砂土地基灌注桩钻孔预处理用回旋钻孔装置及其施工方法与流程

本发明涉及砂土地基灌注桩钻孔预处理用回旋钻孔装置及其施工方法。

背景技术：

灌注桩是一种极为有效，安全可靠的基础桩，它具有将上部结构荷载传递到深层稳定的土层中，大大减少基础沉降的有点，因此成为目前建设工程中使用较为广泛的一种桩基。灌注桩的施工大多是在地下或水下完成，施工工序多，导致质量控制难度大，采用反循环回旋钻施工相较于正循环回旋钻，在保持成孔速度快、噪音低、振动小，可成孔直径大，钻孔深度达等优点外，还具备泥浆质量要求低，清孔速度快，清孔效率高等特点，但是钻机结构复杂，造价高。

技术实现要素：

本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供砂土地基灌注桩钻孔预处理用回旋钻孔装置及其施工方法的技术方案，该回旋钻孔装置结构简单，制造成本低，能实现快速定位，提高了钻孔的效率，该施工方法步骤简单，回旋钻孔装置的操作灵活方便，降低了施工成本，能满足不同土质要求的地基灌注桩的预处理施工。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

砂土地基灌注桩钻孔预处理用回旋钻孔装置，其特征在于：包括支撑台、底板、驱动机构、旋转机构、钻孔机构和定位机构，支撑台位于底板的上方，底板通过立柱连接支撑台，驱动机构包括电机、驱动齿轮和从动齿轮，电机固定连接在支撑台的底面上，驱动齿轮和从动齿轮均位于支撑台的顶面上，驱动齿轮连接电机，从动齿轮套接在基座上，基座转动连接在支撑台上，从动齿轮与驱动齿轮相互啮合，旋转机构包括第一定位筒、第二定位筒、悬臂、转轴和旋转组件，第一定位筒通过悬臂连接第二定位筒，第一定位筒内设置有传动轴，传动轴的底端固定连接在基座上，第二定位筒内套接有转轴，钻孔机构连接在转轴上，定位机构套接在钻孔机构上；通过电机带动驱动齿轮旋转，进一步带动从动齿轮旋转，进而通过悬臂和旋转机构带动钻孔机构旋转，不仅能实现快速定位，而且提高了钻孔的效率，通过悬臂直接可以调整钻孔机构的位置，使用操作方便快捷，提高了回旋钻孔装置的灵活性，通过旋转机构的设计，可以根据实际施工的需要，快速对钻孔机构进行定位处理，旋转组件则可以将电机输出的力输送至转轴上，便于给钻孔机构提供动力，定位机构可以将钻孔机构进行限位，减小在连续钻孔时发生的晃动，提高钻孔的质量，同时有利于保证钻孔机构竖直向下，延长回旋钻孔装置的使用寿命。

进一步，底板的底面上均匀设置有滚轮组件，底板上设置有第一锚固杆，第一锚固杆位于两个滚轮组件之间，且与两个滚轮组件位于同一直线上，通过滚轮组件的设计，便于回旋钻孔装置的移动，提高移动时的灵活性，第一锚固杆则用于将底板与地基进行固定连接，提高钻孔时的稳定性和可靠性。

进一步，第一定位筒的底端转动连接在基座上，且通过紧固螺钉连接基座，通过紧固螺钉的设计，可以实现基座与第一定位筒固定连接，使悬臂和第二定位筒带动钻孔机构围绕第一定位筒旋转，便于对钻孔机构的施工位置进行调整，当拔出紧固螺钉时，基座经传动轴直接带动旋转机构转动，进而带动钻孔机构旋转，实现钻孔施工。

进一步，旋转组件包括连杆和驱动臂，驱动臂的一端固定连接在传动轴的顶端，驱动臂的另一端通过第二连接件转动连接在连杆的一端，连杆的另一端通过第一连接件连接转轴，传动轴将动力传递到驱动臂上，经驱动臂的旋转带动第二连接件旋转，进而带动连杆做往复移动，连杆经第一连接件带动转轴旋转，实现钻孔机构上钻具的旋转。

进一步，钻孔机构包括套筒、钻具和钻杆，套筒固定连接在第二定位筒上，钻具通过钻杆连接转轴，套筒不仅可以起到保护钻杆和钻具的作用，而且可以提高钻孔时的稳定性，降低噪音，转轴通过钻杆将动力传递给钻具，实现对地基的钻孔施工。

