一种用于复杂地质快速成孔的桩基组合设备的制作方法

本发明涉及建筑基础工程施工设备技术领域，具体涉及一种用于复杂地质快速成孔的桩基组合设备。

背景技术：

钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。

目前针对复杂地层，如含有杂填土、砂卵石层、漂石层及孤石等的地层进行钻孔时，常用的方法为采用钢护筒和搓管机进行配合，由旋挖机先开挖取渣土，然后搓管机带动钢护筒随时跟进，以防止钻孔过程中孔壁或孔口发生塌方。

但是若桩长过长时(比如超过40米)，钻孔的深度也相应增大，使钢护筒在向下钻进的过程中，钢护筒和孔壁之间的侧摩擦阻力过大，使搓管机搓不动，容易出现卡管使刚护筒无法从孔内拔出，而当遇到有孤石时用旋挖筒钻钻透岩层后，还需要利用扩孔钻头进行二次扩孔后刚护筒才能下得去，很费时间，钻孔效率低。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于复杂地质快速成孔的桩基组合设备，具有减小钢护筒和孔壁之间的侧摩擦力，提高钻孔效率的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于复杂地质快速成孔的桩基组合设备，其包括：

筒体，由若干段护筒依次拼接而成，所述筒体内固定设有固定盘；

连接筒，设于筒体上且与筒体转动连接；

液压振动锤，设于连接筒的顶部；

旋挖机，用于驱动固定盘转动；

钻头，设置有多个，多个所述钻头沿筒体底部周向设置，多个所述钻头在水平面的平行投影的外切圆的直径大于筒体的外直径。

进一步地，多个所述钻头在水平面的平行投影的外切圆的直径比筒体的外直径大20-50mm。

进一步地，所述筒体下端的内壁和外壁分别设有加强板。

进一步地，相邻两段护筒通过多组固定组件连接，每组所述固定组件包括一端分别固定设于其中一段护筒内外壁的第一夹板和第二夹板以及贯穿第二夹板的锁紧螺栓，所述第一夹板和第二夹板的另一端分别夹设于相邻护筒的内外壁，所述锁紧螺栓穿过护筒侧壁与第一夹板螺纹连接。

进一步地，所述固定组件还包括开设于其中一段护筒端面的多个凹槽和固定设于另一段护筒端部的多个榫头，多个所述榫头与多个所述凹槽一一对应，所述榫头与凹槽插接配合。

进一步地，所述旋挖机的钻杆由连接筒顶部穿入连接筒内，所述固定盘开设有与旋挖机的钻杆的传动轴卡接配合的卡槽，所述卡槽的横截面为非圆形。

进一步地，所述旋挖机钻杆靠近固定盘的一端设置减震弹簧。

进一步地，所述筒体和连接筒的连接处套设有卡箍。

进一步地，所述卡箍包括竖直连接板以及分别与竖直连接板上下端固定连接的上箍板和下箍板，所述竖直连接板、上箍板和下箍板呈c型连接，所述筒体侧壁周向设置第一防脱板，所述连接筒侧壁周向设置第二防脱板，所述第一防脱板和第二防脱板设于上箍板和下箍板之间。

进一步地，所述下箍板和第一防脱板之间设置有多个滚珠。

本发明的有益效果是：

本发明的筒体由若干段护筒依次拼接而成，使本发明的筒体长度可以根据钻孔深度进行调整，通过增减护筒的数量即可实现调整筒体长度的目的，使本发明的筒体适用于钻不同深度的孔；

本发明的多个所述钻头沿筒体底部周向设置，多个所述钻头在水平面的平行投影的外切圆的直径大于筒体的外直径，使钻头钻出的孔直径大于筒体的直径，减小了筒体和孔侧壁之间的摩擦力，便于筒体快速向下钻进，提高钻孔速率；

本发明的设备具体工作时，启动液压振动锤，通过液压振动锤驱动连接筒振动，并通过连接筒将振动力从筒体传递至钻头，通过钻头的振动破除岩土，与此同时，启动旋挖机，通过旋挖机的钻杆驱动固定盘转动，进而带动筒体和钻头转动，筒体和钻头转动时可进一步对岩石进行磨削，使筒体和钻头在双重力的作用下快速向下钻进，当遇到砂卵石层时通过液压振动锤的振动作用使筒体和钻头压实砂土，进而可以实现快速钻进的目的，另外当遇到小的卵石时钻头和筒体的振动和旋转作用可把它挤走，而大一点的可以直接被振碎。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的俯视图；

图2是本发明实施例的结构示意图；

图3是图2中a部的放大图。

附图标记说明：10、筒体；11、护筒；12、固定盘；13、加强板；14、第一防脱板；15、卡槽；20、连接筒；21、第二防脱板；30、液压振动锤；40、钻杆；41、减震弹簧；50、钻头；60、固定组件；61、第一夹板；62、第二夹板；63、锁紧螺栓；64、凹槽；65、榫头；70、卡箍；71、竖直连接板；72、上箍板；73、下箍板；74、滚珠。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

