一种大直径深长桩施工孔的孔壁加固结构的制作方法

1.本发明涉及一种大直径深长桩施工孔的孔壁加固结构，属于建筑施工设备技术领域。


背景技术：

2.在打桩孔时需要考虑到建筑工地四周的土壤特性，并采用泥浆护壁或是钢护筒的方式来保证孔壁的稳定性，然而在实际施工过程中，由于各种因素的影响还是会出现塌孔的情况。
3.公开号为cn110952929a的中国专利文献，公开了一种具有孔壁夯实功能的跟管钻进系统，当钻杆转动且套管跟进时，连接筒会伴随套管跟进向孔内滑动，由于钻杆转动时会带动旋转部旋转，因此旋转部可带动球面凸起周向转动；在弹簧的作用下，球面凸起是凸出连接筒外壁的，因此球面凸起伴随旋转部转动过程中可以对孔壁进行挤压夯实，从而在后期拔除套管的过程中不易产生踏孔。
4.该跟管钻进系统在孔壁形状较为规则时对孔壁具有良好的夯实功能；但是，当孔壁形状因地质条件影响较为不规则，或已出现轻微坍塌情况时，由于球面凸起在钻杆的径向行程有限，难以与孔壁接触，导致其无法起到夯实孔壁的作用。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种大直径深长桩施工孔的孔壁加固结构。
6.本发明通过以下技术方案得以实现：
7.一种大直径深长桩施工孔的孔壁加固结构，包括转动轴和钻头，所述钻头通过安装架与转动轴连接，所述安装架上活动设有若干个孔壁加固机构，且孔壁加固机构可以沿钻头的径向移动。
8.所述安装架的纵截面形状呈工字形，若干个孔壁加固机构均布在安装架上，安装架上沿径向设有限位滑轨，孔壁加固机构的两端分别通过橡胶塞与限位滑轨滑动连接。
9.所述孔壁加固机构包括弹性震动壳体和配重球，配重球位于弹性震动壳体内，且配重球通过若干根支撑弹杆与弹性震动壳体的内壁连接。
10.所述弹性震动壳体内在安装架的顶部和底部对应设有空心柱，配重球的上下侧均通过传动杆和限位板与空心柱滑动连接。
11.所述安装架的底部在空心柱的内侧设有往复顶升组件，且往复顶升组件上通过缓冲弹簧连接有缓冲塞，缓冲塞与空心柱滑动连接，传动杆通过若干根推拉杆与弹性震动壳体的内壁转动连接，弹性震动壳体的内壁上在与配重球等高程的位置均布设有若干个限位组件，限位组件包括弹性片和若干个并排布置的震动弹簧，震动弹簧的两端分别通过支撑杆与弹性片和弹性震动壳体连接。
12.所述安装架的顶部在空心柱的内侧设有储料囊，弹性震动壳体的外壁上均布设有若干个喷料架，喷料架的一端通过导料管与储料囊连接，且导料管上靠近喷料架的一端设
有单向阀，喷料架的另一端设有喷头，且喷头上设有滤网。
13.所述喷料架内均布设有若干个防堵部件，防堵部件包括压力感应组件和穿刺组件，穿刺组件通过转向杠杆与压力感应组件活动连接。
14.所述压力感应组件包括检测塞，检测塞的一侧设有导动杆，并通过若干个并排布置的复位弹簧与喷料架的内壁连接，且复位弹簧的中轴线沿喷料架的径向布置，穿刺组件包括顶出针头、安装板和转向板，顶出针头的外圆面上设有放料槽，安装板与喷料架滑动连接，安装板的一侧通过转向杠杆与导动杆转动连接，另一侧通过紧固架、蓄力弹簧和蓄力块与顶出针头连接，转向板设在喷料架的内壁上，其一侧通过斜面a与蓄力块上的斜面b滑动连接。
15.所述孔壁加固机构还包括检测触点、警报触点和控制器，检测触点通过连接杆与配重球的上部连接，安装架的顶部设有无线发射模块，并在与检测触点相对应的位置设有警报触点，控制器与无线发射模块、检测触点和警报触点电性连接。
