一种长螺旋钻机及加气CFG桩的施工方法与流程

本申请涉及cfg桩施工领域，尤其是涉及一种长螺旋钻机及加气cfg桩的施工方法。

背景技术：

长螺旋钻机是主要用于煤矿井下钻探，水电工程钻探，大坝、桥梁、隧道基础灌浆钻孔等的专用钻孔设备。

相关技术中长螺旋钻机包括钻机机架，机架上设有滑道和可沿滑道上下滑动的驱动头，驱动头的输出轴上连接有中空的钻杆。驱动头带动钻杆旋转并且沿着滑道向下运动，使得钻杆旋入地下，而后将钻杆从地下向上取出，与此同时混凝土通过钻杆的中心灌入地下的孔内。

针对上述相关技术方案，发明人发现：当长螺旋钻机的钻杆在泥质砂岩等坚硬地层中进行钻孔时，钻杆会将泥质砂岩打碎后旋入地下，当钻杆在孔内发生偏移时，钻杆的边缘与孔侧壁想摩擦，并且孔侧壁的泥质砂岩会将钻杆抱死，影响钻孔作业的正常进行。

技术实现要素：

为了降低钻杆在运行过程中被抱死的可能性，本申请提供一种长螺旋钻机。

本申请提供的一种长螺旋钻机采用如下的技术方案：

一种长螺旋钻机，包括钻杆，钻杆包括空心轴和螺旋叶片，螺旋叶片设置在空心轴的周面上，包括竖直设置在空心轴上的高压通气管以及能够向高压通气管内部输送高压空气的高压制气装置，高压制气装置与高压通气管的上端相连通，高压通气管的底端设置在靠近空心轴底端的位置。

通过采用上述技术方案，当钻杆在泥质砂岩等坚硬地层中进行钻孔时，使用高压制气装置进行制造高压气体，并且使用高压通气管将制造的高压气体通入到钻杆的底部，而后高压气体将会在地下扩散；由于钻杆从地表旋入地下，高压气体将会沿着钻杆进行扩散，并在钻杆周向上形成环状的气流保护层，并且将抱死空心轴和螺旋叶片的泥质砂岩冲击松动，进而减少钻杆在钻孔作业过程中被地下结构抱死的可能性，。

优选的，高压通气管贯穿螺旋叶片，并且高压通气管的周面与空心轴的周面相抵接，高压通气管分别与螺旋叶片和空心轴固定连接。

通过采用上述技术方案，高压通气管的周面与空心轴的周面相贴合，因此当空心轴和螺旋叶片在旋入地下的时候，高压通气管所受的阻力将会被空心轴抵消一部分，进而减少地下结构对高压通气管的磨损，增加高压通气管的使用寿命，相较于将高压通气管放置在空心轴内部，将高压通气管安装在空心轴外侧不仅方便了高压通气管的安装与检修，同时减少了在浇灌混凝土时混凝土对高压通气管的冲击磨损，增加了高压通气管的使用寿命。

优选的，高压制气装置包括空气压缩机和带阀门的高压储气罐，空气压缩机与高压储气罐的一端相连通，高压储气罐的带阀门的出气口与高压通气管相连通。

通过采用上述技术方案，空气压缩机与高压储气罐相连通，空气压缩机能够持续向高压储气罐内部进行泵气，使高压储气罐内部存放有高压气体，高压储气罐的出气端与高压通气管相连通，因此当需要向高压通气管内部进行通入高压气体时，只需将高压储气罐内部的气体输送至高压通气管即可，使直制造高压气体和取用高压气体分开，提高了工作效率，并且也能够减低因空气压缩机故障而无法对高压通气管进行输送高压气体的可能性。

优选的，在高压制气装置与高压通气管之间设置有连接装置，连接装置包括能够跟随高压通气管转动的出气管道、与高压制气装置相连接的进气管道以及用于连接出气管道和进气管道的气体输送组件。

