大直径全断面挤扩灌注桩设备及施工工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种大直径全断面挤扩灌注桩设备，包括旋挖钻机，旋挖钻机钻杆的底部连接有挤扩钻头和旋挖钻头，挤扩钻头具有壳体，壳体整体呈上大下小的圆台形，挤扩钻头的壳体通过第一转动配合结构与钻杆转动配合；挤扩钻头的壳体侧壁沿周向均匀设有若干挤扩竖孔，挤扩竖孔由挤扩钻头的壳体侧壁顶部向下延伸至壳体侧壁底端；壳体内设有与若干挤扩竖孔相对应的挤扩机构。本发明专利技术还公开了相应的施工工艺，本发明专利技术是将旋挖钻头和挤扩钻头连在一起，进行竖向全断面挤扩成孔；将挤扩和旋转动作分离，因此所需扭矩大幅降低，对设备材料的强度要求也大幅下降。要求也大幅下降。要求也大幅下降。

【技术实现步骤摘要】
大直径全断面挤扩灌注桩设备及施工工艺


[0001]本专利技术涉及基础工程施工领域，尤其涉及大直径全断面挤扩灌注桩设备及施工工艺。

技术介绍

[0002]灌注桩按成孔对土的影响程度可分为大量挤土桩（如沉管灌注桩、螺旋挤土灌注桩）、少量挤土桩（如挤扩支盘灌注桩）和非挤土桩（如人工挖孔、钻孔、冲孔抓掘成孔）。
[0003]非挤土成孔的旋挖钻成孔混凝土灌注桩施工工艺在基础工程中已广泛应用，但在填土、黏土粉土、黄土等可压缩岩层地层中，特别是地下水埋深较浅时，容易出现塌孔、缩颈和断桩等质量问题。护壁泥浆是现有的防塌孔的技术手段，但对土壤有较大污染。
[0004]螺旋挤土灌注桩利用螺旋挤土成孔技术，无需出土，无需泥浆护壁，在圆周方向上挤土扩孔，真正避免了塌孔、缩颈等钻孔灌注桩的质量通病，增大了地基承载力。挤土灌注桩工艺的钻头类似螺钉，向下旋转挤进土体，钻孔竖向全长的土体都要挤压到钻孔以外的土体内，因此属于大量挤土工艺。由于螺旋挤土桩关键技术（螺旋挤土）是在360度（圆周）方向上受力，需要很大的扭矩，受现有设备的限制，不适用于直径大于800毫米的混凝土灌注桩。钻孔直径大于800毫米时，螺旋挤土设备的扭矩达不到（挤土时根本转不动）。即便扭矩达到，设备在巨大的扭矩作用下也非常容易损坏。实际上，钻孔直径接近800毫米时，巨大的扭矩作用也已经导致设备容易卡死（即转不动）。这种现状导致了现有的大量挤土灌注桩工艺无法应用于大直径钻孔施工。
[0005]少量挤土桩（如挤扩支盘灌注桩）适用于大直径灌注桩钻孔施工，现有技术中是先用旋挖钻头旋挖，旋挖后再进行局部（指竖向方向上局部断面而非竖向全长全断面）挤土扩孔作业（简称挤扩）。由于是局部挤土，且旋挖提升至孔外的土无须挤压，因此属于少量挤土工艺。这种施工方式，不但需要另外增加动力设备，而且在旋挖作业与挤扩作业之间的时间差较大，因此需要对已旋挖的钻孔部分进行泥浆护壁，防止塌孔，使用泥浆护壁增加了工序，降低了施工效率，提高了施工成本，并且还带来污染。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种大直径全断面挤扩灌注桩设备，大幅降低挤扩作业时需要的扭矩，为大直径灌注桩孔的旋挖和挤扩一体作业提供基础条件。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的大直径全断面挤扩灌注桩设备包括旋挖钻机，旋挖钻机具有钻杆，钻杆的底端连接有旋挖钻头，旋挖钻头上方的钻杆上安装有挤扩钻头，挤扩钻头具有壳体，壳体整体呈上大下小的圆台形，挤扩钻头的壳体通过第一转动配合结构与钻杆转动配合；挤扩钻头的壳体侧壁沿周向均匀设有若干挤扩竖孔，挤扩竖孔由挤扩钻头的壳体侧壁顶部向下延伸至壳体侧壁底端；壳体内设有与若干挤扩竖孔相对应的挤扩机构，挤扩机构通过第二转动配合结构
与钻杆转动配合；挤扩机构包括与若干挤扩竖孔一一对应的若干呈长条形的挤土板，挤土板与圆台形壳体的母线的倾斜角度相同；挤土板在钻杆的带动下周期性地伸出挤扩竖孔并周期性地收入壳体内部，挤土板伸出挤扩竖孔时挤压土体扩孔；挤扩机构通过离合机构与钻杆相连接，离合机构与挤扩机构在结构上相匹配，使得挤扩机构与钻杆传动时，挤土板位于挤扩竖孔内并带动壳体旋转，挤土板伸出挤扩竖孔时挤扩机构与钻杆脱离传动；挤扩机构与钻杆单次传动过程中，挤土板带动壳体旋转的角度与挤土板在壳体周向方向上占据的圆心角α的角度相同。
