CN107574816B - 可拆卸自转式钻孔管桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可拆卸自转式钻孔管桩，包括：管桩，呈中空结构；活动接头，其可滑动的套设于牵引导管上，下端与牵引线固定连接，所述活动接头可上下移动的设于所述管桩内；钻杆，其与所述活动接头的下端固定连接，位于所述管桩内；以及钻头，其设于所述钻杆底部，与驱动机构连接，通过所述驱动机构驱动所述钻头转动；所述钻头包括机械钻头和多个高压水射流喷嘴，所述多个高压水射流喷嘴设于所述机械钻头上，多个所述高压水射流喷嘴呈不同倾斜方向设置。本发明克服了管桩在沉桩施工过程中难以贯入岩层的问题；减少在沉桩过程导致的桩身损坏，减少在管桩沉桩过程中的土塞效应。施工方便简单，便于实施。

Description

可拆卸自转式钻孔管桩及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，特别涉及一种可拆卸自转式钻孔管桩及施工方法。

背景技术

预应力混凝土管桩经过多年的快速发展，已经得到了广泛的推广，并大量应用于建筑、道路、桥梁、港口等工程领域。在未来很长一段时间内，随着我国基础建设的不断完善，管桩行业还会持续发展。目前，混凝土管桩的沉桩技术主要有三种：静压法、锤击法、振动法。

静压法施工是一种通过静力压桩机的压桩机构自重和桩架上的配重作反力将预制桩压入土中的成桩工艺。静压法具有如下缺点：1、过大的压桩力易将管桩桩身夹破夹碎，使管桩出现纵向裂缝；2、桩端难以贯入坚硬岩面，无法满足嵌岩桩设计需求；3、不宜在地下障碍物或孤石较多的场地施工；4、产生土塞效应。

锤击法施工是由柴油燃烧或液压驱动，使锤体中的活塞向上运动一定高度，然后自由落体，产生的冲击力作用到管桩桩顶，使管桩下沉。管桩下沉到一定深度，通过管桩桩身与周围土体的摩阻力与桩尖的端阻力共同作用，以达到设计承载力的施工方法。锤击法具有如下缺点：1、施工时噪音大、污染环境，在城市中心和夜间施工有所限制；2、过大的锤桩力可能对桩身产生一定的破坏；3、桩端难以贯入坚硬岩面，无法满足嵌岩桩设计需求；4、不宜在地下障碍物或孤石较多的场地施工；5、存在土塞效应。

振动法施工是在管桩上刚性连接一振动锤，形成一振动体系。由锤内几对轴上的偏心块相对旋转产生振动力，使振动体系上下振动强迫与桩接触的土层相应振动，土层强度下降，阻力减少，从而使桩在振动体系压重作用下沉入土中。但是振动法具有如下缺点：1、地基受振动影响大，且遇到硬夹层时仍难以穿透；2、振动锤构造较复杂，维修较困难；3、液压振动锤费用昂贵。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可拆卸自转式钻孔管桩，从而克服混凝土管桩沉桩时传统施工方法难以入岩、对桩身造成破坏、降低桩基承载力等缺点。

本发明的另一个目的在于提供一种可拆卸自转式钻孔管桩的施工方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种可拆卸自转式钻孔管桩，包括：管桩，呈中空结构；活动接头，其可滑动的套设于牵引导管上，下端与牵引线固定连接，所述活动接头可上下移动的设于所述管桩内；钻杆，其与所述活动接头的下端固定连接，位于所述管桩内；以及钻头，其设于所述钻杆底部，与驱动机构连接，通过所述驱动机构驱动所述钻头转动；所述钻头包括机械钻头和多个高压水射流喷嘴，所述多个高压水射流喷嘴设于所述机械钻头上，多个所述高压水射流喷嘴呈不同倾斜方向设置；其中，在进行钻孔状态下，所述钻头延伸超出所述管桩底部。

优选地，上述技术方案中，所述活动接头为可拆卸的活动接头，呈伞状机械结构。

优选地，上述技术方案中，所述活动接头包括：套筒，其可滑动的套设于所述牵引导管上；多根支撑杆，多根所述支撑杆设于所述套筒上；多根伸缩杆，多根所述伸缩杆与所述支撑杆一一对应设置，所述伸缩杆一端与所述支撑杆铰接；以及拉绳，其一端设于所述支撑杆和所述伸缩杆的铰接处，另一端与所述螺旋杆连接；其中，在进行钻孔工作的状态下，所述伸缩杆的另一端向所述管桩桩壁内延伸，所述伸缩杆处于伸张状态。

