一种全信息筒式潜水钻机的制作方法

1.本实用新型涉及灌注桩成孔技术领域，具体地，涉及一种全信息筒式潜水钻机。


背景技术：

2.钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类，常见一般采用钻孔灌注桩，成孔质量的好坏最终直接影响成桩质量，对桩基承载力有重要影响。钻孔灌注桩广泛应用于交通、市政、水利、土木，以及建筑工程的桩基础、基坑围护结构等的施工。
3.钻孔灌注桩一般是由桩架上的回旋转盘驱动钻杆、钻头旋转，完成灌注桩成孔的施工方法。潜水钻机是钻孔灌注桩的另外一种成孔施工的方法。潜水钻机是一种将动力装置、电缆、钻头深入地下水中旋转钻土的灌注桩成孔机械，采用桩孔内的潜水动力装置对钻头施压，进行回转式循环成孔，具有以下优点：结构简单、工作效率高、成本低、实用性强；钻杆不需要旋转，可沿钻杆设置信号线缆；中心泥浆管道，适合泥浆正反循环施工工艺；钻机在泥浆内工作，产生的振动小、噪音低，能耗低、效率高；成孔规则，适用于淤泥、沙层、粘土、风化岩等多种地质。
4.但现有潜水钻机仍存在以下问题：1、无法自动对灌注桩施工过程中的施工参数、施工完成后成孔质量等进行检测，例如，现有潜水钻机钻头钻进过程中容易发生偏斜，由于施工过程中对垂直度进行实时监测，从而造成成孔垂直度不好，最终会影响到施工质量；2、现有潜水钻机外设置泥浆弯管作为泥浆通道，泥浆压力损失大。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种全信息筒式潜水钻机；本实用新型提供的全信息筒式潜水钻机用于完成钻孔灌注桩的成孔施工工作，在进行灌注桩施工过程中及施工完成后能够对施工参数(例如垂直度、孔径、孔壁信息等)进行收集，便于对施工质量进行检查，且在施工过程中对施工参数进行实时监测，施工人员能够对施工工艺和/或参数进行及时调整，保证了施工质量。
6.本实用新型提供了一种全信息筒式潜水钻机，包括：
7.钻机套筒；
8.中空电机，所述中空电机安装于所述钻机套筒内；
9.中空减速箱，所述中空减速箱安装于所述钻机套筒内，所述中空电机与所述中空减速箱传动连接；所述中空电机的中空结构与所述中空减速箱的中空结构连通形成泥浆通道；
10.钻头，所述钻头与所述中空减速箱传动连接；
11.钻杆，外界动力源驱动所述钻杆上下运动，所述钻杆被配置为带动所述钻机套筒上下运动；
12.采集模块，所述采集模块安装于所述钻机套筒上，所述采集模块用于采集施工参数，并将施工参数通过信号线传输至地面计算机。
13.在本实用新型的一实施方式中，所述钻机套筒外径从下至上依次递减。
14.在本实用新型的一实施方式中，所述钻机套筒包括从上至下顺次连接第一筒体、第二筒体，所述第一筒体与所述第二筒体均为圆锥筒结构，所述第一筒体的锥度大于所述第二筒体的锥度。
15.在本实用新型的一实施方式中，所述钻机套筒的最大外径小于等于所述钻头外径。
16.在本实用新型的一实施方式中，所述钻机套筒的最大外径等于所述钻头外径。
17.在本实用新型的一实施方式中，所述中空电机的中空结构与所述中空减速箱的中空结构同轴连通。
18.在本实用新型的一实施方式中，所述钻杆为两端开口的中空结构，所述钻杆的中空结构与所述中空电机的中空结构连通。
19.在本实用新型的一实施方式中，所述采集模块包括桩底信息收集器、桩径信息收集器、桩垂直度信息收集器中的至少一种。