进一步，钻具包括壳体和钻头，壳体的内部设置有腔体和螺纹孔，螺纹孔位于腔体的上方，腔体内设置有固定齿轮和托环，固定齿轮位于托环的上方，钻头位于壳体的下方，钻头通过连接杆连接有限位盘和旋转齿轮，旋转齿轮位于限位盘的上方，旋转齿轮与固定齿轮相互啮合，限位盘限位在托环的上方，通过固定齿轮和旋转齿轮的设计，可以实现壳体的顺时针方向旋转时，钻头向逆时针方向旋转，有效提高了钻孔的速度和效率，而且有利于保护钻头，托环和限位盘可以起到定位的作用，减小钻头在旋转时的抖动。

进一步，定位机构包括上平衡板和下平衡板，上平衡板位于下平衡板的上方，且上平衡板和下平衡板均套接在套筒上，上平衡板的底面和下平衡板的顶面上均设置有固定杆，上下两个固定杆之间通过伸缩杆连接，下平衡板上均匀设置有第二锚固杆，通过上平衡板和下平衡板可以对套筒进行定位，减小钻孔时套筒的晃动，固定杆和伸缩杆提高了上平衡板和下平衡板之间连接的稳定性，第二锚固杆可以使下平衡板与地基进行固定连接。

如上述的砂土地基灌注桩钻孔预处理用回旋钻孔装置的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

1)桩位测量放样

a、首先对施工场地进行清理，并对作业场地进行夯实处理，根据土质分布情况确定回旋钻孔装置的安装位置，用白色石灰粉划设区域；

b、然后根据施工图纸上的测量控制点，布设施工测量控制网，依据施工测量控制网进行施工放样，在进行测量放样时，从各定位点放出各桩位中心线，并设置护桩，测量准备结束后进行施工；

2)护筒埋设

a、首先根据施工场地要求，采用压重、振动和锤击的混合方式将护筒沉入沙土地基中，埋设时，将护筒的中心轴线对正测量标志的桩位中心，护筒顶面的泥浆溢出口距离地面0.5～1.0m，同时保持护筒的倾斜度的偏差小于1％，护筒下沉完毕后，测量并校正护筒的中心位置和竖直方向的倾斜度；

b、然后在护筒周围0.5～1m范围内的土挖除，夯填粘质土至护筒底0.3～0.6m；

3)回旋钻孔装置施工

a、首先根据设计要求，将回旋钻孔装置运送至施工位置，通过石块将底板垫平，使钻孔机构保持竖直向下，转动底板上的第一锚固杆，使第一锚固杆插入砂土地基中，并用石块将滚轮组件进行定位；

b、然后在基座和第一定位筒的连接处插入紧固螺钉，启动电机，通过驱动齿轮带动从动齿轮旋转，进一步带动悬臂旋转，使钻孔机构移动至需要施工的护筒上方，待钻孔机构与护筒位置对准一致后，拆除紧固螺钉，启动电机，使从动齿轮通过传动轴带动驱动臂往复旋转，进一步通过第二连接件带动连杆往复移动，连杆通过第一连接件带动转轴旋转，实现钻具进行钻孔施工；

c、当钻具钻至设定深度后，先关闭电机，然后将下平衡板通过第二锚固杆固定在地基上，使下平衡板保持水平，再调节伸缩杆的高度，使上平衡板保持水平，待定位机构安装结束后，启动电机，继续进行钻孔施工，直至达到设定的深度，在钻孔过程中产生的砂土用运输车运送至设定的位置；

d、待护筒回旋钻孔施工结束后，松开第二锚固杆，使下平衡板与地基分离，同时回收钻具，在基座和第一定位筒上插入紧固螺钉，启动电机，即可将钻孔机构转动至下一个护筒上方，循环步骤a至步骤c即可实现施工；

4)护筒土方回填

待所有的护筒钻孔完毕后，依次向护筒内回填土方，直至所有护筒回填完毕；

5)拔出护筒

移出回旋钻孔装置，通过振动锤依次将护筒拔出，在拔护筒时空之振动锤的速度为3～4m/min；

6)回旋钻孔装置清理

施工结束后，对回旋钻孔装置进行清理和养护。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

1、通过电机带动驱动齿轮旋转，进一步带动从动齿轮旋转，进而通过悬臂和旋转机构带动钻孔机构旋转，不仅能实现快速定位，而且提高了钻孔的效率，通过悬臂直接可以调整钻孔机构的位置，使用操作方便快捷，提高了回旋钻孔装置的灵活性。

