CN2270803Y - 钻孔灌注摩擦桩成孔器 - Google Patents

Abstract

钻孔灌注摩擦桩成孔器是一种用于建筑基础施工多级扩径变截面桩的成孔装置。该装置为机械传动，由内、外管、基孔钻头、静盘及扩孔刀杆组成。静盘内有离合器，通过使离合器结合或分离，可以实现基孔钻进和扩孔二种工况。扩孔刀杆分为三段，通过对其中段连杆与上刀杆位置的控制，就能够在基孔中不同部位扩出二种不同直径的孔段，从而可以充分发挥地基各层土的承载潜力。该装置可采用正循环或反循环排渣方式成孔。

Description

钻孔灌注摩擦桩成孔器

本实用新型涉及一种建筑基础施工钻孔灌注摩擦桩的成孔装置，尤其是由内管、外管、滑键、基孔钻头、静盘和扩孔刀杆组成的钻孔灌注摩擦桩成孔器。

泥浆护壁钻孔灌注摩擦桩的承载力与桩身的几何形状密切相关。变截面桩较等截面桩在其桩身体积相同的情况下，可以承受更大的荷载。因此解决变截面桩的施工问题—主要是成孔问题，是提高桩基承载力，节约建筑材料的重要途径之一。

目前施工变截面桩的成孔装置有二类：

1、机械传动扩底装置。该类装置只能扩底，而孔身仍为等截面。

2、油压传动扩孔装置。该类装置结构复杂，油液易受污染，施工成本较高。

本实用新型的任务是提供一种机械传动、钻扩合一的钻孔灌注摩擦桩成孔器，它既能进行基孔钻进，又能扩大孔身及孔底，而且还可以方便地在一个桩孔的不同部位扩出二种不同直径的孔段，即进行一阶扩孔和二阶扩孔。

本实用新型是这样实现机械传动、钻扩合一任务的：将基孔钻头与扩孔刀杆共同组合在一套装置上，扩孔刀杆的下部安装了内有离合器的静盘，静盘下端连接前导钻头，在进行基孔钻进时，扩孔刀杆收拢，离合器接合，基孔钻头切削土层；当在设计的孔段扩孔时，离合器分离，静盘静止不动，基孔钻进停止，扩孔刀杆即在轴向压力作用下张开扩孔。

为了能在一个桩孔的不同部位扩出二种不同直径的孔段，以满足提高桩基承载力的需要，本实用新型的解决方案是：扩孔刀杆由上刀杆、连杆及下刀杆组成，通过控制连杆的位置，可以实现一阶扩孔和二阶扩孔。

本实用新型可以根据不同的地质条件及施工需要，有选择地在基孔中进行一阶扩孔或二阶扩孔，钻孔和扩孔工况能够很清楚地在机上余尺的变化中显示出来，因此本实用新型具有结构简单、操作方便和能够适用于各种钻机施工的优点。