20.在本实用新型的一实施方式中，所述施工参数包括桩深度、沉渣厚度、桩内影像、桩径、桩垂直度中的至少一种。
21.在本实用新型的一实施方式中，所述钻机套筒轴向外壁上至少设置有两片导向板，所述至少两片导向板均匀设置于所述钻机套筒轴向外壁上；所述导向板提高灌注桩垂直度及孔壁的稳定性。
22.在本实用新型的一实施方式中，所述至少两片导向板围合形成的结构的外径等于所述钻头外径。
23.在本实用新型的一实施方式中，所述导向板上、下两端为流线型圆弧。
24.与现有技术相比，本实用新型的实施例具有如下的有益效果：
25.1、本实用新型实施例提供的全信息筒式潜水钻机，用于完成钻孔灌注桩的成孔施工工作，在进行灌注桩施工过程中及施工完成后能够对施工参数(例如钻机的工作扭矩、电流指标，桩的垂直度、孔径、孔底沉渣和影像，以及桩孔壁的信息等)进行收集，便于对施工质量进行检查，且在施工过程中对施工参数进行实时监测，施工人员能够对施工工艺和/或参数进行及时调整，保证了施工质量。
26.2、本实用新型实施例提供的全信息筒式潜水钻机，钻杆的中空结构、中空电机的中空结构与中空减速箱的中空管道连通后，形成垂直连续贯通的泥浆通道，消除了现有潜水钻机需在电动机、减速箱外侧设置泥浆弯管通道的做法，极大降低了泥浆压力的损失；本实用新型中的全信息筒式潜水钻机采用正循环施工工艺工作时，泥浆通道保持了保证了泥浆能顺畅直接冲刷钻头底部土体的作用，本实用新型中的全信息筒式潜水钻机采用反循环施工工艺工作时，泥浆通道能够实现泥浆直线向上通道的可行性。
27.3、本实用新型实施例提供的全信息筒式潜水钻机使用过程中，钻机套筒和钻杆仅垂直运动、不产生旋转，具有相对固定性，钻机套筒作为采集模块安装的载体，保证了所采集信息的精度的同时，采集模块的采集所得施工参数通过信息导线由钻机套筒、钻杆传输至地面计算机，动力源电线也是通过钻杆、钻机套筒接入中空电机、中空减速箱。
28.4、本实用新型实施例提供的全信息筒式潜水钻机，在钻机套筒外侧设置与钻机套筒轴向方向一致的导向板，通过导向板提高钻机下沉垂直度，使灌注桩能有高精准的垂直度，同时导向板直接在孔壁上的下沉与提升滑动，提高了孔壁的稳定性。
29.当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
30.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
31.图1为本实用新型实施例提供的全信息筒式潜水钻机的主视内部结构示意图；
32.图2为本实用新型实施例提供的全信息筒式潜水钻机的俯视图；
33.图3为本实用新型实施例提供的全信息筒式潜水钻机的主视图。
34.各标记与部件名称对应关系如下：
35.钻机套筒1、第一筒体101、第二筒体102、中空电机2、中空减速箱3、钻头4、钻杆5、泥浆通道6、桩底信息收集器8、桩径信息收集器9、桩垂直度信息收集器10、信息导线11、导向板12、灌注桩孔壁13。
具体实施方式
36.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
37.此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
38.本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
39.实施例1
40.参照图1-图3所示，本实施例提供一种全信息筒式潜水钻机，包括：
