专利名称：可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑工程长螺旋钻机中的钻杆，尤其是可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆。
背景技术：
现有长螺旋钻机带有中空长螺旋钻杆，当长螺旋钻机将长螺旋钻杆钻至预定深度时，由混凝土泵向中空长螺旋钻杆内输送混凝土，然后一边拨出长螺旋钻杆，一边向长螺旋钻杆内输送混凝土，当长螺旋钻杆提至地面时，成桩过程已结束。采用长螺旋钻孔泵送混凝土工艺施工灌注桩不仅施工速度快、无噪音污染和泥浆污染且施工质量有保证，该工艺具有良好的发展前景。但现有长螺旋钻机由于受到钻塔高度的限制，钻孔深度约在25米左右，钻孔直径约400至800毫米左右。目前高层建筑工程和桥梁工程的桩长多在25米至50米左右，桩径在600毫米至1500毫米左右，这个范围的桩基工程目前多采用泥浆护壁钻孔灌注桩施工工艺，由于该工艺不仅施工速度慢，有大量泥浆污染施工现场并且有大量泥浆需要外运处理，更重要的是该工艺易产生塌孔、断桩、桩间夹土、桩底淤土等严重质量问题。如果能用长螺旋钻孔灌注桩代替泥浆护壁钻孔灌注桩，则不仅可发挥长螺旋钻孔工艺的优点，而且灌注桩的施工速度和桩的质量将会有更大的提高。
发明内容
本发明提出用伸缩式长螺旋钻杆代替现有的中空泵送混凝土钻杆，在长螺旋钻杆内设有一种可伸缩的内钻杆，当内钻杆伸出时在不增加钻塔高度的情况下，钻孔的深度增加了。输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆要解决的关键问题之一是内、外钻杆之间的密封问题；关键问题之二是内、外钻杆的传力问题；关键问题之三是内钻杆轴线与外钻杆轴线重合的定位问题；本发明的密封为装在外钻杆上端的上密封装置和装在内钻杆下端的下密封装置；上密封装置为装在外钻杆上端的密封件或复合密封的上密封段构成；下密封装置由装在内钻杆下端的密封件或复合密封的下密封段构成；上密封装置也可以是上密封段与设在上密封段下端的上柔性连接段、上转动部件的其中至少一个共同构成；下密封装置也可以是下密封段与设在下密封段上端的下柔性连接段、下转动部件的其中至少一个共同构成；本发明的传力为外传力装置和内传力装置。
外传力装置和内传力装置构成为
外传力装置由外钻杆上端的外受力部件和内钻杆上端的外传力部件构成；内传力装置由外钻杆内侧的内受力部件和内钻杆外侧的内传力部件构成；长螺旋伸缩钻杆的力分为提升力、扭转力和加压力，并通过设置在内钻杆上的部件与设置在外钻杆上的部件相互作用面的配合来传力。
内受力部件由内受提升力部件、内受扭部件和内受压部件构成；内传力部件由内传提升力部件、内传扭部件和内传压部件构成；外受力部件由外受提升力部件、外受扭部件和外受压部件构成；外传力部件由外传提升力部件、外传扭部件和外传压部件构成；内受力部件也可以是由内受提升力部件、内受扭部件和内受扭部件与内传扭部件的摩阻力传递压力并在形式上形成内受压部件构成的；内传力部件也可以是由内传力提升部件、内传扭部件和由内受扭部件与内传扭部件的摩阻力传递压力并在形式上形成内传压部件构成的；外受力部件也可以是由外受提升力部件和外受扭部件构成；外传力部件也可以由外传提升力部件和外传扭部件构成；外受力部件或外传力部件构造外受力部件或外传力部件构造可以是相互独立设置的部件或部分设为整体的部件或全部设为整体的部件；在特殊情况下，外受力部件与外传力部件为一个整体的部件；内受力部件或内传力部件构造内受力部件或内传力部件构造可以是相互独立设置的部件或部分设为整体的部件或全部设为整体的部件；在特殊情况下，内受力部件与内传力部件为一整体的部件；外传力部件或外受力部件的设置位置外传力部件的外传提升力部件、外传扭部件和外传压部件可以设在内钻杆上端的外侧；外受力部件的外受提升力部件、外受扭部件和外受压部件可以设在外钻杆上端的外侧；内传力部件或内受力部件的设置位置内受力部件的内受提升力部件和内受压部件设在外钻杆内侧的上端；内受扭部件可以设在外钻杆内侧的上端或设在外钻杆内侧的全长范围；内传力部件的内传提升力部件和内传压部件设在内钻杆外侧的下端；内传扭部件可以设在内钻杆外侧的下端或也可以设在内钻杆外侧的全长范围；沿外钻杆或内钻杆或外钻杆和内钻杆全长范围设置内传扭部件或内受扭部件是考虑当桩的直径较大时，需要较大的扭矩，如果内钻杆全部伸出后，长螺旋伸缩钻杆将对钻塔上端形成很大扭矩。