一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备及方法
【专利摘要】本发明公开了一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备及其方法，成套设备包括底座、钻机和卷扬系统，所述钻机上设置有钻具，所述钻具包括主动钻杆、若干从动钻杆、钻头和取芯筒，所述卷扬系统包括铰接在底座上的塔架和卷扬机；所述底座上设置有调节倾斜角度的调节机构，所述底座两侧设置有导轨，所述底座上设置有底座丝杆，所述底座丝杆一端连接有驱动电机，所述底座丝杆驱动钻机和卷扬系统沿导轨滑动。本发明采用螺杆调节钻机的倾斜角度，底脚支座的球形凹槽与螺栓底部配合，能高精度调节钻杆的倾斜角度，同时采用钻铤重量改变钻进轴线角度，调节精度高，操作方便，能在狭小的空间进行既有建筑物灌注桩的抽芯工作。
【专利说明】一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设 备及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑施工【技术领域】，具体涉及一种对既有建筑物下大直径灌注粧进行 钻芯检测的成套设备及方法。
【背景技术】
[0002] 由于以下的原因，需要对既有的建筑物的地基基础进行检测：
[0003] (1)在改革开放经济快速发展的过程中，因规划建设管理的相对滞后，许多地方出 现大量未正式报建的建设工程，需要进行工程质量检测鉴定确认；
[0004] ⑵对旧建筑物的改造和鉴定评估，由于历史原因，资料遗失，地基基础情况不明
[0005] (3)在地震、台风、海水侵蚀等自然因素和超载、船舶撞击等人为因素作用下，基础 可能已出现劣化、损伤，基础也需要进行鉴定；
[0006] (4) 一些建成不久的建筑物，由于地基问题引起上部结构倾斜、开裂，同样需要对 其基础重新进行检测鉴定。
[0007] 对于既有建筑物下的粧基础，由于其与上部结构相连，作业空间狭小，目前的钻探 设备，如XY-1、XY-1A，由于构造上的原因无法完整钻取既有建筑物下的粧基础，存在的问 题主要有：①对于需要打开回转器的钻机，开孔位置离柱（墙）的最近距离一般只能达到 60cm左右，无法接近粧顶面，即使钻斜孔，也无法获得整根粧的完整芯样；②对于底座滑动 式钻机，虽然能贴近柱（墙），但由于柱（墙）障碍，无法完成钻杆的安装与拆卸；③钻孔角 度控制能力不够，对于需要打小角度倾斜孔（与铅垂线夹角在5°以内）的情形，现有的钻 机由于没有精准调平与测量装置，无法精准地控制所需的倾斜角度。
【发明内容】
[0008] 本发明为了解决既有建筑物空间狭小，难以取出完整的灌注粧芯样的技术问题， 提供一种可调节角度、倾斜钻进、在狭小空间可取出完整芯样的对既有建筑物下大直径灌 注粧进行钻芯检测的成套设备及方法。
[0009] 为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现：
[0010] 本发明所述对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的成套设备，
[0011] 包括底座、钻机和卷扬系统，其特征在于：所述钻机上设置有钻具，所述钻具包括 主动钻杆、进入钻孔内的若干从动钻杆、取芯筒和钻头，所述卷扬系统包括铰接在底座上的 塔架和卷扬机；所述底座上设置有调节其倾斜角度的调节机构，所述底座两侧设置有导轨， 所述底座上还设置有用于移动钻机的底座丝杆，所述底座丝杆一端连接有驱动电机，所述 底座丝杆驱动钻机沿导轨滑动。
[0012] 进一步地，所述调节机构包括设置在底座上的调节螺栓孔、与调节螺栓孔配合的 螺杆和用于锁紧螺杆的锁紧机构；所述螺杆的底部为球形端，所述螺杆底部设置有与所述 球形端配合的底脚支座，所述底脚支座设置有与所述球形端配合的内凹球形槽。
