CN104453717A - 长螺旋钻孔扩底装置及扩体锚杆施工工法 - Google Patents

Abstract

一种长螺旋钻孔扩孔装置及扩体锚杆施工工法，包括设有螺旋叶片的螺旋钻杆、前导钻头，螺旋钻杆的上部通过旋转接头与桩机的动力箱连接，旋转接头上设有进浆口，动力箱上部两侧设有电动机，动力箱上部中间设有扩孔油缸支架、扩孔油缸，油缸支架的上部中间设有连接耳，扩孔油缸通过连接耳与扩孔油缸支架铰接，扩孔油缸的活塞杆下端与扩孔连杆顶部通过分动连接器连接，扩孔连杆下部设置在螺旋钻杆的轴向中心通孔中，前导钻头与螺旋钻杆之间设有回转扩孔装置，扩孔连杆的下端与回转扩孔装置连接，回转扩孔装置下部与前导钻头连接。本发明施工过程无噪音、无振动、无泥浆，锚固体强度高、质量好、成本低、工效高、环保性好，锚杆抗拔承载力高。

Description

长螺旋钻孔扩底装置及扩体锚杆施工工法

技术领域

本发明属土木工程施工技术领域,涉及一种长螺旋钻孔扩底装置及利用该装置施工扩体锚杆的施工工法。

背景技术

在岩土工程领域内，许多的边坡、基坑开挖支护工程，以及基础抗浮的永久结构中，都需要采用锚固技术。目前仍大量采用传统的全长等直径的锚固工艺，在工程地质条件较为复杂的地层内，如设置于软弱松散地层内的锚杆，受锚固段摩擦力较低等因素制约，造成锚杆抗拔承载力偏低，变形量较大，传统锚固工艺通常采用增加单元锚杆的长度或跟管钻进的方法来解决此类问题，从而导致施工成本的上升和锚杆材料的浪费，不利于节能减排。目前，我国已开发出一些扩体锚固施工工艺，通常采用泥浆护壁机械扩孔或者高压旋喷扩孔，安放好锚杆杆体再孔内注浆的成桩工艺，前者一般要设计在比较稳定的地层中，普通段锚孔成孔后要二次下扩孔钻具，施工速度慢，施工成本高；后者适应的地质条件较广泛，但要完成旋喷扩孔需多次起降钻具来完成，扩孔过程中产生大量的废弃泥浆，污染环境且施工成本高。现有技术中还没有一种将长螺旋施工工艺与扩孔施工工艺相结合的技术，并能够应用于扩体锚杆施工，以达到缩短锚杆长度、提高单锚抗拔承载力，同时解决施工速度、泥浆污染以及振动、噪音等施工效益和环保方面的问题的目的。

发明内容

本发明就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种长螺旋钻孔扩底装置及孔中灌注砂浆后安放锚杆杆体的施工工法，以克服现有施工技术中进行扩孔段扩孔时，需要二次下扩孔钻具，施工速度慢，施工成本高，以及成孔、扩孔过程中使用泥浆循环产生大量废浆污染环境的问题，本发明所提供的扩体锚杆施工工法施工过程无噪音、无振动、无泥浆，锚固体强度高、质量好、成本低、工效高、更加环保等特点，锚杆抗拔承载力大大提高。

本发明还提供一种利用长螺旋钻孔扩底装置施工扩体锚杆的施工工法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

一种长螺旋钻孔扩孔装置，包括设有螺旋叶片的螺旋钻杆、前导钻头，所述螺旋钻杆的上部通过旋转接头与桩机的动力箱连接，旋转接头上设有进浆口，动力箱上部两侧设有电动机，动力箱上部中间设有扩孔油缸支架、扩孔油缸，所述油缸支架的上部中间设有连接耳，扩孔油缸通过连接耳与扩孔油缸支架铰接，扩孔油缸的活塞杆下端与扩孔连杆顶部通过分动连接器连接，所述扩孔连杆下部设置在螺旋钻杆的轴向中心通孔中，所述前导钻头与螺旋钻杆之间设有回转扩孔装置，扩孔连杆的下端与回转扩孔装置连接，回转扩孔装置下部与前导钻头连接。