从而使钻塔尺寸加大很多，当内钻杆仅伸出很少高度时，则这时扭矩对钻塔的作用将减少，从而可减轻钻塔的重量，另外，内钻杆与外钻杆之间的压力通过沿全长范围的内传扭部件与内受扭部件产生的摩阻力传递；本发明将用来传递提升力或加压力的配合叫传轴向力配合，将用来传递扭矩的配合叫传扭矩配合。
内受力部件与内传力部件的配合内受提升力部件与内传提升力部件的配合是在垂直子内钻杆轴线或外钻杆轴线的平面有投影面积且内受提升力部件与内传提升部件有相互接触的面并且这个面能传递轴向力，这个相互接触的面即构成内传提升力部件与内受提升部件的内传轴向力配合；摩阻力的方向与轴线向上方向一致时，也构成内传轴向力配合；内受压部件与内传压部件的配合是在垂直于内钻杆轴线或外钻杆轴线的平面有投影面积且内受压部件与内传压部件有相互接触的面并且这个面能传递轴向力，这个相互接触的面即构成内传压部件与内受压部件内传轴向力配合；摩阻力的方向与轴线向上方向相反时，也构成内传轴向力配合；内受扭部件与内传扭部件的配合是在平行于内钻杆轴线或外钻杆轴线的平面有投影面积且内传扭部件与内受扭部件有相互接触的面并且这个面能传递扭矩，这个相互接触的面即构成内传扭部件与内受扭部件的内传扭矩配合；内传力装置至少有一种内传轴向力配合和至少有一种内传扭矩配合；如内传提升力部件与内受提升力部件是由两个锥面构成的内传轴向力配合或是两个垂直于轴向截面构成的内传轴向力配合与两个锥面构成的内传轴向力配合的组合；如内受压部件与内传压部件的传轴向力配合是由两个接触的斜面构成的或由可移动内受压部件的面与内传压部件的面构成的，或是由内受压部件的面与内传压部件的面构成的内传轴向力配合与两个接触的斜面构成的内传轴向力配合的组合；内受扭部件与内传扭部件的配合可以是外钻杆内侧的内键与内钻杆外侧的外键的传扭矩配合或内齿与外齿的传扭矩配合或内凹与外凸件的传扭矩配合或内多边形与外多边形的传扭矩配合或内凸与外凹的传扭矩配合；也可以是由内键与外键的传扭矩配合和内多边形与外多边形传扭矩配合的组合或和内凸与外凹的传扭矩配合的组合或和外凸与内凹的传扭矩配合的组合；外传力部件与外受力部件的配合外受提升力部件与外传提升力部件的配合是在垂直于内钻杆或外钻杆轴线的平面有投影面积且外受提升力部件与外传提升力部件有相互接触的面并且这个面能传递轴向力，这个相互接触的面即构成外受提升力部件与外传提升力部件的外传轴向力配合；摩阻力的方向与轴线向上方向一致时，也构成外传轴向力配合；
外受压部件与外传压部件的配合是在垂直于内钻杆或外钻杆轴线的平面有投影面积且外受压部件与外传压部件有相互接触的面并且这个面能传轴向力，这个相互接触的面即构成外受压部件与外传压部件外传递轴向力配合；摩阻力的方向与轴线向上方向相反时，也构成外传轴向力配合；外传扭部件与外受扭部件的配合是在平行于内钻杆轴线或外钻杆轴线的平面内有投影面积且外传扭部件与外受扭部件有相互接触的面并且这个面能传递扭矩，这个相互接触的面即构成外传扭部件与外受扭部件的外传扭矩配合；外传力装置至少有一种外传轴向力配合和至少有一种外传扭矩配合，如外传提升力部件与外受提升力部件是由两个锥面构成的外传轴向力配合或是由两个垂直于轴向截面的外传轴向力配合与两个锥面构成的外传轴向力配合的组合；又如，外传扭部件与外受扭部件可以是由键与键构成的外传扭矩配合或是键与键的外传扭矩配合与多边形与多边形的外传扭矩配合的组合；外受力部件或外传压部件可以是固定的部件或是可移动部件；内传压部件或内受压部件可以是固定的部件或是