一种与旋挖桩机结合的处理漂石的高压水射流装置及方法与流程

本发明涉及旋挖钻孔灌注桩施工技术领域，具体涉及一种与旋挖桩机结合的处理漂石的高压水射流装置及方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，城镇化建设的推进，建筑桩基工程的发展也日新月异。钻孔灌注桩具有成桩速度快、施工操作简单、成桩质量好等优点，因此，近年来，其在建筑桩基工程中的应用日益广泛。

在建筑桩基地层中，沟谷河流地带、冲积形成区等常常含有漂石层。漂石俗称孤石，漂石赋存形态、大小各异，砾石磨圆度较高，结构中密以上，强度高，且分布不均匀，多半以砂土类充填为主。在该类型地层中，受漂石大小、赋存形态及强度等因素的影响，旋挖桩机在漂石位置处常发生钻孔偏斜、跳钻等现象，造成施工难度大、施工效率低、成孔质量差、安全隐患大等问题。目前，针对该施工难题，还没有有效的解决方案或技术措施，基于此急需研发一种新设备、新技术方案进行高效率成孔施工。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种与旋挖桩机结合的处理漂石的高压水射流装置，解决现有施工技术难题，保证成孔质量，提高施工效率。本发明另一目的还在于提供一种与旋挖桩机结合的处理漂石的方法，该方法使用上述处理漂石的高压水射流装置来处理漂石。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种与旋挖桩机结合的处理漂石的高压水射流装置，设置在旋挖桩机钻杆(31)上，该高压水射流装置包括切石旋挖钻头(1)，所述切石旋挖钻头(1)与高压软管(2)的一端连接，高压软管(2)向切石旋挖钻头(1)内输送高压水；所述切石旋挖钻头(1)内设置有高压切割钻头(7)、输送高压水的高压水导管(8)和输送硬质砂的硬质砂导管(9)；所述高压水导管(8)输送高压水至高压切割钻头(7)，同时硬质砂导管(9)输送硬质砂至高压切割钻头(7)，在高压切割钻头(7)处高压水和硬质砂混合形成高压水射流，所述切石旋挖钻头(1)跟随旋挖桩机钻杆(31)旋转并利用该高压水射流对漂石进行切割。

进一步地，所述切石旋挖钻头(1)包括主钻轴(13)，该主钻轴(13)布置在切石旋挖钻头(1)中央位置，在主钻轴(13)上均匀地设置了若干定位杆(14)，主钻轴(13)上部连接高压水箱(10)和硬质砂砂箱(11)并穿过高压水箱(10)和硬质砂砂箱(11)；所述高压切割钻头(7)固定在所述定位杆(14)的末端，在每个定位杆(14)的外侧沿该定位杆(14)设置硬质砂导管(9)，该硬质砂导管(9)上端连接到硬质砂砂箱(11)，下端连接高压切割钻头(7)；在每个定位杆(14)相对应的另外一侧沿该定位杆(14)设置高压水导管(8)，所述高压水导管(8)下端连接高压切割钻头(7)，上端连接到高压水箱(10)。

进一步地，所述主钻轴(13)与每个定位杆(14)之间设置支杆(15)，该支杆(15)可在主钻轴(13)上上下滑动，通过支杆(15)在主钻轴(13)上的滑动实现定位杆(14)的定位，当主钻轴(13)向下滑动时，定位杆(14)张开，高压切割钻头(7)的作业半径扩大，反之高压切割钻头(7)的作业半径缩小。

