CN103924928B - 旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构及其施工方法，属于固定建筑物的土层的钻进技术领域。该配合结构包括内部具有空腔的钻头本体和锚索承载板，钻头本体设有注浆喷嘴、辅助喷嘴和控制阀，钻头本体是阶梯状钻头本体，阶梯状钻头本体上套穿有推板。该方法包括：1）将推板、锚索承载板和钻头本体进行装配；2）钻头本体进行钻进；3）钻头本体钻进到预定位置后，开启注浆喷嘴进行旋喷注浆，将锚索承载板进行固定；4）退出钻头本体。该旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构可以在钻进式锚索施工中的钻进的过程中同时跟进多个锚索承载体从而提高单根锚杆承载力。

Description

旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种钻头及其施工方法，属于固定建筑物的土层的钻进技术领域。

背景技术

在交通、市政、建筑、水电、矿山工程的基坑、边坡、隧道和地下管线工程建设中，申请人在钻进式锚索施工中发现问题如下：

1）传统的钻进式锚索因钻头的限制只能跟进一个承载板，一个承载板上设有多个锚索，比如：6个锚索设在一个承载板上，这个承载板受力就非常集中，因此整个锚索的抗拔力很难提高；

2）锚索承载体的强度直接影响到锚索的抗拔力，影响锚索承载体强度的因素主要是水泥的掺量比例，水泥掺量越高强度越高，但是现有的钻进式锚索施工，仅仅靠旋喷切割来增加承载体中的水泥掺量的比例，由于注浆喷嘴与承载板的位置相隔较远，使得增加承载体中的水泥掺量的比例的施工消耗成本较大且很难实现；

3）一般旋喷锚桩的破坏，是承载体和它周边的旋喷体（即核心体）之间出现破裂，决定强度的大小，普通旋喷锚桩的施工都是使用大压力把旋喷锚桩的周边部分水泥掺量提高，这样旋喷锚桩的周边部分强度高，而核心部分强度反而低，所以造成承载板前端的桩体抗压强度低，桩体被承载板压裂破坏，旋喷锚桩的抗拔力偏低。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是，针对现有技术不足，提出在钻进式锚索施工中的钻进的过程中可以同时跟进多个锚索承载体从而改变单根锚杆受力的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构及其施工方法。

本发明要解决的第二个技术问题是，在解决第一个技术问题基础上，提出一种将多个锚索承载体快速固定的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构。

本发明要解决的第三个技术问题是，在解决上述技术问题基础上，提出一种将多个锚索承载体牢固固定的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构。

本发明为解决上述第一个技术问题提出的技术方案之一是：一种旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，包括内部具有空腔的钻头本体和锚索承载板，所述钻头本体的侧壁上设有与所述空腔相连通的注浆喷嘴和辅助喷嘴，所述注浆喷嘴和辅助喷嘴均连接有控制阀，所述钻头本体是阶梯状钻头本体，所述阶梯状钻头本体是由从钻头本体的头部到柄部的至少两段直径依次变大的圆柱组成，每段圆柱上套穿有推板；当所述钻头本体钻进时，每个推板紧贴在一个锚索承载板的一侧面和每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面上，当所述钻头本体退出时，所述锚索承载板与钻头本体和推板相分离。

本发明由于钻头本体是阶梯状钻头本体，阶梯状钻头本体是由从钻头本体的头部到柄部的至少两段直径依次变大的圆柱组成，每段圆柱上套穿有推板；当钻头本体钻进时，每个推板紧贴在一个锚索承载板的一侧面和每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面上，当钻头本体退出时，锚索承载板与钻头本体和推板相分离，由此带来：

在钻进式锚索施工中，将每段圆柱上套穿一个推板和锚索承载板，每个推板紧贴在一个锚索承载板的一侧面和每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面上，每个锚索承载板上都分别固定有几根锚索，这样将单个锚索承载板的固定的锚索，分成多个锚索承载板上分别固定的锚索，大大提高单根锚杆的承载力；在钻头本体钻进时，钻头本体通过每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面将推板向前推进，推板再将锚索承载板向前推进，这样，钻头本体钻进的过程中可以同时跟进多个承载板，当钻头本体退出时，锚索承载板与钻头本体和推板相分离，完成了将旋喷锚索由单锚索承载板受力转变成多个锚索承载板分散型受力，实现了单根锚杆从压力集中型到压力分散型锚杆的转变，从而大大提高锚索的抗拔力。

