为转轴逐渐向外旋转并同时进行搅挖切削土体，至加腋钻装置31从竖直状态旋转为水平状态为止，累计转动90度，以形成加腋孔d；在这一过程中，加腋吸渣支管64的吸头66持续进行吸渣，而水平吸渣支管63和竖向吸渣支管62的吸头66则关闭。

(S3)之后，开启水平钻组件2，水平液压缸22驱动水平钻装置21水平向外钻挖至设计长度位置，以形成水平悬臂桩孔e；在这一过程中，水平吸渣支管63的吸头66持续进行吸渣，而加腋吸渣支管64和竖向吸渣支管62的吸头66则关闭。

(S4)完成加腋孔d和水平悬臂桩孔e的施工后，水平液压缸22驱动水平钻装置21向内收缩至最小形程，且转动液压缸32和曲柄液压缸33驱动加腋钻装置31回转复位至竖直状态；之后利用竖向钻装置1继续钻挖至设计深度，形成嵌固段桩孔f，在这一过程中，竖向吸渣支管62的吸头66持续进行吸渣，而水平吸渣支管63和加腋吸渣支管64的吸头66则关闭。

本实施例的优点是：

(1)通过钻杆和带搅刀的可伸缩水平圆柱钻和可旋转加腋圆柱钻，实现在浅层土体内钻挖水平悬臂和加腋结构的矩形桩孔；

(2)加腋、水平悬臂和竖向桩身桩孔均可一次成孔，无需其他机械辅助，达到提高施工效率、节省施工和设备成本目的；

(3)通过真空吸渣和泥浆联合排渣，改善施工环境，节省泥浆成本；

(4)土体经过破碎箱二次破碎，能更好地排出桩孔，防止排渣管的堵塞；

(5)同时具备钻挖和排渣功能，钻机集成度高，实现了钻挖和排渣的不间断同步进行，减少施工工序，节省施工成本，提高钻孔施工效率。

虽然以上实施例已经参照附图对本实用新型目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本实用新型作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。

Claims (10)

1.一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述矩形浅孔钻机包括一具有竖向钻杆的钻车，所述竖向钻杆的下端自上而下依次连接有泥渣处理机构、加腋钻组件、水平钻组件以及竖向钻装置；其中：

所述泥渣处理机构包括搅拌装置、吸渣系统、破碎装置、注浆系统以及排渣系统，所述搅拌装置的搅拌箱吸渣口经所述破碎装置与所述吸渣系统相连通，所述搅拌箱的进浆口与所述注浆系统相连通、排渣口与所述排渣系统相连通；

所述加腋钻组件包括加腋钻装置、转动液压缸、曲柄液压缸以及加腋钻反力架，所述加腋钻反力架呈侧向开口的箱型构造，所述加腋钻装置下端的上摆板与所述加腋钻反力架底面上的下摆板经一连轴形成转动连接，所述转动液压缸与所述加腋钻装置的中部或上部相铰接，所述曲柄液压缸与所述上摆板经一曲柄轴形成铰接，且所述曲柄轴位于所述连轴正下方；

所述水平钻组件包括水平钻装置以及驱动所述水平钻装置作侧向移动的水平液压缸；

所述竖向钻装置包括若干水平设置且组成矩形开挖面的圆柱钻组件。

2.根据权利要求1所述的一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述钻车包括车载平台、钢立柱、拉杆、铰转轴、导轨、滑块、钢悬梁以及旋转电机，所述钢立柱竖向设置于所述车载平台上，所述拉杆的上端与所述钢立柱上端铰接、下端与固定于所述车载平台上的铰转轴铰接，所述导轨竖向设置并沿所述钢立柱固定，所述滑块可滑动式装配于所述导轨上，所述钢悬梁固定于所述滑块上，所述旋转电机固定于所述钢悬梁上并驱动所述竖向钻杆旋转。

3.根据权利要求1所述的一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述搅拌装置包括所述搅拌箱以及搅拌机构，所述搅拌机构包括主齿轮以及若干与所述主齿轮相啮合传动的辅齿轮，所述竖向钻杆的下端驱动所述主齿轮转动，所述主齿轮上同轴设置有延伸入所述搅拌箱内的搅拌主转轴，所述搅拌主转轴上设置有搅拌叶片；所述辅齿轮上同轴设置有延伸入所述搅拌箱内的搅拌辅转轴，所述搅拌辅转轴上设置有搅拌叶片。

4.根据权利要求3所述的一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述吸渣系统包括吸渣主管以及自所述吸渣主管抽吸端口分叉出的竖向吸渣支管、水平吸渣支管、加腋吸渣支管，所述竖向吸渣支管的吸头接入至所述竖向钻装置内，所述水平吸渣支管的吸头接入至所述水平钻组件内，所述加腋吸渣支管的吸头接入至所述加腋钻组件内，各所述吸头处均设置有吸渣阀门，所述水平吸渣支管的管体以及所述加腋吸渣支管的管体均采用伸缩管。

5.根据权利要求4所述的一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述注浆系统包括注浆管以及注浆泵，所述注浆管的一端连接位于地面上的所述注浆泵、另一端连接所述搅拌箱上的所述进浆口。

6.根据权利要求5所述的一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述排渣系统包括排渣管以及排渣泵，所述排渣泵一端与排渣管相连接、另一端与所述搅拌箱上的所述排渣口相连接。

7.根据权利要求6所述的一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述搅拌机构的上方设置有管道固定架且所述管道固定架套装在所述竖向钻杆的外侧，所述吸渣主管、所述注浆管以及所述排渣管均沿所述管道固定架排布固定。

8.根据权利要求1所述的一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述竖向钻装置包括U形叉板以及安装于所述U形叉板上并呈矩阵分布的若干圆柱钻组件，所述U形叉板由腹板、设置于所述腹板两侧的翼板以及垂直焊接于所述腹板上的钢支撑组成，所述圆柱钻组件包括两个圆柱钻以及驱动所述圆柱钻转动的电机，所述圆柱钻由圆柱以及均布设置于所述圆柱表面的若干搅刀组件所组成，所述电机的转轴贯穿两侧的所述圆柱且所述转轴端部对应设置于所述U形叉板的两侧所述翼板的转轴孔内，所述电机的外壳焊接固定于所述钢支撑上。

9.根据权利要求8所述的一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述水平钻组件还包括一水平钻反力架，所述水平钻反力架呈侧向敞口的箱型构造，所述水平钻反力架的上表面与所述加腋钻反力架固定连接、下表面与所述竖向钻装置的所述U形叉板固定连接；所述水平液压缸的缸筒端面固定于所述水平钻反力架的内侧壁面上，所述水平液压缸的活塞杆驱动所述水平钻装置侧向水平伸缩移动。

10.根据权利要求9所述的一种适应土质地层的异步式带加腋水平悬臂的矩形浅孔钻机，其特征在于所述加腋钻反力架包括加腋液压反力板、设置于所述加腋液压反力板上端的加腋液压上侧板、设置于所述加腋液压反力板下端的加腋液压下侧板以及设置于所述加腋液压反力板两侧的加腋液压侧护板；所述转动液压缸的缸筒后端与所述加腋液压反力板之间经铰座铰接；所述曲柄液压缸的缸筒后端与所述加腋液压反力板之间经铰座铰接；所述上摆板呈半圆型；所述加腋钻装置包括加腋钻腹板、位于所述加腋钻腹板两侧的加腋钻翼板、若干加腋圆柱钻组件，各所述加腋圆柱钻组件沿竖直面和顶面间隔布设。