新型柔底式斗型钻头的制作方法

本发明涉及工程施工用钻头技术领域，具体地说，涉及一种新型柔底式斗型钻头。

背景技术：

对于如江南平原等复杂的地质，因其地质中存在着大量因洪水冲刷形成的卵石，故会对工程灌注桩施工造成极大的困难。这是由于，卵石层属于松散底层，具有孔隙大、透水性强、压缩性低及抗剪强度大等特点，且卵石层填充物多为细沙故无粘性，而且地下水的存在也在一定程度上起到了润滑的作用，这就会给钻头在钻进过程中的压实和携渣造成极大的困难，严重影响施工效率。另外，对于如江南平原等地貌，其卵石层不仅粒径大(粒径最大可达500mm)且厚度大(最大厚度可达8米)，故如何穿越卵石层成为了工程灌注桩施工的主要难点。并且，现有技术中出于工程经济性设计的考虑，桩体设计通常采用小桩径，群桩直径在0.8m～1m，这就进一步地加大了工程灌注桩穿越卵石层的施工难度。

目前工程实践中所用的灌注桩钻头多达几十种，但能够较佳适用于卵石层施工的钻头仅有嵌岩双底捞砂斗、嵌岩筒钻及螺旋钻头3种类型。其中，嵌岩双底捞砂斗是常规双底捞砂钻斗的改进型，其在钻门附近加装了若干个截齿以适宜岩石的破碎，是一种适用于对卵石层、碎石层、中等风化等类土质软岩进行施工的高强度钻头。其中，嵌岩筒钻是一种常见的灌注桩钻头，根据地质条件可采用嵌岩筒钻、双层筒钻或三层筒钻；双层筒钻是一种适用于卵石层施工的常见钻头，其采用一种全新的钻进思想——挤，即将大小不一的碎、卵石在筒内挤密后带出孔外，其相对于嵌岩双底捞砂斗的优点就在于其无筒底，所以其适用的范围也增大，适用卵石粒径达到200～500mm；其在设计使用时，需要根据成桩孔径设计外筒直径，根据卵石的平均粒径设计内筒直径，内筒比外筒高，此钻具已在国内得到广泛应用，钻进效率及钻齿损耗方面，明显优于其它钻具。其中，螺旋钻头适用于孔内漂石、孤石硬质岩层的破碎，对于部分胶泥地层及中等密实程度的卵石土质，在选用嵌岩双底捞砂斗无法钻进时，可采用螺旋钻头进行钻进；其优势在于，钻头高度最大可达4m，单次进尺量大，而且能有效地避免如其它钻头在施工中卸渣困难的问题。

目前，在实际的灌注桩施工中，遇到卵石层时的处理方法通常是：在碎石地层，可使用嵌岩双底捞砂斗清除小直径颗粒；在中等颗粒卵石层，通过嵌岩筒钻及螺旋钻头的配合钻进，可以发挥很好的效果；在遇到大粒径卵石时，可用螺旋松动后带出，或配合使用嵌岩筒钻带出。但上述方法的缺点也比较明显：

1、嵌岩双底捞砂斗的捞石能力取决于斗底开门的大小，而斗底开门的大小受限于整个钻斗的直径大小，当遇到小直径桩体时，斗底开门也会变小，经过测算，当桩体只有800mm时，斗底开门大小仅有25mm，当卵石粒径大于斗底开门大小时，卵石即无法进入斗内，故其适用范围受桩体直径影响较大；

2、双层筒钻的缺点也是来源于钻筒的结构缺陷，一方面其内层钻筒需要进行单独设计，其设计时需要预先估算好卵石的粒径大小，当实际地质中粒径大于预先估算大小时则无法取出卵石；另一方面其内层钻筒的大小受制于外层钻筒的直径，一般内层钻筒直径为外层钻筒直径的1/2，因此当遇到小直径钻桩时，其取石能力也收到了限制；再者因其增加了内层钻筒，其成本也相应增大，钻齿的损耗也增大，经济性较差；

3、螺旋钻头在应用于卵石层施工时也存在着一些缺点，一方面，其仅能适用于小桩径、内聚力较大的粘土层，因其导向性能及抗压、抗扭能力较差，故不适合对易塌孔、易掰齿的卵石地层进行钻进；另一方面，螺旋钻头也受限于叶片的大小及其与芯轴管的空间大小，当卵石大小超过其空间大小后，卵石便无法进入叶片中，从而无法通过钻头将卵石取出。

技术实现要素：

本发明的内容是提供一种新型柔底式斗型钻头，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。

根据本发明的一种新型柔底式斗型钻头，其包括钻头本体，钻头本体包括储石部，储石部上端设有用于与钻杆配合的连接部，储石部下端设有钻头部；储石部包括两端开口的筒状储石部主体，储石部主体内设有储石腔；储石腔下端内壁在周向上均匀间隔地设有多根钢丝绳，钢丝绳沿储石腔径向设置；钻头部包括在周向上均匀间隔设置的至少2个拔片，所述至少2个拔片的下端相互连接并形成锥角，拔片上端与储石部主体下端连接。

