CN111101865A

CN111101865A - 一种高效率钻孔设备

Info

Publication number: CN111101865A
Application number: CN201911399964.7A
Authority: CN
Inventors: 刘东轩
Original assignee: Shenzhen Sofore Geotechnical Engineering Co ltd
Current assignee: Shenzhen Sofore Geotechnical Engineering Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-05-05

Abstract

本发明涉及建筑基础工程施工设备技术领域，具体涉及一种高效率钻孔设备，其包括：筒体，由若干段护筒依次拼接而成，所述筒体外侧壁设有导向件，所述导向件沿筒体长度方向设置；连接筒，设于筒体上且与筒体转动连接；液压振动锤，设于连接筒顶部；外套筒，套设于筒体外，所述外套筒内侧壁设有与导向件滑动配合的竖直导向滑槽；全回转钻机，设于孔口用于驱动外套筒转动；钻头，设置有多个，多个所述钻头沿筒体底部周向设置，多个所述钻头在水平面的平行投影的外切圆的直径大于筒体的外直径。本发明具有减小钢护筒和孔壁之间的侧摩擦力，凿岩土的速度很快，大幅度提高钻孔效率的优点。

Description

一种高效率钻孔设备

技术领域

本发明涉及建筑基础工程施工设备技术领域，具体涉及一种高效率钻孔设备。

背景技术

钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。

目前针对复杂地层，如含有杂填土、砂卵石层、漂石层及孤石等的地层进行钻孔时，常用的方法为采用钢护筒和搓管机进行配合，由旋挖机先开挖取渣土，然后搓管机带动钢护筒随时跟进，以防止钻孔过程中孔壁或孔口发生塌方。

但是若桩长过长时(比如超过40米)，钻孔的深度也相应增大，使钢护筒在向下钻进的过程中，钢护筒和孔壁之间的侧摩擦阻力过大，使搓管机搓不动，容易出现卡管使刚护筒无法从孔内拔出，而当遇到有孤石时用旋挖筒钻钻透岩层后，还需要利用扩孔钻头进行二次扩孔后刚护筒才能下得去，很费时间，钻孔效率低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高效率钻孔设备，具有减小钢护筒和孔壁之间的侧摩擦力，提高钻孔效率的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高效率钻孔设备，其包括：

筒体，由若干段护筒依次拼接而成，所述筒体外侧壁设有导向件，所述导向件沿筒体长度方向设置；

连接筒，设于筒体上且与筒体转动连接；

液压振动锤，设于连接筒顶部；

外套筒，套设于筒体外，所述外套筒内侧壁设有与导向件滑动配合的竖直导向滑槽；

全回转钻机，设于孔口用于驱动外套筒转动；

钻头，设置有多个，多个所述钻头沿筒体底部周向设置，多个所述钻头在水平面的平行投影的外切圆的直径大于筒体的外直径。

其中，所述护筒外侧设有若干根用于向孔底输送泥浆的输浆管。

其中，多个所述钻头在水平面的平行投影的外切圆的直径比筒体的外直径大20-50mm。

其中，所述钻头为一字钻头，多个所述钻头沿筒体下端口周向绕设两圈，相邻两个钻头之间紧密贴合。

其中，所述筒体下端的内壁和外壁分别设有加强板。

其中，相邻两段护筒通过多组固定组件连接，每组所述固定组件包括一端分别固定设于其中一段护筒内外壁的第一夹板和第二夹板以及贯穿第二夹板的锁紧螺栓，所述第一夹板和第二夹板的另一端分别夹设于相邻护筒的内外壁，所述锁紧螺栓穿过护筒侧壁与第一夹板螺纹连接。

其中，所述固定组件还包括开设于其中一段护筒端面的多个卡槽和固定设于另一段护筒端部的多个榫头，多个所述榫头与多个所述卡槽一一对应，所述榫头与卡槽插接配合。

其中，所述筒体和连接筒的连接处套设有卡箍。

其中，所述卡箍包括竖直连接板以及分别与竖直连接板上下端固定连接的上箍板和下箍板，所述竖直连接板、上箍板和下箍板呈C型连接，所述筒体侧壁周向设置第一防脱板，所述连接筒侧壁周向设置第二防脱板，所述第一防脱板和第二防脱板设于上箍板和下箍板之间。