本发明为解决上述第一个技术问题提出的技术方案之二是：一种旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构的施工方法，采用如权利要求1所述旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，包括以下步骤：

1）将推板、锚索承载板和钻头本体进行装配：每段圆柱上套穿一个推板和锚索承载板，每个推板紧贴在一个锚索承载板的一侧面和每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面上，每个锚索承载板上均固定有锚索；

2）钻头本体进行钻进：通过控制阀关闭注浆喷嘴，开启辅助喷嘴，进行钻孔，钻头本体钻进时，钻头本体通过每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面将推板向前推进，推板再将锚索承载板向前推进；

3）钻头本体钻进到预定位置后，通过控制阀关闭辅助喷嘴，开启注浆喷嘴进行旋喷注浆，将锚索承载板进行固定；

4）退出钻头本体，锚索承载板与钻头本体和推板相分离。

本发明为解决上述第二个技术问题，对上述技术方案的改进是：每段圆柱上设有一个注浆喷嘴，每段圆柱上的注浆喷嘴靠近每段圆柱套穿的锚索承载板处。

钻头本体钻进到预定位置后，通过控制阀关闭辅助喷嘴，开启注浆喷嘴进行旋喷注浆，由于每段圆柱上设有一个注浆喷嘴，每段圆柱上的注浆喷嘴靠近每段圆柱套穿的锚索承载板处，可以通过每个注浆喷嘴单独对一个锚索承载板进行快速准确注浆固定，这样带来锚索承载板的水泥掺量明显提升，从而促使锚索承载板强度提高进而提高锚索的抗拔力。

本发明为解决上述第三个技术问题，对上述技术方案的改进是：所述注浆喷嘴是低压注浆喷嘴。

由于注浆喷嘴是低压注浆喷嘴，这样，通过每个注浆喷嘴单独对一个锚索承载板进行快速准确注浆固定时，锚索承载板的核心部分水泥掺量高，锚索承载板的周边部分水泥掺量低，这样可以提高旋喷体核心部分强度，决定旋喷桩强度的关键是核心部分的强度，这样，可以提高承载体的抗拔力。

上述技术方案的变化之一是：所述钻头本体的头部制为钻尖，所述辅助喷嘴是高压喷嘴，所述辅助喷嘴靠近所述钻头本体的头部。

由于辅助喷嘴是高压喷嘴，钻头本体可以通过高压喷嘴对土层进行切割钻进，这样，对钻头本体的头部要求不高，有利于保护钻头，延长钻头的工作时间，提高钻头的工作效率。

上述技术方案的变化之二是：所述辅助喷嘴设于垂直所述钻头本体轴向。

上述技术方案的变化之三是：所述空腔是由位于所述钻头本体的头部的第一空腔和位于所述钻头本体的柄部的第二空腔上下相叠构成的阶梯空腔，所述第一空腔的直径小于第二空腔的直径，所述辅助喷嘴与第一空腔相连通，所述注浆喷嘴与第二空腔相连通，所述控制阀包括可投放的钢球和设于第二空腔内且可在第二空腔内滑动的阀座，所述阀座沿轴向均设有过液孔，每个注浆喷嘴处对应设有一个阀座，相邻的两个阀座彼此连接，靠近第一空腔处的阀座的过液孔直径小于远离第一空腔处的阀座的过液孔直径，所述钢球可投放的封堵在靠近第一空腔处的阀座的过液孔上，靠近第一空腔处的阀座的底端设有弹簧。

上述技术方案的完善之一是：所述钻头本体的头部的钻尖是圆锥形。

上述技术方案的完善之二是：所述钻头本体的头部的钻尖是圆球形。

上述技术方案之二的变化是：5）上述步骤1中，每段圆柱上设有一个注浆喷嘴，所述注浆喷嘴是低压注浆喷嘴，每段圆柱上的注浆喷嘴靠近每段圆柱套穿的锚索承载板处；钻头本体的头部制为钻尖，所述辅助喷嘴是高压喷嘴，所述辅助喷嘴靠近所述钻头本体的头部，所述辅助喷嘴设于垂直所述钻头本体轴向；

