CN103244051B - 一种组合式潜孔锤钻具及其成桩工法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式潜孔锤钻具及其成桩工法，包括开口式潜孔锤、多层齿状螺纹钻杆，开口式潜孔锤与多层齿状螺纹钻杆通过销、轴及密封垫固定；所述开口式潜孔锤的冲击器设计为中空式冲击器，在开口式潜孔锤的底端设置有可以闭合的活动底门，侧面设置扩孔块，在内部设置压力送风孔、高压排气排渣槽；所述多层齿状螺纹钻杆由钻杆外管和钻杆内管构成，钻杆外管设置有送气管；成桩时，组合式潜孔锤钻具的桩机正向旋转进入桩底设计标高后，潜孔锤底端活动底门打开，通过钻杆内管、中空式冲击器通道高压泵送混凝土成桩。本发明所提供的组合式潜孔锤钻具可实现一次性成孔成桩，其成桩工法工序简单、效益高，节约能源。<!--1-->

Description

一种组合式潜孔锤钻具及其成桩工法

本发明属建筑领域，涉及一种钻具及其成桩工法，具体涉及一种可一次成孔成桩的组合式潜孔锤钻具及其成桩工法。

近年来，随着我国建筑领域的不断发展，高层和超高层建筑越来越密集，对基础的要求越来越高，很多地区的基础桩桩端必须嵌入岩层一定深度才能满足设计要求，为解决嵌岩难题，潜孔锤技术在近几年的技术研究领域逐渐得到发展。

国内用潜孔锤技术成孔方法自80年代以来已超过100多项专利研究，从单纯的采用潜孔锤技术成孔逐步发展到采用潜孔锤跟管组合成孔，提高了在基岩中成孔的技术水平。

公开号CN85107194A公开了一种增压机带动潜孔锤的钻进方法，提出了由多台低压、空压机并联作第一级压缩，直接供给增压机作第二级压缩，驱动潜孔锤工作，利用压缩空气为动力解决低压空压中压钻成孔中存在的问题。

公开号CN2066480U公开了一种湿式闭型反循环气动贯通潜孔锤，其目的和任务是要实现大口径卵砾石层，基岩、硬岩钻孔的单头潜孔锤，活塞作用面积大，低风压，闭型循环，活塞质量大，性能调节方便，更换个别零件即可改变冲击器工作参数，延长钻头寿命。冲洗液保护孔壁，反循环排渣即可反循环连续取芯也可全面钻进，成孔速度快，提高钻井工作效率，降低工作成本。

公开号CN101319599A公开了一种侧吸式反循环钻头，贯通式潜孔锤应用过程中存在的主要问题是：在强吸孔的过程中钻头脱离孔底气体迅速膨胀，一部分气体携带微小颗粒岩粉从钻具钻孔的环状间隙中逸出，由于外环间隙的气体流量小，上反风速不足将岩粉排除钻孔，岩粉悬挂在孔壁和堆积在钻具连接的台阶处，不但造成岩矿样的丢失，并且岩粉长时间堆积，尤其孔内遇水时，容易引起缩径和夹钻等问题。其目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种以解决分部气体携带小颗粒岩屑岩粉从钻孔外环间隙逸出而导致的缩径，夹钻和部分矿样丢失问题的侧吸式循环钻头。

公开号CN101967955A公开了一种自公转组成潜孔锤及施工方法，其所需要解决的第一个技术问题是提供一种使冲击钻头上的硬质合金头磨损趋于均衡，可提高工作效率和使用寿命的自公转组合式潜孔锤。需要解决的第二个技术问题是提供该自公转组合式潜孔锤的操作简单快捷的施工方法。启动钻机的动力头，驱动钻杆，自公转组合式潜孔锤按顺时针旋转，对正孔位后，启动供气***提供空气驱动自公转组成潜孔锤的各个冲击器动作；动力头下降，驱动自公转组合式潜孔锤一边旋转一边向下高频率冲击打孔，碎渣随冲击器的排气流通过钻杆于孔壁之间的环状间隙排出至地面。打孔至预定深度，并充分排渣。动力头向上提升，自公转组成式潜孔锤也随之提升至地面。钻机向一旁移动，向钻孔中放入钢筋笼浇筑混凝土，经一般时间固化后，即成为底下基础桩。钻机行走到下一个施工位置，重复以上步骤。根据现场地质条件和实际供气参数，调整安装阻尼调节环，合理分配气流，有效利用能量，提高打孔效率。除了可使用中空圆柱形的钻杆之外，还可以使用中空的螺旋钻杆，借助2个销轴及密封垫与组合式潜孔锤插接固定后进行打孔，使排渣效率提高，在动力头驱动组合式潜孔锤旋转冲击打孔的过程中，数个小直径冲击器的冲击钻头在随之公转的同时，受地层阻力的作用还可以绕自身轴线自转，冲击转头上的硬度合金头的做功和磨损趋于均衡，提高工作效率和使用寿命。按照本发明，使用螺旋钻杆与组合式潜孔锤配套，在相同条件下排渣效果更好，可以打更深的孔，更经济。