其中，所述下箍板和第一防脱板之间设置有多个滚珠。

其中，所述上箍板和第二防脱板之间设置有多个滚珠。

本发明的有益效果是：

本发明的设备在工作时，启动液压振动锤，通过液压振动锤驱动连接筒振动，并通过连接筒将振动力从筒体传递至钻头，通过钻头的振动破除岩土，与此同时，启动全回转钻机，通过全回转钻机驱动外套筒转动，由于外套筒的内壁设置有与筒体外壁的导向件滑动配合的竖直导向滑槽，进而使外套筒转动时，外套筒可以向筒体传递扭矩，进而使外套筒转动时进一步带动筒体转动，并进一步带动钻头转动，且筒体转动时由于筒体受到液压振动锤的振动捶打作用，使筒体的导向件会沿着竖直导向滑槽向孔底方向运动，而筒体和钻头转动时可进一步对岩石进行磨削，使筒体和钻头在双重力的作用下快速向下钻进，当遇到砂卵石层时通过液压振动锤的振动作用使筒体和钻头压实砂土，进而可以实现快速钻进的目的，另外当遇到小的卵石时钻头和筒体的振动和旋转作用可把它挤走，而大一点的可以直接被振碎。

采用本发明的设备可以钻进非常复杂的地层，而且钻井速度可以提高4倍以上。比如用旋挖钻机打孤石每小时能进尺0.3-0.4米，用此组合设备工法则可以进尺1.5米/小时以上，掘进速度大约为旋挖机的4—5倍。另一方面，本发明的设备在钻孔时因为有筒体的超前支护，不会出现孔壁或孔口塌方的情况，使混凝土的浇灌量可以降到最低，即充盈系数最小，节约了材料成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是图1中A部的放大示意图；

图3是本发明实施例1的筒体和外套筒的俯视图；

图4是本发明实施例2的凹槽的结构示意图；

图5是本发明实施例2的固定件和固定盖板的结构示意图；

图6是本发明实施例2的固定盖板固定至相邻两段护筒上的结构示意图。

附图标记说明：10、筒体；11、护筒；12、导向件；13、加强板；14、第一防脱板；20、连接筒；21、第二防脱板；30、液压振动锤；40、全回转钻机；50、钻头；60、固定组件；61、第一夹板；62、第二夹板；63、锁紧螺栓；64、卡槽；65、榫头；70、卡箍；71、竖直连接板；72、上箍板；73、下箍板；74、滚珠；80、外套筒；81、竖直导向滑槽；90、输浆管；100、孔口护筒；101、固定件；102、固定盖板；103、固定螺栓；104、第一固定槽；105、第二固定槽；106、凹槽。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

实施例1

一种高效率钻孔设备，如图1所示，其包括筒体10、连接筒20、液压振动锤30、外套筒80、全回转钻机40和多个钻头50。

所述筒体10由若干段护筒11依次拼接而成，使本发明的筒体10长度可以根据钻孔深度进行调整，通过增减护筒11的数量即可实现调整筒体10长度的目的，使本发明的筒体10适用于钻不同深度的孔。所述筒体10外侧壁设有八个导向件12，所述导向件12沿筒体10长度方向设置，八个所述导向件12沿筒体10外壁周向等距离间隔设置。所述连接筒20设于筒体10上且与筒体10转动连接，所述液压振动锤30设于连接筒20顶部，该结构的设置使外套筒80转动时，连接筒20不会带动液压振动锤30转动，有利于液压振动锤30的稳定工作。所述外套筒80套设于筒体10外，所述外套筒80内侧壁设有与导向件12滑动配合的竖直导向滑槽81，所述全回转钻机40设于孔口用于驱动外套筒80转动。多个所述钻头50沿筒体10底部周向设置，多个所述钻头50在水平面的平行投影的外切圆的直径大于筒体10的外直径，使钻头50钻出的孔直径大于筒体10的直径，减小了筒体10和孔侧壁之间的摩擦力，便于筒体10快速向下钻进，提高钻孔速率。

具体工作时，启动液压振动锤30，通过液压振动锤30驱动连接筒20振动，并通过连接筒20将振动力从筒体10传递至钻头50，通过钻头50的振动破除岩土，与此同时，启动全回转钻机40，通过全回转钻机40驱动外套筒80转动，由于外套筒80的内壁设置有与筒体10外壁的导向件12滑动配合的竖直导向滑槽81，进而使外套筒80转动时，外套筒80可以向筒体10传递扭矩，带动筒体10转动，进而带动钻头50转动，且筒体10转动时由于筒体10受到液压振动锤30的振动捶打作用，使筒体10的导向件12会沿着竖直导向滑槽81向孔底方向运动，而筒体10和钻头50转动时可进一步对岩石进行磨削，使筒体10和钻头50在双重力的作用下快速向下钻进，当遇到砂卵石层时通过液压振动锤30的振动作用使筒体10和钻头50压实砂土，进而可以实现快速钻进的目的，另外当遇到小的卵石时钻头50和筒体10的振动和旋转作用可把它挤走，而大一点的可以直接被振碎。