[0013] 进一步地，所述锁紧机构包括设置在底座上与调节螺栓孔对应的锁紧座和与所述 锁紧座配合的锁紧螺母，所述锁紧螺母上设置有安装螺杆的安装孔，所述螺杆与锁紧螺母 的安装孔配合的一端设置有锁紧平面，所述安装孔的截面与螺杆的截面相配合，所述锁紧 座上设置有定位齿，所述锁紧螺母上设置有与所述锁紧座的定位齿配合的固定齿，所述锁 紧螺母径向设置有螺栓孔，所述螺栓孔上设置有锁紧螺栓。
[0014] 进一步地，所述钻机设置有低转速高扭矩反转档，所述钻机为立轴式回转钻机，带 动钻具回转。所述从动钻杆与钻头之间设置有钻铤、所述取芯筒设置在钻铤上；所述主动钻 杆与从动钻杆通过丝扣连接，所述主动钻杆上设置有通心孔，所述钻机上还设置有进水管， 所述进水管与主动钻杆的通心孔连接。钻具在钻铤的重力作用下，钻具重心下移，从而使钻 头靠于孔壁下方，迫使钻孔下垂，实现弯曲钻进。
[0015] 进一步地，所述主动钻杆长度L3< U-L' i_L2，开孔时，开孔取芯筒长度与钻头长度 之和L4< L' 1;每个回次钻进深度K < U-L rL2，正常钻进时，所述取芯筒长度L5> K，所述 从动钻杆长度为设计正常钻进时回次进尺的整数倍，其中U为作业空间高度，U为钻机牛头 顶部离地高度，IV为钻机牛头底部离地的高度，L2为进水管与主动钻杆接头距离。
[0016] 进一步地，所述底座上设置有倾角仪，所述倾角仪用于检测钻机立轴的倾斜角度。
[0017] 进一步地，所述底座上设置有圆水准器，用于检测底座的水平状态。
[0018] -种对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的方法，包括：
[0019] (1)安装钻机，使开孔位置尽量靠近粧顶上方的柱（墙），确定钻孔所需倾角a，
【权利要求】
1. 一种对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的成套设备，包括底座、钻机和卷 扬系统，其特征在于：所述钻机上设置有钻具，所述钻机上设置有钻具，所述钻具包括主动 钻杆和用于进入钻孔内的从动钻杆、取芯筒和钻头，所述卷扬系统包括铰接在底座上的塔 架和卷扬机；所述底座上设置有调节其倾斜角度的调节机构，所述底座两侧设置有导轨，所 述底座上还设置有用于移动钻机的底座丝杆，所述底座丝杆一端连接有驱动电机，所述底 座丝杆驱动钻机沿导轨滑动。
2. 根据权利要求1所述对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的成套设备，其特 征在于：所述调节机构包括设置在底座上的调节螺栓孔、与调节螺栓孔配合的螺杆和用于 锁紧螺杆的锁紧机构；所述螺杆的底部为球形端，所述螺杆底部设置有与所述球形端配合 的底脚支座，所述底脚支座设置有与所述球形端配合的内凹球形槽。
3. 根据权利要求2所述对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的成套设备，其特 征在于：所述锁紧机构包括设置在底座上与调节螺栓孔对应的锁紧座和与所述锁紧座配合 的锁紧螺母，所述锁紧螺母上设置有安装螺杆的安装孔，所述螺杆与锁紧螺母的安装孔配 合的一端设置有锁紧平面，所述安装孔的截面与螺杆的截面相配合，所述锁紧座上设置有 定位齿，所述锁紧螺母上设置有与所述锁紧座的定位齿配合的固定齿，所述锁紧螺母径向 设置有螺栓孔，所述螺栓孔上设置有锁紧螺栓。
4. 根据权利要求1至3任一项所述既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的成套设 备，其特征在于：所述钻机设置有低转速高扭矩反转档，所述从动钻杆与取芯筒之间设置有 钻铤。
5. 根据权利要求4所述对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的成套设备， 其特征在于：所述主动钻杆长度L3S U-L' ^L2，开孔时，开孔取芯筒长度与钻头长度之和 L4S L' 1;每个回次钻进深度K < U-L ^L2，正常钻进时，所述取芯筒长度L5S K，所述从动钻 杆长度为设计正常钻进时回次进尺的整数倍，其中U为作业空间高度，L1为钻机牛头顶部离 地高度，IV为钻机牛头底部离地的高度，L 2为进水管与主动钻杆接头距离。