可移动部件；可移动外传力部件、可移动的外受力部件及可移动的内传力部件和可移动的内受力部件，可由人工直接控制可移动部件的移动或由机械外力控制可移动部件的移动或由液压、气动控制可移动部件移动；内钻杆与外钻杆在伸开时，为保证内钻杆轴线与外钻杆轴线重合，可设专用的内上定位件和内下定位件；内上定位件是设在外钻杆上端内侧的定位件；内下定位件是设在内钻杆下端外侧的定位件；当未设专用的内上定位件或内下定位件或内上定位件和内下定位件时，由内受力部件或内传力部件构成内上定位件或内下定位件或内上定位件和内下定位件；或由内受力部件与内传力部件共同构成内上定位件或内下定位件或内上定位件和内下定位件；当内钻杆与外钻杆合拢时，由于内钻杆与外钻杆之间间隙很小，长螺旋伸缩钻杆相对较长且下端有下密封装置，内钻杆与外钻杆的轴线误差可以忽略不计，因而无需设专用定位件；
图1本发明可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆的一个实施例的剖面图；图2本发明可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆伸开时的另一实施例的剖面视图；图3图2中C——C断面一个实施例剖视图；图4图3中D——D断面的一个实施例祥图；
图5是图3中D——D断面另一个实施例祥图；图6图5中E——E剖面的一个实施例且内受压部件为可移动部件的祥图；图7长螺旋伸缩钻杆合拢时，外传力部件与外受力部件连接传力的一个实施例视图；图8图1中A向视图且外传提升部件为可移动部件；图9图2中B向视图且外传提升力部件为可移动部件；图10图3中D——D的另一个实施例图；图11安装在内钻杆上的内传压部件与固定在外钻杆内侧的内受力部件连接的剖视图且内传压部件为可移动部件；图12在图4中将内钻杆外侧上的内传力部件换到外钻杆内侧，将外钻杆内侧的内受力部件换到内钻杆外侧构成的剖视图；图13内钻杆与外钻杆半合拢时的示意图；图14图13中F——F剖面图；图15图13中H——H剖面图；图16图13中G——G剖面图；图17内受压部件与内传力部件的连接的示意图；图18可移动内受压部件由机械控制移动的示意图；图19可移动内传压部件由机械控制移动的示意图；图20图13中F——F另一个实施例的剖面图；图21图13中G——G另一个实施例的剖面图；图22内传力部件与内受力部件为一体或者外传力部件与外受力部件为一体的剖面视图；图23内钻杆上固定的内传扭部件和内传提升力部件为一体，内传压部件为可移动部件且与固定在外钻杆上端内侧的内受扭部件连在一直起；图24内钻杆下端外侧上固定的外键的外平面与外钻杆上端内侧的内平面构成内传提升力部件和内受提升力部件且在内键与外键的下端由内多边形与外多边形构成的内传扭部件和内受扭部件；图25图24中Q——Q剖视图；图26图24中P——P剖视图；图27图4中R——R剖面图且为二种内传提升力部件与二种内受提升力部件传轴向力配合的组合；在图1至图22中(1)是可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆；(2)是长螺旋叶片；(3)是长螺旋伸缩钻杆(1)的外钻杆；(4)是长螺旋伸缩钻杆(1)的内钻杆；(5)是与外钻杆(3)下端连接的钻尖；(6)是安装在外钻杆(3)下端的混凝土出口的活门；(7)是长螺旋伸缩钻杆(1)的内钻杆(4)上端的连接件；(8)是内钻杆(4)下端的下密封装置；(9)是内钻杆(4)下端的内传力部件；(10)是外钻杆(3)上端的内受力部件；(11)是外钻杆(3)上端的上密封装置；(12)是外钻杆(3)上端外侧的外受力部件；(13)是内钻杆(4)上端外侧的外传力部件；(14)是外传力装置且由外传力部件(13)和外受力部件(12)构成；(15)是内传力装置且由内传力部件(9)和内受力部件(10)构成；(16)是内传提升力部件；(17)是内传扭部件；(18)是内传压部件；(19)是内受提升力部件