6）上述步骤2中，钻头本体通过辅助喷嘴喷出高压流体进行土层切割钻进。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构的结构示意图。

图2是图1的钻头本体的结构示意图。

图3是图1的钻头本体退出施工状态图。

图4是图1的控制阀的结构示意图。

图5是图3的A-A结构示意。

图6是图3的B-B结构示意。

图7是图3的C-C结构示意。

图8是图3的A1-A1结构示意。

图9是图3的B1-B1结构示意。

图10是图3的C1-C1结构示意。

具体实施方式

本实施例的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，如图1至图4所示，包括内部具有空腔1的钻头本体2和锚索承载板7。钻头本体2的侧壁上设有与空腔1相连通的注浆喷嘴3和辅助喷嘴4，注浆喷嘴3和辅助喷嘴4均连接有控制阀5。

钻头本体2是阶梯状钻头本体。阶梯状钻头本体是由从钻头本体的头部到柄部的至少两段直径依次变大的圆柱组成。每段圆柱上套穿有推板6。

当钻头本体2钻进时，每个推板6紧贴在一个锚索承载板7的一侧面和每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面上，当钻头本体2退出时，锚索承载板7与钻头本体2和推板6相分离。

如图5至图7所示，推板6可以采用圆形垫片，靠近钻头本体的头部的圆柱上套穿的推板6与钻头本体相配合的内径小，靠近钻头本体的柄部的推板6与钻头本体相配合的内径大。如图8至图10所示，与每段圆柱上套穿的推板6紧贴的锚索承载板7只固定2个锚索，这样，与原有的单个锚索承载板固定6个锚索相比，分散了受力。锚索包括锚具8和预应力筋9，预应力筋比如钢绞线等。

本实施例的每段圆柱上设有一个注浆喷嘴3，每段圆柱上的注浆喷嘴3靠近每段圆柱套穿的锚索承载板7处。

本实施例的注浆喷嘴3是低压注浆喷嘴。

本实施例的钻头本体2的头部制为钻尖，辅助喷嘴4是高压喷嘴，辅助喷嘴4靠近钻头本体2的头部。

本实施例的辅助喷嘴4设于垂直钻头本体2轴向。

本实施例的钻头本体2的头部的钻尖是圆锥形。当然本实施例的钻头本体2的头部的钻尖是圆球形，或者其它形状，等等。

本实施例的空腔1是由位于所述钻头本体的头部的第一空腔1-1和位于钻头本体的柄部的第二空腔1-2上下相叠构成的阶梯空腔。第一空腔1-1的直径小于第二空腔1-2的直径。辅助喷嘴4与第一空腔1-1相连通，注浆喷嘴3与第二空腔1-2相连通。

控制阀5包括可投放的钢球5-1和设于第二空腔1-2内且可在第二空腔内滑动的阀座5-2。阀座5-2沿轴向均设有过液孔5-3。每个注浆喷嘴3处对应设有一个阀座5-2，相邻的两个阀座5-2彼此连接，靠近第一空腔1-1处的阀座5-2的过液孔直径小于远离第一空腔1-1处的阀座5-2的过液孔直径。

钢球5-1可投放的封堵在靠近第一空腔1-1处的阀座5-2的过液孔上，靠近第一空腔1-1处的阀座5-2的底端设有弹簧5-4。

本实施例的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构的施工方法，包括以下步骤：

1）将推板6、锚索承载板7和钻头本体2进行装配：每段圆柱上套穿一个推板6和锚索承载板7，每个推板6紧贴在一个锚索承载板7的一侧面和每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面上，每个锚索承载板7上均固定有锚索；

2）钻头本体2进行钻进：通过控制阀5关闭注浆喷嘴3，开启辅助喷嘴4，进行钻孔，钻头本体2钻进时，钻头本体通过每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面将推板6向前推进，推板6再将锚索承载板7向前推进；

3）钻头本体2钻进到预定位置后，通过控制阀5关闭辅助喷嘴4，开启注浆喷嘴3进行旋喷注浆，将锚索承载板7进行固定；

4）退出钻头本体2，锚索承载板7与钻头本体2和推板6相分离。

本实施例的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构的施工方法：5）上述步骤1中，每段圆柱上设有一个注浆喷嘴3，注浆喷嘴3是低压注浆喷嘴，每段圆柱上的注浆喷嘴3靠近每段圆柱套穿的锚索承载板7处；钻头本体2的头部制为钻尖，辅助喷嘴4是高压喷嘴，辅助喷嘴4靠近钻头本体2的头部，辅助喷嘴4设于垂直钻头本体2轴向；