16.所述安装架的顶部设有座块，且座块上设有压力传感器，压力传感器与控制器电性连接，警报触点上远离检测触点的一侧通过多根滑杆与座块滑动连接，并通过收缩弹簧与压力传感器连接。
17.本发明的有益效果在于：
18.1、在钻孔过程中，各孔壁加固机构会在离心力和碰撞作用下不断击打和夯实孔壁；同时，由于孔壁加固机构与安装架滑动连接，使得孔壁加固机构击打、夯实孔壁的过程更为灵活，基本不受孔壁形状等条件限制。
19.2、孔壁加固机构通过橡胶塞与限位滑轨紧密贴合，避免外部泥浆灌入到弹性震动壳体内，达到保护弹性震动壳体内侧零部件的目的。
20.3、可以向地面控制中心发送警报信号和压力值，方便工作人员分析孔壁稳定性、掌握孔壁坍塌程度，并采取措施及时进行补救。
21.4、直线电机启动后，弹性震动壳体会反复胀大和收缩，以快速击打孔壁，将坍塌处的孔壁快速夯实，防止出现因塌孔进一步恶化导致重新打孔的严重情况。
22.5、直线电机启动后，配重球上方的限位板会挤压储料囊，使存储在储料囊内的浆料经导料管、单项阀、喷料架和喷头后喷出，以调节弹性震动壳体外侧泥浆的浓度，进而使泥浆护壁更加稳固。
23.6、当滤网被泥土堵塞时，顶出针头会及时刺穿滤网，使喷料架内的浆料能够正常喷出。
24.7、在钻孔过程中，利用钻孔离心力及弹性震动壳体的碰撞惯性，达到不断击打夯实孔壁的目的；还可以启动直线电机驱使弹性震动壳体胀大和收缩，以提高弹性震动壳体对孔壁的打击频率和打击力度，使孔壁得到有效夯实；同时，直线电机启动后会使浆液喷出，以调节弹性震动壳体外侧泥浆浓度，浆液为掺速凝剂的水泥浆，其被弹性震动壳体击打附着到孔壁上后，能够大大提高孔壁的加固速度和加固效果；此外，是否启动直线电机和喷浆，根据孔壁坍塌情况而定，使用灵活性好，有助于降低蓄电池能耗和水泥使用量。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图；
26.图2为本发明的安装架和孔壁加固机构的装配结构示意图；
27.图3为图2在a处的局部示意图；
28.图4为图2在c处的局部示意图；
29.图5为本发明的喷料架、喷头和防堵部件的装配结构示意图；
30.图6为图5在b处的局部示意图。
31.图中：1-转动轴，2-安装架，3-弹性震动壳体，4-钻头，5-橡胶塞，6-限位滑轨，7-配重球，8-支撑弹杆，9-传动杆，10-限位板，11-空心柱，12-储料囊，13-导料管，14-喷料架，15-单向阀，16-喷头，17-检测塞，18-导动杆，19-复位弹簧，20-转向杠杆，21-安装板，22-紧固架，23-蓄力弹簧，24-蓄力块，25-顶出针头，26-转向板，27-放料槽，28-连接杆，29-检测触点，30-警报触点，31-座块，32-收缩弹簧，33-弹性片，34-支撑杆，35-震动弹簧，36-缓冲塞，37-缓冲弹簧，38-往复顶升组件。
具体实施方式
32.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
33.如图1至图6所示，本发明所述的一种大直径深长桩施工孔的孔壁加固结构，包括转动轴1和钻头4，所述钻头4通过安装架2与转动轴1连接，所述安装架2上滑动安装有多个孔壁加固机构，且孔壁加固机构可以沿钻头4的径向移动。在钻孔过程中，转动轴1通过安装架2带动钻头4转动，各孔壁加固机构会在离心力的作用下击打孔壁，由于孔壁加固机构与安装架2滑动连接，其与孔壁碰撞后会回退一定距离，然后再次在离心力作用下击打孔壁，周而复始以夯实孔壁。同时，由于孔壁加固机构与安装架2滑动连接，使得孔壁加固机构击打、夯实孔壁的过程基本不受孔壁形状等条件限制。