公开号CN201786251U公开了一种组合式潜孔锤，公开号CN101949261A公开了一种组合式潜孔锤及施工方法，两专利相同，实用和发明型，打孔至预计深度后，并充分排渣；动力头向上提升，组合式潜孔锤也随之提升至地面；钻机向一旁移动，向孔中放入钢筋笼、灌注混凝土，经一段时间固化后，即成为地下桩基础。

公开号CN202431202U公开了一种综合碎岩大口径组合钻头，鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种综合碎岩大口径组合钻头，该钻头最大的特点是将冲击碎岩、压碎岩。回转碎岩和疲劳碎岩机理等有机结合起来，形成综合碎岩效率，增加组合潜孔锤对地层的适应性。

公开号CN202866644U公开了一种牙轮、潜孔锤组合钻具，目的是针对上述重复起大钻和扩孔重复钻进提出了一种牙轮，潜孔锤组合钻具技术方案，通过该组合相应产生了一种新的分动复合转进技术。

公开号CN101581195A公开了一种环保型潜孔锤凿岩钻机，涉及一种环保型潜孔锤凿岩钻机，由于在现有潜孔锤凿岩钻机的基础上增加设置了供液箱和供液***，工作时能使液体连同压缩空气一起从落锤的凿头底部喷射出来，且所述的液体既可以是水，也可以是水泥浆、膨润土或砂浆，当用水作为液体时，发热的凿头可以得到冷却，有利于提高其抗磨性能、提高工作效率和确保较长的工作寿命，当用水泥浆、膨润土或砂浆作为液体时，可防止己凿出的孔眼周围发生坍塌的情况，有利于安全生产，此外，在凿孔施工的过程中所产生的粉尘将能得到有效抑制，凿孔施工期间的噪声也可大为降低，且在水连同高压压缩空气一起喷射排出的同时，凿孔的速度也可以有效提高，具有很强的实用性。

公开号CN201090135Y公开了一种组合钻具，包括端部带有风动潜孔锤的空心钻杆，所述空心钻杆的内部套装有与风源相连接的进风管，所述进风管的出风口与潜孔锤的导风口相连接；在所述空心钻杆的外部包覆有长度与空心钻杆的长度相适应的外护管，所述外护管的两端部与空心钻杆连为一体。将上述钻具通过联接盘安装在动力头上后，潜孔锤正循环垂直冲击钻进，压缩空气经内部进风管传输给潜孔锤并驱动其作功，排出的废气经钻头排气孔排出，冷却钻头，并携带岩渣沿孔壁与外护管之间的环状间隙返至地表，这时，外护管与空心钻杆连动，保护孤壁完整性；同时，动力头带动空心钻杆和风动潜孔锤进行适度的钻压与回转钻进，加快对岩石的破碎作用。

公开号CN101709621A公开了一种气动潜孔锤风压钻进装置，涉及气动潜孔锤钻进装置，特别是一种在碎石层和砂卵石层钻进的气动潜孔锤风压钻进装置，其特征在于在钻杆外套装一根耐磨套管，在此耐磨套管和钻杆之间设有连接圆盘，在此耐磨套管的两端设有连接接手，下端口处的连接接手连接锥形封闭段。在耐磨套管的中部和钻杆之间设有一个固定连接的圆盘，在耐磨套管的上端口处的连接接手连接一个封口圆盘，形成提高钻孔内风速的复合钻杆。或者在耐磨套管的上部、下部和钻杆之问各设有个连接圆盘作为耐磨套管的，同定支架，形成捞粉管。本发明的气功潜孔锤风压钻进装置通过提高钻孔内风速和增设捞粉管，可以及时清除钻孔内的岩粉、岩屑及砾石，大大提高钻进效率。

