可变径旋挖钻具及施工方法与流程

本发明涉及建筑物基础工程旋挖钻孔灌注桩施工技术领域，尤其涉及可变径旋挖钻具及施工方法。

背景技术：

在松散砂层、细角砾石层、流砂层、厚淤泥质层以及喀斯特地貌等地质情况下施工钻孔灌注桩。一般采用泥浆、钢护筒等措施进行护壁。随着环保要求的提高，泥浆护壁钻进将受到限制。因此采用钢护筒护壁法的施工钻孔灌注桩将越来越普及。目前钢护筒的打入，植入方法大致分为以下两类：

一类是：利用专用摇、振动设备使钢护筒克服各土层间与护筒间的摩擦力，使护筒穿越桩机钻孔施工中的不利地层直至到达不需要护壁的稳定地层后，利用取渣设备掏空护筒内渣土后，安装钢筋笼并浇筑混凝土成桩。但该工艺具有以下缺点：遇到以下情形时，护筒无法穿越：(1)在现代填埋物地层中有各种废旧建筑材料；(2)地层局部含有坚硬块石，风化球等；(3)致密砂卵石层，中等风化等较硬地层。

第二种是：采用全护筒跟管钻机钻进。该法具有成孔工效快、质量高、能缩短工期等优点，但所用的全护筒跟管钻机，价格昂贵，使用、维修成本较高等缺点。

技术实现要素：

本发明提供的可变径旋挖钻具解决了现有技术问题中的一个或者多个。

本发明提供的可变径旋挖钻具，包括钻斗、活动刮刀装置，其中，

钻斗旋挖桩孔以及排渣；

活动刮刀装置设于钻斗内，并且由钻斗带动转动；且，被施力时，活动刮刀装置能伸出钻斗外部，用以切割接触的岩土。

本发明提供的可变径旋挖钻具，可以将地层中各种坚硬的废旧建筑材料或者硬度较大的岩土切割成钻渣，使护筒可以顺利下沉且不影响护筒以下地层或岩层的开挖，还能保证桩身直径上下基本一致，同时结构简单，造价成本低廉。

在一些实施方式中，活动刮刀装置包括基座、刮刀、限位柱；

基座设于钻斗；

刮刀铰接于基座，并且能绕铰接处转动；

限位柱设于基座并且位于刮刀的两侧，用于限制刮刀的转动范围；

刮刀由钻斗带动刮刀转动；且，被施力时，能伸出钻斗外部，用以切割接触的岩土。

如此，在钻斗上设置可旋转的刮刀，利用刮刀与岩土的摩擦时刮刀伸出或者收回，再通过钻斗带动刮刀旋转实现了对桩的扩径，不需要扩径时也不影响钻斗旋挖桩孔，采用简单的设计方案既实现桩孔扩径，又节约了成本。

在一些实施方式中，基座设有第一螺丝孔、第二螺丝孔、第三螺丝孔；

刮刀一端设有与第三螺丝孔对应的梯形孔，螺栓穿过梯形孔并且与第三螺丝孔配合并将刮刀与基座连接固定，刮刀能绕螺栓转动；

限位柱部分设有与第一螺丝孔、第二螺丝孔匹配的螺纹，设有螺纹的部分分别与第一螺丝孔或者第二螺丝孔配合，其余部分突出于基座表面；

刮刀位于第一螺丝孔和第二螺丝孔之间，转动时能与其中一侧的限位柱相抵。

如此，刮刀在正转和反转时，限位柱可以将刮刀抵住，限制刮刀继续旋转，满足设计需求。

在一些实施方式中，刮刀的切割端设有耐磨部件。

如此，提高刮刀的耐磨性，用于保护刮刀，提高刮刀的使用寿命。

在一些实施方式中，耐磨部件采用耐磨合金钢。

如此，耐磨合金钢具有较高的强度、硬度韧性和耐磨性。

本发明提供的可变径旋挖钻具的施工方法，包括以下步骤：

S1:旋挖机钻杆驱动钻斗正向旋转向下挖掘岩土到设计深度并形成桩孔，待钻斗内装满钻渣后，加压反转钻斗使钻斗的料斗门闭合，同时提起钻斗使活动刮刀装置脱离桩孔底部岩土的摩擦；