34.所述安装架2的纵截面形状呈工字形，多个孔壁加固机构均布在安装架2上，安装架2上沿径向安装有限位滑轨6，孔壁加固机构的两端分别通过橡胶塞5与限位滑轨6滑动连接。孔壁加固机构通过橡胶塞5与限位滑轨6紧密贴合，避免外部泥浆灌入到弹性震动壳体3内，达到保护弹性震动壳体3内侧零部件的目的。
35.所述孔壁加固机构包括弹性震动壳体3和配重球7，配重球7位于弹性震动壳体3内，且配重球7通过两根支撑弹杆8与弹性震动壳体3的内壁连接。在弹性震动壳体3击打孔壁的同时，配重球7会在惯性作用下发生振动，并通过支撑弹杆8将振动传递给弹性震动壳体3，弹性震动壳体3会进一步将振动传导至孔壁外部的泥土中，从而将孔壁四周的土壤夯实，以提高孔壁的稳定性，同时这个振动也会击打孔中的泥浆与泥浆护壁，从而使得泥浆形成的护壁更加的坚固。
36.所述弹性震动壳体3内在安装架2的顶部和底部对应安装有空心柱11，配重球7的上下侧均通过传动杆9和限位板10与空心柱11滑动连接。通过传动杆9、限位板10和空心柱11对配重球7进行限位，使其只能在转动轴1的轴向做往复直线运动。
37.所述安装架2的底部在空心柱11的内侧安装有往复顶升组件38，且往复顶升组件38上通过缓冲弹簧37连接有缓冲塞36，缓冲塞36与空心柱11滑动连接，传动杆9通过多根推拉杆与弹性震动壳体3的内壁转动连接；弹性震动壳体3的内壁上在与配重球7等高程的位置均布安装有多个限位组件，限位组件包括弹性片33和两个并排布置的震动弹簧35，震动弹簧35的两端分别通过支撑杆34与弹性片33和弹性震动壳体3连接。在使用时，往复顶升组
件38为直线电机，直线电机与蓄电池、控制器电性连接，直线电机的输出轴通过缓冲弹簧37与缓冲塞36连接。在钻孔过程中，直线电机驱使限位板10、传动杆9和配重球7做上下直线往复运动，配重球7通过支撑弹杆8驱使弹性震动壳体3反复胀大和收缩，同时传动杆9通过多根推拉杆驱使弹性震动壳体3反复胀大和收缩，以快速击打孔壁，能够将坍塌处的孔壁快速夯实，防止出现因塌孔进一步恶化导致重新打孔的严重情况。通过限位组件配合配重球7对弹性震动壳体3的收缩程度进行限位，以保护安装在弹性震动壳体3内侧的零部件。
38.所述安装架2的顶部在空心柱11的内侧安装有储料囊12，弹性震动壳体3的外壁上均布安装有多个喷料架14，喷料架14的一端通过导料管13与储料囊12连接，且导料管13上靠近喷料架14的一端安装有单向阀15，喷料架14的另一端安装有喷头16，且喷头16上安装有滤网。通过滤网进行过滤，避免大体积石子、泥块等进入喷料架14，通过单向阀15进行截流，防止泥浆倒灌到导料管13中。在直线电机驱使限位板10、传动杆9和配重球7做上下直线往复运动时，配重球7上方的限位板10会挤压储料囊12，使存储在储料囊12内的浆料注入导料管13中，然后经单项阀15进入喷料架14，最后从喷头16喷出，以调节弹性震动壳体3外侧泥浆的浓度，进而使泥浆护壁更加稳固。
39.所述喷料架14内均布安装有多个防堵部件，防堵部件包括压力感应组件和穿刺组件，穿刺组件通过转向杠杆20与压力感应组件活动连接。