优选地，上述技术方案中，所述管桩内壁设有定位孔，在使用状态下，所述活动接头的边缘设于所述定位孔内。

优选地，上述技术方案中，所述钻杆为螺旋钻杆。

优选地，上述技术方案中，所述机械钻头内设有高压水射流导管，所述高压水射流导管与所述高压水射流喷嘴连接，所述高压水射流导管向所述牵引导管内延伸。

优选地，上述技术方案中，所述机械钻头包括竖向钻进钻头和水平切削钻头，所述竖向钻进钻头设于中部，所述水平切削钻头环绕所述竖向钻进钻头设置。

优选地，上述技术方案中，所述竖向钻进钻头中部设有多个呈不同倾斜方向设置的所述高压水射流喷嘴。

优选地，上述技术方案中，所述水平切削钻头对应的钻头刀侧面上设有多个呈倾斜设置的高压水射流喷嘴。

优选地，上述技术方案中，所述驱动机构与电缆线连接，所述牵引线和所述电缆线设于所述牵引导管内。

优选地，上述技术方案中，所述驱动机构为电机。

一种可拆卸自转式钻孔管桩的施工方法，包括以下步骤：

(1)安装活动接头，将活动接头、螺旋钻杆和钻头伸入管桩内，活动接头的边缘伸入管桩预留的定位孔内，启动驱动机构，在驱动机构牵引的作用下，带动螺旋钻杆和钻头转动，使活动接头的骨架在螺旋钻杆的牵引下张开，活动接头完全张开后，停止驱动驱动机构工作，完成活动接头的安装；

(2)沉桩，启动驱动机构，使钻头向下钻孔；

(3)钻头回收，驱动驱动机构反向转动，活动接头的边缘收缩，脱离管桩，拉出钻头即可；

优选地，上述技术方案中，所述步骤(2)中沉桩过程中产生的土壤和碎石，进行排渣。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明可拆卸自转式钻孔管桩，通过可拆卸活动接头将钻头与管桩直接相连，形成一种可拆卸自转式钻孔管桩。可拆卸活动接头为伞状结构，方便钻头的安装固定与回收利用。

(2)钻头内嵌电机和设置高压水射流导管，钻头在电机的驱动下可自转。钻头包括机械钻头和多个高压水射流喷嘴，高压水射流喷嘴与高压水射流导管连接。高压水射流导管呈不同倾斜方向设于机械钻头上。机械钻头破岩是利用钻头材料本身的高强度与高速旋转产生的切削力进行破岩，高压水射流喷嘴破岩是利用钻头的侧面设有多个呈不同倾斜方向的高压水射流喷嘴对岩石进行破坏，达到辅助钻头旋进入岩，并且通过控制高压水喷头的冲击力达到扩孔的目的。钻头根据设计强度要求可穿透坚硬夹层或打入坚硬岩层，使管桩打入设计标高。该装备简单可靠且便于重复利用，解决了传统管桩施工技术难以破岩的问题，大大地提高了管桩沉桩时的施工效率，节约了施工的成本。

(3)设计螺旋钻杆装置处理渣土，减少沉桩过程形成的土塞。

(4)本发明克服了管桩在沉桩施工过程中难以贯入岩层的问题，大大地提高了工程效率；克服了管桩不宜在地下障碍物或孤石较多的场地施工的问题；减少在沉桩过程导致的桩身损坏，提高桩基整体性能；减少在管桩沉桩过程中的土塞效应。施工方法简单，便于实施，易于掌握。

