CN207553978U - 一种旋扩半径与高度可变的钻头装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋扩半径与高度可变的钻头装置，包括钻轴、土体切割件和连接钻轴与土体切割件的钻臂；土体切割件包括支撑板和设于支撑板上的刀片，土体切割件围绕钻轴周向设置有多个；钻臂设于支撑板和钻轴之间，支撑板带动刀片沿着钻轴径向往复移动。本实用新型装置可以根据复杂的土层情况灵活的布置刀片支撑板在钻轴上的位置，不需要对于不同桩径的钻孔更换钻头，进而影响施工效率和工程进度；本实用新型的土体切割件围绕钻轴周向均匀设置有多个，使得切土效率高，成孔效果好，支撑板受力均匀良好，且不易发生承力盘塌方或土块掉落引起承力盘丧失承载力等问题。

Description

一种旋扩半径与高度可变的钻头装置

技术领域

本实用新型属于支盘桩基础施工技术领域，具体涉及一种旋扩半径与高度可变的钻头装置。

背景技术

支盘桩是在原普通灌注桩基础上增加设置承力盘或整理分支而成。支盘桩具有以下优点：一、显著的经济效益，在提供同等承载力的情况下，支盘桩比传统等直径桩可以大大节省材料。二、适用于多种情况的土层。能够根据复杂的土层情况灵活地布置盘与分支的位置从而减小桩径、桩长。三、所引起土层沉降变形较小，而且能够提供更大的端承力。四、支盘桩支盘的施工过程不会产生过多的噪声和振动相比等直径的灌注桩不会增加对环境造成的污染。

因此，大力发展支盘桩技术对于建筑与交通工程行业满足当前上部结构飞速发展对于基础地基提出更高要求，以及节省材料，降低工程造价，促进社会经济快速发展都有很大意义。目前，在支盘桩基础施工中对桩孔的扩孔方法有多种，根据施工工艺的不同，我国主要为“挤扩”和“旋扩”两种，虽然挤扩成盘方法已经比较成熟，且在许多省市和行业出台了相关施工与设计规程，但传统的挤扩方法存在以下缺点：

一、挤扩成盘具有成型不规范、尺寸不准确、充盈系数大等问题。

二、成型时，在许多地质条件下，土层不是被挤密而是被破坏后掉落，出现塌方导致成腔不规则，承力盘受力不均匀引起承力盘丧失承载力等问题。

三、对于不同桩径的钻孔需要更换钻头，遇到土层情况复杂时无法灵活地布置盘与分支的位置。

四、对于特定钻头，只能形成单一形状和高度的支承盘，而无法根据工程需要和实际地质地形状况进行调整。

这样在工程实际中的应用就存在了较大的局限，因此大力发展旋扩成盘技术就有了非常重要的现实意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种集扩孔与取土一体化的旋转钻进成孔装置，解决现有装置挤扩过程中土体破坏掉落甚至垮塌引起的尺寸和成型不规范的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种旋扩半径与高度可变的钻头装置，包括钻轴、土体切割件和钻臂；所述的土体切割件围绕钻轴周向设置有多个；所述的钻臂设于支撑板和钻轴之间，所述的钻臂带动土体切割件沿着钻轴径向往复移动。

所述的钻轴内部设有液压控制系统，钻轴上设有与液压控制系统连通的液压阀门；所述的钻臂内部设有封闭的空腔，所述的钻臂空腔与钻轴内部的液压控制系统连接使得土体切割件可相对钻臂移动。

所述的钻臂与土体切割件之间设有连杆活塞，所述的连杆活塞的一端设于钻臂空腔内将钻臂分为两个独立的第一腔体和第二腔体，连杆活塞的另一端与土体切割件连接；所述的第一腔体和第二腔体分别通过管体与液压控制系统连通。

所述的连杆活塞的杆端设有凸缘，所述的凸缘固定在土体切割件上。

所述的钻轴为封闭的圆柱形壳体，所述的液压控制系统固定在壳体内。

所述的钻轴底部设有排渣口；所述的钻轴顶部设有用于连接钻轴顶部与钻杆底部的法兰盘。

所述的土体切割件包括支撑板和设于支撑板上的刀片。

所述的支撑板连接有刀片的一侧面为弧形，沿钻轴周向分布的多个支撑板收缩后的外部轮廓为圆形。

所述的支撑板的弧形面上设有多个凹向支撑板的凹槽，所述的凹槽与刀片间隔布置。

沿所述的钻轴轴向设置有多个土体切割件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型装置可以根据复杂的土层情况灵活的布置刀片支撑板在钻轴上的位置，不需要对于不同桩径的钻孔更换钻头，进而影响施工效率和工程进度；