40.所述压力感应组件包括检测塞17，检测塞17的一侧安装有导动杆18，并通过两个并排布置的复位弹簧19与喷料架14的内壁连接，且复位弹簧19的中轴线沿喷料架14的径向布置；穿刺组件包括顶出针头25、安装板21和转向板26，顶出针头25的外圆面上加工有放料槽27，安装板21与喷料架14滑动连接，安装板21的一侧通过转向杠杆20与导动杆18转动连接，另一侧通过紧固架22、蓄力弹簧23和蓄力块24与顶出针头25连接，转向板26安装在喷料架14的内壁上，其一侧通过斜面a与蓄力块24上的斜面b滑动连接。如图5和图6所示，当滤网被泥土堵塞时，随着储料囊12中的浆料仍然经导料管13持续进入喷料架14，喷料架14内的压强会逐步增大，喷料架14内的浆液会推动检测塞17克服复位弹簧19的作用向远离喷料架14中轴线的方向移动，同时导动杆18通过转向杠杆20推安装板21向靠近滤网的方向移动(初始状态下，转向杠杆20与导动杆18的连接点相比转向杠杆20与安装板21的连接点，更为靠近喷料架14的中轴线)，蓄力弹簧23被逐渐压缩，蓄力块24也逐渐向靠近滤网的方向滑动，并在斜面a和斜面b的作用下，使顶出针头25的针尖逐渐向靠近喷料架14中轴线的方向偏转，当蓄力块24与转向板26分离的瞬间，蓄力弹簧23的弹性势能得到释放，从而推动顶出针头25刺穿滤网，喷料架14内的浆液便可通过顶出针头25上的放料槽27喷出，并在喷出的过程中逐步冲开堵塞在滤网上的泥土，使浆料能够正常喷出，以调节弹性震动壳体3外侧的泥浆浓度。而当喷料架14内的压强减小后，检测塞17和穿刺组件在复位弹簧19的作用下逐渐复位。
41.所述孔壁加固机构还包括检测触点29、警报触点30和控制器，检测触点29通过连接杆28与配重球7的上部连接，安装架2的顶部安装有无线发射模块，并在与检测触点29相对应的位置安装有警报触点30，控制器与无线发射模块、检测触点29和警报触点30电性连接。在使用时，安装架2上在弹性震动壳体3的内侧还安装有蓄电池，通过蓄电池为控制器和直线电机等供电。在钻孔过程中，当孔壁出现坍塌情况时，坍塌掉落的土壤会挤压弹性震动壳体3，使弹性震动壳体3收缩，进一步使配重球7、连接杆28和检测触点29向上移动，当检测
触点29与警报触点30接触后，控制器会通过无线发射模块向地面无线接收模块发送警报信号，然后传输给控制中心。
42.所述安装架2的顶部安装有座块31，且座块31上安装有压力传感器，压力传感器与控制器电性连接，警报触点30上远离检测触点29的一侧通过多根滑杆与座块31滑动连接，并通过收缩弹簧32与压力传感器连接。当检测触点29与警报触点30接触后，如果塌孔进一步恶化，弹性震动壳体3会进一步收缩，配重球7、连接杆28和检测触点29继续向上移动，检测触点29通过警报触点30和收缩弹簧32向上推压力传感器，压力传感器将压力值实时传输给控制器，控制器通过无线发射模块将压力值传输给地面无线接收模块，然后传输给控制中心，方便工作人员分析孔壁稳定性、掌握孔壁坍塌程度，并采取措施及时进行补救。
43.本发明所述的大直径深长桩施工孔的孔壁加固结构，其工作原理如下：
44.在钻孔过程中，转动轴1通过安装架2带动钻头4转动，各孔壁加固机构会在离心力的作用下击打孔壁，由于孔壁加固机构与安装架2滑动连接，其与孔壁碰撞后会回退一定距离，然后再次在离心力作用下击打孔壁，周而复始以夯实孔壁。同时，由于孔壁加固机构与安装架2滑动连接，使得孔壁加固机构击打、夯实孔壁的过程基本不受孔壁形状等条件限制。
45.当孔壁出现坍塌情况时，坍塌掉落的土壤会挤压弹性震动壳体3，使弹性震动壳体3收缩，同时配重球7、连接杆28和检测触点29会向上移动，当检测触点29与警报触点30接触后，控制器会通过无线发射模块向地面无线接收模块发送警报信号，然后传输给控制中心(如中央控制系统等)。与此同时，如果塌孔进一步恶化，检测触点29会通过警报触点30和收缩弹簧32向上推压力传感器，压力传感器将压力值实时传输给控制器，控制器通过无线发射模块将压力值传输给地面无线接收模块，然后传输给控制中心。