41.钻机套筒1；
42.中空电机2，所述中空电机2安装于所述钻机套筒1内；
43.中空减速箱3，所述中空减速箱3安装于所述钻机套筒1内，所述中空电机2与所述中空减速箱3传动连接；所述中空电机2的中空结构与所述中空减速箱3的中空结构连通形成泥浆通道6；
44.钻头4，所述钻头4与所述中空减速箱3传动连接；
45.钻杆5，外界动力源驱动所述钻杆5上下运动，所述钻杆5被配置为带动所述钻机套筒1上下运动；
46.采集模块，所述采集模块安装于所述钻机套筒1上，所述采集模块用于采集施工参数，并将施工参数传输至地面计算机。
47.在施工过程中通过采集模块所采集的施工参数，对施工工艺等进行及时调整，进
而保证施工质量。例如，采集模块包括桩垂直度信息收集器10时，施工过程中通过桩底信息收集器8对桩的长度、桩底沉渣进行监测：若桩的深度未达到设计标高，继续成孔施工；若桩底沉渣超过规定厚度时，则通过中心泥浆管道继续进行清孔。最终以保证灌注桩的施工质量。
48.在一实施例中，中空电机与中空减速机可通过连接件与钻机套筒之间焊接连接，需要注意的是，钻机套筒与中空电机及中空减速机之间的连接并不局限于焊接，现有技术中的能够将中空电机与中空减速机安装于钻机套筒内的结构均可用于本实用新型。
49.在一实施例中，所述钻机套筒1外径从下至上依次递减，使得钻机在施工过程中，便于钻机的下沉和提升。
50.本实用新型中的全信息筒式潜水钻机使用时，钻机套筒1还具有稳定灌注桩孔壁13的作用。
51.钻机套筒1的最大直径(下部)略小于、或等于钻头4直径，钻机套筒1直径为上小下大略显锥度的圆锥形，上部顶端为锥形套筒；具体地说，钻机套筒1包括从上至下顺次连接第一筒体101、第二筒体102，所述第一筒体101与所述第二筒体102均为圆锥筒结构，所述第一筒体101的锥度大于所述第二筒体102的锥度。第一筒体101位于第二筒体102上方，通过第一筒体101的锥度大于第二筒体102的锥度，进一步保证钻机套筒1下沉与提升的顺畅性。
52.优选地，本实用新型中所述钻机套筒1的最大外径等于所述钻头4外径。
53.在一实施方式中，中空电机2的中空结构与所述中空减速箱3的中空结构同轴连通，所述钻杆5为两端开口的中空结构，所述钻杆5的中空结构、中空减速箱3的中空结构分别与所述中空电机2的中空结构连通，钻杆5的中空结构、中空电机2的中空结构、中空减速箱3的中空结构依次顺序连通，形成中心泥浆通道6；钻杆5的中空结构、中空电机2的中空结构、中空减速箱3的中空结构均同轴；施工过程中的泥浆在钻机中形成一个垂直连续贯通的泥浆通道6，降低了泥浆压力损失，解决了现有技术中因需要在电动机、减速机外侧设置泥浆弯管通道易导致泥浆压力损失的问题。
54.本实用新型中同轴设置连通钻杆5的中空结构、中空电机2的中空结构、中空减速箱3的中空结构形成中心泥浆通道6，在灌注桩采用正循环施工工艺中，保证了泥浆能顺畅直接冲刷钻头4底部土体的作用，也为灌注桩反循环施工工艺时，实现泥浆直线向上的通道。
55.采集模块包括桩底信息收集器8、桩径信息收集器9、桩垂直度信息收集器10中的至少一种。需要注意地是，本实用新型中采集模块并不局限于上述选择，可以根据施工工艺参数需要、施工质量等需要对采集模块进行合理选择。安装于钻机套筒上的采集模块(例如桩底信息收集器8、桩径信息收集器9、桩垂直度信息收集器10等)通过信息导线11与地面计算机连接。
56.本实施例中的采集模块还可以包括采集中空电机2电流、扭矩的变化值，反映了土层的力学指标。