S2：通过钻杆将钻斗提取到地面后卸下钻渣并重复S1步骤，直至桩孔旋挖到需要的深度；

S3：当桩孔挖掘到设计深度时需要扩径时，将钻斗下沉至桩孔底部，通过钻杆驱动钻斗反转，此时当活动刮刀装置的刮刀与桩孔底部的岩土摩擦，刮刀与钻斗反方向旋转伸出钻斗外部并与一侧的限位柱抵接使刮刀处于伸出状态，刮刀在随钻斗旋转的过程中，不断切割桩孔的侧壁进行扩径，同时提升钻斗，使得钻斗下方形成一个直径大于钻斗的桩孔；

S4:当钻斗由下往上扩径完成后，桩孔侧壁切割的钻渣掉落于桩孔底部，钻杆驱动钻斗正向旋转并将钻斗下沉，待钻斗上的活动刮刀装置与钻渣接触摩擦时，刮刀与钻斗反方向旋转并收回钻斗，此时重复S1-S2步骤，直至钻渣完全排出；

S5：重复S1-S4可以分段旋挖桩孔以及桩孔扩径，直至设计深度。

附图说明

图1为本发明提供的一种实施方式的可变径旋挖钻具的结构示意图；

图2为本发明提供的一种实施方式的可变径旋挖钻具的活动刮刀装具的结构示意图；

图3为本发明提供的一种实施方式的可变径旋挖钻具的基座结构示意图；

图4为本发明提供的一种实施方式的可变径旋挖钻具的刮刀结构示意图；

图5为本发明提供的一种实施方式的可变径旋挖钻具的活动刮刀装置在桩孔中收拢的结构示意图；

图6为本发明提供的一种实施方式的可变径旋挖钻具的活动刮刀装置在桩孔中伸出的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进一步详细说明。

如图1-6所示，可变径旋挖钻具，包括钻斗1、活动刮刀装置2，其中，

钻斗1旋挖桩孔88以及排渣，活动刮刀装置2设于钻斗1内，并且由钻斗1带动转动；且，被施力时，活动刮刀装置2能伸出钻斗1外部，用以切割接触的岩土。

本发明提供的可变径旋挖钻具，通过在现有的钻斗1进一步改装，将活动刮刀装置2安装在钻斗1上，钻斗1与旋挖机钻杆相连并由钻杆驱动钻斗1转动。当钻斗1反转时，带动驱动活动刮刀2转动，同时动活动刮刀装置2被施力伸出钻斗外部并切割接触的岩土，则可实现桩孔88的扩径。此种方式解决了现有技术中护筒99通过振、摇的方法无法穿过底层中各种坚硬的废旧建筑材料或者硬度较大的岩土而到达护壁深度，也同时解决了采用全护筒99和管钻机钻进的设备价格昂贵，使用、维修成本较高等问题。

在实际运用中，活动刮刀装置2可以为一套，也可以为多套，根据钻斗1的直径和实际需要情况来决定。

具体的，活动刮刀装置2包括基座21、刮刀22、限位柱23。其中，基座21设于钻斗1，刮刀22铰接于基座21，并且能绕铰接处转动，限位柱23设于基座21并且位于刮刀22的两侧，用于限制刮刀22的转动范围，刮刀22由钻斗1带动刮刀22转动；且，被施力时，能伸出钻斗外部，用以切割接触的岩土。

这样，刮刀22可以沿铰接处正转或者反转，转动时与其中的一侧限位柱23相抵，限位柱23限制了刮刀22的继续转动，以使刮刀22能在伸出时处于伸出状态，对桩孔88侧壁进行切割，而在收拢时处于收拢状态，避免刮刀22在旋转方向上过渡旋转。

进一步的，基座21设有第一螺丝孔211、第二螺丝孔212、第三螺丝孔213。刮刀22一端设有与第三螺丝孔213对应的梯形孔221，螺栓穿过梯形孔221并且与第三螺丝孔213配合将刮刀与基座21连接固定，刮刀22能绕螺栓转动，限位柱23部分设有与第一螺丝孔211、第二螺丝孔212匹配的螺纹，设有螺纹的部分分别与第一螺丝孔211或者第二螺丝孔212配合，其余部分突出于基座21表面，刮刀22位于第一螺丝孔211和第二螺丝孔212之间，转动时能与其中一侧的限位柱23相抵。

在工作时，钻斗1正向转动旋挖桩孔88，同时带动活动刮刀装置2沿同一个方向转动，而刮刀22与底部岩土的摩擦驱使刮刀22绕螺栓反向转动，当刮刀22转动到与一侧的限位柱23相抵时则停止转动，此时刮刀22处于收拢状态，这样使得活动刮刀装置2不干扰钻斗1旋挖桩孔88作业；当需要对桩孔88扩径时，将钻斗1置于桩孔88底部使活动刮刀装置2与岩土接触使岩土对刮刀22施力，驱动钻斗1反向转动并带动活动刮刀装置2沿同一个方向转动，而刮刀22与底部岩土的摩擦使得刮刀22绕螺栓正向转动，当刮刀22转动到与另一侧的限位柱23项抵时则停止转动，此时刮刀22处于伸出状态，同时刮刀22随着钻斗1不停的反向转动对岩土侧壁进行切割，实现桩孔88扩径。