进一步地，所述高压切割钻头(7)横截面为圆形，高压切割钻头(7)内部设有主流水道，主水流道为锥形，从高压切割钻头(7)的根部到喷嘴横截面半径逐渐变小。

进一步地，所述高压切割钻头(7)外围设置护罩(16)，该护罩(16)为回字形，用于防护高压切割钻头(7)。

进一步地，通过高压水供应装置提供所述高压水，所述高压水供应装置为高压泵车(3)，该高压泵车(3)包括控制箱(18)，该控制箱(18)连接驱动电机(19)一端，驱动电机(19)相对应的另一端连接增压器(21)一端，增压器(21)顶部设置水箱(20)，增压器(21)相对应的另一端连接储能箱(22)，所述储能箱(22)内设有压力传感器，储能箱(22)下部连接高压软管(2)；所述控制箱(18)内部设有驱动电机(19)电路控制系统和信号处理系统用于控制驱动电机(19)的启停；所述增压器(21)是超高压柱塞泵增压器。

为了防止高压软管缠绕旋挖桩机钻杆(31)，将所述高压软管(2)缠绕在防缠绕器(4)上，高压软管(2)相对应的另一端通过该防缠绕器(4)与高压水供应装置连接；所述防缠绕器(4)固定在旋挖桩机钻杆(31)上并高于地面一定高度。

进一步地，所述防缠绕器(4)包括壳体(26)，在该壳体(26)的上部设置有储能仓(25)，该储能仓(25)的下方且壳体(26)的下部设置缠绕线圈(27)，高压软管(2)缠绕在该缠绕线圈(27)上并连接在储能仓(25)的底端；所述储能仓(25)顶部设有上盖(24)，该上盖(24)固定在壳体(26)上，在该上盖(24)顶部设有高压软管接口，高压软管(2)连接在上盖(24)与高压水供应装置之间；该上盖(24)与壳体(26)之间可绕旋挖桩机钻杆(31)的中心轴相互旋转，壳体(26)跟随旋挖桩机钻杆(31)旋转，上盖(24)保持静止。

另一方面，本发明还提出了一种与旋挖桩机结合的处理漂石的方法，该方法使用上述处理漂石的高压水射流装置来处理漂石，当使用旋挖桩机(5)成孔遇到漂石时，首先将切石旋挖钻头(1)和防缠绕器(4)安装在旋挖桩机钻杆(31)上，并在硬质砂砂箱(11)内装满硬质砂，向桩孔内下放旋挖桩机钻杆(31)，当切石旋挖钻头(1)的护罩(16)接触到漂石时，停止下放，将旋挖桩机钻杆(31)向上提升8cm～10cm；然后启动高压泵车(3)将普通水增压并通过高压软管(2)输送至高压切割钻头(7)，此时在高压水吸力的作用下，硬质砂通过硬质砂导管(9)输送至高压切割钻头(7)并与高压水混合形成高压水射流，切石旋挖钻头(1)跟随旋挖桩机钻杆(31)旋转对漂石进行切割；最后提升旋挖桩机钻杆(31)，跟换切石旋挖钻头(1)，下放常规钻头，取出破碎的漂石。

优选的，所述高压泵车(3)将普通水增压至200mpa～300mpa。

工作原理：当旋挖桩机成孔遇到漂石时，旋挖桩机提升钻管，将切石旋挖钻头和防缠绕器安装在钻杆上，桩孔内下放切石旋挖钻头；高压泵车将普通水增压至200～300mpa，通过高压软管输送至切石旋挖钻头内的高压水箱，再通过高压水导管输送至高压切割钻头，在高压水吸力的作用下，硬质砂通过硬质砂导管输送至高压切割钻头并与高压水混合形成高压水射流，切石旋挖钻头跟随旋挖桩机钻杆低速旋转利用高压水射流对漂石进行切割；最后提升旋挖桩机钻杆，跟换切石旋挖钻头，下放常规钻头，取出破碎的漂石。

设置的切石旋挖钻头可根据实际施工情况对高压切割钻头的作业范围进行调整，主钻轴为切石旋挖钻头提供支撑、定位和连接等作用，同时设置的支杆为切石旋挖钻头提供骨架支撑作用，该支杆可在主钻轴上上下滑动，通过支杆在主钻轴上的滑动实现定位杆的定位，当主钻轴向下滑动时，定位杆张开，此时设置在定位杆上的高压切割钻头的作业半径扩大，反之高压切割钻头的作业半径缩小。针对不同尺寸的漂石，通过支杆的滑动，调整定位杆的张角，从而调整高压切割钻头的作业范围，达到对漂石不同程度的破碎，提高施工效率。