[0008]所述第一转动配合结构是：壳体顶端具有顶板，壳体下部设有高于壳体底端的底板；顶板向下支撑于上支撑轴承的外圈，上支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上；底板向下支撑于下支撑轴承的外圈，下支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上；所述第二转动配合结构是：挤扩机构顶部连接有上连接筒，上连接筒与第一支撑轴承的外圈固定连接，第一支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上，挤扩机构和第一支撑轴承均低于顶板；挤扩机构底部连接有下连接筒，下连接筒与第二支撑轴承的外圈固定连接，第二支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上，挤扩机构的底端和第二支撑轴承均低于底板并高于壳体底端；底板与挤扩竖孔一一对应设有若干供挤扩机构径向伸缩的缺口，所述缺口与挤扩竖孔相通。
[0009]所述挤扩竖孔沿壳体侧壁周向均匀分布设有四个；所述挤扩机构还包括与挤土板顶部相连接的上挤扩装置和与挤土板底部相连接的下挤扩装置；上挤扩装置和下挤扩装置分别与挤土板一一对应设有四套；钻杆上固定连接有四顶凸轮，四顶凸轮为轴对称结构同时也为中心对称结构；四顶凸轮具有四个顶点且四个顶点在四顶凸轮的周向方向上均匀分布，依次为A顶点、B顶点、C顶点和D顶点；四顶凸轮中心为O点，AO=CO，BO=DO，且AO＞BO；将A顶点和C顶部称为长顶点，将B顶点和D顶点称为短顶点；长顶点和短顶点在周向方向上交替均匀分布；四顶凸轮上下间隔设有两个；上挤扩装置和下挤扩装置结构相同，各上挤扩装置对应一个四顶凸轮，各下挤扩装置对应一个四顶凸轮；将上挤扩装置和下挤扩装置统称为挤扩装置，以钻杆的径向方向为径向方向，挤扩装置的其结构是：包括横杆，横杆的径向外端与挤土板相连接；横杆滑动穿过吊环且其径向外端部滑动支撑于吊环上；将上连接筒和下连接筒统一称为连接筒，横杆的径向内端穿过连接筒并与四顶凸轮活动顶压配合；将第一支撑轴承和第二支撑轴承统一称为挤扩支撑轴承；将上连接筒和下连接筒统称为竖连接筒，挤扩支撑轴承的外圈的径向外端向上连接有所述竖连接筒，横杆的内端部穿过竖连接筒并滑动支撑于竖连接筒上；四顶凸轮位于竖连接筒内；在四顶凸轮的旋转中，横杆与长顶点相接触时位于其伸出极限位置，横杆与短顶点相接触时位于其收回极限位置；横杆在其行程范围内均保持滑动支撑于吊环以及活动压接在竖连接筒上的状态；横杆的底部向下设有卡块，卡块与竖连接筒之间连接有拉簧；
上挤扩装置的吊环向上与顶板固定连接，下挤扩装置的吊环向上与底板固定连接；拉簧在工作中通过卡块和横杆对挤土板施加向心回收的拉力，当四顶凸轮旋转到长顶点与横杆相接时，相应的横杆被向外推至伸出的极限位置，此时相应的挤土板径向伸出壳体；当四根横杆的径向内端同时位于四顶凸轮相邻两个顶点之间的中点位置时，四个挤土板均位于相应的挤扩竖孔内且各挤土板的外表面均与壳体外表面相平齐；当四顶凸轮旋转到短顶点与横杆相接时，相应的横杆被向内拉至回收的极限位置，此时相应的挤土板位于壳体内部。
[0010]旋挖钻头的顶部固定连接有齿圈，将齿圈中相邻的齿之间的间隙称为传动间隙；传动间隙与卡块相适配；下挤扩装置的卡块随横杆作径向伸缩运动时通过传动间隙，卡块通过传动间隙时与齿圈处于传动状态并在齿圈的带动下随齿圈一同旋转；卡块沿径向向外或向内通过传动间隙的同时挤土板同步向外或向内通过挤扩竖孔，此时挤土板与壳体处于传动状态，卡块通过横杆和挤土板带动壳体同步旋转；卡块离开传动间隙后与齿圈脱离传动状态。
