[发明专利]一种钻扩孔两用钻具及施工方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种岩土工程中的桩孔成型机具及成型方法，特别是一种多级扩孔桩的钻扩孔钻具及其施工方法。

背景技术

普通钻孔灌注桩，其成桩过程是：先在地基土中通过钻孔形成圆柱形的桩孔型腔，在孔中下入钢筋笼后灌注混凝土，桩孔内的混凝土凝固后形成了钢筋混凝土灌注桩。

为了提高灌注桩的单桩承载力和桩身混凝土强度的利用率，人们发现可通过在桩身的局部扩大截面------即通过扩孔来实现此目标。针对桩身扩孔的问题，人们发明了多种扩孔桩的施工方法与机具，其典型工法如：ZL98102841.1和ZL99205417.6中所涉及的挤扩支盘桩施工方法，ZL200410037804.5中所涉及的旋挖钻钻扩孔施工方法；为了抗震，日本早已研究和推广应用扩孔灌注桩，并设计了多种机具和施工方法（见“旋挖钻斗钻扩底灌注桩”----沈保汉）。

上述两种扩孔方法，在解决扩孔灌注桩竖向钻孔与横向扩孔工艺难题的同时，使得多级扩孔桩得以实际推广应用，并在应用中取得了良好的效果。上述两种方法虽采用的机具和扩孔方式不同，其不足之处在于：

对于扩孔灌注桩的钻扩孔，上述两种专利方法均采用先用一台钻机钻成等径竖直孔后，再用扩孔机在钻成孔内设定部位进行扩孔的双钻机两步成孔模式，因而工序繁杂，效率较低。采用旋挖斗扩孔方法适用于大桩粗桩，其粗大的桩身和高昂的制桩成本，在我国现阶段还难于普遍采用。相比而言，挤扩支盘法则多用于小直径桩，且其扩孔成本要低得多，因此在我国有了较多应用。但是这种扩孔方法受地层中土的地质力学性能影响较大，在较硬土层中挤压扩孔会因挤不动而使扩孔失败；在软土中挤压扩孔会因产生缩径甚至塌孔等缺陷，而降低扩孔桩应有的承载力一致性。

为解决上述专利和技术中出现的问题，发明人提出过专利申请01100563.7，并在专利01100563.7中提出一种《可测控的差动式钻扩孔两用钻机》，此专利方法已可解决钻扩孔施工一体的技术问题。为简化上述专利所述钻扩孔两用钻机的结构并使其钻扩孔施工操作易于程序化控制，申请人在专利申请01100563.7的基础上，对钻具结构作了进一步改进，并提出钻扩孔两用钻具在程序控制下进行多级扩孔桩连续钻扩孔的施工方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种钻扩孔一体的两用钻具及其适宜程序控制的钻扩孔施工方法，用于提高扩孔灌注桩的钻扩孔效率；采用点切削的扩孔切削方式来降低扩孔切削力对孔壁土体的扰动：采用检测与可程序控制的扩孔方式来提高扩孔质量和钻头对不同土层扩孔的适用性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种钻扩孔两用钻具，由钻扩孔两用钻机及其连接在其上部的空心钻杆、动力电缆和测控电缆和连接在其下部的钻扩孔两用钻头组成，所述钻扩孔两用钻机由潜水电机与连在其下部的行星减速器和钻机轴及输出法兰组成，所述钻扩孔两用钻头由钻头横梁和横梁上法兰及固接在其下部的钻尖组成，其特征在于：

 a．在潜水电机轴、行星式减速器的太阳轮轴和钻机轴中心开设的中心通孔内设有一根通长的控制轴，所述控制轴上端设有一电磁制动器，其下端伸入至钻扩孔两用钻头内；

b．所述钻扩孔两用钻头有一水平设置的钻头横梁，所述钻头横梁的中心竖直装有一根上端与控制轴键连接下端为锥齿轮的钻头中心轴，所述钻头横梁横断面为H型，其上翼缘中心开有纵向通孔，所述通孔中对称设有两根水平安装的锥齿轮轴，所述钻头横梁的腹板两侧各设有一根水平安装且外伸段带有齿爪刀的扩孔刀杆，两根扩孔刀杆内各有一根与之内螺纹相啮合的螺杆，所述钻头横梁下设置有与其固定连接的钻尖；

c．潜水电机内上端电磁制动器旁设有两组可对潜水电机轴和控制轴的转数进行检测的转数检测器。

所述电磁制动器由动磁轭与静磁轭组成，所述动磁轭用花键套接在控制轴的上部，所述静磁轭固定在潜水电机端盖底面。

所述钻尖由钻头圈、钻头铤杆和齿爪翼板构成。

所述测控电缆包括检测信号缆和制动控制缆，所述检测信号缆连接转数检测器，所述制动控制缆连接动磁轭。

所述锥齿轮轴的轴孔中线与钻扩孔两用钻具的轴线正交。

采用所述的钻扩孔两用钻具进行多级扩孔桩施工方法，其特征在于如下步骤：

步骤一，进行桩位定位、安放护筒等钻孔前的准备工作；

步骤二，在扩孔刀杆完全缩回钻扩孔两用钻头内及电磁制动器断电脱开后，潜水电机启动正向运转，钻扩孔两用钻机开始钻孔作业，潜水电机通过行星减速器及钻机轴将动力传给钻尖进行钻孔；与此同时，检测信号缆导通，转数检测器开始对潜水电机轴和控制轴进行转数检测；