以下将结合附图对本实用新型作详细描述。

图1是本实用新型结构示意图。

图2是基孔主钻头结构示意图。

图3是静盘机构简图。

图4是扩孔刀杆结构示意图。

图5是本实用新型工作情况图。

参照图1，8为外管。7为开穿外管壁、上宽下窄的“7”型键槽，键槽的数目为一个至三个(图中为三个)。内管3插入外管内并可转动及伸缩。内管上端用法兰与钻杆相连。1为导正环。6为安装在内管壁上的方头滑键，它可以在外管的宽键槽内左右滑动，在窄键槽内上下滑动，其数目同键槽。键的作用是当它处在宽键槽的左侧位置，可以传递扭矩及钻压，而处在窄键槽内则只传递扭矩。内、外管通过键连接带动外管下端用法兰连接的基孔主钻头11回转。内管固定有上支座2，基孔主钻头固定有下支座15，二支座分别铰接上刀杆4和下刀杆12，二刀杆之间又铰接连杆10。内、外管和上、下刀杆及连杆组成了连杆机构，当内管向下插入外管时，上、下刀杆张开；当内管向上提起时，上、下刀杆收拢。其中上，下刀杆及连杆即为扩孔刀杆，其数目为二至四组(图中为三组)。9为刀片，镶焊方向为钻杆顺时针回转切削土层。基孔钻头由基孔主钻头及固定于静盘17外壳的定心翼片18和连接于静盘下端的前导钻头19组成。基孔主钻头翼片16及定心冀片、前导钻头均镶焊有钻杆顺时针回转切削土层的刀片。14为水孔，开于下支座的上方。三个水孔的面积之和大于钻杆的内孔面积。13为固定于下刀杆上的水孔盖板，其作用是扩孔刀杆收拢时，利用下刀杆的水平推力将水孔封死；当下刀杆张开进行扩孔时，水孔则被打开，使冲洗液沿水孔循环，以利于冲洗扩孔台阶上的沉渣。为阻止冲洗液沿内外管间隙循环，在其间安装有密封圈5，并在键槽外面罩有薄钢板制作的密封罩。图中虚线为一阶扩孔轮廓线，双点划线为二阶扩孔轮廓线。

参照图2，20为主钻头短管，上端用法兰与外管相连。在短管下部沿圆周间隔120°焊接三个基孔主钻头翼片16。在翼片之间分布有下支座15。每个支座铰接一个下刀杆12。14为水孔，13为水孔盖板。在短管的下端加工有地质岩芯管螺纹。

参照图3，21为静盘的心管，其上端与钻头短管20用螺纹连接。23为导管，它的上、下端面各用一块圆形钢板22与心管焊接。在钢板上有间隔120°的处于三个下支座下方的三个圆孔。每个圆孔中固定一根拉杆套25，套中穿入一条拉杆26，其间密封(图中只绘出一条拉杆)。拉杆上端与下刀杆12的末端铰接。拉杆下端与安装在心管上的棘爪27铰接，棘爪数目为三个(图中只绘出一个)。端面棘轮28套装在心管上并与静盘外壳29用法兰连接。心管与外壳之间安装有向心轴承和推力轴承。沿静盘外壳圆周间隔120°固定三个定心翼片18。前导钻头19用螺栓连接于静盘外壳下端。30为水口，基孔钻进时，冲洗液由此循环。静盘外壳的上下两端分别与导管及心管进行旋转动密封，外壳法兰之间做静密封，使泥浆不能进入静盘之中。静盘的作用在于棘爪和棘轮组成了机械操纵离合器，当下刀杆处于收拢位置时，离合器接合，棘爪推动棘轮使静盘回转并带动定心翼片及前导钻头切削土层进行基孔钻进；在即将扩孔，下刀杆张开尚未接触到基孔孔壁24前，其末端上翘将拉杆提起，棘爪与棘轮脱开，离合器分离，当上部钻具再回转时，静盘及定心翼片、前导钻头却静止不动。这样静盘就可以实现对外管的轴向约束，内管即能够插入外管而使扩孔刀杆张开进行扩孔作业。

参照图4(a)，由于扭力弹簧32的作用和限位挡块31的限位，连杆10与上刀杆4共线，此时连杆是下刀杆的延长，上刀杆的作用力就通过连杆使下刀杆12绕下支座15张开。下刀杆张开过程中，连杆与下刀杆之间的夹角逐渐变小。当下刀杆张开到距极限位置(末端被限位)前15°-20°时，连杆接触到固定于下刀杆上的限位挡块33。参照图4(b)，由于限位挡块33的限位，连杆与下刀杆之间的夹角不能再变小，二构件就成为一个整体绕下支座运动。当下刀杆张开到被固定于下支座的限位挡块34限位的极限位置时，连杆就偏离了与上刀杆的共线位置。此时为一阶扩孔，其扩孔半径为下刀杆张开的回转半径，它大于基孔主钻头翼片的回转半径。参照图4(C)，连杆偏离了与上刀杆的共线位置后，上刀杆的作用力就对连杆产生了向外张开的力矩，而使连杆张开。连杆张开到最终由限位挡块33的底部限位时，就变为下刀杆的延长，使扩孔半径又有增加，此时为二阶扩孔。扩孔完毕，拉起上刀杆，连杆及下刀杆就相继收拢回位。