；(20)是内受扭部件；(21)是内受压部件；(22)是外传提升力部件；(23)是外传扭部件；(24)是外传压部件；(25)是外受提升力部件；(26)是外受扭部件；(27)是外受压部件；(28)是内上定位件；(29)是内下定位件；(30)是上密封段；(31)是下密封段；(32)是下柔性连接段；(33)是上柔性连接件；(34)是上转动部件；(35)是下转动部件；(36)是上密封段(30)的压紧件；(37)是下密封段(31)的压紧件；(38)是观测孔；(39)是部件；(40)是连接件；(41)是密封件；(42)是位置信号件；(43)是传力部件；(44)是活塞；(45)是弹性件；(46)是内受压部件(21)或内传压部件(18)的活塞；(47)是与内钻杆(4)上顶端的连接件；连接件(47)可以是杆或柔性连接件或是液压或气压管；(48)是活塞腔；(49)是安装在内钻杆(4)上顶端控制部件且可控制外传提升力部件(22)或控制连接件(47)；(50)是上密封段(30)的密封件或复合密封；(51)是下密封段(31)的密封件或复合密封；在图1中，外受力部件(12)是外受提升力(25)、外受扭部件(26)和外受压部件(27)为一体，外传力部件(13)的外传扭部件(23)与外传提升力(22)相互分离并且外传提升力(22)可由控制部件(49)控制并可绕内钻杆(4)转动；钻尖(5)可以是独立设置的或是由活门(6)构成的；在图2中，外传提升力部件(22)由人工控制可移动外提升力部件(22)，内传力装置(15)之中的内传力部件(9)和内受力部件(10)相连接的示意图；在图3中，安装在外钻杆(3)上端内侧的内上定位件(28)和安装在内钻杆(4)下端外侧的内下定位件(29)；在图4中，内传力部件(9)由一个整体部件构成，内受力部件(10)由二个整体部件构成，内受扭部件(20)与内受提升力部件(19)为一个整体，内受压部件(21)固定在外钻杆(3)的内侧；在图5中，内受压部件(21)是可移动部件；在图6中，(21)是可移动内受压部件；在图7中，外传力部件(13)为一个整体部件，即外传压部件(24)、外传扭部件(23)和外传提升力部件(22)为一体；在图8中，外受力部件(12)之中的外受提升力部件(25)、外受扭部件(26)和外受压部件(27)为一体；外传压部件(24)与外传扭部件(23)为一体，而外传提升力部件(22)可移动；在图9中，外传提升力部件(22)为人工控制的可移动部件；在图10中，内受力部件(10)是由内受扭部件(20)和内受提升力部件(19)为一体，而内受压部件(21)为可移动部件并且与内传扭部件(17)连在一起；在图11中，可移动内传压部件(18)与内受力部件(10)连接在一起；在图12中，内受力部件(10)为一体部件，内传力部件(9)由二部分构成；在图13中，沿内钻杆(4)外侧全部设置内传扭部件(17)，沿外钻杆(3)内侧全部设置内受扭部件(20)；在图14、图15和图16中，内传扭部件(17)为外八方形，内受扭部部件(20)为内八方形；在图17中，内受压部件(21)与内传力部件(9)连接在一起；在图18中，内受压部件(21)的活塞(46)设置在外受力部件(12)之中，传力部件(43)的活塞(44)设置在外受力部件(12)之中；在图19中，内传压部件(18)的活塞(46)设置在内钻杆(4)内，传力部件(43)的活塞(44)也设在内钻杆(4)内。当弹性件(45)取消时，连接件(47)可以是杆或有进和出通道的液压或气压管；在图20中，内钻杆(4)的外侧设置的内传扭部件(17)为外凸件；在图21中，外钻杆(3)内侧的内受扭部件(20)为凹件；在图22中，内传力部件(9)与内受力部件(10)为一体，或外传力部件(13)与外受力部件(12)为一体且均为可移动部件。