通过采用上述技术方案，通过连接装置将高压制气装置与高压通气管进行连接，出气管道与高压通气管相连接，出气管道能够跟随高压通气管进行转动，进气管道和高压制气装置相连通，进气管道与出气管道之间通过气体输送组件，出气管道在进行转动的同时，高压气体也能够从进气管道进入到出气管道。

优选的，气体输送组件包括转动壳和固定壳，转动壳与空心轴相连接，在转动壳的周面上开设有通气槽，通气槽与出气管道相连通，固定壳套设在转动壳外侧，转动壳的外壁与固定壳的内壁相抵接，并且转动壳能够在固定壳内部转动，进气管道设置固定壳上并且与通气槽相连通。

通过采用上述技术方案，转动壳的外壁和固定壳的内壁相互抵接，在转动壳的周面上开设有通气槽，进气管道和出气管道均连通在通气槽内部，因此当转动壳与固定壳支架进行旋转时，进气管道内部的高压气体依然能够通过通气槽进入到出气管道内部。

优选的，在固定壳上端面上设置有固定法兰。

通过采用上述技术方案，在固定壳上设置有固定法兰，通过固定法兰使得固定壳与长螺旋钻机的机体之间能够相连接，长螺旋钻机能够带动转动壳转动，使与高压制气装置相连接的进气管道能够在固定位置进行输送气体。

优选的，在转动壳和固定壳之间设置有密封环，密封环设置有两个分别位于通气槽的两侧。

通过采用上述技术方案，在通气槽的两侧位置上设置有密封环，密封环能够增加转动壳和固定壳之间的密封性，进而降低高压气体在通气槽内部通过时发生漏气的可能性。

优选的，在两个密封环相互远离的两端分别设置有限位环。

通过采用上述技术方案，两个限位环设置在两个密封环相互远离的两端，限位环一方面能够增加转动壳和固定壳之间密封性，另一方面能够对密封环进行限制，降低密封环在转动壳和固定壳进行转动时，密封环与转动壳相脱落的可能性。

优选的，在螺旋叶片远离空心轴的边缘上设置有保护筋。

通过采用上述技术方案，保护筋能够增加螺旋叶片在旋入地下时的强度，降低螺旋叶片损坏的可能性，增加螺旋叶片的使用寿命。

本申请的第二个发明目的在于提供一种加气cfg桩施工的方法采用如下的技术方案：

一种加气cfg桩的施工方法，利用上述长螺旋钻机进行钻孔施工，包括以下步骤：

s1、将地面处理平坦，以方便长螺旋钻机施工，并进行测量放样；

s2、将长螺旋钻机移动至放样区，启动长螺旋钻机并向地下进行钻孔，当钻杆旋入到地下的坚硬地层中时，打开高压储气罐出气口的阀门，使高压气体流向高压通气管，直至钻杆到达一定深度；

s3、将混凝土通过钻杆的空心轴泵入孔内，并同时匀速拔出钻杆。

综上所述，本申请具有以下技术效果：

1.通过设置了高压通气管，高压通气管将制造的高压气体通入到钻杆的底部，而后高压气体将会从地下扩散，高压气体将会沿着钻杆进行扩散，并且将抱死空心轴和螺旋叶片的泥质砂岩冲击松动，进而使得钻杆能够继续运行；

2.通过设置了转动壳和固定壳，转动壳的周面上开设有通气槽，进气管道和出气管道均连通在通气槽内部，因此当转动壳与固定壳支架进行旋转时，进气管道内部的高压气体依然能够通过通气槽进入到出气管道内部。

附图说明

图1是本申请实施例中钻机的整体结构图；

图2是本申请实施例中连接结构爆炸图；

图3是图2中a部分的局部放大图。

图中，1、钻杆；11、空心轴；12、螺旋叶片；13、保护筋；2、高压通气管；21、连接法兰；3、高压制气装置；31、空气压缩机；32、高压储气罐；4、连接装置；41、出气管道；42、进气管道；43、气体输送组件；44、转动壳；45、固定壳；451、通气槽；452、密封槽；453、密封环；454、限位槽；455、限位环；456、固定法兰。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