在旋挖桩机钻杆旋转的过程中，高压软管通常缠绕其上导致高压软管断裂，本发明为了防止高压软管缠绕旋挖桩机钻杆，设置了防缠绕器，高压软管缠绕在缠绕线圈上随旋挖桩机钻杆同步转动，缠绕线圈为高压软管提供缠绕空间，当旋挖桩机钻杆伸长时，将缠绕线圈上的高压软管释放将其伸长；当旋挖桩机钻杆缩短时，将高压软管缠绕在缠绕线圈上，有效防止高压软管的缠绕，延长高压软管使用寿命，提高施工安全性。

为了实现高压水的自动供应，本发明设置的高压水供应装置为高压泵车，高压泵车的控制箱内设有控制驱动电机的电路控制系统和信号处理系统，储能箱内部设有压力传感器，当储能箱内水压低于控制箱所设定的压力时，控制箱自动控制驱动电机驱动增压器工作，为储能箱增加水压；而当储能箱内水压达到设定压力时，增压器停止工作。储能箱同时为高压水提供储能空间，如此可提前将普通水加压至本发明装置需要压力的高压水进行储存，从而为本发明装置工作提供充足的符合要求的高压水。

本发明与现有技术相比所产生的有益效果是：本发明通过将高压水输送到高压切割钻头并与同样被输送到高压切割钻头的硬质砂混合，形成高压水射流，并利用该高压水射流对漂石进行切割破碎，能有效处理旋挖钻孔中的漂石，解决跳钻事故，防止钻孔跑偏，提高成孔施工效率及钻孔垂直度，为桩孔质量提供了有效的技术措施。

附图说明

图1为本发明装置与旋挖桩机结合的结构示意图。

图2为本发明装置的切石旋挖钻头剖面图。

图3为本发明装置的切石旋挖钻头的俯视图。

图4为本发明装置的高压泵车结构示意图。

图5为本发明装置的防缠绕器剖面示意图。

图6为本发明装置的防缠绕器的俯视图。

其中图中标记为，1-切石旋挖钻头；2-高压软管；3-高压泵车；4-防缠绕器；5-旋挖桩机；6-漂石；7-高压切割钻头；8-高压水导管；9-硬质砂导管；10-高压水箱；11-硬质砂砂箱；12-连接方；13-主钻轴；14-定位杆；15-支杆；16-护罩；17-箱盖；18-控制箱；19-驱动电机；20-水箱；21-增压器；22-储能箱；23-车体；24-上盖；25-储能仓；26-壳体；27-缠绕线圈；28-压紧螺栓；29-压紧块；30-密封螺栓；31-旋挖桩机钻杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1至图4所示，一种与旋挖桩机结合的处理漂石的高压水射流装置，包括切石旋挖钻头1、高压软管2、高压泵车3。切石旋挖钻头1通过连接方12设置在旋挖桩机钻杆31上，所述切石旋挖钻头1与高压软管2的一端连接，高压软管2向切石旋挖钻头1内输送高压水；高压软管2相对应的另一端连接高压泵车3。

所述高压软管2为钢丝增强聚氨酯软管，在切石旋挖钻头1和高压泵车3之间通过高压软管2连接，并输送高压水介质。

所述连接方12与普通旋挖钻头连接方尺寸相同，并与旋挖桩机钻杆31接头相匹配。

所述切石旋挖钻头1内设置有高压切割钻头7、输送高压水的高压水导管8和输送硬质砂的硬质砂导管9；所述高压水导管8输送高压水至高压切割钻头7，同时硬质砂导管9输送硬质砂至高压切割钻头7，在高压切割钻头7处高压水和硬质砂混合形成高压水射流，所述切石旋挖钻头1跟随旋挖桩机钻杆31旋转并利用该高压水射流对漂石进行切割。