如果制造精度高，则上密封装置(11)或下密封装置(8)仅用上密封段(30)或下密封段(31)即可，但由于考虑到制造、使用和温度方面的误差，则在上密封段(30)之下设上柔性连接件(33)；在下密封段(31)之上设下柔性连接件(32)；当外钻杆(3)内侧为内多边形或内凸，或内钻杆(4)的外侧为外多边形或外凸是时，为了不破坏密封，则在上密封段(30)之下设上转动部件(34)，在下密封段(31)之上设下转动部件(35)；上转动部件(34)可允许上密封装置(11)与外钻杆(3)发生相对转动，下转动部件(35)可允许下密封装置(8)与内钻杆(4)发生相对转动；在图23中，内传力部件(9)是内传提升力部件(16)和内传扭部件(17)为一整体，内传压部件(18)与内受扭部件(20)连接在一起，内传压部件(18)为可移动部件；在图24、图25和图26中，固定在内钻杆(4)外侧的外键的外平面与轴线有夹角，外键的外平面与外钻杆(3)内侧的内平面相配合，构成内传提升力部件(16)和内受提升力部件(19)传轴向力配合。内键与外键除了导向、传扭之外，还可以通过两个平面增大提升能力。在内键与外键之下为内正八边形与外正八边形相配的传扭部件，可以增加长螺旋伸缩钻杆(1)的扭转能力。在图27中内传力部件(9)为整体并在其上有锥面构成内传提升力部件(16)和内受提升力部件(19)传轴向力配合，从而由二种方式构成传轴向力配合。
具体实施例方式
优选的实施例为图1、图3、图27和图8构成；或由图1、图3、图19和图16构成；优选实施为上密封装置(11)以带有上密封段(30)、上柔性连接段(33)和上转动部件(34)为宜；下密封装置(8)以带有下密封段(31)、下柔性连接段(32)和下转动部件(35)为宜；内传力装置(15)有多种优选方式其一、如图4或图27所示；其二、如图4与图18所示；其三、如图23和图19所示；其四、如图19和图24、图25和图26所示；外传力装置(14)之中外受力部件(12)优选方式为图8所示外传力部件(13)优选图1和图8所示的方式；控制方式优选在动力转动装置上设置远程液动装置进行控制外传力装置(14)或内传力装置(15)；本发明可以解决在钻塔不增高的情况下，钻孔深度增加许多，可以在许多地质条件下取代泥浆护壁钻孔灌注桩工艺，因此，具有广阔的市场前景。
权利要求
1.可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆，具有外钻杆(3)、在外钻杆(3)上的长螺旋叶片(2)及安装在外钻杆(3)下端的活门(6)和钻尖(5)，其特征是在外钻杆(3)内设置可输送混凝土的内钻杆(4)及其上端的连接件(7)；在外钻杆(3)上端设置上密封装置(11)，在内钻杆(4)下端设置下密封装置(8)；在内钻杆(4)与外钻杆(3)之间设有外传力装置(14)和内传力装置(15)；在内钻杆(4)的下端设有内下定位件(29)，在外钻杆(3)的上端设有内上定位件(28)；
2.根据权利要求1的可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆，其特征是上密封装置(11)是由装在外钻杆(3)上端的密封件(50)或复合密封(50)的上密封段(30)构成；下密封装置(8)是由装在内钻杆(4)下端的密封件(51)或复合密封(51)的下密封段(31)构成；
3.根据权利要求1的可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆，其特征是上密封装置(11)也可以是由上密封段(30)与设在上密封段(30)下端的上柔性连接段(33)、上转动部件(34)的其中至少一个共同构成；下密封装置(8)也可以是由下密封段(31)与设在下密封段(31)下端的下柔性连接段(32)、下转动部件(35)的其中至少一个共同构成；
4.根据权利要求1的可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆，其特征是外传力装置(14)由外钻杆(3)上端的外受力部件(12)和内钻杆(4)上端的外传力部件(13)构成；内传力装置(15)由外钻杆(3)内侧的内受力部件(10)和内钻杆(4)外侧的内传力部件(9)构成；
