一种气囊护壁式钻头变向矩形浅孔钻机的制作方法

本技术涉及抗滑桩钻孔机设备的，尤其是一种气囊护壁式钻头变向矩形浅孔钻机。

背景技术：

1、在边坡支护、路基构筑、基坑开挖和隧道进出口建设等工程中，抗滑桩是一种能够将岩土体侧向推力传递到滑动面以下稳固地层中，抵抗侧向推力，治理工程和地质灾害的最有效措施。抗滑桩分为矩形截面抗滑桩和圆形截面抗滑桩。矩形抗滑桩拥有侧向刚度大、单桩承载力高等优势，能有效增强抗滑力，提升抗滑系数。因此，矩形截面抗滑桩被广泛地应用于各个工程领域。

2、传统的矩形截面抗滑桩截面较大，并且不能充分利用桩前岩土体强度。对于带水平悬臂结构的抗滑桩，水平悬臂可以充分地利用桩前岩土体的强度，提高抗滑桩的抗滑能力，但带水平悬臂矩形抗滑桩的水平悬臂桩孔成孔难度极大。传统的矩形截面抗滑桩通常采用人工开挖和机械开挖方式，人工挖孔桩施工造成的坍塌事故总数的65％，并且效率低、成本高，机械开挖更加安全高效。对于软土、碎石、卵石、堆积体等破碎岩土体，桩孔开挖时需要采用泥浆护壁等措施，防止塌孔。因此，在软土、破碎性岩土层内采用机械钻挖带水平悬臂矩形抗滑桩的桩孔对于保证施工人员安全、提高效率具有重要的意义。

3、目前矩形钻孔机钻挖设备多样，例如：

4、专利号cn 106836354 a《矩形抗滑桩机械成孔装置》通过多个切削片构成矩形铲头，铲头的后端设有配重或液压推进装置实现矩形桩孔的钻挖。

5、专利号cn 103244053 a《矩形钻孔机》主要是通过两个凸轮体驱动两个钢框下部均布的t型刀头相向、往复运动，切削土体成矩形孔。

6、专利号cn 104533300 a《矩形钻孔机》在矩形传动箱底部设置锥形钻头和在四个侧面设置十字形长刀，锥形钻头钻进形成圆形桩孔，然后通过十字长刀旋转切削修整为矩形桩孔。

7、专利号cn 207715083 u《一种矩形抗滑桩成孔钻机》主要是在钻杆底部设置圆形钻筒和矩形钻筒，圆形钻筒旋进成圆形桩孔，然后通过矩形钻筒切削圆形桩孔周围土体形成矩形桩孔。

8、专利号cn 105951798 a《一种矩形钻孔机》主要是通过电机驱动四个带搅刀的凹腰圆柱切削土体，钻挖成矩形桩孔。

9、现有的钻孔机主要在岩土体内形成竖向矩形桩孔，但存在以下问题：(1)既无法实现土体内钻挖带水平悬臂或带加腋水平悬臂结构的矩形抗滑桩桩孔，更无法实现在软土、碎石、卵石、堆积体等地层内的钻挖；(2)采用其他机械（抓斗）或辅助措施（泥浆正循环排渣法）清理桩孔内渣土，钻挖和排渣设备集成度低，钻孔施工效率低和成本高。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种气囊护壁式钻头变向矩形浅孔钻机，对于软土、碎石、卵石、堆积体等地层中钻挖浅桩孔，在竖向钻杆底部设置带间隔布设绞刀和滚刀的竖向和水平多功能圆柱钻，滚刀刀刃高于绞刀，便于滚刀压裂岩石后绞刀进行破碎处理；气囊套设在钻机外围，在钻机钻挖桩孔过程中对气囊进行充气，气囊支护钻挖桩孔周围岩土体，并跟进钻机钻挖；首先通过多功能钻组件的竖向钻头钻挖竖向矩形桩孔至水平悬臂设计深度；然后通过背部布设水平多级液压装置的多功能圆柱钻钻挖水平悬臂的矩形桩孔，或通过多功能圆柱钻沿竖向和水平方向同时钻挖加腋和水平悬臂矩形桩孔，钻挖完成后收回多功能圆柱钻；最后多功能圆柱钻沿竖向继续钻挖至设计深度，可实现在软土、碎石、卵石、堆积体等地层中采用钻机钻挖带水平悬臂或带加腋水平悬臂矩形抗滑桩的浅桩孔，节省工期和施工成本，提高工作效率，保证工程质量和施工人员的安全。

2、本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

3、一种气囊护壁式钻头变向矩形浅孔钻机，其特征在于所述矩形浅孔钻机包括一具有竖向钻杆的钻车，所述竖向钻杆的下端自上而下依次连接有岩渣处理机构和多功能钻组件，其中：

4、所述岩渣处理机构包括搅拌装置、破碎装置、吸渣系统、排渣系统以及注浆系统，所述搅拌装置的搅拌箱吸渣口经所述破碎装置与所述吸渣系统相连通，所述搅拌箱的排渣口与所述排渣系统相连通，所述搅拌装置的搅拌机构上方设置有管道固定架，所述管道固定架外围或所述管道固定架和所述搅拌装置两者外围安装有气囊组件；