所述切石旋挖钻头1包括主钻轴13，该主钻轴13布置在切石旋挖钻头1中央位置，在主钻轴13上均匀地设置了若干定位杆14，主钻轴13上部连接高压水箱10和硬质砂砂箱11并穿过高压水箱10和硬质砂砂箱11；所述高压切割钻头7固定在所述定位杆14的末端，在每个定位杆14的外侧沿该定位杆14设置硬质砂导管9，该硬质砂导管9上端连接到硬质砂砂箱11，下端连接高压切割钻头7；在每个定位杆14相对应的另外一侧沿该定位杆14设置高压水导管8，所述高压水导管8下端连接高压切割钻头7，上端连接到高压水箱10。此处，定义定位杆14远离主钻轴13的一侧为外侧，则定位杆14相对应的另外一侧为定位杆14靠近主钻轴13的一侧。

高压水箱10和硬质砂砂箱11分别为高压水和硬质砂提供临时储藏空间。高压水导管8和硬质砂导管9分别为高压水和硬质砂提供输送通道。

所述高压水导管8为钢丝增强聚氨酯软管，它具有一定的柔韧性，高压水导管8的上端连接到高压水箱10上的导管接口，下端连接到高压切割钻头7的入水孔道。

所述硬质砂导管9为耐磨喷砂胶管，它具有一定的柔韧性，上端连接到硬质砂砂箱11上的导管接口，下端连接到高压切割钻头7的入砂孔道。

所述高压切割钻头7横截面为圆形，从根部到喷嘴横截面半径逐渐变小。高压切割钻头7内部设有主流水道，主水流道为锥形，其根部截面半径大，喷嘴处截面半径小。所述主流水道在根部位置处与入水孔道连接，在主水流道侧部处与入砂孔道连接，最下部与喷嘴连接。所述碰嘴由蓝宝石制成，喷嘴直径为0.8mm～1.0mm。

所述高压切割钻头7外围设置护罩16，该护罩16为回字形，由8mm厚钢板制成，起防护高压切割钻头7的功能。

本实施例中，所述硬质砂为石榴砂或者金刚砂。定位杆14的数量≥1，本实施例中，设置的定位杆14的数量为二。当使用石榴砂时，硬质砂砂箱11是半径为20cm的半圆形箱体，壁厚1cm左右，硬质砂砂箱11顶部设有直径为5cm的圆形箱盖17、底部设有硬质砂砂箱11导管接口，导管接口端一分为二，供两侧硬质砂导管9连接。箱盖17为硬质砂砂箱11提供密封作用。

所述高压水箱10是半径为20cm的半圆形箱体，壁厚1cm左右。高压水箱10顶部设有高压软管接口；其底部设有一个导管接口，供一侧高压水导管8接入；另一侧的高压水导管8连接到穿越主钻轴13及石榴砂箱内部的导管接口上。

所述主钻轴13的断面为正方形，布置在切石旋挖钻头1中央位置，连接方12的下部，并穿越石榴砂箱11和高压水箱10，且在高压水箱10底部位置。

所述主钻轴13与每个定位杆14之间设置支杆15，该支杆15可在主钻轴13上上下滑动，通过支杆15在主钻轴13上的滑动实现定位杆14的定位，当主钻轴13向下滑动时，定位杆14张开，高压切割钻头7的作业半径扩大，反之高压切割钻头7的作业半径缩小。