[0011]本专利技术还公开了采用上述大直径全断面挤扩灌注桩设备进行的施工工艺，适用于混凝土灌注桩的钻孔施工，按以下步骤进行：第一步骤是测量定位；根据设计桩位进行测量放线，安装护筒，旋挖钻机就位；第二步骤是钻头安装；通过试验确定特定地质条件下的孔壁径向压缩量为M厘米；根据M值和预定的钻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大直径全断面挤扩灌注桩设备，包括旋挖钻机，旋挖钻机具有钻杆，钻杆的底端连接有旋挖钻头，旋挖钻头上方的钻杆上安装有挤扩钻头，挤扩钻头具有壳体，壳体整体呈上大下小的圆台形，其特征在于：挤扩钻头的壳体通过第一转动配合结构与钻杆转动配合；挤扩钻头的壳体侧壁沿周向均匀设有若干挤扩竖孔，挤扩竖孔由挤扩钻头的壳体侧壁顶部向下延伸至壳体侧壁底端；壳体内设有与若干挤扩竖孔相对应的挤扩机构，挤扩机构通过第二转动配合结构与钻杆转动配合；挤扩机构包括与若干挤扩竖孔一一对应的若干呈长条形的挤土板，挤土板与圆台形壳体的母线的倾斜角度相同；挤土板在钻杆的带动下周期性地伸出挤扩竖孔并周期性地收入壳体内部，挤土板伸出挤扩竖孔时挤压土体扩孔；挤扩机构通过离合机构与钻杆相连接，离合机构与挤扩机构在结构上相匹配，使得挤扩机构与钻杆传动时，挤土板位于挤扩竖孔内并带动壳体旋转；挤土板伸出挤扩竖孔时挤扩机构与钻杆脱离传动；挤扩机构与钻杆单次传动过程中，挤土板带动壳体旋转的角度与挤土板在壳体周向方向上占据的圆心角α的角度相同。2.根据权利要求1所述的大直径全断面挤扩灌注桩设备，其特征在于：所述第一转动配合结构是：壳体顶端具有顶板，壳体下部设有高于壳体底端的底板；顶板向下支撑于上支撑轴承的外圈，上支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上；底板向下支撑于下支撑轴承的外圈，下支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上；所述第二转动配合结构是：挤扩机构顶部连接有上连接筒，上连接筒与第一支撑轴承的外圈固定连接，第一支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上，挤扩机构和第一支撑轴承均低于顶板；挤扩机构底部连接有下连接筒，下连接筒与第二支撑轴承的外圈固定连接，第二支撑轴承的内圈固定连接在钻杆上，挤扩机构的底端和第二支撑轴承均低于底板并高于壳体底端；底板与挤扩竖孔一一对应设有若干供挤扩机构径向伸缩的缺口，所述缺口与挤扩竖孔相通。3.根据权利要求2所述的大直径全断面挤扩灌注桩设备，其特征在于：所述挤扩竖孔沿壳体侧壁周向均匀分布设有四个；所述挤扩机构还包括与挤土板顶部相连接的上挤扩装置和与挤土板底部相连接的下挤扩装置；上挤扩装置和下挤扩装置分别与挤土板一一对应设有四套；钻杆上固定连接有四顶凸轮，四顶凸轮为轴对称结构同时也为中心对称结构；四顶凸轮具有四个顶点且四个顶点在四顶凸轮的周向方向上均匀分布，依次为A顶点、B顶点、C顶点和D顶点；四顶凸轮中心为O点，AO=CO，BO=DO，且AO＞BO；将A顶点和C顶部称为长顶点，将B顶点和D顶点称为短顶点；长顶点和短顶点在周向方向上交替均匀分布；四顶凸轮上下间隔设有两个；上挤扩装置和下挤扩装置结构相同，各上挤扩装置对应一个四顶凸轮，各下挤扩装置对应一个四顶凸轮；将上挤扩装置和下挤扩装置统称为挤扩装置，以钻杆的径向方向为径向方向，挤扩装置的其结构是：包括横杆，横杆的径向外端与挤土板相连接；横杆滑动穿过吊环且其径向外端部滑动支撑于吊环上；将上连接筒和下连接筒统一称为连接筒，横杆的径向内端穿过连接筒并与
四顶凸轮活动顶压配合；将第一支撑轴承和第二支撑轴承统一称为挤扩支撑轴承；将上连接筒和下连接筒统称为竖连接筒，挤扩支撑轴承的外圈的径向外端向上连接有所述竖连接筒，横杆的内端部穿过竖连接筒并滑动支撑于竖连接筒上；四顶凸轮位于竖连接筒内；在四顶凸轮的旋转中，横杆与长顶点相接触时位于其伸出极限位置，横杆与短顶点相接触时位于其收回极限位置；横杆在其行程范围内均保持滑动支撑于吊环以及活...

【专利技术属性】
技术研发人员：马志华，李东森，孙双福，刘小江，乔志军，岳安华，付威，权力，刘兰芳，王华，郭琦，程玉彬，张明月，吴若飞，郝学刚，戴沛冰，
申请(专利权)人：河南省水利第一工程局，
类型：发明
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