所述的回转扩孔装置包括扩孔钻头体上管、扩孔钻头体下管，以及分别与扩孔钻头体上管、扩孔钻头体下管连接的扩孔翼，所述扩孔钻头体上管上端与螺旋钻杆连接，扩孔钻头体下管下端与前导钻头连接，所述扩孔翼设有多组，多组扩孔翼绕螺旋钻杆轴线均布，所述的扩孔翼包括上翼板、下翼板，所述上翼板的上端与扩孔钻头体上管外侧铰接，各组上翼板的长度不同，各组上翼板的铰接点不在同一高度上，其中长度较长的上翼板的铰接点位于下方；下翼板的下端与扩孔钻头体下管外侧铰接，铰接点在同一水平面上，上翼板的下端与下翼板的上端铰接，所述扩孔钻头体下管的外圆柱面与扩孔钻头体上管的内孔配合并沿着内孔轴向移动，扩孔钻头体下管的底部设有出浆口。

所述扩孔钻头体上管设有内花键，扩孔钻头体下管设有外花键，扩孔钻头体上管与扩孔钻头体下管通过内花键、外花键间隙配合连接。

一种长螺旋钻孔扩体锚杆施工工法，包括以下步骤：

1.首先用带前导钻头、及回转扩孔装置的螺旋钻杆钻孔，使扩孔油缸活塞处于伸出状态，回转扩孔装置的扩孔翼板均处于收拢状态，钻孔至规定深度；

2.钻孔完成后，钻机继续原地旋转，同时启动油泵逐渐收回扩孔油缸活塞，上拉扩孔连杆使扩孔钻头体下管在扩孔钻头体上管内向上移动，带动扩孔翼的上翼板、下翼板逐渐撑开至规定位置，在螺旋钻杆旋转的同时，将上翼板、下翼板逐渐张开至扩孔直径；

3.然后上旋提钻，螺旋钻杆逐渐上提完成扩孔装置对钻孔底部的扩底搅拌和对孔壁的扩大，不同组的扩孔翼板分别在孔内扩出不同直径大小的钻孔，最终形成与最长扩孔翼板扩张部分等的直径圆柱体，实现分级扩孔，减小了扩孔难度；

4.旋扩成孔完成后，启动输送泵向孔内泵送水泥砂浆，待旋扩而成的圆柱体中充满水泥砂浆时，启动油泵逐渐伸出扩孔油缸活塞，下推扩孔连杆使上翼板、下翼板收拢，继续泵送水泥砂浆，螺旋钻杆边旋转边提升，保持螺旋钻杆旋转速度和提升速度，提升过程中保证扩孔钻头底部的出浆口始终埋于水泥砂浆面以下，直到水泥砂浆压灌至规定标高为止；

5.完成螺旋钻杆回转提升和孔内灌注水泥砂浆后，提出螺旋钻杆，向钻孔中***锚杆杆体并居中固定，完成扩体锚杆施工。

本发明的有益技术效果：

1.本装置具有结构简单、工作可靠、可用整套装置一次完成钻孔、孔中扩孔、孔内灌注砂浆的优点；通过长螺旋钻孔扩底装置能够直接钻孔并在锚孔孔壁上进行孔中扩孔即形成局部扩大，施工速度快，施工成本低，克服了现有施工技术中进行扩孔段扩孔时需要二次下扩孔钻具，施工速度慢，施工成本高，以及成孔、扩孔过程中使用泥浆循环产生大量废浆污染环境的问题，本发明所提供的扩体锚杆施工工法施工过程无噪音、无振动、无泥浆，锚固体强度高、质量好、成本低、工效高、更加环保等特点，锚杆抗拔承载力大大提高。

2.本发明由于扩孔油缸设置在旋转接头的上部，施工中不进入钻孔内，液压油缸脱离了恶劣的工作条件，使用寿命长，施工中不容易出现事故。

3.本发明的扩孔钻头体上管与扩孔钻头体下管通过内花键、外花键间隙配合连接，二者的同轴度、连接强度高，能够承受大的扭矩，而且保持二者的轴向相对移动摩擦阻力小、移动灵活。

4.本发明的不同组扩孔翼板上翼的铰接点不在同一水平面的高度上，扩孔翼的上翼板较长的一组位于下方；由于上部的上翼板弯曲张开后比下部的下翼板上翼完全张开后的直径小一级，而且铰接点高度高一点，在上提钻具旋转扩孔时先行扩孔，然后下部的扩孔翼在前一级扩孔直径的基础上再扩大一级孔径，这样就实现分级扩孔，有效减小扩孔难度。