该主钻轴13不仅为支杆15提供上下滑动的滑道，其次，主钻轴13还为支杆15的旋转提供支点。

所述支杆15结构断面为圆形，支杆15的两端设有旋转扣件，支杆15通过旋转扣件与主钻轴13和定位杆14连接。

所述定位杆14断面为正方形，定位杆14两端设有旋转扣件，一端通过旋转扣件与主钻轴13连接，另外一端通过旋转扣件与高压切割钻头7连接。

进一步地，通过高压水供应装置提供所述高压水。所述高压水供应装置为高压泵车3，该高压泵车3包括控制箱18，该控制箱18通过电路连线与驱动电机19的接线盒连接，驱动电机19的转子轴承与增压器21的输入轴轴承连接。增压器21顶部设置水箱20，并通过输水管与增压器21的进水接口相连，增压器21相对应的另一端通过高压输水管连接储能箱22。所述储能箱22内设有压力传感器，储能箱22下部连接高压软管2；所述控制箱18内部设有驱动电机19电路控制系统和信号处理系统用于控制驱动电机19的启停；所述增压器21是超高压柱塞泵增压器。

所述控制箱18外观为长方体，内部设有控制驱动电机19的电路控制系统和信号处理系统，电路控制系统可实现驱动电机19的启停，信号处理系统接收并处理储能箱22内的压力传感器的压力信号，信号处理系统通过对电路系统的控制可实现对驱动电机19的启停。

同时控制箱18外部设有电机启停开关、储能箱22压力调节开关和电源连接线，电机启停开关连接到电路控制系统，储能箱22压力调节开关连接至信号处理系统，通过储能箱22压力调节开关、信号处理系统、电路控制系统可实现对驱动电机19的控制。

所述驱动电机19是伺服步进电机，通过转子在控制箱18的自动控制下，驱动电机19驱动增压器21工作，为储能箱22增加水压；当达到设定压力时，增压器21停止工作。储能箱22下部设有高压软管2接口。

所述水箱20为圆柱体空腔，为增压器21供水提蓄水空间。水箱20顶部设有入水口，为水箱20提供加水通道；底部设有出水口，水箱20出水口和增压器21进水口通过塑料软管连接。

该高压泵车3设置在车体23上，车体23为驱动电机19、增压器21、水箱20、储能箱22和控制箱18提供固定平台，同时为其运输提供条件。

车体23由面板、车架和轮组构成，面板由钢板制成，面板由钢板制成，车架由钢管焊接制成，轮组由轴承和充气轮胎组成。

实施例2

如图1、图5至图6所示，为了防止高压软管缠绕旋挖桩机钻杆31，将所述高压软管2缠绕在防缠绕器4上。

所述防缠绕器4通过压紧螺栓28固定在旋挖桩机钻杆31上并高于地面一定高度。防缠绕器4包括壳体26，所述壳体26为防缠绕器4的骨架结构，通过压紧螺栓28的伸长和缩短实现壳体26在挖桩机钻杆31上的固定和松开。在该壳体26的上部设置有储能仓25，该储能仓25的下方且壳体26的下部设置缠绕线圈27，高压软管2缠绕在该缠绕线圈27上并连接在储能仓25的底端。

所述储能仓25和缠绕线圈27的断面均为环状结构，其中储能仓25主要为高压水提供临时储能空间，其下部设有高压软管2接口。所述缠绕线圈27为高压软管2提供缠绕空间，当旋挖桩机钻杆31伸长时，将缠绕线圈27上的高压软管2释放伸长；当旋挖桩机钻杆31缩短时，将高压软管2缠绕在缠绕线圈27上。通常，可通过人工将高压软管2缠绕线圈27上从释放或者缠绕在缠绕线圈27上。

所述储能仓25顶部设有上盖24，该上盖24断面为圆环状，是储能仓25的密封盖，位于储能仓25顶部。在上盖24下部的储能仓25内设有高压密封圈；上盖24顶部设有高压软管2接口，高压软管2连接在上盖24与高压水供应装置之间。

该上盖24通过压紧块29和密封螺栓30固定在壳体26上，同时，上盖24与壳体26之间可绕旋挖桩机钻杆31的中心轴相互旋转，在旋挖桩机钻杆31旋转时，壳体26、储能仓25、缠绕线圈27及连接切石旋挖钻头1的高压软管2与挖桩机钻杆31同步转动，而上盖24、压紧块29、密封螺栓30则静止不动，不跟随挖桩机钻杆31旋转。

