一种自清淤式钻孔装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自清淤式钻孔装置，特别是一种用于基坑和边坡支护中土钉和锚杆钻孔时，实现钻孔中淤泥自行清除的钻孔装置。
【背景技术】
[0002]随着城市建设的快速发展，地下停车场、地下商业广场、地下行人通道等地下设施的建设需要进行基坑支护。土钉支护、锚杆支护、粧锚支护等方法在基坑支护中应用及其广泛，大量土钉和锚杆钻孔施工在地下水位以下土层中进行。
[0003]现行地下水位以下土层钻孔技术中，由于采用干作业成孔时往往容易造成塌孔，跟管钻进成本较高，故多采用泥浆护壁钻孔法。这种钻孔方法可以把钻孔过程中的钻进、出渣、护壁、清孔等工序一次完成。钻进时钻机将具有一定压力(0.1—0.3MPa)的泥浆从钻杆中心注入孔底，钻机在顶进钻杆的同时，通过旋转钻杆带动钻头削切土体成孔，泥浆携带钻削下来的土肩从钻杆与孔壁之间的孔隙处排出孔外，回流入泥浆池，待钻孔到设计深度后，改换用清水冲洗残留在钻孔中的土肩及泥浆进行清孔，直至水流不显浑浊为止。由于传统泥浆护壁钻孔法一般采用平板刀头，且钻杆为普通空心钻杆，一方面，平板刀头削切土体时容易史土体形成泥团，不易清孔干净；另一方面，在黏性土层中，尤其是塑性指数较大的黏性土层中，钻头削切下来的土体很容易形成淤泥团，并沉淀于钻孔底部或下层，难以甚至无法被压力清水冲洗出钻孔。由于淤泥团的存在，使得传统压水钻进装置存在以下两个致命的缺陷:(1)淤泥团介于灌浆体和土体之间，起到润滑作用，大大降低了灌浆体与土体之间的摩擦阻力，进而减小土钉或锚杆的抗拔阻力，直接影响基坑或边坡的安全与稳定性；(2)局部淤泥团过厚容易使土钉或锚杆存在严重缩颈现象，甚至断浆，直接导致土钉或锚杆的抗拔阻力显著降低，严重影响基坑或边坡的安全与稳定。
[0004]鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种结构简易、能够显著提高钻孔施工质量的自清淤式钻孔装置。
[0006]为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案:
[0007]—种自清淤式钻孔装置，包括钻头、螺叶钻杆和空心钻杆，所述钻头包括I号空心钻杆和连接在I号空心钻杆上的锯齿刀头，在锯齿刀头上设有与I号空心钻杆内壁连通的出水口，在锯齿刀头的外表面设有锯齿；所述螺叶钻杆由2号空心钻杆及在2号空心钻杆外壁沿轴向焊接的螺叶组成，螺叶数量根据土层条件确定，一般不少于3叶；所述空心钻杆为3号空心钻杆；钻头的I号空心钻杆，所述螺叶钻杆的2号空心钻杆与3号空心钻杆共同形成压力水通道。
[0008]作为本发明的一种优选方式，所述锯齿刀头由三个刀头构成，每个刀头由整块钢板加工而成，刀头包括连接部和钻孔部，三个刀头的连接部通过焊接方式均匀环设在所述I号空心钻杆的外壁，三个刀头的连接部相互连接于一线，且连接线位于I号空心钻杆的轴线上，相邻两个钻孔部之间形成所述出水口。
[0009]作为本发明的优选方式，所述I号空心钻杆靠近所述螺叶钻杆的一端设有内锥形螺纹部，所述螺叶钻杆的2号空心钻杆及3号空心钻杆的两端分别设置有内锥形螺纹部和外锥形螺纹部，所述外锥形螺纹部均可以与其它钻杆的内锥形螺纹部紧密对接。作为本发明的优选方式，螺叶钻杆直接安装在钻头后面，螺叶钻杆后面连接3号空心钻杆，3号空心钻杆数量根据钻孔深度确定。作为本发明的优选方式，所述I号空心钻杆、2号空心钻杆以及3号空心钻杆外壁在距离钻杆端头约10-20cm处设置有凹槽，便于钻杆对接。