57.本实施例中的采集模块包括桩底信息收集器8时，桩底信息收集器8安装于钻机套筒1下方，需要注意地是，桩底信息收集器8的安装位置并不局限于上述选择，本实施例中桩底信息收集器8用于收集桩深度、沉渣厚度、桩内可视影像等，根据不同桩底信息收集器8的用途，可以合理设置桩底信息收集的安装位置。本实施例中的桩底信息收集器8可以为超声
波测试仪、摄像头、深度传感器等，现有技术中用于采集桩深度、沉渣厚度、桩内可视影像等信息且将所采集的桩深度、沉渣厚度、桩内可视影像等信息通过信息导线输送至地面计算机或显示器等桩底信息收集装置均可作为本实用新型中的桩底信息收集器8。
58.本实施例中的采集模块包括桩径信息收集器9时，桩径信息收集器9安装于钻机套筒1侧壁上，需要注意地是，桩径信息收集器9的安装位置并不局限于上述选择，本实施例中桩径信息收集器9于收集桩径大小、孔壁状况等，根据所需要采集的桩径信息，可以合理设置桩径信息收集器9的安装位置。现有技术中用于采集桩径等信息且能够将所采集桩径等信息通过信息导线输送至地面计算机或显示器等桩径信息收集装置均可作为本实用新型中的桩径信息收集器8，例如摄像头、声波测量仪等。
59.本实施例中的采集模块包括桩垂直度信息收集器10时，桩垂直度信息收集器10设置于钻机套筒1上部，需要注意地是，桩垂直度信息收集器10的设置位置并不局限于上述选择，桩垂直度信息收集器10用以实现对对灌注桩垂直度信息进行采集，根据所需要采集的桩垂直度信息，可以合理设置桩垂直度信息收集器10的安装位置。现有技术中用于采集桩垂直度等信息且能够将所采集桩垂直度等信息通过信息导线输送至地面计算机或显示器等桩底信息收集装置均可作为本实用新型中的桩垂直度信息收集器8。
60.所述施工参数包括桩深度、沉渣厚度、桩内影像、桩径、桩垂直度中的至少一种。需要注意地是，本实用新型中施工参数也并不局限于上述选择，可以根据施工工艺参数需要、施工质量等需要对采集模块进行合理选择。
61.具体地，桩底信息收集器8用于收集桩深度、沉渣厚度、桩内可视影像等，桩径信息收集器9用于收集桩径大小、孔壁状况等，桩垂直度信息收集器10用于对灌注桩垂直度信息进行收集。
62.本实用新型中所述钻机套筒1轴向外壁上至少设置有两片导向板12，所述至少两片导向板12均匀设置于所述钻机套筒1轴向外壁上；所述导向板12提高灌注桩垂直度及孔壁的稳定性。
63.在一实施方式中，所述至少两片导向板12围合形成的结构的外径等于所述钻头4外径，使得导向板在提高灌注桩垂直度及孔壁的稳定性的同时不会对孔壁的设计尺寸产生影响，保证钻孔灌注桩直径满足设计要求。
64.在一实施方式中，本实用新型中的导向板12设置有3-8片。导向板12的导向方向与钻机套筒1轴向方向一致。导向板12在潜水钻机施工时可以提高下沉垂直度，使灌注桩有高精度的垂直度，同时导向板12直接在孔壁上的下沉与提升滑动，提高了孔壁的稳定性。
65.本实用新型中通过钻机套筒1和导向板12的协同作用，极大的提高了孔壁的稳定性。
66.优选地，所述导向板12上、下两端为流线型圆弧，实现导向的流畅性、准确性。
67.本实施例中的中空电机2包括中空电机定子和中空电机转子，中空电机转子与中空减速箱3的输入端相连。本实用新型中中空电机2与中空减速箱3两者具有中空结构，使得装置的整体结构紧凑，且与钻杆5配合提供了垂直泥浆通道6。
68.本实用新型中钻杆5可以使用标准钻杆5，降低了装置成本。