一种用于复杂地质快速成孔的桩基组合设备，如图1-2所示，其包括筒体10、连接筒20、两个液压振动锤30、旋挖机和多个钻头50。

所述筒体10由若干段护筒11依次拼接而成，使本发明的筒体10长度可以根据钻孔深度进行调整，通过增减护筒11的数量即可实现调整筒体10长度的目的，使本发明的筒体10适用于钻不同深度的孔。

所述筒体10内固定设有固定盘12，所述连接筒20设于筒体10上且与筒体10转动连接。所述液压振动锤30设于连接筒20的顶部。所述旋挖机用于驱动固定盘12转动。

具体的，在本实施例中，所述连接筒20和护筒11均为壁厚为20mm，长度为3m的钢筒，有利于提高连接筒20和护筒11的强度和耐摩擦性能，使连接筒20和护筒11在钻孔过程中不易发生形变，提高施工效率和施工质量。所述固定盘12为钢圆盘，所述固定盘12与筒体10内壁焊接固定，钢圆盘以及焊接固定方式的强度较高，有利于提高固定盘12的承载力，避免固定盘12发生形变而影响施工质量。

具体的，在本实施例中，两台所述液压振动锤30的夹具分别夹设于连接筒20的顶部，且两台所述液压振动锤30对称设于连接筒20的顶部，有利于使连接筒20两侧受力均匀，保证筒体10和钻头50垂直向下钻进，旋挖机的钻杆40由两台液压振动锤30之间的间隙穿入连接筒20内，并驱动固定盘12转动。

多个所述钻头50沿筒体10底部周向设置，多个所述钻头50在水平面的平行投影的外切圆的直径d1大于筒体10的外直径d2，使钻头50钻出的孔直径大于筒体10的直径，减小了筒体10和孔侧壁之间的摩擦力，便于筒体10快速向下钻进，提高钻孔速率。

具体工作时，启动液压振动锤30，通过液压振动锤30驱动连接筒20振动，并通过连接筒20将振动力从筒体10传递至钻头50，通过钻头50的振动破除岩土，与此同时，启动旋挖机，通过旋挖机的钻杆40驱动固定盘12转动，进而带动筒体10和钻头50转动，筒体10和钻头50转动时可进一步对岩石进行磨削，使筒体10和钻头50在双重力的作用下快速向下钻进，当遇到砂卵石层时通过液压振动锤30的振动作用使筒体10和钻头50压实砂土，进而可以实现快速钻进的目的，另外当遇到小的卵石时钻头50和筒体10的振动和旋转作用可把它挤走，而大一点的可以直接被振碎。

进一步地，多个所述钻头50在水平面的平行投影的外切圆的直径d1比筒体10的外直径d2大20-50mm，使钻头50钻出的孔直径符合施工要求，可以减小孔壁和筒体10之间的摩擦力，延长筒体10的使用寿命，提高钻孔速率。具体的，多个所述钻头50钻出的环形槽的宽度为80-120mm。

进一步地，相邻钻头50之间紧密贴合设置，使钻头50在钻孔时，石子不会卡入相邻钻头50之间的缝隙中，有利于保护钻头50，延长钻头50的使用寿命。

进一步地，为了提高筒体10下端的强度，避免筒体10在向下钻进时下端部发生形变，所述筒体10下端的内壁和外壁分别焊接有加强板13，所述加强板13沿筒体10内外壁周向设置。具体的，所述加强板13的厚度大于或等于20mm。

进一步地，如图3所示，相邻两段护筒11通过多组固定组件60连接，每组所述固定组件60包括一端分别焊接于其中一段护筒11内外壁的第一夹板61和第二夹板62以及贯穿第二夹板62的锁紧螺栓63，所述第一夹板61和第二夹板62的另一端分别夹设于相邻护筒11的内外壁，所述锁紧螺栓63穿过护筒11侧壁与第一夹板61螺纹连接。

在本实施例中，所述第一夹板61和第二夹板62设于位于上方的护筒11的底部，所述第一夹板61和第二夹板62分别沿护筒11的内外壁周向设置，所述第一夹板61和第二夹板62伸出护筒11下端面150mm，使第一夹板61和第二夹板62可以稳固地夹紧下方的护筒11侧壁，所述第一夹板61开设有多个第一连接孔(图中未标示)，所述第二夹板开设有与多个第一连接孔一一对应的多个第二连接孔(图中未标示)，所述锁紧螺栓63与第二连接孔滑动连接，所述锁紧螺栓63与第一连接孔螺纹连接，位于下方相邻的护筒11的侧壁开设有与第一连接孔和第二连接孔连通的第三连接孔(图中未标示)。具体使用时，上方的护筒11的下端部与下方相邻护筒11的上端对准，并使第一夹板61和第二夹板62分别夹持下方相邻护筒11的内外壁，调整上方护筒11的位置使第一连接孔和第二连接孔与第三连接孔对准，然后将锁紧螺栓63从第二连接孔插入第三连接孔中，并进一步将锁紧螺栓63拧入第一连接孔内，使上下相邻两段护筒11固定连接。