具体的，在本实施例中，所述连接筒20和护筒11均为壁厚为20mm、长度为3m的钢筒，有利于提高连接筒20和护筒11的强度和耐摩擦性能，使连接筒20和护筒11在钻孔过程中不易发生变形，提高施工效率和施工质量。

进一步地，如图3所示，所述护筒11外侧设有两根用于向孔底输送泥浆的输浆管90，让孔底钻头50凿岩所产生的碎渣通过输浆管90输进的高压泥浆把它们带上来并排至泥浆池进行沉淀。具体的，两根所述输浆管90对称设于护筒11外侧，所述输浆管90为钢管，所述输浆管90的内径为25-40mm。

进一步地，所述筒体10外套设有孔口护筒100，所述输浆管90设于孔口护筒100和筒体10之间，所述孔口护筒100长度为5米，所述孔口护筒100的外径大于桩径30-40cm，具体施工时，先采用液压振动锤将孔口护筒100打入土层中，使安装后的孔口护筒100的最上端高于地面20cm，然后将孔口护筒100内的渣土挖出，再将底部设有钻头50的筒体10安装至孔口护筒100内，接着再通过液压振动锤30和全回转钻机40使筒体10向下钻进。孔口护筒100的设置起到保护地面，使地面在各种重型设备碾压下不会塌陷。

进一步地，多个所述钻头50在水平面的平行投影的外切圆的直径比筒体10的外直径大20-50mm，使钻头50钻出的孔直径符合施工要求，可以减小孔壁和筒体10之间的摩擦力，延长筒体10的使用寿命，提高钻孔速率。具体的，多个所述钻头50钻出的环形槽的宽度为80-120mm。

所述钻头50为高强合金一字钻头50，多个所述钻头50沿筒体10下端口周向绕设两圈，多个所述钻头50排列设置使底部形成锯齿状，相邻两个钻头50之间紧密贴合，使钻头50在钻孔时，石子不会卡入相邻钻头50之间的缝隙中，有利于保护钻头50，延长钻头50的使用寿命。

进一步地，为了提高筒体10下端的强度，避免筒体10在向下钻进时下端部发生变形，所述筒体10下端的内壁和外壁分别焊接有加强板13，所述加强板13沿筒体10内外壁周向设置。具体的，所述加强板13的厚度大于或等于20mm。

进一步地，如图2所示，相邻两段护筒11通过多组固定组件连接，每组所述固定组件包括一端分别焊接于其中一段护筒11内外壁的第一夹板61和第二夹板62以及贯穿第二夹板62的锁紧螺栓63，所述第一夹板61和第二夹板62的另一端分别夹设于相邻护筒11的内外壁，所述锁紧螺栓63穿过护筒11侧壁与第一夹板61螺纹连接。具体的，所述锁紧螺栓63为平头螺栓。

在本实施例中，所述第一夹板61和第二夹板62设于位于上方的护筒11的底部，所述第一夹板61和第二夹板62分别沿护筒11的内外壁周向设置，所述第一夹板61和第二夹板62伸出护筒11下端面150mm，使第一夹板61和第二夹板62可以稳固地夹紧下方的护筒11侧壁，所述第一夹板61开设有多个第一连接孔(图中未标示)，所述第二夹板62开设有与多个第一连接孔一一对应的多个第二连接孔(图中未标示)，所述锁紧螺栓63与第二连接孔滑动连接，所述锁紧螺栓63与第一连接孔螺纹连接，位于下方相邻的护筒11的侧壁开设有与第一连接孔和第二连接孔连通的第三连接孔(图中未标示)。具体使用时，上方的护筒11的下端部与下方相邻护筒11的上端对准，并使第一夹板61和第二夹板62分别夹持下方相邻护筒11的内外壁，调整上方护筒11的位置使第一连接孔和第二连接孔与第三连接孔对准，然后将锁紧螺栓63从第二连接孔***第三连接孔中，并进一步将锁紧螺栓63拧入第一连接孔内，使上下相邻两段护筒11固定连接。