参照图1和图2，本申请提供了一种长螺旋钻机，包括钻机本体、驱动头和钻杆1，驱动头设置在钻机本体上，钻杆1设置在驱动头上，驱动头能够带动钻杆1进行旋转并在地面上进行钻孔。

参照图2和图3，钻杆1包括空心轴11和螺旋叶片12，空心轴11竖直设置并且驱动头能够带动空心轴11旋转，螺旋叶片12套设在空心轴11靠近底端的位置并且与空心轴11固定连接，在螺旋叶片12远离空心轴11的边缘上设置有保护筋13，因此当螺旋叶片12向地下旋转并进行钻孔时，能够减少地下结构对螺旋叶片12的磨损和伤害，增加了螺旋叶片12的使用寿命。在空心轴11的周面上设置有高压通气管2，高压通气管2与空心轴11平行设置，在螺旋叶片12上开设有安装孔，高压通气管2从安装孔内部穿过螺旋叶片12，并且高压通气管2的周面与空心轴11的周面相抵接。在钻机本体上设置有高压制气装置3，高压制气装置3与高压通气管2相连接。

参照图2和图3，当空心轴11和螺旋叶片12在泥质砂岩等坚硬地层中进行钻孔时，能够先使用高压制气装置3制造高压气体，而后将高压气体通过高压通气管2通入到空心轴11的底端，高压气体进入到空心轴11的底端后会向上四周进行扩散，由于空心轴11和螺旋叶片12位于地下，空心轴11周围均为实体，气体难以扩散，而由于空心轴11和螺旋叶片12从地表进入到地下，因此螺旋叶片12会使地下的结构变得松软，因此高压气体将会从空心轴11和螺旋叶片12进入的地方，并沿着空心轴11和螺旋叶片12向地面进行扩散，同时高压气体将会在螺旋叶片12远离空心轴11的边缘位置形成环状空气流，进而使得空心轴11和螺旋叶片12周边位置的泥质砂岩产生松动，并将螺旋叶片12和孔侧壁隔离，降低泥质砂岩对空心轴11和螺旋叶片12的作用力，进而降低泥质砂岩将空心轴11和螺旋叶片抱死的可能性。

参照图2和图3，高压制气装置3包括空气压缩机31和高压储气罐32，空气压缩机31的出气端与高压储气罐32的进气端相连接，在高压储气罐32的出气端上设置有连接装置4，连接装置4与高压通气管2相连接。空气压缩机31将空气进行压缩后泵入到高压储气罐32内部，高压储气罐32将高压气体进行存储，因此当空气压缩机31故障时，高压储气罐32依然能够向高压通气管2内部通入高压气体。在高压储气罐32的出气端上设置有阀门，当需要对高压通气管2内部进行通气时，能够打开阀门将高压储气罐32内部的高压气体通过连接装置4释放到高压通气管2内部。

参照图2和图3，连接装置4包括出气管道41、进气管道42和气体输送组件43，进气管道42与高压气体压力罐的出气端相连接，出气管道41和高压通气管2相连通，高压通气管2和出气管道41之间设置有一对连接法兰21，两个连接法兰21分别与高压通气管2和出气管道41固定连接；高压通气管2和出气管道41通过连接法兰21，使得高压通气管2和出气管道41之间的密封性更好，并且高压通气管2和出气管道41之间能够拆卸。气体输送组件43设置在进气管道42和出气管道41之间，并且能够对进气管道42和出气管道41内部的高压气体进行输送。

参照图2和图3，当需要向高压通气管2内部进行通气时，先将高压储气罐32上出气端的阀门打开，而后高压储气罐32内部的高压气体将会进入到进气管道42，而后通过气体输送组件43将高压气体输送到出气管道41，而后高压气体将会从出气管道41进入到高压通气管2内部，使高压气体能够冲动钻杆1周围的泥质砂岩，降低空心轴11和螺旋叶片12被泥质砂岩抱死的可能性。