6）上述步骤2中，钻头本体2通过辅助喷嘴4喷出高压流体进行土层切割钻进。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，包括内部具有空腔的钻头本体和锚索承载板，所述钻头本体的侧壁上设有与所述空腔相连通的注浆喷嘴和辅助喷嘴，所述注浆喷嘴和辅助喷嘴均连接有控制阀，其特征在于:所述钻头本体是阶梯状钻头本体，所述阶梯状钻头本体是由从钻头本体的头部到柄部的至少两段直径依次变大的圆柱组成，每段圆柱上套穿有推板；当所述钻头本体钻进时，每个推板紧贴在一个锚索承载板的一侧面和每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面上，当所述钻头本体退出时，所述锚索承载板与钻头本体和推板相分离。

2.如权利要求1所述的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，其特征在于：每段圆柱上设有一个注浆喷嘴，每段圆柱上的注浆喷嘴靠近每段圆柱套穿的锚索承载板处。

3.如权利要求2所述的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，其特征在于：所述注浆喷嘴是低压注浆喷嘴。

4.如权利要求1、2或3所述的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，其特征在于：所述钻头本体的头部制为钻尖，所述辅助喷嘴是高压喷嘴，所述辅助喷嘴靠近所述钻头本体的头部。

5.如权利要求4所述的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，其特征在于：所述辅助喷嘴设于垂直所述钻头本体轴向。

6.如权利要求5所述的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，其特征在于：所述钻头本体的头部的钻尖是圆锥形。

7.如权利要求5所述的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，其特征在于：所述钻头本体的头部的钻尖是圆球形。

8.如权利要求4所述的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，其特征在于：所述空腔是由位于所述钻头本体的头部的第一空腔和位于所述钻头本体的柄部的第二空腔上下相叠构成的阶梯空腔，所述第一空腔的直径小于第二空腔的直径，所述辅助喷嘴与第一空腔相连通，所述注浆喷嘴与第二空腔相连通，所述控制阀包括可投放的钢球和设于第二空腔内且可在第二空腔内滑动的阀座，所述阀座沿轴向均设有过液孔，每个注浆喷嘴处对应设有一个阀座，相邻的两个阀座彼此连接，靠近第一空腔处的阀座的过液孔直径小于远离第一空腔处的阀座的过液孔直径，所述钢球可投放的封堵在靠近第一空腔处的阀座的过液孔上，靠近第一空腔处的阀座的底端设有弹簧。

9.一种旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构的施工方法，采用如权利要求1所述旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构，其特征在于包括以下步骤：

1）将推板、锚索承载板和钻头本体进行装配：每段圆柱上套穿一个推板和锚索承载板，每个推板紧贴在一个锚索承载板的一侧面和每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面上，每个锚索承载板上均固定有锚索；

2）钻头本体进行钻进：通过控制阀关闭注浆喷嘴，开启辅助喷嘴，进行钻孔，钻头本体钻进时，钻头本体通过每段圆柱与相邻段圆柱之间的定位轴肩面将推板向前推进，推板再将锚索承载板向前推进；

3）钻头本体钻进到预定位置后，通过控制阀关闭辅助喷嘴，开启注浆喷嘴进行旋喷注浆，将锚索承载板进行固定；

4）退出钻头本体，锚索承载板与钻头本体和推板相分离。

10.如权利要求9所述的旋喷注浆一体化钻头和锚索的配合结构的施工方法，其特征在于：

5）上述步骤1中，每段圆柱上设有一个注浆喷嘴，所述注浆喷嘴是低压注浆喷嘴，每段圆柱上的注浆喷嘴靠近每段圆柱套穿的锚索承载板处；钻头本体的头部制为钻尖，所述辅助喷嘴是高压喷嘴，所述辅助喷嘴靠近所述钻头本体的头部，所述辅助喷嘴设于垂直所述钻头本体轴向；

6）上述步骤2中，钻头本体通过辅助喷嘴喷出高压流体进行土层切割钻进。