一种用于抵抗斜硬岩层的冲锤钻头的制作方法

1.本发明属于冲孔灌注桩技术领域，具体涉及一种用于抵抗斜硬岩层的冲锤钻头。


背景技术：

2.冲孔灌注桩虽然在各类地层都具有广泛的适用性，但是用于成孔的冲击钻机的重钻头（重钻头带有钻刃，又称为冲锤）在入岩遇到坚硬倾斜岩层时，由于钻头易沿斜面冲进，孔底发生桩位偏移，造成桩身质量不合格，桩基承载力也受到影响。
3.虽然常见处理措施是：通过回填片石重新冲进，但是见效甚微，再次冲到倾斜硬岩层时依旧容易偏移，需要频繁多次重复回填片石复冲措施，对于材料和工期造成极大影响。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有冲锤钻头在冲击倾斜硬岩层时需要多次回填片石以及重复冲击钻进而导致施工周期长、施工成本高的问题，而提供一种用于抵抗斜硬岩层的冲锤钻头。
5.为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于抵抗斜硬岩层的冲锤钻头，包括冲锤本体，所述冲锤本体具有呈“十”字刃的冲锤底面，其特征在于，所述冲锤底面上安装有至少一层合金块层，每一层合金块层均包括4块合金块，4块合金块沿着“十”字刃的方向排布，每一层合金块层上的合金块的下端面朝向冲锤底面外边沿侧的转角处与冲锤底面的外边沿形成的夹角与地层中的倾斜硬岩层的倾角相同，每一层合金块中的各个合金块的长度小于冲锤底面的半径。
6.在一些实施例中，合金块层中的合金块的宽度小于等于“十”字刃最窄处的宽度。
7.在一些实施例中，当冲锤底面上安装有至少两层合金块层时，各层合金块层沿着冲锤底面从上至下依次排列；并且上方的合金块层中的各个合金块的长度大于下方的合金块层中的各个合金块的长度。
8.在一些实施例中，当地层中的倾斜硬岩层的倾角为α<10
°
，且冲锤底面半径r>270mm时，冲锤底面安装有一层合金块层。
9.在一些实施例中，当地层中的倾斜硬岩层的倾角为10
°
<α<20
°
，且冲锤底面半径r>270mm时，冲锤底面从上至下安装有两层合金块层。
10.在一些实施例中，当地层中的倾斜硬岩层的倾角为20
°
<α<30
°
，且冲锤底面半径r>260mm时，冲锤底面从上至下安装有三层合金块层。
11.在一些实施例中，当冲锤底面从上至下安装有三层合金块层时，最上层的合金块层中的各个合金块的宽度大于中间层的合金块层中的各个合金块的宽度，中间层的合金块层中的各个合金块的宽度大于等于最下层的合金块层中的各个合金块的宽度。
12.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的用于抵抗斜硬岩层的冲锤钻头，能增加十字刃的入岩能力，合金块使钻头更“尖锐”，相同的冲击动能下，冲击强度变高，能预先使岩层破碎开口；遇倾斜的岩性界
仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
20.结合附图，本发明的用于抵抗斜硬岩层的冲锤钻头，包括冲锤本体3，所述冲锤本体3具有呈“十”字刃的冲锤底面1，其特征在于，所述冲锤底面1上安装有至少一层合金块层，每一层合金块层均包括4块合金块2，4块合金块2沿着“十”字刃的方向排布，每一层合金块层上的合金块2的下端面朝向冲锤底面1外边沿侧的转角处与冲锤底面1的外边沿形成的夹角与地层中的倾斜硬岩层6的倾角相同，每一层合金块中的各个合金块2的长度小于冲锤底面1的半径。
21.在一些实施例中，合金块层中的合金块2的宽度小于等于“十”字刃最窄处的宽度。
22.在一些实施例中，当冲锤底面1上安装有至少两层合金块层时，各层合金块层沿着冲锤底面1从上至下依次排列，上方的合金块层中的各个合金块2的长度大于下方的合金块层中的各个合金块2的长度。
23.结合附图1，在一些实施例中，当地层中的倾斜硬岩层的倾角为α<10
°
，且冲锤底面半径r>270mm时，冲锤底面安装有一层合金块层。
24.结合附图，在一些实施例中，当地层中的倾斜硬岩层的倾角为10
°
<α<20
°
，且冲锤底面半径r>270mm时，冲锤底面从上至下安装有两层合金块层。
25.结合附图3，当地层中的倾斜硬岩层的倾角为20
°
<α<30
°
，且冲锤底面半径r>260mm时，冲锤底面从上至下安装有三层合金块层。
26.在一些实施例中，当冲锤底面1从上至下安装有三层合金块层时，最上层的合金块层（即附图3b中的第三层合金块层03）中的各个合金块2的宽度大于中间层（即附图3b中的第二层合金块层02）的合金块层中的各个合金块2的宽度，中间层的合金块层中的各个合金块2的宽度大于等于最下层的合金块层（即附图3b中的第一层合金块层01）中的各个合金块的宽度。
27.本发明的用于抵抗斜硬岩层的冲锤钻头，能增加十字刃的入岩能力，合金块使钻头更“尖锐”，相同的冲击动能下，冲击强度变高，能预先使岩层破碎开口；遇倾斜的岩性界面时，能增大集中受力区域（附图4a与附图4b的对比，本发明冲锤底面安装有合金块层时，受力区域7的面积比现有技术的受力区域7面积更大），使集中受力点靠近钻头轴线中心，减少了因受力不均导致的钻头偏转和能效的降低；入岩冲进时，合金块耐磨损，承受了绝大部分的磕碰作用，能有效保护十字刃。因此，本发明能够解决倾斜硬岩层中容易出现偏孔的问题，并具有冲进快速、高效、经济的碎岩能力。
28.其中，本发明的第一层合金块01的各个合金块2的长度固定设计为100mm最为合理，当倾斜硬岩层的倾斜α、以及合金块2的的厚度d确定时，缩短距离e=d/tanα，第二层合金块层02中的各个合金块2的长度b=a+e，第三层合金块层03中的各个合金块2的长度c=b+e。
29.传统技术在冲锤底面加焊合金块时，合金块的加焊位置并未进行计算，只有快速入岩的能力，只对微倾斜（<10
°
）的岩层有效，并且材料和效果未最大化。但实际现场施工过程中，岩层倾角普遍都在5~30
°
，个别超过30
°
，因此依据倾斜硬岩层的倾角和钻头底受力情
况，合理选用多层合金块，并科学计算其焊接位置。从而充分发挥合金块的作用。
30.本发明的冲锤钻头在极度倾斜（>30
°
）的地层不适用。根据原理要求，当倾斜硬岩层的倾角α大于30
°
，对合金块层的层数或厚度要求变高，随着层数或厚度的增加，合金块层整体的焊接稳定性及抗弯折能力降低。故最大限度的增厚层设计应控制在三层以内，且总厚度不应超过120mm。