参照图2和图3，气体输送组件43包括转动壳44和固定壳45，转动壳44为中空的套筒结构，转动壳44与空心轴11之间固定连接，在转动壳44上靠近中间的位置周向开设有通气槽451，出气管道41设置在转动壳44上并且与通气槽451相连通。固定壳45为套筒结构，固定壳45套设在转动壳44的外侧，并且转动壳44的上端与驱动头的机体相连接，固定壳45的内壁与转动壳44的外壁相抵接，使得转动壳44和固定壳45之间保持密封；转动壳44能够在固定壳45内部转动，进气管道42设置在固定壳45上，并且进气管道42位于空心轴11外侧，减少空心轴11在浇灌混凝土时，混凝土对出气管道42的磨损，进气管道42贯穿固定壳45与通气槽451相连通。

参照图2和图3，高压气体能够从进气管道42进入到转动壳44和固定壳45之间的通气槽451内部，进而将高压气体从通气槽451输送到出气管道41内部；固定壳45与驱动头的机体相固定，当驱动头驱动转动壳44进行旋转，同时转动壳44将会带动空心轴11旋转时，由于固定壳45的内壁与转动壳44的外壁相抵接，使得转动壳44和固定壳45之间的通气槽451依然处于密封状态，因此高压气体依然能够通过通气槽451从进气管道42进入到出气管道41，进而将高压气体输送至高压通气管2内部。

参照图2和图3，在转动壳44上开设有密封槽452和限位槽454，密封槽452相对开设有两个并且两个密封槽452位于通气槽451的两侧位置，在密封槽452内部设置有密封环453，密封环453能够增加转动壳44和固定壳45之间的转动时，通气槽451两侧的密封性，进而降低高压气体通过通气槽451的发生漏气的可能性，限位槽454相对开设有两个，并且两个限位槽454分别开设在密封槽452远离通气槽451的一侧，在限位槽454内部设置有限位环455，限位环455为硬性材质，限位环455一方面能够增加转动壳44和固定壳45之间的密封性，另一方面能够对密封环453起到限位作用，降低在转动壳44和固定壳45之间相互转动时，密封环453从转动壳44上脱落的可能性。

参照图2和图3，固定壳45的上方设置有固定法兰456，固定法兰456的上端与驱动头的机体固定连接，固定法兰456的底端与固定壳45可拆卸连接，固定壳45通过固定法兰456与长螺旋钻机的驱动头的机体进行固定连接，在固定壳45的下方固定连接有限位环455，通过限位环455和驱动头机体将转动壳44限制在固定壳45内部，转动壳44与驱动头的输出轴固定连接，驱动头通过输出轴带动转动壳44转动。

综上所述，本申请的使用过程为：使用长螺旋钻机向泥质砂岩土质的地面进行钻孔，当钻杆1旋入到地下的泥质砂岩等坚硬地层结构时，使空气压缩机31开始工作，向高压储气罐32内部持续泵入空气，而后打开高压储气罐32的出气端阀门，使高压储气罐32内部的高压气体进入到进气管道42，而后高压气体从进气管道42进入到转动壳44和固定壳45之间的通气槽451内部，再从通气槽451进入到出气管道41和高压通气管2，最后高压气体从高压通气管2进入到地下，并沿着螺旋叶片12向上扩散，并且将抱死螺旋叶片12和空心轴11的地下结构冲散，直至空心轴11和螺旋叶片12旋入到地下一定深度。

本申请实施例还公开了一种加气cfg桩的施工方法，利用上述长螺旋钻机进行钻孔施工，包括以下步骤：

s1、将地面处理平坦，以方便长螺旋钻机施工，并进行测量放样；

s2、将长螺旋钻机移动至放样区，启动长螺旋钻机并向地下进行钻孔，当钻杆1旋入到地下的坚硬地层中时，打开高压储气罐32出气口的阀门，使高压气体流向高压通气管2，直至钻杆1到达一定深度；

s3、将混凝土通过钻杆1的空心轴11泵入孔内，并同时匀速拔出钻杆1；

s4、如果cfg桩设计有钢筋笼，则通过振动锤将钢筋笼振入混凝土桩内。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。