一种钻扩孔两用钻具及施工方法技术

一种钻扩孔两用钻具及施工方法：在潜水钻机内部，通过制动器对控制轴的转动控制，使钻机向钻头的功率传输可产生分流：主传动用来驱动钻头钻孔，副传动用来驱动扩孔刀杆伸缩扩孔；钻具钻孔时，通过使钻机的控制轴处于非制动状态，即可进行常规钻孔；钻具扩孔时，通过使钻机控制轴处于制动状态即可进行扩孔；对电机轴与控制轴的转数检测和对电机轴与控制轴转动状态及对竖向钻进速度的联动控制，还可使扩孔刀杆的横向伸出扩孔与竖向钻孔按程序控制的合成扩孔切削运动方式进行扩孔，因此本钻机可用于软土地基中含有设定回转体扩孔型腔的多级扩孔桩的连续钻扩孔施工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种岩土工程中的桩孔成型机具及成型方法，特别是一种多级扩孔桩的钻扩孔钻具及其施工方法。
技术介绍
普通钻孔灌注桩，其成桩过程是:先在地基土中通过钻孔形成圆柱形的桩孔型腔，在孔中下入钢筋笼后灌注混凝土，桩孔内的混凝土凝固后形成了钢筋混凝土灌注桩。为了提高灌注桩的单桩承载力和桩身混凝土强度的利用率，人们发现可通过在桩身的局部扩大截面------即通过扩孔来实现此目标。针对桩身扩孔的问题，人们专利技术了多种扩孔桩的施工方法与机具，其典型工法如:ZL98102841.1和ZL99205417.6中所涉及的挤扩支盘桩施工方法，ZL200410037804.5中所涉及的旋挖钻钻扩孔施工方法；为了抗震，日本早已研究和推广应用扩孔灌注桩，并设计了多种机具和施工方法(见“旋挖钻斗钻扩底灌注桩”----沈保汉)。上述两种扩孔方法，在解决扩孔灌注桩竖向钻孔与横向扩孔工艺难题的同时，使得多级扩孔桩得以实际推广应用，并在应用中取得了良好的效果。上述两种方法虽采用的机具和扩孔方式不同，其不足之处在于: 对于扩孔灌注桩的钻扩孔，上述两种专利方法均采用先用一台钻机钻成等径竖直孔后，再用扩孔机在钻成孔内设定部位进行扩孔的双钻机两步成孔模式，因而工序繁杂，效率较低。采用旋挖斗扩孔方法适用于大桩粗桩，其粗大的桩身和高昂的制桩成本，在我国现阶段还难于普遍采用。相比而言，挤扩支盘法则多用于小直径桩，且其扩孔成本要低得多，因此在我国有了较多应用。但是这种扩孔方法受地层中土的地质力学性能影响较大，在较硬土层中挤压扩孔会因挤不动而使扩孔失败；在软土中挤压扩孔会因产生缩径甚至塌孔等缺陷，而降低扩孔桩应有的承载力一致性。为解决上述专利和技术中出现的问题，专利技术人提出过专利申请01100563.7，并在专利01100563.7中提出一种《可测控的差动式钻扩孔两用钻机》，此专利方法已可解决钻扩孔施工一体的技术问题。为简化上述专利所述钻扩孔两用钻机的结构并使其钻扩孔施工操作易于程序化控制，申请人在专利申请01100563.7的基础上，对钻具结构作了进一步改进，并提出钻扩孔两用钻具在程序控制下进行多级扩孔桩连续钻扩孔的施工方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是:提供一种钻扩孔一体的两用钻具及其适宜程序控制的钻扩孔施工方法，用于提高扩孔灌注桩的钻扩孔效率；采用点切削的扩孔切削方式来降低扩孔切削力对孔壁土体的扰动:采用检测与可程序控制的扩孔方式来提高扩孔质量和钻头对不同土层扩孔的适用性。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 一种钻扩孔两用钻具，由钻扩孔两用钻机及其连接在其上部的空心钻杆、动力电缆和测控电缆和连接在其下部的钻扩孔两用钻头组成，所述钻扩孔两用钻机由潜水电机与连在其下部的行星减速器和钻机轴及输出法兰组成，所述钻扩孔两用钻头由钻头横梁和横梁上法兰及固接在其下部的钻尖组成，其特征在于: a.在潜水电机轴、行星式减速器的太阳轮轴和钻机轴中心开设的中心通孔内设有一根通长的控制轴，所述控制轴上端设有一电磁制动器，其下端伸入至钻扩孔两用钻头内； b.