6. 根据权利要求4所述对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的成套设备，其特 征在于：所述底座上设置有用于测试钻机立轴倾角的倾角仪。
7. 根据权利要求1至6任一项所述对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的成套 设备，其特征在于：所述底座上设置有圆水准器。
8. -种对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的方法，其步骤包括： (1) 安装钻机，使开孔位置尽量靠近粧顶上方的柱（墙），确定钻孔所需倾角α，其最 大取值为
，其中D为粧直径，d为钻孔中心与粧边的距离，H为粧长， h为承台高度； (2) 调节底座上的螺杆，使得底座水平设置，设此时主动钻杆的初始倾角为Θ，其在通 过底座纵轴沿垂面内的投影S1，在通过底座横轴沿垂面内的倾角为θ 2; (3) 消除钻具在横轴沿垂面夹角θ2，将倾角仪竖直安置在底座上位于所述钻机立轴侧 面位置，调节底座上的螺杆，直至倾角仪指示主动钻杆在通过底座横轴沿垂面内的倾角为 O ;旋转支座C螺杆的圈数队可通过公式预估：
其中S为螺杆旋 转1圈时底座横轴面可调整的倾斜夹角，X为螺杆的螺距，B为底座横轴螺杆之间的距离； (4) 消除钻具在纵轴沿垂面夹角G1，并调整主动钻杆至所需倾角α ;将倾角仪横向安 置在底座上位于所述钻机立轴正面位置，调节螺杆，直至倾角仪指示主动钻杆在通过底座 纵轴沿垂面内的倾角为α ;旋转螺杆的圈数队可通过公式预估：％
其中α的钻机最大的倾角，β为螺杆旋转1圈时底座纵轴面可调整的倾斜夹角，X为螺杆 的螺距，L为底座前后螺杆之间的距离； (5) 调整主动钻杆至指定倾斜角度α后，锁紧螺母与底座咬合固定，并通过径向螺栓 锁紧螺杆； (6) 安装从动主动钻杆、钻铤、取芯筒和钻头，所述钻机驱动钻具倾斜钻进大直径灌注 粧内； (7) 钻具钻进至芯样的长度为取芯筒的深度1^5后，停止钻进；通过卷扬系统上提钻具， 松卸主动钻杆与从动钻杆的连接，使用钻机低速高扭矩反转档完全卸开主动钻杆与从动钻 杆；钻机底座丝杆驱动钻机沿滑轨后移，卷扬系统将从动钻杆取出，取出芯样； (8) 利用卷扬机重新将合适长度的从动钻杆连接好放入钻孔内，丝杆驱动钻机沿滑轨 前移，连接主动钻杆与从动钻杆，开动钻机取芯样； (9) 重复步骤（7)，（8)，直至完成整根粧的抽芯取样。
9. 根据权利要求8对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的方法，其特征在于： 所述步骤（5)中，所述锁紧螺母底部设置有固定齿，所述底座安装螺杆的位置设置有与锁 紧螺母的固定齿配合的锁紧座。
10. 根据权利要求8对既有建筑物下大直径灌注粧进行钻芯检测的方法，其特征在于： 所述步骤（3)中消除横轴沿垂面夹角θ2，通过悬空支座b，调节支座c的螺杆，使得倾角仪 指示主动钻杆在通过底座横轴沿垂面内的倾角为0;所述步骤（4)中消除纵轴沿垂面夹角 Θ i，通过悬空支座b，调节支座a的螺杆，使得倾角仪指示主动钻杆在通过底座纵轴沿垂面 内的倾角为α。
【文档编号】E21B7/02GK104514488SQ201410810548
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年12月19日 优先权日:2014年12月19日
【发明者】徐明江, 张程林, 胡贺松, 宋兵 申请人:广州建设工程质量安全检测中心有限公司, 广州市建筑科学研究院有限公司, 广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司