公开号CN2555370Y公开了一种套管式冲击钻具，涉及钻石油地球物理勘探井的套管式冲击钻具。它在钻流沙、砾石井段的钻杆和钻头所形成的腔里下入钻具和气动潜孔锤，锯杆的内壁与钻具之间构成环腔循环通道：地面钻具上装气龙头和气龙带，压缩空气从气龙带注入，经气龙头、钻具、潜孔锤，由井底经环腔通道把震击下来的岩屑送到地面。在高压气流冲击下震击岩石，能钻穿岩石井段，后续投放***可顺利投下，获取准确地震资料。

公开号CN101831906A公开了一种干式气动凿岩钻孔桩机及其工法，其特征是桩机由桩架、上动力头、螺旋钻杆、下动力头、钢护筒、气动潜孔锤、30-60m。空压机和高压输气管组成。其工法特征一是安装设备，二是用气动潜孔锤破碎岩石，破碎后土体、石渣由螺旋叶片从出渣口排出桩孔外，三是施工土层、砂层与卵砾石层，用钢护筒护壁，本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：该发明在施工凿岩钻孔灌注桩时，不仅凿岩速度快，而且呈干式、环保施工，施工现场干净，无泥浆污染。

公开号CN10195625A公开了一种潜孔锤反循环同心跟管钻进钻具，涉及一种潜孔锤反循环同心跟管钻进钻具。是由中空式潜孔锤通过半圆卡和花键套与导向钻头连接，在导向钻头在轴向方向上设有外花键并与环状套管钻头的内花键相配合，导向钻头3设计为反循环结构，环状跟管钻头通过管靴悬挂在套管的下端。与现有技术相比，导向钻头超前破碎岩石，并将冲击载荷转递给环状跟管钻头的同时带动回转，实现同心碎岩、跟管护壁、反循环排渣三个工序同时进行。双气路结构可同时冷却内、外钻头的球齿合金，提高钻头使用寿命。反循环排渣有效地清洁孔底岩屑，避免重复破碎，提钻时不易被岩屑卡死。跟管钻进结束后，不需更换钻具，仍能继续实施反循环钻进。该套钻具结构简单，加工成本低，使用寿命长，钻进效率高。

公开号CN102966304A公开了一种泥浆护壁空气潜孔锤钻具及钻井工艺，涉及一种泥浆护壁空气潜孔锤钻具及钻井工艺。钻具为同轴式三通道结构，内层钻杆设有中心通道，内层钻杆与中间层钻杆之间构成第二个通道，中间层钻杆与外层钻杆之间构成第三个通道，钻井中三通道钻具与孔壁之间形成了第四个通道，供泥浆和压缩空气独立循环。钻具外管采用螺纹连接，二层内管插接，连接强度高，密封性能好，拧卸方便。压缩空气驱动井底潜孔锤冲击碎岩，可使硬岩钻井效率提高十倍以上；且压缩空气在井下钻具内封闭循环，不受井深和围压变化的影响，风压和供气量大幅度降低，并避免井口污染，实现节能环保和低成本钻井。空气钻井的同时使用泥浆钻井，实现对井壁的有效保护，对各种复杂地层适应性增强，确保钻井安全。

公开号CN10186895A公开了一种洞室潜孔锤双壁管正循环钻孔除尘技术，涉及的是一种洞室潜孔锤双壁管正循环钻孔除尘技术，该技术专门用于普通潜孔锤双壁管组合的正循环钻进的孔内除尘方法。除尘部分由送水盒子、双壁管、喷水变换接头三部分来实现；该除尘方法与其他的洞室注浆孔钻进除尘方法相比较，结构简单可靠、除尘效果好，且不影响普通潜孔锤冲击钻进效率。当潜孔锤的锤头开始冲击钻进时，通过水盒子将一定压力的水送入双壁管的环状间隙内，水由环状间隙进入喷水变换接头，压力水从圆周排列在喷水变换接头上的小孔喷出，形成水雾区，废气携带岩粉在水雾区混合，形成的水、气和岩渣的多相流沿双壁管与孔壁之间的环状间隙排出孔外，实现普通潜孔锤正循环凿岩湿式除尘。

公开号CN102943466公开了一种微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基，本发明公开了一种微型钢管混凝土桩穿透路基层加固软弱地基施工工法，属于工程建设技术领域，解决传统软基处理方式不能满足工程建设对地基强度的要求，施工无法进行的问题。包括以下步骤：潜孔锤偏心钻机跟管作业：地质钻机成孔：液压振动锤沉管；拔除护筒套管：预埋注浆管道，安放钢筋笼；灌注高强度混合材料成桩。