附图说明

图1是根据本发明的可拆卸自转式钻孔管桩中钻头安装固定前的结构示意图。

图2是根据本发明的可拆卸自转式钻孔管桩中钻头安装固定后的结构示意图。

图3是根据本发明的可拆卸自转式钻孔管桩中钻头的结构示意图。

图4是根据本发明的可拆卸自转式钻孔管桩中钻头的俯视图。

图5是使用本发明可拆卸自转式钻孔管桩施工流程的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图5所示，根据本发明具体实施方式的一种可拆卸自转式钻孔管桩，包括管桩1、活动接头2、钻杆3和钻头4。管桩1呈中空结构，活动接头2可滑动的套设于牵引导管5上，管桩内壁设有定位孔，在使用状态下，活动接头的边缘设于定位孔内。下端与牵引线6(为钢丝绳)固定连接。在进行钻孔状态下，活动接头可上下移动的设于管桩1内。钻杆3固定设于活动接头2的下端，位于管桩1内。钻头4设于钻杆3的底部，钻头内设有驱动机构，该驱动机构为电机7，钻头与电机7连接，电机7与电缆线连接。通过电机7带动钻头4转动。钻头包括机械钻头41和多个高压水射流喷嘴42，多个高压水射流喷嘴42设于机械钻头41上，多个高压水射流喷嘴呈不同倾斜方向设置。在进行钻孔状态下，通过可拆卸活动接头2将钻头4与管桩1直接相连，形成一种可拆卸自转式钻孔管桩。钻头延伸超出管桩底部。可拆卸活动接头为伞状结构，方便钻头的安装固定与回收利用。一个比较好的技术方案为，活动接头2为可拆卸的活动接头，呈伞状机械结构。具体为活动接头2包括：套筒21，其可滑动的套设于牵引导管5上。套筒21上设有多根支撑杆22，每根支撑杆22的另一端对应铰接设有一根伸缩杆23。拉绳24一端设于支撑杆和伸缩杆的铰接处，另一端与螺旋杆3固定连接。在进行钻孔工作的状态下，启动电机7，电机7带动钻头4转动，钻头向下转动，通过拉绳24的作用，拉动套筒21向下滑动，伸缩杆23的另一端向管桩1内的定位孔延伸，伸缩杆处于伸张状态，完成钻头的安装。

活动接头具体的工作方式为，利用集成管线中的牵引线钢丝绳将钻头及螺旋钻杆从桩顶部吊装至相应位置，待活动接头骨架对准管桩内侧桩壁上的预留定位孔后，电机启动，使活动接头的骨架在牵引线钢丝绳的牵引下逐渐张开，直到活动接头的骨架完全撑开。活动接头骨架末端完全伸入桩壁后，装在活动接头上的感应器接收到信号，电机停机，钻头的安装固定过程完成。回收过程与安装过程类似，反向操作。

优选地，钻杆3为螺旋钻杆，螺旋钻杆为中空的螺旋钻杆。采用中空的螺旋钻杆可辅助钻头进行排渣，向上挤压输送土壤和碎石，并对土壤和碎石进一步进行剪切、打碎。其排渣的原理为：在进行钻孔时，螺旋钻杆随着钻头一起转动。待钻头将土(岩)层破碎后，螺旋钻杆和管桩内壁就构成了一个螺旋输送器，孔底土(岩)渣就被钻杆上的螺旋叶片逐步向上输送，伞状活动接头上方的土就被源源不断地向上推送，直至排出孔外。

作为一个比较好的实施方案，钻头4包括机械钻头41和高压水射流喷嘴42，机械钻头41内设有高压水射流导管，高压水射流导管43与高压水射流喷嘴42连接，高压水射流导管向牵引导管5内延伸。机械钻头41包括竖向钻进钻头411和水平切削钻头412，竖向钻进钻头411设于中部，水平切削钻头412环绕竖直钻进钻头设置。竖向钻进钻头411中部设有3个呈不同倾斜方向设置的高压水射流喷嘴421，水平切削钻头412对应的钻头刀侧面设有与其相对应的两个倾斜方向设置的高压水射流喷嘴422，高压水射流喷嘴422的倾斜方向与水平切削钻头412钻孔时转动的方向一致。机械钻头破岩是利用钻头材料本身的高强度与高速旋转产生的切削力进行破岩，高压水射流喷嘴破岩是利用钻头的侧面设有多个呈不同倾斜方向的高压水射流喷嘴对岩石进行破坏，达到辅助钻头旋进入岩，并且通过控制高压水喷头的冲击力达到扩孔的目的。钻头根据设计强度要求可穿透坚硬夹层或打入坚硬岩层，使管桩打入设计标高。

在钻头侧部和底部装有倾斜的高压水射流喷嘴，从而进行扩孔和破岩，以此来辅助钻头旋进入岩。高压水射流装置的工作原理是：根据工作地的地质条件通过高压水射流发生与控制装置设定高压水射流的流量、压力与方向，高压水射流发生与控制装置产生并控制高压水的流量大小、压力与方向，随后，高压水通过高压水射流导管输送到钻头本体端部的喷嘴，并喷射出来，形成巨大的冲击力，均匀地分布在钻头本体前端的周围和中间，打散前端的土块和硬石块。钻头转动时，从钻头侧面射出的高压水射流还可以形成横向的剪切力，充分打碎周围的硬石块。