2、通过旋转机构的设计，可以根据实际施工的需要，快速对钻孔机构进行定位处理。

3、旋转组件则可以将电机输出的力输送至转轴上，便于给钻孔机构提供动力。

4、定位机构可以将钻孔机构进行限位，减小在连续钻孔时发生的晃动，提高钻孔的质量，同时有利于保证钻孔机构竖直向下，延长回旋钻孔装置的使用寿命。

5、本发明的施工方法步骤简单，回旋钻孔装置的操作灵活方便，降低了施工成本，能满足不同土质要求的地基灌注桩的预处理施工。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明砂土地基灌注桩钻孔预处理用回旋钻孔装置及其施工方法中回旋钻孔装置的结构示意图；

图2为本发明中钻具的结构示意图；

图3为本发明中从动齿轮与第一定位筒的连接示意图；

图4为图1中ⅰ处的局部放大图。

图中：1-支撑台；2-底板；3-立柱；4-电机；5-滚轮组件；6-第一锚固杆；7-驱动齿轮；8-从动齿轮；9-第一定位筒；10-第二定位筒；11-悬臂；12-连杆；13-转轴；14-第一连接件；15-套筒；16-钻具；17-钻杆；18-上平衡板；19-下平衡板；20-固定杆；21-伸缩杆；22-第二锚固杆；23-壳体；24-钻头；25-腔体；26-固定齿轮；27-旋转齿轮；28-连接杆；29-限位盘；30-托环；31-基座；32-传动轴；33-紧固螺钉；34-驱动臂；35-第二连接件。

具体实施方式

如图1至图4所示，为本发明砂土地基灌注桩钻孔预处理用回旋钻孔装置，包括支撑台1、底板2、驱动机构、旋转机构、钻孔机构和定位机构，支撑台1位于底板2的上方，底板2通过立柱3连接支撑台1，底板2的底面上均匀设置有滚轮组件5，底板2上设置有第一锚固杆6，第一锚固杆6位于两个滚轮组件5之间，且与两个滚轮组件5位于同一直线上，通过滚轮组件5的设计，便于回旋钻孔装置的移动，提高移动时的灵活性，第一锚固杆6则用于将底板2与地基进行固定连接，提高钻孔时的稳定性和可靠性。

驱动机构包括电机4、驱动齿轮7和从动齿轮8，电机4固定连接在支撑台1的底面上，驱动齿轮7和从动齿轮8均位于支撑台1的顶面上，驱动齿轮7连接电机4，从动齿轮8套接在基座31上，基座31转动连接在支撑台1上，从动齿轮8与驱动齿轮7相互啮合。

旋转机构包括第一定位筒9、第二定位筒10、悬臂11、转轴13和旋转组件，第一定位筒9的底端转动连接在基座31上，且通过紧固螺钉33连接基座31，通过紧固螺钉33的设计，可以实现基座31与第一定位筒9固定连接，使悬臂11和第二定位筒10带动钻孔机构围绕第一定位筒9旋转，便于对钻孔机构的施工位置进行调整，当拔出紧固螺钉33时，基座31经传动轴32直接带动旋转机构转动，进而带动钻孔机构旋转，实现钻孔施工，第一定位筒9通过悬臂11连接第二定位筒10，第一定位筒9内设置有传动轴32，传动轴32的底端固定连接在基座31上，旋转组件包括连杆12和驱动臂34，驱动臂34的一端固定连接在传动轴32的顶端，驱动臂34的另一端通过第二连接件35转动连接在连杆12的一端，连杆12的另一端通过第一连接件14连接转轴13，传动轴32将动力传递到驱动臂34上，经驱动臂34的旋转带动第二连接件35旋转，进而带动连杆12做往复移动，连杆12经第一连接件14带动转轴13旋转，实现钻孔机构上钻具16的旋转。

第二定位筒10内套接有转轴13，钻孔机构连接在转轴13上，钻孔机构包括套筒15、钻具16和钻杆17，套筒15固定连接在第二定位筒10上，钻具16通过钻杆17连接转轴13，套筒15不仅可以起到保护钻杆17和钻具16的作用，而且可以提高钻孔时的稳定性，降低噪音，转轴13通过钻杆17将动力传递给钻具16，实现对地基的钻孔施工，钻具16包括壳体23和钻头24，壳体23的内部设置有腔体25和螺纹孔，螺纹孔位于腔体25的上方，腔体25内设置有固定齿轮26和托环30，固定齿轮26位于托环30的上方，钻头24位于壳体23的下方，钻头24通过连接杆28连接有限位盘29和旋转齿轮27，旋转齿轮27位于限位盘29的上方，旋转齿轮27与固定齿轮26相互啮合，限位盘29限位在托环30的上方，通过固定齿轮26和旋转齿轮27的设计，可以实现壳体23的顺时针方向旋转时，钻头24向逆时针方向旋转，有效提高了钻孔的速度和效率，而且有利于保护钻头24，托环30和限位盘29可以起到定位的作用，减小钻头24在旋转时的抖动。