公开号CN102912791A公开了一种钻孔灌注桩的工方法，提供一种钻孔灌注桩的施工方法，包括：a)定位桩位，组装钻机，将螺纹钻杆底端与组合式潜孔锤连接，固定在桩位上；将护筒移至钻机上方，令护筒通过螺纹钻杆至组合式潜孔锤底端的上方，护简与钻机轴向重合；b)钻机动力头连接并驱动钻机旋转，护筒动力头连接并驱动护筒旋转，钻机与护筒旋转方向相反；同时启动钻机动力头和护筒动力头，则砧头与护筒同时垂直向下钻进；c)钻至设计孔深，将钻机移出桩孔，将钢筋笼安装到护筒内；d)将注浆管安装到钢筋笼上方，由注浆管向护筒内灌注混凝土：以及e)灌注完成后，将护筒拔出，灌注桩凝固成型。该方法减少工步骤，不采用工艺污染环境是一种高效的钻孔灌注桩施工方法。

公开号CN2356137Y公开了一种对心扩孔套跟进潜孔钻进设备，目的在于提供一种对心扩孔套跟进潜孔锤钻进设备，能够带套管跟进钻孔，克服卡钻现象，以解决在一些复杂底层难于成孔的问题。

公开号CN1766276A公开了一种潜孔锤双管钻具及其钻进方法，目的就在于克服上述现有技术的不足，提供一种适于松散无胶结构的砂卵砾碎石底层及夹有软泥层和坚硬岩层的复杂底层钻进的潜孔锤双管钻具及其方法。

公开号CN102852457A、CN202788610U公开了一种潜孔锤套管跟进钻机(两专利相同，实用和发明型)，可快速打入岩石层。

公开号CN102747951A公开了一种潜孔锤套管跟进钻机，潜孔锤振动，向下钻孔，套管跟潜孔锤下钻，岩土屑从钻杆定深度时，将钻杆和潜孔锤提出，振动锤夹持钳松开，将横梁和导管留在地下，打开护筒移开桩机，下钢筋笼和灌注混凝土。

公开号CN102828690A公开了一种步履式双回旋潜孔锤钻机，公开CN202755890U公开了一种步履式双回旋潜孔锤钻机(两专利相同，实用和发明型)，无法取土成孔，无污染；适用于各种地质及其它桩机难以完成的地层，如坚硬的岩石层、冻土层、地下水丰富的沙层、碎石层、孤石等复杂底层：工作效率高。

公开号CN202731741U公开了一种潜水泵式潜孔锤反循环钻井机，在主钻杆和双壁副钻杆之间设有液压潜水泥浆泵，气动潜孔锤击碎岩石后，岩石碎屑被液压潜水泥浆泵抽出，气动潜孔锤只需冲击振动的气量和气压，岩石碎屑不需要高压气流上举进井口，因此，不需要大排量的空压机为启动潜孔锤提供动力，只需小排量的空压机提供动力即可，大大节省了能源的消耗，操作简单，提高了钻井机的作业速度，增加了钻井深度，提高了工作效率。

公开号CN102628268A、CN202559338U公开了一种气旋桩(两专利相同，实用和发明型)，优点在于：解决了松散层气压潜孔锤成孔后排渣、及入岩难的问题，综合效益为传统设备的10-15倍，大大提高了岩石地区入岩桩的成孔效率；无泥浆、水的传统辅助材料，节能环保，对资源和环境依赖小。长螺旋钻杆架载主要设备移动至工作地方并定位；打开电源，空压机产生风压，通过送气管传给潜孔锤动力，锤头冲击击碎岩层成孔，叶片排出渣土，钻至预定深度后，将长螺旋钻杆及潜孔锤钻具提出，引孔工序结束；另一台通用的长螺旋钻机采用正常钻入，压灌混凝土至孔底，后置钢筋笼，成桩。使用表明，本使用新型完全达到设计要求。