本发明中，由于钢丝绳不仅具有承载安全系数大、使用安全可靠的特点，且还具有柔软性能好、较高的抗冲击韧性等优点。故通过采用钢丝绳作为储石部主体的下底，能够较佳地利用其柔性及刚性并举的特性。通过将钢丝绳设于储石部主体的下端开口处，使得：在钻进过程中，钻头部能够拨动钻孔内的卵石，之后松动的卵石能够因钢丝绳的柔性而较佳地进入储石腔内；在卵石进入储石腔后，钢丝绳因其刚性能够较佳地形成对储石腔底部的硬性支撑，从而能够较佳地将卵石限制在储石腔内，进而能够较佳地达到将卵石携带出孔的目的。

本发明中，通过采用上述结构，能够对多种粒径的卵石进行清除，适用范围广，且制作成本低，施工效率高。

此外，由于钻头部包括在周向上均匀间隔设置的至少2个拔片，所述至少2个拔片的下端相互连接并形成锥角，从而能够较佳地对卵石进行拨动。

作为优选，拔片沿长度方向间隔设有多个第一钻齿。从而能够较佳地增加钻头部对卵石的搅动能力，进而更进一步地提升了钻头部的钻进能力，且能够更佳地便于卵石向储石腔内聚集。

作为优选，储石部主体下端与所述至少2个拔片一一对应地设有多个拔片连接槽，相应拔片卡入对应拔片连接槽内，且拔片向储石部主体外周突出。拔片卡入对应拔片连接槽内后，能够通过焊接地方式将拔片与储石部主体下端连接，进而使得拔片能够较为牢固地与储石部主体进行连接；另外，由于拔片向储石部主体外周突出，这不仅使得钻头部钻出的孔径能够大于储石部主体的外径从而便于储石部主体的进退，而且还能够较佳地对钻孔边缘处的卵石进行拔除。

作为优选，连接部包括连接部支架和设于连接部支架上方的连接部接头。

作为优选，储石部主体侧壁处设有一取石口，取石口处设有一开关门，开关门一侧与储石部主体侧壁铰接，开关门另一侧与储石部主体卡扣连接。从而能够较佳地便于对储石腔内卵石的取出。

作为优选，所述多根钢丝绳等长，且所述多根钢丝绳内端相互远离且形成一直径为8～12cm的圆形孔隙。圆形孔隙的设置，能够较佳地降低卵石进入储石腔内时所受到的来自钢丝绳的阻力，从而能够较佳地便于卵石进入储石腔内。

作为优选，所述多根钢丝绳包括间隔设置的短钢丝绳和长钢丝绳，长钢丝绳的内端相互交叉设置。使得所述多根钢丝绳内端间没有间隙，从而能够较佳地减少小粒径卵石的漏出，且由于钢丝绳间相互交错，故能够彼此搭接承重，故能提升所述多根钢丝绳的承载力。

作为优选，储石部主体侧壁处沿径向设有用于安装钢丝绳外端的钢丝绳安装孔。从而较佳地便于钢丝绳的安装。

作为优选，钢丝绳内端设有钢丝绳保护套。从而能够较佳地降低钢丝绳内端处的磨损。

附图说明

图1为实施例1中的一种新型柔底式斗型钻头的钻头本体的示意图；

图2为实施例1中的一种新型柔底式斗型钻头的储石部主体的示意图；

图3为实施例1中的一种新型柔底式斗型钻头的钻头部的示意图；

图4为实施例1中的一种新型柔底式斗型钻头的连接部的示意图；

图5为实施例1中的一种新型柔底式斗型钻头的钢丝绳排布的示意图；

图6为实施例2中的一种新型柔底式斗型钻头的钢丝绳排布的示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本发明进行解释而并非限定。

实施例1

结合图1所示，本实施例提供了一种新型柔底式斗型钻头，其包括钻头本体100，钻头本体100包括储石部110，储石部110上端设有用于与钻杆配合的连接部120，储石部110下端设有钻头部130。

结合图2所示，储石部110包括两端开口的筒状储石部主体210，储石部主体210内设有储石腔211；储石腔211下端内壁在周向上均匀间隔地设有多根钢丝绳111，钢丝绳111沿储石腔211径向设置。

结合图3所示，钻头部130包括在周向上均匀间隔设置的至少2个拔片131，所述至少2个拔片131的下端相互连接并形成锥角，拔片131上端与储石部主体210下端连接。

由于钢丝绳111不仅具有承载安全系数大、使用安全可靠的特点，且还具有柔软性能好、较高的抗冲击韧性等优点。故通过采用钢丝绳111作为储石部主体210的下底，能够较佳地利用其柔性及刚性并举的特性。通过将钢丝绳111设于储石部主体210的下端开口处，使得：在钻进过程中，钻头部130能够拨动钻孔内的卵石，之后松动的卵石能够因钢丝绳111的柔性而较佳地进入储石腔211内；在卵石进入储石腔211后，钢丝绳111因其刚性能够较佳地形成对储石腔211底部的硬性支撑，从而能够较佳地将卵石限制在储石腔211内，进而能够较佳地达到将卵石携带出孔的目的。