5、所述多功能钻组件包括若干圆柱钻组件、u形叉板、滑动反力架以及水平液压缸，所述圆柱钻组件安装在所述u形叉板上并在竖向面和水平面上均呈矩阵布置，所述水平液压缸固定在所述滑动反力架上并驱动所述u形叉板作侧向移动；所述u形叉板由腹板、设置于所述腹板两侧的翼板以及设置于所述腹板中部的钢支撑组成，所述腹板包括水平腹板和竖向腹板；所述圆柱钻组件包括两个圆柱、驱动所述圆柱旋转的电机、间隔布置于所述圆柱表面的若干滚刀组件以及布置于相邻所述滚刀组件之间的若干绞刀组件，所述滚刀组件包括滚刀基座以及固定于所述滚刀基座上的一圈滚刀，所述绞刀组件包括绞刀基座以及倾斜固定于所述绞刀基座上的绞刀，所述电机的转轴贯穿两侧的所述圆柱且所述转轴端部对应设置于所述u形叉板的两侧所述翼板的转轴孔内，所述电机的外壳焊接固定于所述钢支撑上。

6、所述气囊组件包括沿所述管道固定架外围或所述管道固定架和所述搅拌装置两者外围设置的气囊单元以及通过气管同所述气囊单元连接且位于地面上的气泵，所述气囊单元通过环箍固定在所述管道固定架上，所述气囊单元上部和底部均设置有气阀。

7、所述滑动反力架包括反力板、轨板以及连接板，所述轨板安装在所述反力板的顶部，所述轨板底部的两侧均固定有t形滑轨，所述连接板分别固定于所述u形叉板的所述腹板的两侧，所述连接板的顶部固定有滑块且所述滑块内开设有同所述t形滑轨相配合的t形滑槽，所述水平液压缸的缸筒端面固定在所述滑动反力架的所述反力板上，所述水平液压缸的活塞杆同所述u形叉板的所述竖向腹板连接。

8、所述钻车包括旋转电机、钢悬梁、滑块、钢立柱、导轨、铰转轴、拉杆以及车载平台，所述钢立柱竖向设置于所述车载平台上，所述拉杆的上端与所述钢立柱上端铰接、下端与固定于所述车载平台上的铰转轴铰接，所述导轨竖向设置并沿所述钢立柱固定，所述滑块可滑动式装配于所述导轨上，所述钢悬梁固定于所述滑块上，所述旋转电机固定于所述钢悬梁上并驱动所述竖向钻杆旋转。

9、所述搅拌机构包括主齿轮以及若干与所述主齿轮相啮合传动的辅齿轮，所述竖向钻杆的下端驱动所述主齿轮转动，所述主齿轮上同轴设置有延伸入所述搅拌箱内的搅拌主转轴，所述搅拌主转轴上设置有搅拌叶片；所述辅齿轮上同轴设置有延伸入所述搅拌箱内的搅拌辅转轴，所述搅拌辅转轴上设置有搅拌叶片。

10、所述吸渣系统包括吸渣主管以及自所述吸渣主管抽吸端口分叉出的多功能吸渣支管，所述多功能吸渣支管的吸头接入至所述多功能钻组件内，各所述吸头处均设置有多功能吸渣阀门，所述多功能吸渣支管与所述吸渣主管之间通过伸缩管连接。

11、所述注浆系统包括注浆主管、注浆泵以及多功能注浆支管，所述注浆主管的一端连接位于地面上的所述注浆泵、另一端同若干所述多功能注浆支管连接，所述多功能注浆支管的喷头接入至所述多功能钻组件内，各所述喷头处均设置有多功能注浆阀门，所述多功能注浆支管与所述注浆主管之间通过伸缩管连接。

12、所述排渣系统包括排渣管以及排渣泵，所述排渣泵一端与所述排渣管相连接、另一端与所述搅拌箱上的所述排渣口相连接。

13、所述管道固定架套装在所述竖向钻杆的外侧，所述吸渣主管、所述注浆主管以及所述排渣管均沿所述管道固定架排布固定。

14、本实用新型的优点是：

15、(1)在软土、碎石、卵石、软岩、堆积体等地层内钻挖桩孔时，气囊能有效地支护桩孔，防止桩孔的坍塌；

16、(2)钻挖矩形桩孔时，桩孔内不需要大量泥浆用于排渣和支护桩孔，仅在成孔后注满泥浆，可节省泥浆材料和提高施工效率；

17、(3)通过钻杆、气囊、带间隔布设绞刀和滚刀的水平和竖向圆柱钻组件，实现在浅层软土、碎石、卵石、堆积体等地层内钻挖水平悬臂或带加腋水平悬臂结构矩形桩孔的目的；

18、(4)在软土、碎石、卵石、堆积体等地层内多功能圆柱钻可实现变向，达到钻挖互相垂直矩形桩孔的目的；

19、(5)水平悬臂结构、加腋桩孔和竖向桩身均可一次成孔，无需其他机械辅助，达到提高施工效率、节省施工和设备成本的目的；

20、(6)岩石经过破碎箱二次破碎，能更好地排出桩孔，防止排渣管的堵塞；

21、(7)钻机集成度高，同时具备钻挖和排渣功能，实现了钻挖和排渣的不间断同步工作，减少施工工序，节省施工成本，提高钻孔施工效率。