进一步地，所述固定组件60还包括开设于其中一段护筒11端面的多个凹槽64和固定设于另一段护筒11端部的多个榫头65，多个所述榫头65与多个所述凹槽64一一对应，所述榫头65与凹槽64插接配合。具体的，所述榫头65设于位于上方的护筒11的下端面，所述凹槽64设于下方相邻的护筒11的上端面，便于将榫头65插入凹槽64内。通过设置榫头65和凹槽64，更有利于上方护筒11向下方相邻的护筒11传递扭矩，进一步提高筒体10转动时的稳定性。

进一步地，如图2所示，所述筒体10和连接筒20的连接处套设有卡箍70，使筒体10和连接筒20连接的同时筒体10还能转动。

具体的，所述卡箍70包括竖直连接板71以及分别与竖直连接板71上下端固定连接的上箍板72和下箍板73，所述竖直连接板71、上箍板72和下箍板73呈c型连接。所述筒体10侧壁周向设置第一防脱板14，所述连接筒20侧壁周向设置第二防脱板21，所述第一防脱板14和第二防脱板21设于上箍板72和下箍板73之间，使连接筒20和筒体10在拔出钻孔时，连接筒20和筒体10不会发生脱离。

进一步地，为保证护筒11可以灵活转动，所述下箍板73和第一防脱板14之间设置有多个滚珠74，滚珠74有利于减小下箍板73和第一防脱板14之间的摩擦力，不仅使护筒11可以灵活转动，还能减少下箍板73和第一防脱板14的磨损。

进一步地，为了便于旋挖机的拆装，所述固定盘12开设有与旋挖机的钻杆40的传动轴卡接配合的卡槽15，所述卡槽15的横截面为非圆形。使用时，将旋挖机的钻杆40的传动轴插入固定盘12的卡槽15内，使旋挖机钻杆40的传动轴转动时可以带动固定盘12和筒体10同步转动，卡接配合的连接方式有利于提高旋挖机的拆装效率，进而提高施工效率。

进一步地，为了保护旋挖机的钻杆40，所述旋挖机钻杆40靠近固定盘12的一端设置减震弹簧41，可以避免旋挖机钻杆40与固定盘12发生硬性碰撞，有利于延长旋挖机的使用寿命。

工作原理：

具体工作时，启动液压振动锤30，通过液压振动锤30驱动连接筒20振动，并通过连接筒20将振动力从筒体10传递至钻头50，通过钻头50的振动破除岩土，与此同时，启动旋挖机，通过旋挖机的钻杆40驱动固定盘12转动，进而带动筒体10和钻头50转动，筒体10和钻头50转动时可进一步对岩石进行磨削，使筒体10和钻头50在双重力的作用下快速向下钻进，当遇到砂卵石层时通过液压振动锤30的振动作用使筒体10和钻头50压实砂土，进而可以实现快速钻进的目的，另外当遇到小的卵石时钻头50和筒体10的振动和旋转作用可把它挤走，而大一点的可以直接被振碎。

旋挖机可以准确定位和调整垂直度。液压振动锤30与旋挖机型号参数的选择应根据地质条件和钻孔直径、深度等来确定。钻进一节护筒11后在地面上拆开护筒11连接螺栓，然后加装一节护筒11，再继续钻进，直至设计桩长。为减小侧壁摩擦力，可以预备泥浆注入护筒11周围让泥浆起到润滑作用。护筒11到底后，取下液压振动锤30，拆下卡箍70、连接筒20及筒体10，然后用冲抓钻将护筒11内渣土抓取出来，当遇到比较完整的较大的岩芯用抓斗抓不出来时，则利用冲击锤反复冲击把它破碎后再抓取之。挖完渣土后下钢筋笼及浇灌混凝土，边浇灌边由重新安装在护筒11顶面的液压振动锤30振动向上拔出护筒，直至将护筒11全部拔出，成桩结束，可转入下一根桩的施工。

综上，采用本发明的设备可以钻进非常复杂的地层，而且钻井速度可以提高2倍以上。比如用旋挖机打孤石每小时能进尺0.3-0.4米，用本发明的设备每小时则可以进尺1米以上，大约是旋挖机的3倍速度。另一方面，本发明的设备在钻孔时因为有筒体10的超前支护，不会出现孔壁或孔口塌方的情况，使混凝土的浇灌量可以降到最低，即充盈系数最小，节约了材料成本。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。