所述钻扩孔两用钻头有一水平设置的钻头横梁，所述钻头横梁的中心竖直装有一根上端与控制轴键连接下端为锥齿轮的钻头中心轴，所述钻头横梁横断面为H型，其上翼缘中心开有纵向通孔，所述通孔中对称设有两根水平安装的锥齿轮轴，所述钻头横梁的腹板两侧各设有一根水平安装且外伸段带有齿爪刀的扩孔刀杆，两根扩孔刀杆内各有一根与之内螺纹相啮合的螺杆，所述钻头横梁下设置有与其固定连接的钻尖； c.潜水电机内上端电磁制动器旁设有两组可对潜水电机轴和控制轴的转数进行检测的转数检测器。所述电磁制动器由动磁轭与静磁轭组成,所述动磁轭用花键套接在控制轴的上部，所述静磁轭固定在潜水电机端盖底面。所述钻尖由钻头圈、钻头铤杆和齿爪翼板构成。所述测控电缆包括检测信号缆和制动控制缆，所述检测信号缆连接转数检测器，所述制动控制缆连接动磁轭。所述锥齿轮轴的轴孔中线与钻扩孔两用钻具的轴线正交。采用所述的钻扩孔两用钻具进行多级扩孔桩施工方法，其特征在于如下步骤: 步骤一，进行桩位定位、安放护筒等钻孔前的准备工作； 步骤二，在扩孔刀杆完全缩回钻扩孔两用钻头内及电磁制动器断电脱开后，潜水电机启动正向运转，钻扩孔两用钻机开始钻孔作业，潜水电机通过行星减速器及钻机轴将动力传给钻尖进行钻孔；与此同时，检测信号缆导通，转数检测器开始对潜水电机轴和控制轴进行转数检测； 步骤三，当钻孔深度达到首级扩孔台的下沿时，继续向下钻进不小于I倍孔径的深度后提钻，在扩孔刀杆上沿提升至与扩孔台上沿平齐时，停止提钻准备扩孔； 步骤四，扩孔时，检测信号缆和制动控制缆同时导通:检测信号缆的电源导通，转数检测器对潜水电机轴和控制轴进行转数检测；连接动磁轭的制动控制缆的电源导通，电磁制动器的动磁轭与静磁轭得电吸合制动，控制轴及钻头中心轴被制动而转速为零，中心轴下端锥齿轮通过驱动锥齿轮轴和螺杆转动来推动扩孔刀杆伸出扩孔；扩孔时根据设定的扩孔形状，采用扩孔刀杆的水平伸出切削与钻扩孔两用钻头竖直向下钻孔切削联动的合成运动切削方法进行扩孔，或采用钻扩孔两用钻头上的扩孔刀杆水平方向单独步进伸出切削与扩孔刀杆随钻扩孔两用钻头单独步进竖直向下切削的步进顺序切削方法进行扩孔作业，直至达到设定的扩孔形状； 步骤五，扩孔完成后，电磁制动器得电使控制轴制动，扩孔刀杆在潜水电机反向运转中缩进钻头横梁内后，电磁制动器断电脱开，潜水电机恢复正向运转，钻尖向下继续钻孔；步骤六，当钻孔为多级扩孔时，重复步骤二、步骤三、步骤四和步骤五中的钻扩孔作业过程，如此循环往复，直到完成整个桩孔的钻扩孔作业； 步骤七，最后一级的扩孔作业完成后，继续向下钻800mm 1500mm深的收渣孔； 步骤八，换浆清孔后，将钻扩孔两用钻具提出孔外，向钻孔内下放钢筋笼与灌灰导管； 步骤九，通过灌灰导管向成型的桩孔内灌注混凝土，最终形成多级扩孔桩。所述步骤四中的扩孔形状为正圆锥台、阶梯状圆锥台或圆柱台。与现有技术相比本专利技术具有以下特点和有益效果: 一、扩孔刀杆水平伸出扩孔，因其两点支撑的受力形式使扩孔钻头的尺寸大为缩小以及支座受力简单合理，使得扩孔刀杆的运动灵活可靠。扩孔时扩孔刀杆的齿爪刃对孔壁的点切削方式，因切削力对孔壁的扰动大幅减小，使得采用本钻具进行扩孔的孔壁更加稳定。二、采用本钻具进行钻扩孔施工，钻具的钻孔或扩孔仅与电磁制动器的控制状态有关，扩孔刀杆运动方向仅与电机转向有关，扩孔刀杆伸缩行程与电机转数成比例，这种确定的状态相关性和运动相关性，使得对钻具钻孔或扩孔的过程监测和控制变得简便易行。三、本专利技术在专利申请01100563.7的基础上，取消了电磁离合器，通过上述改进，使得潜水电机向钻扩孔两用钻头功率分流的控制更为简单明了，仅通过对电机转向和制动器的控制就可实现主传动钻孔和主副传动联合扩孔的功能；利用钻具所具有的测控功能可对不同硬度土层的扩孔过程进行监测和对扩孔切削的调节控制，使本钻具对于不同土质中的钻扩孔施工具有广泛的适用性。