附图说明

图1为本发明长螺旋钻孔扩底装置的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图1的B-B剖视图；

图4为本发明扩孔油缸支架的剖面图；

图5为本发明分级扩孔直径示意图；

图6为本发明长螺旋钻孔扩底装置未撑开时的示意图；

图7为本发明长螺旋钻孔扩底装置完全撑开时的示意图；

图8为本发明安装在桩机上的使用状态图；

图9为本发明的长螺旋钻孔扩体锚杆施工工法实施例一的施工流程图；

图10为本发明的长螺旋钻孔扩体锚杆施工工法实施例二的施工流程图。

图中：1、扩孔油缸支架；2、扩孔油缸；3、油缸活塞杆；4、分动连接器；5、扩孔连杆；6、进浆口；7、旋转接头；8、电动机；9、动力箱；10、螺旋钻杆；11、螺旋叶片；12、扩孔钻头体上管；13、一级扩孔翼板上翼；14、一级扩孔翼板下翼；15、扩孔钻头体下管；16、前导钻头；17、出浆口；18、次级扩孔翼板上翼；19、次级扩孔翼板下翼；20、连接耳；21、扩孔油缸支架底座；22、轴承；23、砂浆搅拌机；24、输送泵；25、注浆管路；26、锚杆杆体；27、水泥砂浆。

具体实施方式

实施例一：下面结合图1至图7、图9，具体说明本实施方式，一种长螺旋钻孔扩孔装置，包括设有螺旋叶片11的螺旋钻杆10、前导钻头16，所述螺旋钻杆10的上部通过旋转接头7与桩机的动力箱9连接，旋转接头7上设有进浆口6，动力箱9上部两侧设有电动机8，动力箱9上部中间设有扩孔油缸支架1、扩孔油缸2，所述油缸支架1的上部中间设有连接耳20，扩孔油缸2通过连接耳20与扩孔油缸支架1铰接，扩孔油缸的活塞杆3下端与扩孔连杆5顶部通过分动连接器4连接，所述扩孔连杆5下部设置在螺旋钻杆10的轴向中心通孔中，所述前导钻头16与螺旋钻杆10之间设有回转扩孔装置，扩孔连杆5的下端与回转扩孔装置连接，回转扩孔装置下部与前导钻头16连接。

所述的回转扩孔装置包括扩孔钻头体上管12、扩孔钻头体下管15、分别与扩孔钻头体上管12、扩孔钻头体下管15连接的至少两组扩孔翼，扩孔翼绕螺旋钻杆10轴线均布，所述扩孔钻头体上管12上端与螺旋钻杆10连接，扩孔钻头体下管15下端与前导钻头16连接，所述扩孔翼设有多组，本实施例为2组，2组扩孔翼绕螺旋钻杆轴线均布，所述的扩孔翼包括一级扩孔翼板上翼13、次级扩孔翼板上翼18，下翼板14、19，所述一级扩孔翼板上翼13、次级扩孔翼板上翼18的上端与扩孔钻头体上管12外侧铰接，各组上翼板的长度不同，各组上翼板的铰接点不在同一高度上，其中长度较长的上翼板的铰接点位于下方；一级扩孔翼板下翼14、次级扩孔翼板下翼19的下端与扩孔钻头体下管15外侧铰接，铰接点在同一水平面上，一级扩孔翼板上翼13、次级扩孔翼板上翼18的下端与一级扩孔翼板下翼14、次级扩孔翼板下翼19的上端铰接。所述扩孔钻头体下管15的外圆柱面与扩孔钻头体上管12的内孔配合并沿着内孔轴向移动，所述扩孔钻头体上管12设有内花键，扩孔钻头体下管15设有外花键，扩孔钻头体上管12与扩孔钻头体下管15通过内花键、外花键间隙配合连接，扩孔钻头体下管15的底部设有出浆口17。

扩孔翼由油泵驱动安装在桩机旋转接头7上部的扩孔油缸2带动撑开或收拢。工作时，首先扩孔油缸活塞杆3处于伸出状态，推动扩孔连杆5及一级扩孔翼板上翼13、次级扩孔翼板上翼18，一级扩孔翼板下翼14、次级扩孔翼板下翼19均处于收拢状态，用长螺旋钻具钻孔至规定深度，形成图3所示的直径大小为d2的钻孔，钻孔底部为前导钻头形成的直径大小为d1的钻孔。

在直径d2钻孔完成后，桩机继续原地顺时针旋转，同时启动油泵逐渐收回扩孔油缸活塞杆3，上拉扩孔连杆5使扩孔钻头体下管15在扩孔钻头体上管12内向上移动，带动扩孔翼板逐渐撑开至规定位置，然后边回转边提钻，不同组的扩孔翼板分别在孔内扩出图3所示的直径大小为d3、d4的钻孔，最终形成与最长扩孔翼板扩张部分等直径圆柱体。由于上部长度小的一级扩孔上翼板比长度大的下部的次级扩孔的上翼板上完全张开后的直径小一级，但是安装高度稍高一点，在上提钻具旋转扩孔时先行扩孔，然后次级扩孔翼在前一级扩孔直径的基础上再扩大孔径，这样就实现分级扩孔，有效减小扩孔难度。

