一种可以实现压应力变化检测的旋喷桩钻头的制作方法

1.本实用新型涉及水泥土旋喷桩地基加固领域，具体涉及一种可以实现压应力变化检测的旋喷桩钻头。


背景技术：

2.由于路基高度大、地基相对软弱，路基工后沉降是黄泛区高速公路建设的关键技术问题之一。旋喷桩技术通过施工钻头在现场进行劈裂注浆而成桩，其工程扰动小、施工迅速、造价相对较低、地基加固深度大，被大量用于黄泛区高速公路建设特别是公路拓宽中的地基加固工程中。但对于旋喷桩设计，常用的设计方法是按照最软弱土层确定其水泥掺入量等参数，并应用于整个桩体，施工时保持施工参数恒定。然而对于黄泛区层状底层，这种设计方法未考虑实际土体的成层性，承载力设计土层的厚度往往并不是全桩长范围内分布，其它土层的承载力则接近甚至大于承载力设计值，故将最软弱土层对应的设计参数应用于整个桩体进行均匀施工将造成浪费。如果施工装备能在下钻过程中，解决土层识别这一关键问题，实时追踪探测钻头所在土层信息，并通过反馈的土层信息进行施工参数的实时调整，实现智能化施工，就能降低施工过程中均匀施工造成的浪费，节省施工成本。
3.目前市面上已有一些针对水泥土桩不同土层实时探测的相关装备，其主要的类型及在使用中的主要问题如下：
4.电机探测型装置，根据钻头在不同土层由于土体抵抗力不同导致的电机输出不同原理，通过探测电机的输出值的不同判断钻头所在地层(如电流)，实现土层实时探测，但这种方法探测的是电机总输出，其值受到土体与钻杆摩擦与机械自身摩擦的影响较大且目前没有较为成熟完整的总输出值的修正方法，导致该种方法的精度较差。
5.钻头探测型装置。直接在钻头处安装传感器或其他一些触探装置进行钻头处反映土体抵抗力的物理参数测定，实现土层探测。这种方法避免了第一种方法中的摩擦干扰及探测值的修正，但由于其探测装置直接与土体接触，整个过程中收到的扰动较大，导致其读数稳定性差且探测装置易发生损坏，实际运用中问题较大。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种可以实现压应力变化检测的旋喷桩钻头，该钻头在有效实现土层实时探测的同时极大提升读数的精度、稳定性及使用耐久性。
7.为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：
8.第一方面，本实用新型的实施例提供了一种可以实现压应力变化检测的旋喷桩钻头，包括置于钻杆端部的自锁卡扣一和置于钻头端部的自锁卡扣二，所述的自锁卡扣一包括沿着钻杆圆周方向设置的三个卡爪和沿着钻杆轴线方向设置的限位杆，在其中一个卡爪的轴向受力面上设有应力片，在限位杆上套装一个弹簧，弹簧的一端固定在钻杆上；所述的自锁卡扣二包括沿着钻头圆周方向设置的三个卡槽和沿着钻头轴线方向设置的导向孔，所
述的卡爪插入到卡槽内时，与卡槽配合，实现轴向和径向的固定，所述的限位杆和弹簧一起插装在导向孔内。
9.进一步的，所述的应力片与外部监控主机，所述应力片用于感知钻头下钻过程中不同土层卡槽压应力的变化；所述外部监控主机用于读取实时的压应力大小并根据其范围判断钻头所在土层，进而对施工参数进行调整。
10.作为进一步的技术方案，从应变片所在的连接部位到顶部的钻杆中心开孔，以便应力片走线。
11.上述本实用新型的实施例的有益效果如下：
12.1.本实用新型通过对常规旋喷桩钻头与上部钻杆连接方式进行改进，在施工过程中对改进后的连接处压应力进行实时检测，从而将钻头在不同土层叶片扭矩的不同反映为压应力的不同，从而实现施工下钻过程中土层的实时识别从而对施工参数进行实时调整。通过该钻头，可对于层状地层实现区别喷浆，进一步降低旋喷桩技术工程造价。
13.2.相比常规钻头探测型装置，本钻头通过将应力片置于钻杆连接构件处，
14.使得应力片几乎不与土体直接接触，使得其受土体扰动较小，因而可靠性更高且数据输出更加稳定。
15.3.相比电机探测型装置，本实用新型直接将探测装置置于钻头处，因而直接获取的是钻头处的有效数据，因而省去了复杂的数据修正环节。
16.4.变频喷浆使得最终得到的旋喷桩整体桩身强度更均匀，从而具有更加稳定的性能。
附图说明
17.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
18.图1、图2是钻杆端部的自锁卡口一的结构示意图；
19.图3、图4是钻头端部的自锁卡口二的结构示意图；
20.图中：1应变片，2限位杆，3硬质弹簧，4自锁卡扣一，5自锁卡扣二，6限位孔、4-1卡接部一，4-2卡接部二，4-3卡槽一、4-4卡槽二，7钻头，8钻杆。
具体实施方式
21.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
22.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本实用新型另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
23.正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本实用新型提出了一种可以实现压应力变化检测的旋喷桩钻头。
24.实施例1