本实用新型钻轴内设有液压控制系统，可以单独控制每个土体切割件的沿钻轴径向的伸缩长度，进而控制刀片支撑板的形状、高度以及回转半径，满足多种工况要求；

本实用新型的土体切割件围绕钻轴周向均匀设置有多个，使得切土效率高，成孔效果好，支撑板受力均匀良好，且不易发生承力盘塌方或土块掉落引起承力盘丧失承载力等问题。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构主视图。

图2是本实用新型的整体结构俯视图。

图3为刀片与钻臂的连接详图。

图4是本实用新型的装置直径渐变过程图，(a)初始状态，(b)半伸缩状态，(c)全伸缩状态。

图中各标号表示为：1-钻轴，2-土体切割件，3-钻臂，4-液压控制系统，5-液压阀门，6-连杆活塞，7-管体；

11-排渣口，12-法兰盘；

21-支撑板，22-刀片；211-凹槽；

31-第一腔体，32-第二腔体；61-凸缘。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施方式，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施方式，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

如图1和图2所示，本实用新型公开了一种旋扩半径与高度可变的钻头装置，包括钻轴1、土体切割件2和钻臂3；土体切割件2围绕钻轴1 周向设置有多个；钻臂3设于支撑板21和钻轴1之间，一般，钻臂通过焊机或者螺栓固定的方式固接在钻轴外壁上。钻臂土体切割件2沿着钻轴 1径向往复移动。一般，刀片22是一种强度高，韧性好，耐腐蚀和使用寿命长的材料。在钻进的过程中，直接与土体或岩块接触，并对土体碎石进行挤压切削，旋扩出桩身支承盘形状的空间。其表面在与钻轴旋转方向相垂直的方向上有褶皱凸起，切土效果明显，切土效率高，节省时间。支撑板21与钻臂之间可拆卸安装，方便运输与根据工程实际调整刀盘尺寸。本实用新型的土体切割件围绕钻轴周向均匀设置有多个，使得切土效率高，成孔效果好，支撑板受力均匀良好，且不易发生承力盘塌方或土块掉落引起承力盘丧失承载力等问题；本实用新型装置可以根据复杂的土层情况灵活的布置刀片支撑板在钻轴上的位置，不需要对于不同桩径的钻孔更换钻头，

进一步的，钻轴1内部设有液压控制系统4，钻轴上设有与液压控制系统4连通的液压阀门5；钻臂3内部设有封闭的空腔，钻臂空腔与钻轴内部的液压控制系统4连接使得土体切割件2可相对钻臂3移动。液压控制系统4作为钻轴1内部的核心设备，为钻头伸缩提供动力，依靠传感器及液压泵调节，将液压油缸中的液压油通过液压阀门5压入钻臂3内封闭的空腔；可以单独控制每个土体切割件的沿钻轴径向的伸缩长度，进而控制刀片支撑板的形状、高度以及回转半径，满足多种工况要求。

进一步的，钻臂3与土体切割件2之间设有连杆活塞6，连杆活塞6 的一端设于钻臂3空腔内将钻臂分为两个独立的第一腔体31和第二腔体 32，连杆活塞6的另一端与土体切割件连接；第一腔体31和第二腔体32 分别通过管体7与液压控制系统4连通。连杆活塞6在第一腔体31和第二腔体32内液压油的压力作用下往复运动，进而改变支撑板上刀片的旋扩半径。连杆活塞6的杆体表面采用滚压加工提高了杆表面的耐磨性，降低了活塞运动时对固定钻臂3内表面的摩擦损伤。进一步的，在裸露在钻臂3外的管体7外包裹了一层防护铁板，以固定液压管的位置，一般使用螺栓固定在钻臂3表面，用来隔离管体7与外部土层，防止在旋转钻进过程中钻渣及外部土层与管体7纠缠，以保证液压制动系统工作正常。

进一步的，连杆活塞6的杆端设有凸缘61，凸缘61固定在土体切割件2上。通过增设凸缘以增大连杆活塞6与土体切割件2的接触面积，增强连接稳定性；具体的，凸缘通过螺栓连接或者焊接的方式固定在支撑板上，使用螺栓连接时，在螺母与凸缘的连接处设置垫片，可以减小螺母与凸缘之间的空隙，保证了连杆活塞与土体切割件的支撑板之间的连接紧密性。