优选地，高压水射流喷嘴与高压水射流导管连接，电机与电缆线连接，牵引线、高压水射流导管和电缆线设于牵引导管内。可实现钻头内嵌电机的供电和相关操控、高压水射流的输送、钻头的安装和回收等功能于一体。

一种可拆卸自转式钻孔管桩的施工方法，包括以下步骤：

(1)安装活动接头，如图5中的Ⅰ所示，将活动接头、螺旋钻杆和钻头伸入管桩内，活动接头的边缘伸入管桩预留的定位孔内，启动驱动机构，在驱动机构牵引的作用下，带动螺旋钻杆和钻头转动，使活动接头的骨架在螺旋钻杆的牵引下张开，活动接头完全张开后，停止驱动驱动机构工作，完成活动接头的安装；

(2)入岩前的掘进，如图5中的Ⅱ所示，当活动接头、螺旋钻杆和钻头安装好后，钻头开始掘进，管桩开始沉桩；

(3)破岩沉桩，如图5中的Ⅲ所示，启动驱动机构，钻头开始向下掘进，并利用螺旋钻杆向上排渣，当遇到坚硬岩层时，可利用高压水射流发生与控制装置调节水射流的流量、压力与方向，从而辅助破岩及扩孔；

(4)钻头回收，如图5中的Ⅳ所示，驱动驱动机构反向转动，活动接头的边缘收缩，脱离管桩，拉出钻头即可。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (5)

1.一种可拆卸自转式钻孔管桩，其特征在于，包括：

管桩，呈中空结构；

活动接头，其可滑动的套设于牵引导管上，下端与牵引线固定连接，所述活动接头可上下移动的设于所述管桩内；

钻杆，其与所述活动接头的下端固定连接，位于所述管桩内，所述钻杆为螺旋钻杆；以及

钻头，其设于所述钻杆底部，与驱动机构连接，通过所述驱动机构驱动所述钻头转动；所述钻头包括机械钻头和多个高压水射流喷嘴，所述多个高压水射流喷嘴设于所述机械钻头上，多个所述高压水射流喷嘴呈不同倾斜方向设置；其中，在进行钻孔状态下，所述钻头延伸超出所述管桩底部；所述机械钻头包括竖向钻进钻头和水平切削钻头，所述竖向钻进钻头设于中部，所述水平切削钻头环绕所述竖向钻进钻头设置；所述竖向钻进钻头中部设有多个呈不同倾斜方向设置的所述高压水射流喷嘴；所述水平切削钻头对应的钻头刀侧面上设有多个呈倾斜设置的高压水射流喷嘴；

其中，所述活动接头包括：

套筒，其可滑动的套设于所述牵引导管上；

多根支撑杆，多根所述支撑杆设于所述套筒上；

多根伸缩杆，多根所述伸缩杆与所述支撑杆一一对应设置，所述伸缩杆一端与所述支撑杆铰接；以及

拉绳，其一端设于所述支撑杆和所述伸缩杆的铰接处，另一端与所述螺旋杆连接；

在进行钻孔工作的状态下，所述伸缩杆的另一端向所述管桩桩壁内延伸，所述伸缩杆处于伸张状态；且所述管桩内壁设有定位孔，在使用状态下，所述活动接头的边缘设于所述定位孔内。

2.根据权利要求1所述的可拆卸自转式钻孔管桩，其特征在于，所述活动接头为可拆卸的活动接头，呈伞状机械结构。

3.根据权利要求1所述的可拆卸自转式钻孔管桩，其特征在于，所述机械钻头内设有高压水射流导管，所述高压水射流导管与所述高压水射流喷嘴连接，所述高压水射流导管向所述牵引导管内延伸。

4.根据权利要求1所述的可拆卸自转式钻孔管桩，其特征在于，所述驱动机构与电缆线连接，所述牵引线和所述电缆线设于所述牵引导管内。

5.一种如权利要求1所述的可拆卸自转式钻孔管桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)安装活动接头，将活动接头、螺旋钻杆和钻头伸入管桩内，活动接头的边缘伸入管桩预留的定位孔内，启动驱动机构，在驱动机构牵引的作用下，带动螺旋钻杆和钻头转动，使活动接头的骨架在螺旋钻杆的牵引下张开，活动接头完全张开后，停止驱动驱动机构工作，完成活动接头的安装；

(2)沉桩，启动驱动机构，使钻头向下钻孔，沉桩过程中产生的土壤和碎石，进行排渣；

(3)钻头回收，驱动驱动机构反向转动，活动接头的边缘收缩，脱离管桩，拉出钻头即可。

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