此外，由于钻头部130包括在周向上均匀间隔设置的至少2个拔片131，所述至少2个拔片131的下端相互连接并形成锥角，从而能够较佳地对卵石进行拨动。本实施例中，拔片131的数量为2个，从而能够较佳地便于大粒径卵石进入储石腔211。

本实施例中，拔片131沿长度方向间隔设有多个第一钻齿132。从而能够较佳地增加钻头部130对卵石的搅动能力，进而更进一步地提升了钻头部130的钻进能力，且能够更佳地便于卵石向储石腔211内聚集。

本实施例中，储石部主体210下端与所述至少2个拔片131一一对应地设有多个拔片连接槽212，相应拔片131卡入对应拔片连接槽212内，且拔片131向储石部主体210外周突出。拔片131卡入对应拔片连接槽212内后，能够通过焊接地方式将拔片131与储石部主体210下端连接，进而使得拔片131能够较为牢固地与储石部主体210进行连接；另外，由于拔片131向储石部主体210外周突出，这不仅使得钻头部130钻出的孔径能够大于储石部主体210的外径从而便于储石部主体210的进退，而且还能够较佳地对钻孔边缘处的卵石进行拔除。

本实施例中，拔片131相对第一钻齿132的一侧在其下端与储石部主体210内壁间还设有一加强板310，加强板310垂直拔片131设置，加强板310的设置，不仅能够加强拔片131的强度，而且还能够进一步地加强拔片131与储石部主体210的连接稳固性。

结合图4所示，连接部120包括连接部支架410和设于连接部支架410上方的连接部接头420。连接部支架410能够包括纵横交叉的多根钢材，连接部支架410的侧面能够焊接于储石部主体210的内壁处，连接部支架410的设置不仅能够较佳地便于连接部接头420的设置，而且还能够较佳地对储石部主体210进行支撑。

本实施例中，储石部主体210侧壁处设有一取石口213，取石口213处设有一开关门112，开关门112一侧与储石部主体210侧壁铰接，开关门112另一侧与储石部主体210卡扣连接。从而能够较佳地便于对储石腔211内卵石的取出。

结合图5所示，所述多根钢丝绳111等长，且所述多根钢丝绳111内端相互远离且形成一直径为8～12cm的圆形孔隙510。圆形孔隙510的设置，能够较佳地降低卵石进入储石腔211内时所受到的来自钢丝绳111的阻力，从而能够较佳地便于卵石进入储石腔211内。

本实施例中，储石部主体210侧壁处沿径向设有用于安装钢丝绳111外端的钢丝绳安装孔214。从而较佳地便于钢丝绳111的安装，本实施例中，在钢丝绳111装入钢丝绳安装孔214后，对钢丝绳111与钢丝绳安装孔214内外端的连接处均进行焊接，从而能够较佳地提升钢丝绳111与储石部主体210间的连接强度。

本实施例中，钢丝绳111内端设有钢丝绳保护套。从而能够较佳地降低钢丝绳111内端处的磨损。

本实施例中，储石部主体210的下端面处还沿周向阵列有多个第二钻齿520。第二钻齿520的设置能够较佳地便于对卵石的拨动。本实施例中，第二钻齿520采用宝峨齿。

本实施例中，储石部主体210采用厚度为15mm的厚钢板由机械弯曲、焊接成外径为0.7m、高度为1m的筒型结构，钢丝绳111的直径为28mm、长度为0.3m，拔片131由高强度合金钢加工而成且其长0.7m、宽0.05m、厚度0.02m。根据现有钢丝绳的柔度计算方法，在考虑0.1m的柔性惯量的工况下，单根φ28的柔性承载力达到2吨，即当钢丝绳111上的承载物达到2吨时，钢丝绳111才会发生断裂等破损情况，而当整个储石腔211都充满卵石时，卵石的总重约为1.15吨，即每根φ28的钢丝绳均能满足卵石承载的需要。

相较于现有技术中采用双层筒钻和螺旋钻头结合施工的方式，采用本实施例中的一种新型柔底式斗型钻头，其每日平均钻孔进度能够提升30％左右，成本每米平均施工成本能够降低25％左右。

实施例2

本实施例提供了一种新型柔底式斗型钻头，其与实施例1的区别在于：结合图6所示，所述多根钢丝绳111包括间隔设置的短钢丝绳610和长钢丝绳620，长钢丝绳520的内端相互交叉设置。

本实施例中，短钢丝绳610和长钢丝绳620的直径均为28mm，短钢丝绳610的长度为0.35m，长钢丝绳620的长度为0.5m。

通过本实施例中的构造，使得所述多根钢丝绳111内端间没有间隙，从而能够较佳地减少小粒径卵石的漏出，且由于钢丝绳111间相互交错，故能够彼此搭接承重，故能提升所述多根钢丝绳111的承载力。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。