69.本实用新型中钻机套筒1和标准钻杆5在施工中仅垂直上下运动(不产生旋转)，具有相对固定性，这样在钻机套筒1上可以安装灌注桩施工所需各类信息的采集模块(信息收
集器)，钻机套筒1作为灌注桩施工信息收集装置的载体，同时采集到的所有信息通过信息导线11由套筒、钻杆5直接传到地面计算机或其他地面信息接收站，同样钻机的安全动力电源线，也是通过地面设备、钻杆5(可连续接长)、钻机套筒1接入电动机。
70.实施例2
71.本实施例提供了一种灌注桩施工方法，采用实施例1中所述全信息筒式潜水钻机进行灌注桩施工。
72.采用实施例1中所述全信息筒式潜水钻机进行正循环灌注桩施工时，具体包括以下步骤：
73.在桩位上埋设钻机套筒1，桩架就位，在潜水钻机下端安装钻头4，上端连接钻杆5，并安放在钻机套筒1内；钻杆5的中空结构、中空电机2的中空结构、中空减速箱3的中空结构同轴且连通形成中心泥浆通道6；
74.安全电缆沿钻杆5布置、下端接入中空电机2，接通动力电源，驱动中空电机2、中空减速箱3旋转，进而带动钻头4旋转；
75.桩架吊装钻杆5，泥浆由中心泥浆通道6自上而下、从钻头4喷出；喷出的泥浆在钻头4旋转下，把土体研磨成比重较大的泥浆、泥浆经中心泥浆通道6向上，最后排出桩孔，再用泵送至泥浆处理装置；这样全信息筒式潜水钻机逐步向下钻进，形成灌注桩的桩孔；
76.随着全信息筒式潜水钻机向下钻进，并在钻杆5上方逐步添加钻杆5，直至钻头4到达设计的深度，由中心泥浆通道6喷出泥浆进行清孔作业；
77.钻机施工过程中采集模块将施工参数通过信号线传输至地面计算机，施工参数达到设计参数后，灌注桩成孔施工完成；
78.桩架吊出钻杆5、逐步拆除钻杆5，最后全信息筒式潜水钻机、钻头4等，灌注桩成孔施工结束；
79.后续的灌注桩钢筋笼安插、混凝土的浇筑，完成灌注桩的全部施工。
80.采用实施例1中所述全信息筒式潜水钻机进行反循环灌注桩施工时，具体包括以下步骤：
81.在桩位上埋设钻机套筒1，桩架就位，在全信息筒式潜水钻机下端安装钻头4，上端连接钻杆5，并安放在钻机套筒1内；
82.安全电缆沿钻杆5布置、下端接入中空电机2，接通动力电源，驱动中空电机2、中空减速箱3旋转，并带动钻头4旋转；
83.桩架吊着钻杆5，泥浆由地面送入桩孔护筒中，钻头4旋转切削下，把土体破碎；由钻头4处把泥浆(包含破碎的土体)吸出，泥浆中心泥浆通道6自下而上下最终排出至地面的泥浆处理装置；这样全信息筒式潜水钻机逐步向下钻进，形成灌注桩的桩孔；
84.随着全信息筒式潜水钻机向下钻进，并在钻杆5上方逐步添加钻杆5，直至钻头4到达设计的深度，由中心泥浆通道6吸出泥浆进行清孔作业；
85.钻机施工过程中采集模块将施工参数通过信号线传输至地面计算机，施工参数达到设计参数后，灌注桩成孔施工完成；
86.桩架吊出钻杆5、逐步拆除钻杆5，最后吊起全信息筒式潜水钻机和钻头4等，灌注桩成孔施工结束；
87.后续的灌注桩钢筋笼安插、混凝土的浇筑，完成灌注桩的全部施工。
88.其中，整个正或反循环施工过程中，采集模块所采集的钻机电流变化显示电机扭矩的变化值、反映了土层的力学指标，所采集的垂直度与孔径的信息反映了钻机成孔施工的质量指标，所采集的孔壁信息反映了成孔的稳定性与泥浆质量指标，最终成孔至桩底的桩长、底部沉渣、影像等信息反映了成孔施工是否满足设计与施工规定的要求。
89.以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。