钻轴1为封闭的圆柱形壳体，液压控制系统4固定在壳体内。钻轴1 底部设有排渣口11；钻轴顶部设有用于连接钻轴顶部与钻杆底部的法兰盘12。液压控制系统4通过高强螺栓固定在钻轴1的顶部，防止因钻头随钻杆切土旋转时引起液压系统剧烈晃动而损坏内部工作原件，进而无法发挥液压动力作用。钻轴底部的排渣口11将旋转钻进过程中产生的钻渣和土屑碎石等及时排出，以免淤积堵塞，阻碍钻头正常切土运行，排渣口 11与钻轴内腔独立。

具体的，土体切割件2包括支撑板21和设于支撑板上的刀片22。

进一步的，支撑板21连接有刀片22的一侧面为弧形，沿钻轴1周向分布的多个支撑板21收缩后的外部轮廓为圆形。将支撑板21与土体接触的侧面设置为弧形结构，方便切割，切图效果明显。

进一步的，支撑板21的弧形面上设有多个凹向支撑板21的凹槽211，凹槽211与刀片22间隔布置。在刀片与刀片之间存在的齿状凹槽，在钻进过程中随着活塞杆的伸出，刀盘凹槽211会部分卡进土体中，在钻机提供动力进行旋切时会对土体产生更大的剪切力，并对原有土体产生更大的剥离作用，促进土体快速掉落。

在此说明本实用新型装置的钻头旋扩成盘的过程：

当桩身成孔结束后，使用钻机将钻头下沉到所设计的承力盘位置，启动钻机工作系统，在液压控制系统4的调节下，液压油缸中的油在指定液压阀 5通过管体7压入钻臂的第二腔体32中，推动连杆活塞6向外运动，进而引起活塞杆伸出达到所需的直径，钻机开始运转使得土体切割件2在旋扩液压式钻轴1的带动下旋转切土成盘。

当承力盘成型后，在液压控制系统4的调节下，液压油缸中的油在指定液压阀通过管体7压入钻臂的第一腔体31中，推动连杆活塞6向内运动，进而引起活塞杆收回。此时，即完成了一次旋扩成盘。重复上述过程，完成扩孔。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种旋扩半径与高度可变的钻头装置，其特征在于，包括钻轴(1)、土体切割件(2)和钻臂(3)；所述的土体切割件(2)围绕钻轴(1)周向设置有多个；所述的钻臂(3)设于土体切割件(2)和钻轴(1)之间，所述的钻臂(3)带动土体切割件(2)沿着钻轴(1)径向往复移动。

2.如权利要求1所述的旋扩半径与高度可变的钻头装置，其特征在于，所述的钻轴(1)内部设有液压控制系统(4)，钻轴上设有与液压控制系统(4)连通的液压阀门(5)；所述的钻臂(3)内部设有封闭的空腔，所述的钻臂空腔与钻轴内部的液压控制系统(4)连接使得土体切割件(2)相对钻臂(3)移动。

3.如权利要求2所述的旋扩半径与高度可变的钻头装置，其特征在于，所述的钻臂(3)与土体切割件(2)之间设有连杆活塞(6)，所述的连杆活塞(6)的一端设于钻臂(3)空腔内将钻臂分为两个独立的第一腔体(31)和第二腔体(32)，连杆活塞(6)的另一端与支撑板(21)连接；所述的第一腔体(31)和第二腔体(32)分别通过管体(7)与液压控制系统(4)连通。

4.如权利要求3所述的旋扩半径与高度可变的钻头装置，其特征在于，所述的连杆活塞(6)的杆端设有凸缘(61)，所述的凸缘(61)固定在土体切割件(2)上。

5.如权利要求2所述的旋扩半径与高度可变的钻头装置，其特征在于，所述的钻轴(1)为封闭的圆柱形壳体，所述的液压控制系统(4)固定在壳体内。

6.如权利要求1或5任一所述的旋扩半径与高度可变的钻头装置，其特征在于，所述的钻轴(1)底部设有排渣口(11)；所述的钻轴顶部设有用于连接钻轴顶部与钻杆底部的法兰盘(12)。

7.如权利要求1或2所述的旋扩半径与高度可变的钻头装置，其特征在于，所述的土体切割件(2)包括支撑板(21)和设于支撑板上的刀片(22)。

8.如权利要求7所述的旋扩半径与高度可变的钻头装置，其特征在于，所述的支撑板(21)连接有刀片(22)的一侧面为弧形，沿钻轴(1)周向分布的多个支撑板(21)收缩后的外部轮廓为圆形。

9.如权利要求8所述的旋扩半径与高度可变的钻头装置，其特征在于，所述的支撑板(21)的弧形面上设有多个凹向支撑板(21)的凹槽(211)，所述的凹槽(211)与刀片(22)间隔布置。

10.如权利要求1所述的旋扩半径与高度可变的钻头装置，其特征在于，沿所述的钻轴(1)轴向设置有多个土体切割件(2)。