四、由于扩孔刀杆伸缩速度的确定性，在与对钻具竖向提引的速度控制相结合后，即可构成钻具竖直向下钻孔的进尺速度与扩孔刀杆水平伸缩运动速度的合成运动控制；这种对于刀杆扩孔的合成运动控制，和本钻具扩孔切削本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻扩孔两用钻具，由空心钻杆（1）、动力电缆（4）、测控电缆（22）、钻扩孔两用钻机（2）和钻扩孔两用钻头（3）自上而下连接组成，所述钻扩孔两用钻机（2）由潜水电机（8）、行星减速器（9）、钻机轴（19）及法兰（10）自上而下连接而成，所述钻扩孔两用钻头（3）由法兰（10）、钻头横梁（16）和下部的钻尖自上而下固接组成，钻机轴（19）与钻扩孔两用钻头（3）通过法兰（10）连接，其特征在于：a．在潜水电机轴、行星式减速器（9）的太阳轮轴和钻机轴（19）中心开设的中心通孔内设有一根通长的控制轴（20），所述控制轴（20）上端设有一电磁制动器，其下端伸入至钻扩孔两用钻头内；b．所述钻扩孔两用钻头（3）有一水平设置的钻头横梁（16），所述钻头横梁（16）的中心竖直装有一根上端与控制轴（20）键连接且下端为锥齿轮的钻头中心轴（18），所述钻头横梁（16）的横断面为H型，其上翼缘中心开有纵向通孔，所述通孔中对称设有两根水平安装的锥齿轮轴（11），所述钻头横梁（16）的腹板两侧各设有一根水平安装且外伸段带有齿爪刀的扩孔刀杆（12），两根扩孔刀杆（12）内各有一根与之内螺纹相啮合的螺杆（17），所述钻头横梁（16）下设置有与其固定连接的钻尖；c．?潜水电机（8）内部上端电磁制动器旁设有两组可对潜水电机轴和控制轴（20）的转数进行检测的转数检测器（21）。...

【技术特征摘要】
1.一种钻扩孔两用钻具，由空心钻杆(I)、动力电缆(4)、测控电缆(22)、钻扩孔两用钻机(2)和钻扩孔两用钻头(3)自上而下连接组成，所述钻扩孔两用钻机(2)由潜水电机(8)、行星减速器(9)、钻机轴(19)及法兰(10)自上而下连接而成，所述钻扩孔两用钻头(3)由法兰(10)、钻头横梁(16)和下部的钻尖自上而下固接组成，钻机轴(19)与钻扩孔两用钻头(3)通过法兰(10)连接，其特征在于: a.在潜水电机轴、行星式减速器(9)的太阳轮轴和钻机轴(19)中心开设的中心通孔内设有一根通长的控制轴(20)，所述控制轴(20)上端设有一电磁制动器，其下端伸入至钻扩孔两用钻头内； b.所述钻扩孔两用钻头(3)有一水平设置的钻头横梁(16)，所述钻头横梁(16)的中心竖直装有一根上端与控制轴(20)键连接且下端为锥齿轮的钻头中心轴(18)，所述钻头横梁(16)的横断面为H型，其上翼缘中心开有纵向通孔，所述通孔中对称设有两根水平安装的锥齿轮轴(11)，所述钻头横梁(16) 的腹板两侧各设有一根水平安装且外伸段带有齿爪刀的扩孔刀杆(12)，两根扩孔刀杆(12)内各有一根与之内螺纹相啮合的螺杆(17)，所述钻头横梁(16)下设置有与其固定连接的钻尖； c.潜水电机(8)内部上端电磁制动器旁设有两组可对潜水电机轴和控制轴(20)的转数进行检测的转数检测器(21)。2.根据权利要求1所述的钻扩孔两用钻具，其特征在于:所述电磁制动器由动磁轭(7)与静磁轭(5 )组成，所述动磁轭(7 )用花键套接在控制轴(20 )的上部，所述静磁轭(5 )固定在潜水电机端盖(6)底面。3.根据权利要求1所述的钻扩孔两用钻具，其特征在于:所述测控电缆(22)包括检测信号缆(25 )和制动控制缆(26 )，所述检测信号缆(25 )连接转数检测器(21)，所述制动控制缆(26)连接动磁轭(7)。4.采用权利要求1至3任意一项所述的钻扩孔两用钻具进行多级扩孔桩连续钻扩孔的施工方法，其特征在于如下步骤: 步骤一，进行桩位定位、安放护筒等钻孔前的准备工作； 步骤二，在扩孔刀杆(12)完全缩回钻扩孔两用钻头(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，阎里鹏，杨政，
申请(专利权)人：天津开发区三友新科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：