进一步地，如图1所示，所述固定组件还包括开设于其中一段护筒11端面的多个卡槽64和固定设于另一段护筒11端部的多个榫头65，多个所述榫头65与多个所述卡槽64一一对应，所述榫头65与卡槽64插接配合。具体的，所述榫头65设于位于上方的护筒11的下端面，所述卡槽64设于下方相邻的护筒11的上端面，便于将榫头65***卡槽64内。通过设置榫头65和卡槽64，更有利于上方护筒11向下方相邻的护筒11传递扭矩，进一步提高筒体10转动时的稳定性。

进一步地，所述筒体10和连接筒20的连接处套设有卡箍70，使筒体10和连接筒20连接的同时筒体10还能转动。

具体的，所述卡箍70包括竖直连接板71以及分别与竖直连接板71上下端固定连接的上箍板72和下箍板73，所述竖直连接板71、上箍板72和下箍板73呈C型连接。所述筒体10侧壁周向设置第一防脱板14，所述连接筒20侧壁周向设置第二防脱板21，所述第一防脱板14和第二防脱板21设于上箍板72和下箍板73之间，使连接筒20和筒体10在拔出钻孔时，连接筒20和筒体10不会发生脱离。

进一步地，为保证护筒11可以灵活转动，所述下箍板73和第一防脱板14之间设置有多个滚珠74，滚珠74有利于减小下箍板73和第一防脱板14之间的摩擦力，不仅使护筒11可以灵活转动，还能减少下箍板73和第一防脱板14的磨损。在本实施例中，为进一步提高护筒11和卡箍70转动的灵活性，所述上箍板72和第二防脱板21之间设置有多个滚珠74。

实施例2

一种高效率钻孔设备，实施例2与实施例1的区别在于固定组件不同，实施例2中，如图4和5所示，相邻两段护筒11通过多组固定组件连接，每组所述固定组件包括固定件101、固定盖板102和与固定盖板102滑动连接的多个固定螺栓103，相邻两段护筒11相互靠近的一端的外壁分别开设有连通的第一固定槽104和第二固定槽105，所述第一固定槽104和第二固定槽105设置的数量与固定组件设置的数量相同且一一对应，所述第一固定槽104和第二固定槽105连通形成与固定件101相适配的凹槽106，所述固定件101卡设于凹槽106内，所述固定盖板102盖设于凹槽106表面，多个所述固定螺栓103与护筒11侧壁螺纹连接，具体的，所述固定螺栓103为平头螺栓。

具体的，所述固定件101焊接于固定盖板102靠近凹槽一侧，相邻两段护筒11连接时，将相邻两段护筒11的第一固定槽104和第二固定槽105对准组合成凹槽106，然后将固定件101卡入凹槽106内，接着通过固定螺栓103将固定盖板102和护筒11固定连接。

具体的，为了便于固定件101卡设入凹槽106内，所述第一固定槽104和第二固定槽105的形状相同且对称设置，由于固定件101与凹槽106相适配，因此当第一固定槽104和第二固定槽105形状相同且对称设置时，固定件101两端形状也对称，使工作人员不需要区分固定件101的两端形状便可以直接将固定件101卡入凹槽106内，有利于提高工作效率。具体的，所述第一固定槽104和第二固定槽105可以为异形槽。

进一步地，所述固定组件还包括开设于其中一段护筒11端面的多个卡槽64和固定设于另一段护筒11端部的多个榫头65，多个所述榫头65与多个所述卡槽64一一对应，所述榫头65与卡槽64插接配合。具体的，所述榫头65设于位于上方的护筒11的下端面，所述卡槽64设于下方相邻的护筒11的上端面，便于将榫头65***卡槽64内。通过设置榫头65和卡槽64，更有利于上方护筒11向下方相邻的护筒11传递扭矩，进一步提高筒体10转动时的稳定性。