[0010]采用本发明的技术方案，锯齿刀头随着钻头钻孔时可以充分削碎土体，减少钻孔中淤泥团的形成；螺叶钻杆上设置有螺叶，在钻头钻进时能够将部分淤泥团夹在螺叶之间随钻杆一起从钻孔中拔出；同时，在钻杆钻退时，由于螺叶外径略小于钻孔直径，螺叶钻杆能将沉淀在钻孔底部或下层的淤泥团从钻孔内部全部挤出，实现在自行清淤功能，保证钻孔的施工质量，提高钻孔中注浆体与土体的侧摩擦阻力，增加土钉或锚杆的抗拔阻力，提高基坑或边坡的安全稳定性。
【附图说明】
[0011]图1为本发明钻入土层时的结构示意图；
[0012]图2为本发明钻头的主视图；
[0013]图3为本发明钻头的俯视图；
[0014]图4为本发明的螺叶钻杆的结构示意图；
[0015]图中:
[0016]1-1号空心钻杆；2_锯齿刀头；3_凹槽；4_内锥形螺纹部；5_螺叶钻杆；6_2号空心钻杆；7_螺叶；8_外锥形螺纹部；9-3号空心钻杆；10_钻孔；11_泥浆；12_淤泥团；13-地面；14_坡面；15_坡地；16_内壁；17_锯齿；18_连接部；19_钻头部。
【具体实施方式】
[0017]为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。
[0018]参照图1至图4，一种自清淤式钻孔装置，包括钻头、螺叶钻杆5和空心钻杆。所述钻头包括I号空心钻杆I和连接在I号空心钻杆I上的三个锯齿刀头2，在锯齿刀头2的外表面设有锯齿17，每个刀头包括连接部18和钻孔部19，连接部18、钻孔部19以及锯齿17由钢板整体加工成型。三个连接部18均匀环设在所述I号空心钻杆I的外壁，在实施例中，连接部18是采用焊接方式连接在I号空心钻杆I上的，三个钻孔部19的交接处位于所述I号空心钻杆I的轴线上，相邻两个钻孔部19之间形成出水口，在钻孔时，泥浆从I号空心钻杆的内壁16经过并从该出水口中出来。
[0019]在本发明中，所述螺叶钻杆5包括2号空心钻杆6和螺叶7，2号空心钻杆6的外壁设有沿2号空心钻杆6的轴向延伸的螺叶7，螺叶7沿2号空心钻杆外壁旋转360度为I片螺叶，螺距为15-25cm，螺叶7视土层情况设置3_10片。
[0020]在本发明中，所述空心钻杆为3号空心钻杆9，3号空心钻杆9为普通的空心型钻杆，在钻孔过程中，通过增加3号空心钻杆9的数量钻进到钻孔深度。
[0021]作为本发明的优选方式，所述钻头的I号空心钻杆I的内锥形螺纹部4与所述螺叶钻杆的2号空心钻杆的外锥形螺纹部8紧密对接，2号空心钻杆的内锥形螺纹部4与固定在钻孔机械上的钻杆的外锥形螺纹部紧密对接，钻机通过对钻杆施加扭矩和顶升力，施加的扭矩能旋转钻杆进而带动钻头削切土体，顶升力能顶进钻杆实现钻进，同时通过各空心钻杆内部的压水通道注入泥浆11，不仅能将钻头削切的土体稀释流出钻孔，而且能对孔壁形成一定的围压进而保证孔壁的稳定。当2号空心钻杆6与钻孔机械的对接口距离坡面15-30厘米时，暂停钻进，用专用卡钳卡住2号空心钻杆6的凹槽3，钻机钻退使钻机钻杆与2号空心钻杆6分离，然后将3号空心钻杆9的外锥形螺纹部8和内锥形螺纹部4分别对准2号空心钻杆的内锥形螺纹部4和钻机钻杆的外锥形螺纹部8，发动钻孔机械钻进，实现钻杆接长。当钻杆长度不够时，依次接入其余3号空心钻杆9，直至钻孔至设计深度。然后换用清水注入钻孔进行洗孔，当孔口流出清水时，一边旋转钻杆一边退出钻杆，螺叶钻杆退出钻孔后，完成钻孔。
[0022]由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比:
[0023]现有的泥浆护壁钻孔法的钻进装置采用的是平板刀头和普通空心钻杆，平板刀头是成团削切土体，土体一般成团状或块状，不宜分解并排出钻孔；普通空心钻杆直径较小，在钻孔中沉淀形成的淤泥团仅靠压力水难以清除。因此，会导致钻孔底部或下层聚集淤泥团，软化注浆体与土体截面的摩擦阻力，大大降低土钉或锚杆的抗拔阻力，直接影响基坑或边坡的安全与稳定性。
[0024]参照图1，图1中13代表地面，14代表坡面，15代表坡底，本发明自清淤式钻孔装置中钻头中安装有锯齿刀头，在钻孔掘进过程中能将充分削切、粉碎土体，减少淤泥团12的形成，便于将土肩排出。所述钻头的后端连接具有螺叶7的螺叶钻杆5，在钻进过程中，螺叶7能进一步削切土体及形成的淤泥团12，在钻杆退出过程中，螺叶钻杆5能直接将削切后夹杂在螺叶7之间的淤泥团12以及在螺叶钻杆后侧沉淀的淤泥团12从钻孔10中清出。由于上述装置的应用，能充分甚至完全将钻孔10中的淤泥团12清除，增强注浆体与土体的摩擦阻力，使得土钉或锚杆的抗拔阻力大大增加，提高基坑或边坡的安全与稳定。
[0025]发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。
【主权项】
1.一种自清淤式钻孔装置，其特征在于:包括依次衔接的钻头、螺叶钻杆和空心钻杆，所述钻头包括1号空心钻杆和连接在1号空心钻杆上的锯齿刀头，在锯齿刀头上设有与1号空心钻杆的内壁连通的出水口，在锯齿刀头的外表面设有锯齿；所述螺叶钻杆由2号空心钻杆及在所述2号空心钻杆的外壁沿轴向焊接的螺叶组成；所述空心钻杆为3号空心钻杆；所述1号空心钻杆的内壁、所述2号空心钻杆的内壁、所述3号空心钻杆的内壁以及所述出水口共同形成压力水通道。2.如权利要求1所述的自清淤式钻孔装置，其特征在于:所述锯齿刀头由三个刀头构成，每个刀头由整块钢板加工而成，刀头包括连接部和钻孔部，三个刀头均匀环设在所述1号空心钻杆的外壁，刀头的连接部焊接在1号空心钻杆外壁上，刀头钻孔部与另外两个刀头的相应端焊接，且三个刀头的交接处位于所述1号空心钻杆的轴线上，相邻两个钻孔部之间形成所述出水口。3.如权利要求3所述的自清淤式钻孔装置，其特征在于:所述1号空心钻杆连接所述螺叶钻杆，所述螺叶钻杆由2号空心钻杆以及在其四周按一定螺距环设的螺叶组成，所述螺叶钻杆连接多根所述空心钻杆，不同钻杆通过内、外锥形螺纹部紧密连接。
【专利摘要】本发明涉及一种自清淤式钻孔装置，包括钻头、螺叶钻杆和空心钻杆，所述钻头包括1号空心钻杆和连接在1号空心钻杆上的锯齿刀头，在锯齿刀头上设有与1号空心钻杆的内壁连通的出水口，在锯齿刀头的外表面设有锯齿；所述螺叶钻杆由2号空心钻杆和在2号空心钻杆外壁轴向焊接的螺叶构成；所述空心钻杆为3号空心钻杆；所述1号、2号、3号空心钻杆内壁形成联通的压力水通道。这样，锯齿刀头随着钻头钻孔时可以充分削碎土体，减少钻孔中淤泥团的形成；同时，由于螺叶外径略小于钻孔直径，钻退时螺叶还能将沉淀在钻孔底部或下层的淤泥团全部挤出钻孔，实现在自行清淤功能，保证钻孔的施工质量，提高土钉或锚杆的抗拔承载力。
【IPC分类】E21B10/60, E21B10/42, E02D5/74, E21B17/22
【公开号】CN105275413
【申请号】CN201510754819
【发明人】俞缙, 涂兵雄, 蔡燕燕, 刘士雨
【申请人】华侨大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月9日