公开号CN101100859A公开了一种嵌入岩石的桩基施工方法和设备，其特征是包括下列步骤：1)振动沉护壁钢管：根据设计要求确定桩柱位置，打桩机吊起护壁钢管竖直立方，用振动器从钢管顶部推进下沉至岩石层面；2)螺旋钻进取土：用旋转钻头和连接的长螺旋钻钻进，并取出钢管内的全部土壤；3)冲击岩石层：对于硬度在35Mpa以上的岩石层，卸下长螺旋钻，动力头与转动装置、连接管和捆绑式冲击锤相互连接；向冲击锤内输入强度5-8Kg/C㎡的高压空气，使锤头以850-1300次/分的频率连续冲击破碎岩石层；4)移位冲击：在上述冲击破碎至一定深度后，停止冲击，提升冲击锤，启动转动装置，使捆绑式冲击锤转动移位一定角度后，再下沉继续进行连续冲击破碎，如此不断转动移位冲击破碎，使桩孔达到设计深度；5)风动取岩石渣：冲击器破岩后的残存气体把孔内的岩石粉尘渣扬起，落入捆绑式冲击锤上部的收集筒内，提出冲击锤，打开筒壁上的出料门，便可卸落；6)下钢筋笼：将预制的钢筋笼吊装入钢管中；7)灌混凝土：向钢管中灌注混凝土，并同时拔出护壁钢管。

公开号CN1419034A公开了一种松散碎地层的潜孔锤冲击静压跟管钻孔方法，该方法是利用潜孔锤在套管上部的冲击和钻机自身对导管的静压，将护壁套管下入孔内的一种钻进方法，套管下入的主要动力是潜孔锤的冲击力，钻机的静压力起辅助作用。

公开号CN201330559Y公开了一种气动潜孔锤风压钻进装置，目的是提供一种提高钻进效率的，有助于岩粉、岩屑及砾石排出气动潜孔锤风压钻进装置。

上述公开的专利技术有些主要是进一步提高潜孔锤本身的破岩能力、破岩速度等方面的创新。有些主要是对潜孔锤组合钻具的进一步在破岩成孔过程中护壁、彻底排气、排渣，环保等技术的完善与创新。

以上所述专利在潜孔锤成孔方法、能耗、提高施工效率上不断创新，但仍存在以下缺陷：①所述的潜孔锤及其潜孔锤组合钻具或桩机的功能仅限于成孔，无法一次性成孔和成桩；②在桩基工程中先用潜孔锤技术或潜孔锤组合钻具技术成孔，再采用其它方法成桩，因此，施工效率低或成本较高。

以上所述专利在潜孔锤成孔方法、能耗、提高施工效率上不断创新，但仍存在以下缺陷：①所述的潜孔锤及其潜孔锤组合钻具或桩机的功能仅限于成孔，无法一次性成孔和成桩；②在桩基工程中先用潜孔锤技术或潜孔锤组合钻具技术成孔，再采用其它方法成桩，因此，施工效率低或成本较高。

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的上述问题和缺陷，提供一种可一次性成孔成桩的组合式潜孔锤钻具。

本发明的另一目的是提供一种利用上述组合式潜孔锤钻具的成桩工法，可使成孔成桩过程一次性完成，工序简单、速度加快，能耗低。

为达到上述目的，本发明所提供的组合式潜孔锤钻具，包括开口式潜孔锤、多层齿状螺纹钻杆，开口式潜孔锤与多层齿状螺纹钻杆通过销、轴及密封垫固定；所述开口式潜孔锤的冲击器设计为中空式冲击器，在开口式潜孔锤的底端设置有可以闭合的活动底门，具有排渣通道或浇筑混凝土出口通道的功能，潜孔锤破岩时活动底门口可作为排气、排渣进口，开口式潜孔锤的侧面设置扩孔块，在开口式潜孔锤的内部设置压力送风孔、高压排气排渣槽；所述多层齿状螺纹钻杆由钻杆外管和钻杆内管构成，钻杆外管设置有送气管，钻杆内管可作为排气、排渣及浇筑混凝土的通道，钻具钻至设计底标高，高压泵送的混凝土通过中空式冲击器中心孔送至底端活动底门，活动底门打开，作为浇筑混凝土成桩的出口，钻具边提边浇筑混凝土，钻具提起桩施工完成。开口式潜孔锤共分三类：第一类为反循环潜孔锤；第二类为正循环潜孔锤；第三类为正反双向循环潜孔锤。

所述潜孔锤冲击器的中心孔的内径大于钻杆内管的内径，以利于混凝土正常输送，当潜孔锤破岩时，排出的气体及渣土通过中空式冲击器中心孔反循环排出，当锤头钻到设计桩底标高后，高压泵送的混凝土通过中空式冲击器中心孔送至底端活动底门，完成混凝土的浇筑。