定位机构套接在钻孔机构上，定位机构包括上平衡板18和下平衡板19，上平衡板18位于下平衡板19的上方，且上平衡板18和下平衡板19均套接在套筒15上，上平衡板18的底面和下平衡板19的顶面上均设置有固定杆20，上下两个固定杆20之间通过伸缩杆21连接，下平衡板19上均匀设置有第二锚固杆22，通过上平衡板18和下平衡板19可以对套筒15进行定位，减小钻孔时套筒15的晃动，固定杆20和伸缩杆21提高了上平衡板18和下平衡板19之间连接的稳定性，第二锚固杆22可以使下平衡板19与地基进行固定连接；通过电机4带动驱动齿轮7旋转，进一步带动从动齿轮8旋转，进而通过悬臂11和旋转机构带动钻孔机构旋转，不仅能实现快速定位，而且提高了钻孔的效率，通过悬臂11直接可以调整钻孔机构的位置，使用操作方便快捷，提高了回旋钻孔装置的灵活性，通过旋转机构的设计，可以根据实际施工的需要，快速对钻孔机构进行定位处理，旋转组件则可以将电机4输出的力输送至转轴13上，便于给钻孔机构提供动力，定位机构可以将钻孔机构进行限位，减小在连续钻孔时发生的晃动，提高钻孔的质量，同时有利于保证钻孔机构竖直向下，延长回旋钻孔装置的使用寿命。

如上述的砂土地基灌注桩钻孔预处理用回旋钻孔装置的施工方法，包括如下步骤：

1)桩位测量放样

a、首先对施工场地进行清理，并对作业场地进行夯实处理，根据土质分布情况确定回旋钻孔装置的安装位置，用白色石灰粉划设区域；

b、然后根据施工图纸上的测量控制点，布设施工测量控制网，依据施工测量控制网进行施工放样，在进行测量放样时，从各定位点放出各桩位中心线，并设置护桩，测量准备结束后进行施工；

2)护筒埋设

a、首先根据施工场地要求，采用压重、振动和锤击的混合方式将护筒沉入沙土地基中，埋设时，将护筒的中心轴线对正测量标志的桩位中心，护筒顶面的泥浆溢出口距离地面0.5～1.0m，同时保持护筒的倾斜度的偏差小于1％，护筒下沉完毕后，测量并校正护筒的中心位置和竖直方向的倾斜度；

b、然后在护筒周围0.5～1m范围内的土挖除，夯填粘质土至护筒底0.3～0.6m；

3)回旋钻孔装置施工

a、首先根据设计要求，将回旋钻孔装置运送至施工位置，通过石块将底板2垫平，使钻孔机构保持竖直向下，转动底板2上的第一锚固杆6，使第一锚固杆6插入砂土地基中，并用石块将滚轮组件5进行定位；

b、然后在基座31和第一定位筒9的连接处插入紧固螺钉33，启动电机4，通过驱动齿轮7带动从动齿轮8旋转，进一步带动悬臂11旋转，使钻孔机构移动至需要施工的护筒上方，待钻孔机构与护筒位置对准一致后，拆除紧固螺钉33，启动电机4，使从动齿轮8通过传动轴32带动驱动臂34往复旋转，进一步通过第二连接件35带动连杆12往复移动，连杆12通过第一连接件14带动转轴13旋转，实现钻具16进行钻孔施工；

c、当钻具16钻至设定深度后，先关闭电机4，然后将下平衡板19通过第二锚固杆22固定在地基上，使下平衡板19保持水平，再调节伸缩杆21的高度，使上平衡板18保持水平，待定位机构安装结束后，启动电机4，继续进行钻孔施工，直至达到设定的深度，在钻孔过程中产生的砂土用运输车运送至设定的位置；

d、待护筒回旋钻孔施工结束后，松开第二锚固杆22，使下平衡板19与地基分离，同时回收钻具16，在基座31和第一定位筒9上插入紧固螺钉33，启动电机4，即可将钻孔机构转动至下一个护筒上方，循环步骤a至步骤c即可实现施工；

4)护筒土方回填

待所有的护筒钻孔完毕后，依次向护筒内回填土方，直至所有护筒回填完毕；

5)拔出护筒

移出回旋钻孔装置，通过振动锤依次将护筒拔出，在拔护筒时空之振动锤的速度为3～4m/min；

6)回旋钻孔装置清理

施工结束后，对回旋钻孔装置进行清理和养护。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。