工作原理：

具体工作时，启动液压振动锤30，通过液压振动锤30驱动连接筒20振动，并通过连接筒20将振动力从筒体10传递至钻头50，通过钻头50的振动破除岩土，与此同时，启动全回转钻机40，通过全回转钻机40驱动外套筒80转动，由于外套筒80的内壁设置有与筒体10外壁的导向件12滑动配合的竖直导向滑槽81，进而使外套筒80转动时，外套筒80可以向筒体10传递扭矩，带动外套筒80转动，进而带动钻头50转动，且筒体10转动时由于筒体10受到液压振动锤30的振动捶打作用，使筒体10的导向件12会沿着竖直导向滑槽81向孔底方向运动，而筒体10和钻头50转动时可进一步对岩石进行磨削，使筒体10和钻头50在双重力的作用下快速向下钻进，当遇到砂卵石层时通过液压振动锤30的振动作用使筒体10和钻头50压实砂土，进而可以实现快速钻进的目的，另外当遇到小的卵石时钻头50和筒体10的振动和旋转作用可把它挤走，而大一点的可以直接被振碎。全回转钻机40的设置可以准确定位和调整垂直度。液压振动锤30与全回转钻机40型号参数的选择应根据地质条件和钻孔直径、深度等来确定。每钻进一节护筒11后在地面上拆开锁紧螺栓63并取下固定件101，然后加装一节护筒11，再继续钻进，直至设计桩长。为减小侧壁摩擦力，预备泥浆通过输浆管90注入护筒11周围让泥浆起到润滑作用，同时通过返浆将凿岩土所产生的碎渣带至地面泥浆池并沉淀。筒体10到达孔底后，取下液压振动锤30，拆下连接筒20和筒体10顶部的一节护筒11，然后用冲抓钻将护筒11内渣土抓取出来，当遇到比较完整的较大的岩芯用抓斗抓不出来时，则利用冲击锤反复冲击把它破碎后再抓取之，待挖完渣土后下钢筋笼及浇灌混凝土，边浇灌边由专用拔管机拔出护筒11至全部拔出为止，至此整条桩基完成，在钢护筒11钻进到设计深度后，用另一套钢护筒11、全回转钻机40和液压振动锤30一起转入下一根桩的施工实行交叉施工作业有利于提高工效。

综上，采用本发明的设备可以钻进非常复杂的地层，而且钻井速度可以提高4倍以上。比如用旋挖机打孤石每小时能进尺0.3-0.4米，用此组合设备工法则可以进尺1.5米/小时以上，掘进速度大约为旋挖机的4—5倍。另一方面，本发明的设备在钻孔时因为有筒体10的超前支护，不会出现孔壁或孔口塌方的情况，使混凝土的浇灌量可以降到最低，即充盈系数最小，节约了材料成本。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种高效率钻孔设备，其特征在于：包括：

连接筒，设于筒体上且与筒体转动连接；

液压振动锤，设于连接筒顶部；

全回转钻机，设于孔口用于驱动外套筒转动；

2.根据权利要求1所述的一种高效率钻孔设备，其特征在于：所述护筒外侧设有若干根用于向孔底输送泥浆的输浆管。

3.根据权利要求1所述的一种高效率钻孔设备，其特征在于：多个所述钻头在水平面的平行投影的外切圆的直径比筒体的外直径大20-50mm。

4.根据权利要求1所述的一种高效率钻孔设备，其特征在于：所述钻头为一字钻头，多个所述钻头沿筒体下端口周向绕设两圈，相邻两个钻头之间紧密贴合。

5.根据权利要求1所述的一种高效率钻孔设备，其特征在于：所述筒体下端的内壁和外壁分别设有加强板。

6.根据权利要求1所述的一种高效率钻孔设备，其特征在于：相邻两段护筒通过多组固定组件连接，每组所述固定组件包括一端分别固定设于其中一段护筒内外壁的第一夹板和第二夹板以及贯穿第二夹板的锁紧螺栓，所述第一夹板和第二夹板的另一端分别夹设于相邻护筒的内外壁，所述锁紧螺栓穿过护筒侧壁与第一夹板螺纹连接。

7.根据权利要求6所述的一种高效率钻孔设备，其特征在于：所述固定组件还包括开设于其中一段护筒端面的多个卡槽和固定设于另一段护筒端部的多个榫头，多个所述榫头与多个所述卡槽一一对应，所述榫头与卡槽插接配合。

8.根据权利要求1所述的一种高效率钻孔设备，其特征在于：所述筒体和连接筒的连接处套设有卡箍。

9.根据权利要求8所述的一种高效率钻孔设备，其特征在于：所述卡箍包括竖直连接板以及分别与竖直连接板上下端固定连接的上箍板和下箍板，所述竖直连接板、上箍板和下箍板呈C型连接，所述筒体侧壁周向设置第一防脱板，所述连接筒侧壁周向设置第二防脱板，所述第一防脱板和第二防脱板设于上箍板和下箍板之间。

10.根据权利要求9所述的一种高效率钻孔设备，其特征在于：所述下箍板和第一防脱板之间设置有多个滚珠。