46.地面工作人员接收到警报信号和压力值后，即可无线启动直线电机，直线电机驱使限位板10、传动杆9和配重球7做上下直线往复运动，配重球7通过支撑弹杆8驱使弹性震动壳体3反复胀大和收缩，同时传动杆9通过多根推拉杆驱使弹性震动壳体3反复胀大和收缩，以快速击打孔壁，将坍塌处的孔壁快速夯实，防止出现因塌孔进一步恶化导致重新打孔的情况。此外，配重球7上方的限位板10会挤压储料囊12，使存储在储料囊12内的浆料注入导料管13中，然后经单项阀15进入喷料架14，最后从喷头16喷出，以调节弹性震动壳体3外侧泥浆的浓度，进而使泥浆护壁更加稳固。
47.当滤网被泥土堵塞时，随着储料囊12中的浆料仍然经导料管13持续进入喷料架14，喷料架14内的压强会逐步增大，喷料架14内的浆液会推动检测塞17克服复位弹簧19的作用向远离喷料架14中轴线的方向移动，同时导动杆18通过转向杠杆20推安装板21向靠近滤网的方向移动，蓄力弹簧23被逐渐压缩，蓄力块24也逐渐向靠近滤网的方向滑动，并在斜面a和斜面b的作用下，使顶出针头25的针尖逐渐向靠近喷料架14中轴线的方向偏转，当蓄力块24与转向板26分离的瞬间，蓄力弹簧23的弹性势能得到释放，从而推动顶出针头25刺穿滤网，喷料架14内的浆液便可通过顶出针头25上的放料槽27喷出，并在喷出的过程中逐步冲开堵塞在滤网上的泥土，使浆料能够正常喷出，以正常调节弹性震动壳体3外侧的泥浆浓度。而当喷料架14内的压强减小后，检测塞17和穿刺组件在复位弹簧19的作用下逐渐复位。
48.本发明提供的大直径深长桩施工孔的孔壁加固结构，其有益效果如下：
49.1、在钻孔过程中，各孔壁加固机构会在离心力和碰撞作用下不断击打和夯实孔壁；同时，由于孔壁加固机构与安装架2滑动连接，使得孔壁加固机构击打、夯实孔壁的过程更为灵活，基本不受孔壁形状等条件限制。
50.2、孔壁加固机构通过橡胶塞5与限位滑轨6紧密贴合，避免外部泥浆灌入到弹性震动壳体3内，达到保护弹性震动壳体3内侧零部件的目的。
51.3、可以向地面控制中心发送警报信号和压力值，方便工作人员分析孔壁稳定性、掌握孔壁坍塌程度，并采取措施及时进行补救。
52.4、直线电机启动后，弹性震动壳体3会反复胀大和收缩，以快速击打孔壁，将坍塌处的孔壁快速夯实，防止出现因塌孔进一步恶化导致重新打孔的严重情况。
53.5、直线电机启动后，配重球7上方的限位板10会挤压储料囊12，使存储在储料囊12内的浆料经导料管13、单项阀15、喷料架14和喷头16后喷出，以调节弹性震动壳体3外侧泥浆的浓度，进而使泥浆护壁更加稳固。
54.6、当滤网被泥土堵塞时，顶出针头25会及时刺穿滤网，使喷料架14内的浆料能够正常喷出。
55.7、在钻孔过程中，利用钻孔离心力及弹性震动壳体3的碰撞惯性，达到不断击打夯实孔壁的目的；还可以启动直线电机驱使弹性震动壳体3胀大和收缩，以提高弹性震动壳体3对孔壁的打击频率和打击力度，使孔壁得到有效夯实；同时，直线电机启动后会使浆液喷出，以调节弹性震动壳体3外侧泥浆浓度，浆液为掺速凝剂的水泥浆，其被弹性震动壳体3击打附着到孔壁上后，能够大大提高孔壁的加固速度和加固效果；此外，是否启动直线电机和喷浆，根据孔壁坍塌情况而定，使用灵活性好，有助于降低蓄电池能耗和水泥使用量。