参照图5，35为钻机转盘，36为钻杆，37为导孔，38为基孔孔段，39为一阶扩孔孔段，40为二阶扩孔孔段。

操作时，将本实用新型用法兰与钻杆连接下入导孔孔底，再稍许提升钻杆，使键处于键槽的顶部，扩孔刀杆即收拢，然后启动转盘顺时针回转，键被置于宽键槽的左侧位置，便可加压进行基孔钻进。当钻至需要扩孔的深度时，停止转盘回转，再反转钻杆一个很小的角度，使键与窄键槽对正，内管就在钻杆压力作用下插入外管，使扩孔刀杆张开，此时水孔被打开，离合器分离。当再启动转盘顺时针回转，扩孔刀杆即切削土层进行扩孔作业。在下刀杆张开到极限位置时为一阶扩孔，如继续加压，则进行二限扩孔。扩孔完毕，只需提升钻杆使键回到键槽顶部，扩孔刀杆收拢，又可进行基孔钻进。

显然，以上描述是针对只能顺时针回转的钻机和螺纹连接的钻杆而言的。如果是使用可以逆时针回转的钻机和用法兰、牙嵌等非螺纹连接的钻杆，则可将离合器简化，即取消拉杆，使机械操纵离合器成为定向离合器，再将扩孔刀杆的刀片镶焊方向改为钻杆逆时针回转切削土层，这样就形成钻杆顺时针回转进行基孔钻进，钻杆逆时针回转进行扩孔，操作就更为方便。

使用本实用新型反复钻进和扩孔，就施工出如图5所示的多级扩径变截面桩桩孔。在桩孔内灌注混凝土后，桩身就附有多个圆锥体。这些圆锥体的存在，增加了地层对桩的支承力，因此就加大了桩的垂直和水平承载力及抗拔力，提高了桩的稳定性，可以减少建筑物的的沉降。而在要求桩的承载力不变的情况下，使用本装置施工变截面桩，就可以在设计时改小桩径，降低工程造价。

本实用新型可以使用正循环或泵吸、气举反循环排渣方式成孔。

Claims (6)

1、一种由基孔钻头和扩孔刀杆组成的钻孔灌注摩擦桩成孔器，它还包括有静盘(17)和连杆(10)，其特征在于：

a、静盘(17)的内部安装有由棘爪(27)和端面棘轮(28)组成的离合器，而且静盘(17)的上端与固定有下支座(15)的基孔主钻头短管(20)相连，下端与基孔钻进用的前导钻头(19)相连，其外壳还固定有基孔钻进用的定心翼片(18)；

b、连杆(10)的上端与上刀杆(4)铰接，下端与下刀杆(12)铰接。

2、按权利要求1所述的钻孔灌注摩擦桩成孔器，其特征是拉杆(26)的上端与下刀杆(12)铰接，下端与棘爪(27)铰接。

3、按权利要求1所述的钻孔灌注摩擦桩成孔器，其特征是上刀杆(4)与连杆(10)之间安装有扭力弹簧(32)，而且上刀杆(4)与连杆(10)在共线时还受到限位挡块(31)的限位。

4、按权利要求1所述的钻孔灌注摩擦桩成孔器，其特征是连杆(10)与下刀杆(12)之间的夹角受到限位挡块(33)的限位。

5、按权利要求1所述的钻孔液注摩擦桩成孔器，其特征是在下支座(15)固定有限位挡块(34)。

6、按权利要求1所述的钻孔灌注摩擦桩成孔器。其特征是基孔主钻头短管(20)开有水孔(14)，在下刀杆(12)上固定有水孔盖板(13)。

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