一种随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头及施工方法，钻头包括钻头主体；钻头前爪，钻头前爪固定在钻头主体的底端面上；扩挖机构，扩挖机构位于钻头主体底端的外侧，扩挖机构包括活动翼板和扩挖子弹钻头。在正向旋挖时，通过向外张开带限位板的活动翼板，使扩挖机构的旋挖半径增加，配合形成阶梯状结构的钻头主体和钻头前爪，以符合破岩时具备的最优子弹头方向和分布，最省力地实现旋转断面的全覆盖及钻头在高硬度基岩中的快速钻进，由于扩挖子弹钻头的中心线与岩石表面的夹角与基底岩石的内摩擦角接近，因此在抗压强度超过100MPa的微风化花岗岩等硬岩地区旋转切削成孔的效果良好，提高了随钻跟管桩施工的掘进效率和嵌岩效果。

【技术实现步骤摘要】
一种随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头及施工方法
本专利技术涉及桩基工程
中的一种随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头及施工方法。
技术介绍
通常，随钻跟管桩的埋深通常较大、内腔作业空间有限、桩底构造复杂且局部扩径，传统旋挖成孔方法难以实现在高硬度岩层桩底扩孔成孔，传统钻头切削得到的岩土渣难以排掉等问题，而随钻跟管桩施工具有施工速度快、经济环保、质量可靠等优点，能够有效降低能耗、减少建筑垃圾、缩短建造工期等，故具有显著的社会与经济效益。由于随钻跟管桩以岩层作为持力层时桩底需要嵌入岩层一定深度，需要用扩孔钻头正向旋挖成孔，而在沿海地区，以花岗岩为代表的硬质岩强度高达50～100MPa不等。钻头旋转钻进过程中，采用常规子弹头布置方法，容易因岩体过于致密、硬度过高，导致钻头的子弹头及其底座被岩体磨损，而无法继续钻进，导致入岩施工失败。
技术实现思路
本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头及施工方法，实现可靠、高效的施工。本专利技术能针对目前的新桩型起到良好的成孔效果，保证随钻跟管钢桩靴嵌入高硬度岩层，产生沉渣小，内腔浇筑的水下封底混凝土能够直接与桩底岩土、桩靴、管桩内腔紧密黏结，使得桩底附近能够形成一个整体结构共同承受桩底反力，进而提高随钻跟管桩施工工艺的掘进效率和嵌岩效果。根据本专利技术的第一方面实施例，提供一种随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头，包括钻头主体；钻头前爪，所述钻头前爪固定在所述钻头主体的底端面上，所述钻头前爪与所述钻头主体形成阶梯状结构；扩挖机构，所述扩挖机构位于所述钻头主体底端的外侧，所述扩挖机构包括带限位板的活动翼板和扩挖子弹钻头，所述带限位板的活动翼板的一端转动安装在所述钻头主体上，所述限位板用于限定所述活动翼板的纵向位移，所述扩挖子弹钻头倾斜固定在所述带限位板的活动翼板的外侧。为了扩挖子弹钻头切削过程中产生的渣土顺利清走，扩挖子弹钻头的底部与钻头主体底部的螺旋叶片的角度相同，以将被切削至破碎的渣土从螺旋叶片上提排到随钻跟管桩机的出土箱，从而实现渣土的排出。根据本专利技术第一方面实施例，进一步地，所述扩挖子弹钻头通过底座固定在所述带限位板的活动翼板上，所述底座上还设有第一保护钻头，所述第一保护钻头的长度小于所述扩挖子弹钻头的长度。根据本专利技术第一方面实施例，进一步地，所述扩挖机构还包括第二保护钻头，所述第二保护钻头固定在所述带限位板的活动翼板第一端的底面，所述第二保护钻头的指向方向与所述扩挖子弹钻头的指向方向之间的夹角小于90°。根据本专利技术第一方面实施例，进一步地，所述钻头前爪的端部设有第一钻头组，所述第一钻头组包括至少两个倾斜设置的第一子弹钻头，两个所述第一子弹钻头的尖端关于所述钻头前爪的底面中心对称。根据本专利技术第一方面实施例，进一步地，所述钻头前爪的侧面设有第二钻头组，所述第二钻头组包括至少两个倾斜设置的第二子弹钻头，两个所述第二子弹钻头的尖端关于所述钻头主体的底面中心对称。所述第二子弹钻头的尖端指向方向与正向旋挖的切线方向一致，保证在正向旋挖过程中，第二子弹钻头指向开挖岩面。从而在钻进过程中不断扩大形成钻头尖端部位的临空面，第一钻头组集中开出的孔洞由第二钻头组进行切削扩大，接着由扩孔子弹钻头进一步将第二钻头组形成的孔洞进一步继续扩大，总体呈阶梯状的钻进。