5.根据权利要求1或4的可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆，其特征是外受力部件(12)或外传力部件(13)的构造可以是相互独立设置的部件或部分设置为整体的部件或全部设置为整体的部件；内受力部件(10)或内传力部件(9)的构造可以是相互独立设置的部件或部分设置为整体的部件或全部设置为整体的部件；内受力部件(10)与内传力部件(9)还可以是为一个整体的部件；外传力部件(13)与外受力部件(12)也还可以是为一个整体的部件；
6.根据权利要求1或4可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆，其特征是外传力部件(13)设在内钻杆(4)外侧的上端；外受力部件(12)设在外钻杆(3)外侧的上端；内传力部件(9)的内传提升力(16)和内传压部件(18)设在内钻杆(4)外侧的下端；内受力部件(10)的内受提升力部件(19)和内受压部件(21)设在外钻杆(3)内侧的上端；内传扭部件(17)可设在内钻杆(4)外侧的下端或设在内钻杆(4)外侧的全长范围；内受扭部件(20)可设在外钻杆(3)内侧的上端或设在外钻杆(3)内侧的全长范围；
7.根据权利要求1或4可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆，其特征是内传力装置(15)至少有一种内传轴向力配合和至少有一种内传扭矩配合；外传力装置(14)至少有一种外传轴向力配合和至少有一种外传扭矩配合；
8.根据据权利要求1或4可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆，其特征是外受力部件(12)或外传力部件(13)可以是固定的部件或是可移动部件；内受力部件(10)或内传力部件(9)可以是固定的部件或是可移动的部件；
9.根据权利要求1或4可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆，其特征是可移动的外传力部件(13)、可移动的外受力部件(12)、可移动的内受力部件(10)及可移动的内传力部件(9)可由人工直接控制部件的移动或由机械外力控制部件的移动或由液压、气动控制部件的移动；
10.根据权利要求1或4可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆，其特征是当未设专用的内上定位件(28)或内下定位件(29)或内上定位件(28)和内下定位件(29)时，可由内受力部件(10)或内传力部件(9)构成内上定位件(28)或内下定位件(29)或内上定位件(28)和内下定位件(29)；或也可由内受力部件(10)与内传力部件(9)共同构成内上定位件(28)或内下定位件(29)或内上定位件(28)和内下定位件(29)；
全文摘要
本发明涉及建筑工程长螺旋钻机中的钻杆，尤其是可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆。可输送混凝土的长螺旋伸缩钻杆具有外钻杆、在外钻杆上的长螺旋叶片及在外钻杆下端的钻尖和活门，其特征是在外钻杆内设置可输送混凝土的内钻杆及其上端的连接件；在外钻杆上端设置上密封装置，在内钻杆下端设置下密封装置；在内钻杆与外钻杆之间设内传力装置和外传力装置；在内钻杆的下端设内下定位件，在外钻杆上端设内上定位件；本发明可以解决在钻塔不增加高情况下，钻孔深度增加许多，在许多地质条件下可取代泥浆护壁钻孔灌注桩工艺，因此，具有广阔的市场前景。
文档编号E21B17/00GK1635260SQ20031011025
公开日2005年7月6日 申请日期2003年12月29日 优先权日2003年12月29日
发明者孙新河 申请人:孙新河