本发明所提供的组合式潜孔锤钻具的成桩工法，具有以下步骤：

(1)、带有加压及提升装置、动力头、供气***、注润滑油***、多层齿状螺纹钻杆的钻机行走到施工位置，选择反循环潜孔锤或者正循环潜孔锤或者正反双向循环潜孔锤，与多层齿状螺纹钻杆连接并固定在动力头上；

(2)、关闭供气、供油***，电力启动钻机动力头，驱动组合式潜孔锤钻具，对准孔位后，在加压作用下正向旋转挤压土体成孔或在非加压作用下取土成孔，钻至基岩表面或设计要求的土层、岩层深度；

(3)、启动供气***，开启送气管门，压缩空气由外部高压胶管进入送气管至潜孔锤冲击器连续进行冲击破土(岩)，开口式潜孔锤由正向旋转改为反向旋转下钻，同时潜孔锤扩孔块在与孔壁摩擦力的作用下绕扩孔块轴旋转至潜孔锤挡口，形成扩大的潜孔锤头，同时反向旋转并垂直冲击钻进，直至设计桩底标高，形成上部小直径孔体，下部为大直径孔体，或者开口式潜孔锤继续正向旋转钻进直至设计桩底标高，形成通长等直径孔体，排出的气体及渣土在冲击器的冲击气体压力作用下可采用反循环潜孔锤通过活动门入口进入中空式冲击器及钻杆内管排出返回地面或进入渣土收集器中；或者闭合活动门后采用正循环潜孔锤使排出的气体及渣土通过潜孔锤的高压排气排渣槽排出至齿状螺纹钻杆的螺纹齿缝排出返回地面或进入渣土收集器中；或者采用正反双向循环潜孔锤通过潜孔锤活动底门进入中空式冲击器中心孔及钻杆内管中心孔及经过三通转换头排出以及通过潜孔锤外部排气道并通过齿状螺纹钻杆的螺纹齿缝排出返回地面或进入渣土收集器中。

(4)、钻至桩底标高后，关闭送气管门，开通三通转换头，反向旋转往上提，高压泵送的混凝土通过三通转换头进入钻杆内管及中空式冲击器通道至潜孔锤活动底门出口形成桩体或扩大头桩体直至岩土孔体大小变径处。

(5)、继续反向旋转上提钻具，使潜孔锤扩孔块收回位至原位，继续浇筑混凝土至桩顶，形成上部小直径桩体，下部为大直径桩体；或由反向旋转改为正向旋转上提钻具继续浇筑混凝土至桩顶，形成等直径桩体。

(6)、待砼浇注完成后，放置钢筋笼，形成钢筋混凝土等直径嵌岩桩或钢筋混凝土变径嵌岩桩(钢筋混凝土扩大头嵌岩桩)。

采用上述技术方案的组合式潜孔锤钻具及其成桩工法，具有以下优点：

1、施工采用一次成孔成桩工艺，此施工工序简单，操作简便，提高了施工速度；

2、施工一次性成孔成桩，节约能耗。

图1为本发明的组合式潜孔锤钻具的结构示意图。

图2为本发明的组合式潜孔锤钻具的剖面图。

图3为反循环式潜孔锤的顶视图。

图4为正循环式潜孔锤的顶视图。

图5为正反双向循环式潜孔锤的顶视图。

图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15为本发明所述的组合式潜孔锤钻具的成桩工法流程示意图。

图中：1、开口式潜孔锤；2、多层齿状螺纹钻杆；3、钻杆内管；4、中空式冲击器；5、活动底门；6、送气管；7、钻杆外管；8、定位销；9、定位轴；10、扩孔块；11、压力送风孔；12、高压排气排渣槽；13、桩机；14、动力头；15、三通转换头；16、送气管门；17、泵机；18、集料槽；19、空压机；20、限位挡口。