通过合理的钻头组层层切削钻进方式设计，第一子弹钻头组合第二子弹钻头组通过每一层扩大临空面而增加更多裂隙，释放更多岩层的内应力，从而减少扩孔子弹钻头的负荷，延长其轴承的使用寿命，提高施工效率。根据本专利技术第一方面实施例，进一步地，所述扩挖子弹钻头的尖端胎体外侧布置有多个尖端切削部，为高强合金制造，所述尖端切削部沿所述扩挖子弹钻头的周向分布。胎体上的尖端切削部的分布错开，一般设置2～3圈，圈间距为尖端切削部的剖面直径，便于土渣从尖端切削部之间的间隙排出，胎体上尖端切削部的错开分布构造，提高了钻头对研磨岩屑岩渣的排土能力。根据本专利技术第一方面实施例，进一步地，施工前，须结合场地地质勘察资料明确岩层产状性质，所述扩挖子弹钻头斜向分布式，切削过程中扩挖子弹钻头的中心线与岩石表面之间形成的角度与基底岩石的内摩擦角接近。岩层的产状倾角为β，所述扩挖子弹钻头的指向方向与竖直方向之间的夹角为α，当β＝0时，所述扩挖子弹钻头的指向方向与岩层之间的夹角α为45～60°；当β＞0时，所述扩挖子弹钻头的指向方向与岩层之间的夹角为α+β。施工前，须根据岩层产状性质决定调整子弹钻头的指向方向，子弹钻头保持切削着岩层始终在岩层最不利破坏面，以最合理的钻齿角度实现破岩效果最大化。根据本专利技术第二方面实施例，提供一种随钻跟管桩施工方法，包括以下步骤：S10.启动钻机，钻头正向旋转并向下切削，带限位板的活动翼板向外张开，切削过程中扩挖子弹钻头的中心线与岩石表面的夹角与基底岩石的内摩擦角的角度差为0～15°；S20.跟管桩到位后，带限位板的活动翼板向内收回，钻头上提。根据本专利技术第二方面实施例，进一步地，在步骤S10中，钻头到达岩基表面时正向旋转，所述扩挖子弹钻头的尖端中心线方向与接触土层表面法线方向的角度小于90度限位板的活动翼板向外张开；进行磨岩钻进时，钻头采用低速大扭矩的旋挖钻进。根据本专利技术第二方面实施例，进一步地，钻头反向旋转时，扩挖子弹钻头的尖端中心线方向与接触土层表面法线方向的角度小于90度，在周围渣土挤压与向心力作用下，带限位板的活动翼板向内收回。本专利技术的有益效果是：在正向旋挖时，通过向外张开带限位板的活动翼板，使扩挖机构的旋挖半径增加，配合形成阶梯状结构的钻头主体和钻头前爪，以符合破岩时具备的最优子弹头方向和分布，最省力地实现旋转断面的全覆盖及钻头在高硬度基岩中的快速钻进，由于扩挖子弹钻头的中心线与岩石表面的夹角与基底岩石的内摩擦角接近，因此在抗压强度超过100MPa的微风化花岗岩等硬岩地区旋转切削成孔的效果良好，提高了随钻跟管桩施工的掘进效率和嵌岩效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。图1是本专利技术中随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头的正视图；图2是本专利技术中扩挖子弹钻头的结构示意图；图3是本专利技术中扩挖子弹钻头与岩石表面接触的示意图；图4是本专利技术中用于随钻跟管桩施工的钻头的仰视图；图5是本专利技术中用于随钻跟管桩施工的钻头的旋挖轨迹示意图。具体实施方式本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本专利技术的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本专利技术保护范围的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头，其特征在于，包括：/n钻头主体(10)；/n钻头前爪(30)，所述钻头前爪(30)固定在所述钻头主体(10)的底端面上，所述钻头前爪(30)与所述钻头主体(10)形成阶梯状结构；/n扩挖机构(20)，所述扩挖机构(20)位于所述钻头主体(10)底端的外侧，所述扩挖机构(20)包括带限位板(25)的活动翼板(21)和扩挖子弹钻头(22)，所述带限位板(25)的活动翼板(21)的一端转动安装在所述钻头主体(10)上，所述限位板(25)用于限定所述活动翼板(21)的纵向位移，所述扩挖子弹钻头(22)倾斜固定在所述带限位板(25)的活动翼板(21)的外侧，所述扩挖子弹钻头(22)的底部与所述钻头主体底部的螺旋叶片的角度相同，以将被切削至破碎的渣土从螺旋叶片上提排到随钻跟管桩机的出土箱而排出。/n