实施例3

另一方面，本发明还提出了一种使用上述处理漂石的高压水射流装置来处理漂石的方法，当使用旋挖桩机5成孔遇到漂石时，旋挖桩机5提升钻管，然后使用本发明装置进行漂石处理。

在上述两个实施例的基础上，首先将连接方12与旋挖桩机钻杆31连接，也即将切石旋挖钻头1安装在旋挖桩机钻杆31上，并在石榴砂箱内装满石榴砂。根据桩孔直径大小调节主钻轴13，使定位杆14的作业半径略小于桩孔半径，之后操作旋挖桩机5下放下放旋挖桩机钻杆31及切石旋挖钻头1，当切石旋挖钻头1的护罩16接触到漂石时，停止下放，将旋挖桩机钻杆31向上提升8cm～10cm。

然后启动高压泵车3将普通水增压至200mpa～300mpa并通过高压软管2输送至高压切割钻头7，此时在高压水吸力的作用下，硬质砂通过硬质砂导管9输送至高压切割钻头7并与高压水混合形成高压水射流，切石旋挖钻头1跟随旋挖桩机钻杆31旋转对漂石进行切割。切石旋挖钻头1旋转切割1～2圈后，提升切石旋挖钻头1至地表，调节主钻轴13，缩小定位杆14的作业半径，重复以上流程继续对漂石切割。

漂石破碎到一定程度后，旋挖桩机改用普通钻头提升碎石，完成桩孔内漂石的处理。此时提升旋挖桩机钻杆31，跟换切石旋挖钻头1，下放常规钻头取出破碎的漂石。

进一步地，所述防缠绕器4按如下方式工作。在安装切石旋挖钻头1之前，首先把防缠绕器4从旋挖桩机钻杆31的头部位置套入，在旋挖桩机钻杆31慢慢下放到桩孔时，使用钢管或者钢筋将防缠绕器4抬于地表，同时将缠绕线圈27上的高压软管2跟随切石旋挖钻头1一起下放；旋挖桩机钻杆31下放至切石旋挖钻头1工作位置时，抬高防缠绕器4，使其距离地表30cm～50cm，并稍微拉紧高压软管2。然后拧紧压紧螺栓28，把防缠绕器4固定在旋挖桩机钻杆31上，安装完毕。

当高压泵车3工作时，高压水通过高压软管2输送至储能仓25，并经储能仓25往下输送至高压水箱10。当旋挖桩机钻杆31旋转时，壳体26、储能仓25、缠绕线圈27及其下部高压软管2跟随旋挖桩机钻杆31一起旋转，但上盖24及其上方的高压软管2则静止不动，不跟随旋挖桩机钻杆31旋转。

在旋挖桩机钻杆31提升前，松开压紧螺栓28，防缠绕器4不再固定在旋挖桩机钻杆31上，旋挖桩机钻杆31即可提升，同时将防缠绕器4下部的高压软管2跟随旋挖桩机钻杆31一起提升至地表。

进一步地，所述高压泵车3按如下方式工作。首先，接入电源，打开控制箱18上的启动开关，在电路控制系统的作用下驱动电机19启动并工作，同时增压器21在驱动电机19的作用下也开始工作，水箱20为增压器21提供水源，增压器21输出的高压水储存至储能箱22。

调节储能箱22压力调节开关，将高压水压设置到200mpa～300mpa。设置的压力信号将传输至信号处理系统，信号处理系统根据储能箱22内的压力信号分析处理，当水压大于设定压力时，驱动电机19停止工作，当水压低于设定压力时，驱动电机19重新启动工作。储能箱22内的高压水达到设定压力时，通过高压软管2输送至高压切割钻头7。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，仍然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。