下面结合附图，对本发明作进一步说明。

在图1、图2、图3、图4、图5所示的结构中，本发明所设计的组合式潜孔锤钻具包括开口式潜孔锤1、多层齿状螺纹钻杆2，开口式潜孔锤与多层齿状螺纹钻杆通过定位销8、定位轴9及密封垫固定；所述的开口式潜孔锤的冲击器设计为中空式冲击器4，其中心孔的内径大于钻杆内管3的内径，以利于混凝土正常输送，当潜孔锤破岩时，排出的气体及渣土通过中空式冲击器中心孔反循环排出，在开口式潜孔锤的底端设置有可以闭合的活动底门5，具有排渣通道或浇筑混凝土出口通道的功能，开口式潜孔锤的侧面设置扩孔块10，在开口式潜孔锤的内部设置压力送风孔11、高压排气排渣槽12；所述多层齿状螺纹钻杆2由钻杆外管7和钻杆内管3构成，钻杆外管7设置有送气管6，钻杆内管3可作为排气、排渣及浇筑混凝土的通道。潜孔锤破岩时活动底门5可作为排气、排渣进口，钻具钻至设计底标高，高压泵送的混凝土通过中空式冲击器中心孔送至底端活动底门，活动底门5打开，作为浇筑混凝土成桩的出口，钻具边提边浇筑混凝土，钻具提起桩施工完成。开口式潜孔锤共分三类：第一类为反循环潜孔锤；第二类为正循环潜孔锤；第三类为正反双向循环潜孔锤。

本发明所提供的组合式潜孔锤钻具成桩工法，参照图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15，具有以下步骤：

①带有加压及提升装置、动力头14、供气***19、注润滑油***、多层齿状螺纹钻杆2的钻机13行走到施工位置，开口式潜孔锤1与多层齿状螺纹钻杆2连接并固定在动力头14上(见图6)；

②关闭供气、供油***，电力启动钻机动力头14，驱动组合式潜孔锤钻具，对准孔位后，在加压作用下正向旋转挤压土体成孔或在非加压作用下取土成孔，钻至基岩表面或设计要求的土层、岩层深度(见图7)；

③启动供气***，开启送气管门16，压缩空气由外部高压胶管进入送气管6，开口式潜孔锤1由正向旋转转变为反向旋转下钻，同时潜孔锤扩孔块10在与孔壁摩擦力的作用下绕扩孔块轴旋转至潜孔锤限位挡口20，形成扩大的潜孔锤头，同时反向旋转并垂直冲击钻进，直至设计桩底标高，形成上部小直径孔体，下部为大直径孔体(见图9)，或者开口式潜孔锤继续正向旋转钻进直至设计桩底标高，形成通长等直径孔体(见图8)。排出的气体及渣土可采用反循环潜孔锤(图3)使排出的气体及渣土通过潜孔锤底端活动底门中空式冲击器4的中心孔及钻杆内管3排出返回地面或进入渣土收集器18中；或者闭合活动门后采用正循环潜孔锤(图4)使排出的气体及渣土通过潜孔锤的高压排气排渣槽12排出至齿状螺纹钻杆的螺纹齿缝排出返回地面或进入渣土收集器18中；或者采用正反双向循环潜孔锤(图5)通过潜孔锤活动底门进入中空式冲击器4的中心孔及钻杆内管3，经过三通转换头15排出返回地面或进入渣土收集器18中；

④钻至桩底标高后，关闭送气管门16，开通三通转换头15，反向旋转往上提，高压泵送混凝土至三通转换头15进入钻杆内管3及中空式冲击器4中心孔至潜孔锤活动底门5出口形成桩体(见图10)或扩大头桩体直至岩土孔体大小变径处(见图11)；

⑤继续反向旋转上提钻具，使潜孔锤扩孔块收回位至原位，继续浇筑混凝土至桩顶，形成上部小直径桩体，下部为大直径桩体(见图10)；或由反向旋转改为正向旋转上提钻具继续浇筑混凝土至桩顶，形成等直径桩体。(见图12)

⑥待砼浇注完成后，放置钢筋笼，形成钢筋混凝土嵌岩桩(图13)或钢筋混凝土扩大头嵌岩桩(图14)；

⑦钻机行走到下一个施工位置，重复以上步骤(见图15)。

步骤①中开口式潜孔锤除了可以使用反循环潜孔锤(图3)之外，还可以使用正循环潜孔锤(图4)或者使用正反双循环潜孔锤(图5)，应根据岩土层择优选择。

步骤③中气体及渣土的排出方式可根据使用的开口式潜孔锤型式采取不同的方式排出，当使用反循环潜孔锤(图3)时，排出的气体及渣土通过潜孔锤底端活动底门入口进入中空式冲击器4的中心孔及钻杆内管3排出返回地面或进入渣土收集器18中；当使用正循环潜孔锤(图4)时，闭合潜孔锤底端活动门，使排出的气体及渣土通过潜孔锤的高压排气排渣槽12排出至齿状螺纹钻杆的螺纹齿缝排出返回地面或进入渣土收集器18中；当使用正反双向循环潜孔锤(图5)时，排出的气体及渣土通过潜孔锤活动底门进入中空式冲击器4的中心孔及钻杆内管3，残余渣土通过潜孔锤的高压排气排渣槽12排出至齿状螺纹钻杆的螺纹齿缝排出，经过三通转换头15排出返回地面或进入渣土收集器18中，实现双循环排渣土。