25.本实用新型的一种典型的实施方式中，如图1、图2、图3、图4所示，为本实施例提出的可以实现压应力变化检测的旋喷桩钻头，其包括置于钻杆端部的自锁卡扣一、置于钻头端部的自锁卡扣二、应力片和外部监控主机，自锁卡扣一、自锁卡扣二主要用于将钻头与钻杆进行连接，且在其接口处卡槽处可进行应力片张贴；所述应力片贴于接口卡槽处，用于感知钻头下钻过程中不同土层卡槽压应力的变化。
26.更为具体的，自锁卡扣一包括沿着钻杆圆周方向设置的三个卡爪和沿着钻杆轴线方向设置的限位杆，其中，一个卡爪在其中卡爪的轴向受力面上设有应力片，在限位杆上套装一个硬质弹簧，硬质弹簧的一端固定在钻杆上。
27.自锁卡扣二包括沿着钻头圆周方向设置的三个卡槽和沿着钻头轴线方向设置的导向孔，所述的卡爪插入到卡槽内时，与卡槽配合，所述的限位杆和弹簧一起插装在导向孔内；连接时自锁卡扣一的三爪相互扣锁，提供竖向及水平向约束，弹簧经压缩后随中间杆插入凹槽内，起到固定及限位作用，应力片粘贴于爪的连接挤压部位。组装时先将中间杆位置弹簧进行压缩，连同中间杆插入凹槽内，然后将爪盘旋转，使三爪相互扣锁。应力片线路通过爪的挤压处引至钻杆中间开孔位置，由钻杆的中间开孔处从钻杆上部引出连接至监控主机。
28.进一步的，所述的卡爪包括卡接部一4-1和卡接部二4-2；卡接部一4-1为沿着钻杆端部相外延伸的弧形块一，卡接部为设置在弧形块外表面的弧形块二，所述的弧形块二与弧形块一形成阶梯状；所述的应力片粘贴在卡接部二上；进一步的，所述的卡槽包括卡槽一5-1和卡槽二5-2；所述的卡槽一5-1和卡槽二5-2在钻头的径向方向上形成错位设置，所述的卡槽一与卡接部一的根部配合，所述的卡槽二与卡接部二配合；本技术将卡接部一、卡接部二、卡槽一和卡槽二设计成这种结构形式的目的主要是一方面为了实现钻杆和钻头的可靠连接，另外一方面还可以实现力压应力大小的识别。
29.本实施例提出的一种可以实现压应力变化检测的旋喷桩钻头，通过对常规旋喷桩钻头与上部钻杆连接方式进行改进，在施工过程中对改进后的连接处压应力进行实时检测，从而将钻头在不同土层叶片扭矩的不同反映为压应力的不同，从而实现施工下钻过程中土层的实时识别从而对施工参数进行实时调整。
30.所述的自锁卡扣连接装置，主要由外部连接套筒及内部连接轴组成，二者相互配合形成可传递转矩及一定轴向支撑的机械连接部。其中外部连接套筒内有限位孔、轴向支撑座及周向支撑片；内部连接轴顶部设有限位杆、支撑块，围绕限位杆还焊接有硬质弹簧。所述外部连接套筒与内部连接轴采用可满足所述一体成桩装置转矩传递与支撑强度要求的钢材料，可采用铸造一体化成型(除硬质弹簧外)或焊接加工等常规机械零部件生产加工方式来得到。
31.上述的应力片，为灵敏动态电阻应力片，其内部主要部件为一根电阻率很高的电阻丝，当压应力发生变化时，电阻丝的电阻在外力变化下发生相应的变化，产生不同的读数。首先通过机械测试确定应力片所需量程，选取具有适当量程的应力片，将其粘贴于支撑块与支撑片挤压部位，并涂抹防护胶水，其线路通挤压处引至钻杆中间开孔位置，由钻杆的中间开孔处从钻杆上部引出，保证钻杆旋转过程中不会出现线路缠绕问题。在钻头钻杆连接后并开始施工时，由于机械连接部位挤压，导致应力片具有压应力读数，由于土层的不
同，各土层土体抵抗力也不同，因而对应钻头扭矩不同，则机械连接部位由于挤压造成的压应力也不同反映在应力片上为不同土层对应压应力不同。
32.上述的监控主机，其与应力片相连，用于实时读取压应力数值并进行判断，进而对施工参数进行调整。
33.在现场施工过程中，基于上述智能土层识别技术，具体实施方法如下：
34.在正式施工开始前进行试验桩施工，首先在经过机械测试选用适当量程的应力片后在连接部件的挤压位置粘贴应力片并涂防护胶水，其线路通挤压处引至钻杆中间开孔位置，由钻杆的中间开孔处从钻杆上部引出。将应力片与监控主机连接并将钻头钻杆进行组装，外部连接套筒内的限位孔与内部连接轴端部的限位杆相互配合使二者仅能产生轴向相对位移，硬质弹簧在限位杆进入限位孔时提供反向的推力，在限位杆进入限位孔一定间距之后转动内部连接套筒，使支撑块与外部连接套筒内部的周向支撑片相互接触，此时缓缓松开内部连接套筒使其在硬质弹簧的推力下逐渐产生反向的轴向位移，直至支撑块底部与外部连接套筒内部的轴向支撑座完成配合。
35.根据不同土层承载力情况对各个土层旋喷桩水泥用量分别进行设计，并确定各个土层中喷浆压力值的大小。结合试验得出的各土层对应的应力片压应力关系，得出土层-压应力范围-水泥掺量与喷浆压力的对应关系。
36.将上述数据输入至监控主机自动控制程序中作为正式开始施工后变频喷浆的数据依据。
37.正式开始施工后，在钻头下钻过程中，应力片在不同土层位置感应到不同的压应力，并将压应力数据传输至监控主机。
38.实施例2
39.本实施例与实施例1的区别在于，将实施例1中的自锁卡扣一设置在钻头上，自锁卡扣二置于钻杆上，其余结构与实施例1完全相同，在此不进行赘述了，
40.最后还需要说明的是，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
41.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。