为了保护刮刀22，可以在刮刀22的切割端设有耐磨部件3，耐磨部件3的材料可以采用耐磨合金钢。这样可以提高刮刀22的耐磨性，提高刮刀22的使用寿命。

本发明还提供了可变径旋挖钻具施工方法，具体步骤如下：

S1:旋挖机的钻杆驱动钻斗1正向旋转向下挖掘岩土到设计深度并形成桩孔88，待钻斗1内装满钻渣后，加压反转钻斗1使钻斗1的料斗门闭合，同时提起钻斗1使活动刮刀装置2脱离桩孔88底部岩土的摩擦；

S2：通过钻杆将钻斗1提取到地面后卸下钻渣并重复S1步骤，直至桩孔88旋挖到需要的深度；

S3：当桩孔88挖掘到设计深度时需要扩径时，将钻斗1下沉至桩孔88底部，通过钻杆驱动钻斗1反转，此时当活动刮刀装置2的刮刀22与桩孔88底部的岩土摩擦，刮刀22与钻斗1反方向旋转伸出钻斗1外部并与一侧的限位柱23抵接使刮刀22处于伸出状态，刮刀22在随钻斗1旋转的过程中，不断切割桩孔88的侧壁进行扩径，同时提升钻斗1，使得钻斗1下方形成一个直径大于钻斗1的桩孔88；

S4:当钻斗1由下往上扩径完成后，桩孔88侧壁切割的钻渣掉落于桩孔88底部，钻杆驱动钻斗1正向旋转并将钻斗1下沉，待钻斗1上的活动刮刀装置2与钻渣接触摩擦时，刮刀22与钻斗1反方向旋转并收回钻斗1，此时重复S1-S2步骤，直至钻渣完全排出；

S5：重复S1-S4可以分段旋挖桩孔88以及桩孔88扩径，直至设计深度。

根据本发明的施工方法，以下通过用于辅助护筒99打入地层为例对本发明的施工方法进一步详细说明。

S1：利用旋挖机的护筒驱动器将护筒99旋入地层直至护筒99旋入地下，或者遇到障碍物无法下旋入时，换用本发明所涉及的可变径旋挖钻具；

S2：旋挖机更换带有活动刮刀装置2的钻斗1后，按常规正转切割护筒99内的岩土，待钻斗1内装满钻渣后，加压反转钻斗1，使料斗门闭合，同时提起钻斗1使活动刮刀装置2脱离桩孔88底部岩土的摩擦；

S3：通过钻杆将钻斗1提取到地面后卸下钻渣，重复步骤1-2直至将护筒99内的岩土全部取出；

S4：继续通过旋挖机钻杆驱动钻斗1正向旋转向下挖掘出护筒99内径下的岩土到设计深度；

S5:当护筒99内径下的岩土旋挖到设计深度后，通过钻杆驱动钻斗1反转，此时，活动刮刀装置2的刮刀22与底部岩土摩擦反向旋转伸出钻斗1外部并且与一侧的限位柱23相抵阻止刮刀22继续旋转，使得刮刀22保持在伸出状态，刮刀22在钻斗1带动旋转的过程中，不断切割护筒88下部内壁与外壁间的岩土，在切割岩土的同时提升钻斗1，使得钻斗1下方设计范围内形成一个直径略大于护筒99的桩孔88，便于护筒99继续下沉；

S6:利用旋挖机的护筒驱动器，将护筒99旋入地下；

S7：重复步骤4-6直至护筒99下沉到稳定地层的上部或者不稳定层的下部。至此完成护筒99的埋设。

需要说明的是，在本实施例中，为了使得钻斗1可以穿过护筒99旋挖桩孔88以及排出护筒99内的岩土，钻斗1的直径选用小于护筒99的内径，而安装在钻斗1上的活动刮刀装置2的刮刀22在旋转伸出钻斗1外时，旋转的运动轨迹直径略大于护筒99，这样才可以将桩孔88扩大以满足护筒99的埋入。

需要说明的是，本发明中提到的“正向转动”和“反向转动”仅是结合可变径旋挖钻具的工作情况对本发明的说明，而不作为本发明的进一步限定。

以上的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。