步骤⑤当设计要求形成的桩为等直径桩时，忽略此步骤。

结合上述实施例，对本发明进行了说明，但通过对对施工步骤的细节作一些适当的调整，就可以在本发明的范围内，派生出各种不同型式的施工方法。

Claims (3)

1.一种组合式潜孔锤钻具，包括开口式潜孔锤、多层齿状螺纹钻杆，其特征在于：开口式潜孔锤与多层齿状螺纹钻杆通过销、轴及密封垫固定；所述开口式潜孔锤的冲击器设计为中空式冲击器，在开口式潜孔锤的底端设置有可以闭合的活动底门，开口式潜孔锤的侧面设置扩孔块，在开口式潜孔锤的内部设置压力送风孔、高压排气排渣槽；所述多层齿状螺纹钻杆由钻杆外管和钻杆内管构成，钻杆外管设置有送气管；

多层齿状螺纹钻杆包括钻杆和多层齿状螺纹，每层齿状螺纹包括多个齿状凸起；多个齿状凸起间隔的围设在钻杆外管的周面上，形成一层齿状螺纹；在钻杆外管上，沿钻杆外管延伸的方向，依次间隔的设置有多层齿状螺纹，且相邻两层齿状螺纹的相应的所述齿状凸起沿所述钻杆外管延伸方向在相同的垂直位置排布；每层所述齿状螺纹中的多个齿状凸起，沿所述钻杆外管的周面延伸的方向，依次错位设置。

2.根据权利要求1所述的组合式潜孔锤钻具，其特征在于：所述潜孔锤冲击器的中心孔的内径大于钻杆内管的内径。

3.一种利用权利要求1所述的组合式潜孔锤钻具的成桩工法，其特征在于，其施工步骤包括：

(1)、带有加压及提升装置、动力头、供气***、注润滑油***、多层齿状螺纹钻杆的钻机行走到施工位置，选择反循环潜孔锤或者正循环潜孔锤或者正反双向循环潜孔锤，与钻杆连接并固定在动力头上；

(2)、关闭供气、供油***，电力启动钻机动力头，驱动组合式潜孔锤钻具，对准孔位后，在加压作用下正向旋转挤压土体成孔或在非加压作用下取土成孔，钻至基岩表面或设计要求的土层、岩层深度；

(3)、启动供气***，开启送气管门，压缩空气由外部高压胶管进入送气管至潜孔锤冲击器连续进行冲击破土，开口式潜孔锤由正向旋转改为反向旋转下钻，同时潜孔锤扩孔块在与孔壁摩擦力的作用下绕扩孔块轴旋转至潜孔锤挡口，形成扩大的潜孔锤头，同时反向旋转并垂直冲击钻进，直至设计桩底标高，形成孔体；排出的气体及渣土在冲击器的冲击气体压力作用下采用反循环潜孔锤通过活动门入口进入中空式冲击器及钻杆内管排出返回地面或进入渣土收集器中；或者闭合活动门后采用正循环潜孔锤使排出的气体及渣土通过潜孔锤的高压排气排渣槽排出至齿状螺纹钻杆的螺纹齿缝排出返回地面或进入渣土收集器中；或者采用正反双向循环潜孔锤通过潜孔锤活动底门进入中空式冲击器中心孔及钻杆内管中心孔及经过三通转换头排出以及通过潜孔锤外部排气道并通过齿状螺纹钻杆的螺纹齿缝排出返回地面或进入渣土收集器中；

(4)、钻至桩底标高后，关闭送气管门，开通三通转换头，反向旋转往上提，高压泵送的混凝土通过三通转换头进入钻杆内管及中空式冲击器通道至潜孔锤活动底门出口形成桩体或扩大头桩体直至岩土孔体大小变径处；

(5)、继续反向旋转上提钻具，使潜孔锤扩孔块收回位至原位，继续浇筑混凝土至桩顶，形成上部小直径桩体，下部为大直径桩体；或由反向旋转改为正向旋转上提钻具继续浇筑混凝土至桩顶，形成等直径桩体；

(6)、待砼浇注完成后，放置钢筋笼，形成钢筋混凝土等直径嵌岩桩或钢筋混凝土变径嵌岩桩。