一种机械式扩底桩钻头的制作方法

本发明属于建筑物工程领域的现场钻孔混凝土灌注桩，能被广泛应用于建筑物承压或抗拔所采用的桩基础。

背景技术：

相对于常规的等截面桩，扩底桩可以通过端部扩孔仅增加少量混凝土便可获得承压或抗拔承载力的大幅提高，具有很高的经济效益和应用前景。扩底钻孔灌注桩是在钻孔灌注桩的基础上，在桩的底部成孔时调换扩底钻头，然后在钻进过程中，依靠钻头的扩孔刀展开扩孔钻进形成锲形的桩底端。夯扩、爆扩、人工挖扩等扩孔方法适用性较差，机械扩孔成为较好的扩底施工方法。动力传动系统的不同可，机械式扩孔钻头根据分为液压传动式和机械传动式。液压传动式扩底钻头系统复杂，制造难度大，且对钻机的要求较高，生产成本大。因此研发机械式扩底钻头具有施工便捷、成本低、利于推广应用。但由于缺少相应的液压传动控制装置，当前已有的扩底钻头存在结构简单、在钻进过程中承的巨大扭力作用下钻头结构受力不合理，特别是一些连接节点受力过大，使得在施工过程中扩底钻头机械容易出现故障，且操控不稳定。因此，在缺少液压传动装置的前提下，研发一种原理简单、结构合理、质量可靠的扩底钻头，是机械扩底钻头开发中面临的首要问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供了一种机械式扩底钻头，该钻头在下降至孔底后能逐渐扩展开，并切削周围土体实现底部扩孔，钻头结构需满足扩孔尺寸要求及施工过程中受力需求，施工完成后能顺利收拢并提升。

这种钻具工作原理是在钻进过程中，在钻压作用下，钻具底部的支承盘支承在地基上产生反作用力，使钻刀逐渐展开扩底成孔。

为简洁可靠地实现上述目的，本发明设计了一种由上下支座及附属构件组成并巧妙连接的机械式扩底钻头。本发明包括上支座、下底座、中心轴筒与所述上支座垂直固定连接、中心轴杆的底端与所述下底座垂直固定连接，所述中心轴杆的上端插入所述中心套筒内，多个可扩展刀架以所述中心轴筒为轴心均匀布置在所述中心轴筒的外侧，可扩展刀架的上端与上支座铰接，并能向外转动，下斜支撑杆的上端与所述可扩展刀架铰接，并能互相转动，所述下斜支撑杆的下端与所述下底座铰接。

上述基本技术方案中：可扩展刀架的上端与上支座铰接的技术措施可替换为：在可扩展刀架两侧设置限位受力板，限位受力板与上支座或中心轴筒垂直固定。可扩展刀架可以与上支座直接铰接，也可以与限位受力板铰接。可扩展刀架的上部受所述两侧限位受力板限位，只能沿与限位受力板平面的平行面向外转动。本方案中，限位受力板实现对可扩展刀架在旋转过程中的支撑，这样的结构且刚度大利于受力。

本发明的工作原理为：在扩底钻头的下降与提升过程中，在下支座的自重作用下，上支座和下底座分开、可扩展刀架收拢，从而实现其在等截面孔身范围内的升降。在扩底钻头下放至扩底后，在上支座上钻杆的钻压作用下，支承在地基上下支座产生反作用力，中心轴杆在中心轴筒内滑动，并带动斜撑杆逐渐撑开扩展刀架，切削周围的土体形成扩孔。

基于上述基本技术方案，可扩展刀架可设置四个，以中心轴筒为轴心呈十字对称布置，以实现受力均匀并减小每个刀架的受力；可扩展刀架可设置三个，以中心轴筒为轴心对称布置，以实现受力均匀并减小每个刀架的受力；可扩展刀架也可以设置二个，以中心轴筒为轴心呈一字对称布置，当然也可采取其它数量和形式的均匀布置。

基于上述基本技术方案，本发明还设计了两个可调装置实现扩底部分尺寸和角度的调节，其一在中心杆上设置限位孔，实现下底座中心轴杆在上支座中心套筒内的行程的调节；其二，在可扩展刀架上设置连接孔，下斜支撑杆的上端能分别铰接在这些连接孔上，以实现下斜支撑杆与可扩展刀架连接位置的调节。下斜支撑杆既可固定长短，也可采用可伸缩结构，同时通过该上述两处限位调节或选择其中一处限位调节，即可灵活控制扩底直径与扩展角度，能代替多种不同桩径的扩底钻头使用。

该机械式扩底钻头能自由收拢或加压展开，且扩底直径和角度可调整，刀架限位与受力分离，结构可靠，使用方便灵活，且质量可控。

附图说明

下面结合附图和实施例及应用施工方法对本发明作进一步的描述。

图1是本发明的扩底钻头收拢时纵剖面图。

图2是本发明的扩底钻头展开时剖面图。

图3本发明的限位与受力结构横剖面图，可扩展刀架为十字行布置。

图4是本发明的另外一种限位与受力结构横剖面图，可扩展刀架为三个，均匀布置。

图5为是本发明的另外一种限位与受力结构横剖面图，可扩展刀架为两个，一字对称布置。

具体实施方式

如图1和图2所示，与钻杆连接接口2连接的上支座及连接构件包括：上支座1、下底座6、中心轴筒3与上支座1垂直固定连接、中心轴杆7的底端与下底座6垂直固定连接，中心轴杆7的上端插入中心轴筒3内，两个可扩展刀架4以中心轴筒3为轴心一字形布置在中心轴筒3的外侧，限位受力板5顶部与上支座1焊接或与中心轴筒3焊接，可扩展刀架4与限位受力板5用销轴连接，使可扩展刀架4能沿与限位受力板5平面的平行面范围内向外转动，如图2所示。中心轴杆7上设置的限位孔9，可扩展刀架4上设置了多个连接孔10作为调节，下斜支撑杆8的上端与可扩展刀架4的一个连接孔铰接转动，下斜支撑杆8的下端与所述下底座6铰接。

如图3所示，可扩展刀架4设置成宽幅式，数量为四，形成十字形布置，限位受力板5可扩展刀架4连接，相应地也形成十字形布置。

图4为可扩展刀架4为三个，均匀地沿中心轴筒3的轴心均匀布置。

图5为可扩展刀架4为两个，均匀地沿中心轴筒3的轴心一字布置。

以上对本发明实施例所提供的方案详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，如可扩展刀架的数量等。铰接形式可采用销轴、螺栓等现有任何技术实现。下斜支撑杆的可伸缩结构及钻杆连接接口等也可为现有技术中的任何形式。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发明的保护范围之内。