在旋扩成孔完成后，启动输送泵向孔内泵送水泥砂浆，待旋扩而成的圆柱体中充满水泥砂浆时，启动油泵逐渐伸出扩孔油缸活塞杆3，下推扩孔连杆5使扩孔翼板收拢，继续泵送水泥砂浆，长螺旋钻具保持逆时针旋转速度和提升速度，提升过程中需保证扩孔钻头底部的出浆口17始终埋于水泥砂浆面以下，直到水泥砂浆压灌至规定标高为止。

在完成长螺旋钻具回转提升和孔内灌注水泥砂浆27后，提出长螺旋钻具，向钻孔中***锚杆杆体26并居中固定，完成扩体锚杆施工。

一种长螺旋钻孔扩体锚杆施工工法，包括以下步骤：

1.首先用带前导钻头16、及回转扩孔装置的螺旋钻杆10钻孔，使扩孔油缸活塞处于伸出状态，扩孔翼板均处于收拢状态，钻孔至规定深度，形成图3所示的直径大小为d2的钻孔，钻孔底部为前导钻头形成的直径大小为d1的钻孔。

2.在直径d2钻孔完成后，钻机继续原地顺时针旋转，同时启动油泵逐渐收回扩孔油缸活塞，上拉扩孔连杆使扩孔钻头体下管在扩孔钻头体上管内向上移动，带动一级扩孔翼板上翼13、次级扩孔翼板上翼18，一级扩孔翼板下翼14、次级扩孔翼板下翼19逐渐撑开至规定位置，在螺旋钻杆10旋转的同时，将一级扩孔翼板上翼13、次级扩孔翼板上翼18，一级扩孔翼板下翼14、次级扩孔翼板下翼19逐渐张开至扩孔直径；

3.然后上旋提钻，螺旋钻杆10逐渐上提完成扩孔装置对钻孔底部的扩底搅拌和对孔壁的扩大，不同组的扩孔翼板分别在孔内扩出图3所示的直径大小为d3、d4的钻孔，最终形成与最长扩孔翼板扩张部分等直径圆柱体，实现分级扩孔，有效减小扩孔难度；

4.旋扩成孔完成后，启动输送泵向孔内泵送水泥砂浆，待旋扩而成的圆柱体中充满水泥砂浆时，启动油泵逐渐伸出扩孔油缸活塞，下推扩孔连杆使一级扩孔翼板上翼13、次级扩孔翼板上翼18，一级扩孔翼板下翼14、次级扩孔翼板下翼19收拢，继续泵送水泥砂浆，螺旋钻杆10边旋转边提升，保持逆时针旋转速度和提升速度，提升过程中保证扩孔钻头底部的出浆口始终埋于水泥砂浆面以下，直到水泥砂浆压灌至规定标高为止；

5.完成长螺旋钻具回转提升和孔内灌注水泥砂浆后，提出螺旋钻杆10，向钻孔中***锚杆杆体并居中固定，完成扩体锚杆施工。

实施例二：下面结合图8、图10，具体说明本实施方式，首先扩孔油缸活塞杆3处于伸出状态，推动扩孔连杆5及扩孔钻头体下管15，使一级扩孔翼板上翼13、次级扩孔翼板上翼18，一级扩孔翼板下翼14、次级扩孔翼板下翼19均处于收拢状态，用长螺旋钻具钻孔至规定深度，形成图3所示的直径大小为d2的钻孔，钻孔底部为前导钻头形成的直径大小为d1的钻孔。

在直径d2钻孔完成后，桩机继续原地顺时针旋转，同时启动油泵逐渐收回扩孔油缸活塞杆3，上拉扩孔连杆5使扩孔钻头体下管15在扩孔钻头体上管12内向上移动，带动扩孔翼板逐渐撑开至规定位置，然后边回转边提钻，不同组的扩孔翼板分别在孔内扩出图3所示的直径大小为d3、d4的钻孔，最终形成与最长扩孔翼板扩张部分等直径圆柱体，实现分级扩孔，有效减小扩孔难度。