【技术特征摘要】
1.一种随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头，其特征在于，包括：
钻头主体(10)；
钻头前爪(30)，所述钻头前爪(30)固定在所述钻头主体(10)的底端面上，所述钻头前爪(30)与所述钻头主体(10)形成阶梯状结构；
扩挖机构(20)，所述扩挖机构(20)位于所述钻头主体(10)底端的外侧，所述扩挖机构(20)包括带限位板(25)的活动翼板(21)和扩挖子弹钻头(22)，所述带限位板(25)的活动翼板(21)的一端转动安装在所述钻头主体(10)上，所述限位板(25)用于限定所述活动翼板(21)的纵向位移，所述扩挖子弹钻头(22)倾斜固定在所述带限位板(25)的活动翼板(21)的外侧，所述扩挖子弹钻头(22)的底部与所述钻头主体底部的螺旋叶片的角度相同，以将被切削至破碎的渣土从螺旋叶片上提排到随钻跟管桩机的出土箱而排出。


2.根据权利要求1所述的随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头，其特征在于：所述扩挖子弹钻头(22)通过底座(223)固定在所述带限位板(25)的活动翼板(21)上，所述底座(223)上还设有第一保护钻头(23)，所述第一保护钻头(23)的长度小于所述扩挖子弹钻头(22)的长度。


3.根据权利要求1所述的随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头，其特征在于：所述扩挖机构(20)还包括第二保护钻头(24)，所述第二保护钻头(24)固定在所述带限位板(25)的活动翼板(21)第一端的底面，所述第二保护钻头(24)的指向方向与所述扩挖子弹钻头(22)的指向方向之间的夹角小于90°，所述第二保护钻头(24)位于所述活动翼板(21)的铰接处。


4.根据权利要求1或2或3所述的随钻跟管桩用的硬质岩切削钻头，其特征在于：所述钻头前爪(30)的端部设有第一钻头组，所述第一钻头组包括至少两个倾斜设置的第一子弹钻头(31)，两个所述第一子弹钻头(31)的尖端关于所述钻头前爪(30)的底面中心对称。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏定立，唐孟雄，胡贺松，刘春林，陈航，侯振坤，
申请(专利权)人：广州市建筑科学研究院有限公司，广州建设工程质量安全检测中心有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44