在螺旋钻具上提到设计扩体段标高位置后，重复顺时针旋转下沉扩孔至孔底，启动输送泵向孔内泵送水泥砂浆，长螺旋钻具保持顺时针旋转速度和提升速度，提升过程中需保证扩孔钻头底部的出浆口17始终埋于水泥砂浆面以下，待扩孔翼板快上提至扩孔段顶面时，启动油泵逐渐伸出扩孔油缸活塞杆3，下推扩孔连杆5使扩孔翼板收拢，继续泵送水泥砂浆，长螺旋钻具继续提升，提升过程中需保证扩孔钻头底部的出浆口17始终埋于水泥砂浆面以下，直到水泥砂浆压灌至规定标高为止。

在完成长螺旋钻具回转提升和孔内灌注水泥砂浆27后，提出长螺旋钻具，向钻孔中***锚杆杆体26并居中固定，完成扩体锚杆施工。

上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种长螺旋钻孔扩底装置，其特征是，包括设有螺旋叶片的螺旋钻杆、前导钻头，所述螺旋钻杆的上部通过旋转接头与桩机的动力箱连接，旋转接头上设有进浆口，动力箱上部两侧设有电动机，动力箱上部中间设有扩孔油缸支架、扩孔油缸，所述油缸支架的上部中间设有连接耳，扩孔油缸通过连接耳与扩孔油缸支架铰接，扩孔油缸的活塞杆下端与扩孔连杆顶部通过分动连接器连接，所述扩孔连杆下部设置在螺旋钻杆的轴向中心通孔中，所述前导钻头与螺旋钻杆之间设有回转扩孔装置，扩孔连杆的下端与回转扩孔装置连接，回转扩孔装置下部与前导钻头连接。

2.如权利要求1所述的长螺旋钻孔扩底装置，其特征是，所述的回转扩孔装置包括扩孔钻头体上管、扩孔钻头体下管，以及分别与扩孔钻头体上管、扩孔钻头体下管连接的扩孔翼，所述扩孔钻头体上管上端与螺旋钻杆连接，扩孔钻头体下管下端与前导钻头连接，所述扩孔翼设有多组，多组扩孔翼绕螺旋钻杆轴线均布，所述的扩孔翼包括上翼板、下翼板，所述上翼板的上端与扩孔钻头体上管外侧铰接，各组上翼板的长度不同，各组上翼板的铰接点不在同一高度上，其中长度较长的上翼板的铰接点位于下方；下翼板的下端与扩孔钻头体下管外侧铰接，铰接点在同一水平面上，上翼板的下端与下翼板的上端铰接，所述扩孔钻头体下管的外圆柱面与扩孔钻头体上管的内孔配合并沿着内孔轴向移动，扩孔钻头体下管的底部设有出浆口。

3.如权利要求1所述的长螺旋钻孔扩底装置，其特征是，所述扩孔钻头体上管设有内花键，扩孔钻头体下管设有外花键，扩孔钻头体上管与扩孔钻头体下管通过内花键、外花键间隙配合连接。

4.一种长螺旋钻孔扩体锚杆施工工法，包括以下步骤：

1)首先用带前导钻头、及回转扩孔装置的螺旋钻杆钻孔，使扩孔油缸活塞处于伸出状态，回转扩孔装置的扩孔翼板均处于收拢状态，钻孔至规定深度；

2)钻孔完成后，钻机继续原地旋转，同时启动油泵逐渐收回扩孔油缸活塞，上拉扩孔连杆使扩孔钻头体下管在扩孔钻头体上管内向上移动，带动扩孔翼的上翼板、下翼板逐渐撑开至规定位置，在螺旋钻杆旋转的同时，将上翼板、下翼板逐渐张开至扩孔直径；

3)然后上旋提钻，螺旋钻杆逐渐上提完成扩孔装置对钻孔底部的扩底搅拌和对孔壁的扩大，不同组的扩孔翼板分别在孔内扩出不同直径大小的钻孔，最终形成与最长扩孔翼板扩张部分等的直径圆柱体，实现分级扩孔，有效减小扩孔难度；

4)旋扩成孔完成后，启动输送泵向孔内泵送水泥砂浆，待旋扩而成的圆柱体中充满水泥砂浆时，启动油泵逐渐伸出扩孔油缸活塞，下推扩孔连杆使上翼板、下翼板收拢，继续泵送水泥砂浆，螺旋钻杆边旋转边提升，保持螺旋钻杆旋转速度和提升速度，提升过程中保证扩孔钻头底部的出浆口始终埋于水泥砂浆面以下，直到水泥砂浆压灌至规定标高为止；

5)完成螺旋钻杆回转提升和孔内灌注水泥砂浆后，提出螺旋钻杆，向钻孔中***锚杆杆体并居中固定，完成扩体锚杆施工。