[发明专利]一种钻孔机和在孔内形成桩的方法

说明书

本发明涉及一种钻机或钻孔机，特别是根据权利要求1用于在地下形成钻孔，以及根据权利要求12在钻孔内形成桩的方法。

一种前面提到过的钻孔机见于DE4228589C1。这种钻孔机用于现场形成混凝土驱替桩，它有一个钻头和一个锥形、表面光滑的驱替体。锥形驱替体的最大外径至少与钻头所钻孔的直径相当。在钻孔机的冲击力作用下，钻头切削掉的土壤由驱替体驱替进入孔壁。因为要把土壤挤压进入孔壁，这种驱替法需要较高的轴向冲击力。同时，由于驱替体的全部圆周面与孔壁接触，为克服摩擦阻力，钻孔机需要一个高的钻孔扭矩。驱替体磨损非常严重。

DE3218995专利公开了一种在疏松、可压缩土壤中形成钻孔的工具及其方法。该公知钻机或钻具由几个朝向下的圆锥构成，在心轴端部形成工具前端。在高的冲击力作用下，钻具压入地层，当钻具旋转时，地层同时被压实。在这种螺旋压实原理中，要求有一个较高的冲击力和一个较高的扭矩，而且钻具构造非常复杂。

根据专利DT2439063A1，另外一种类似的利用土壤压实的钻孔原理也用于钻孔机上。这种钻孔机有一个锥形件，安装在旋转曲轴上。由于这种钻孔机没有任何切削运动，只是通过土壤压实形成钻孔，该钻孔机只适用于疏松土壤。其复杂的机械结构使得该钻孔机很容易破坏。

本发明的目的是提供一种相对构造简单的钻孔机，在使用较低冲击力和较低的钻孔扭矩情况下，形成钻孔，并把切削下的土壤挤入孔壁。本发明的另外一个目的是提供一种在地下有效成桩的方法。

对于本发明的钻孔机，其目的是这样实现的：压实体是一个可转动的具有对称构造的驱替滚筒，安置在钻杆上并与钻杆成一定角度，压实体至少有一个圆锥面与孔壁接触，形成一个沿径向接触的圆锥面区域，并在压实体与孔壁之间形成一个自由空间；钻头是一种切削式钻头，带有一个开口，用以清除排泄压实体与孔壁之间自由空间的土壤。

使用这种钻孔机，钻头首先以常规方式通过切削清除土壤形成一个桩孔。因此，根据本发明，该钻孔机可以用于具有较高强度的土壤中。钻头的外径决定了井眼的直径。压实体与孔轴线成一定角度或者倾斜于孔轴线，使得孔壁与压实体之间形成一自由空间，再通过钻头的至少一个开口，把切削下来的土壤输送到这一自由空间中。压实体的一个周围面与孔壁接触，并连接到钻头和钻杆上，在钻进旋转时，压实体沿孔壁的圆周面运动。在压实体转动过程中，它压实并驱替孔壁中的土壤。这由压实体上的楔形表面来完成。

由于压实体只是其部分圆周与孔壁接触，只产生有限磨损，对于必需的钻孔扭矩和钻具磨损有积极影响。土壤压实主要通过压实体的旋转运动来完成，所以钻孔机只需要较低的冲击力就可以实现压实土壤功能。

依据本发明，压实体的旋转轴线倾斜于桩孔纵轴或与桩孔纵轴成一定角度旋转。轴本身与钻杆和钻头刚性连结。利用压实体的形状及其倾角，能够调节压实体与孔壁之间的接触面积，以实现土壤的有效压实和驱替。

为了进一步减少孔壁与压实体之间的摩擦，本发明所述压实体以转动方式连接安装，因此，当压实体沿孔壁运动时，它可以自身滚动，从而把切削下的土壤挤压入孔壁。

考虑到钻孔机的负载状态，特别是压实体止推轴承的负载状态，设置压实体旋转轴与孔轴线之间的倾角或者钻杆的弯斜部分与桩孔纵轴之间的倾角为3至30°之间更为有利。

所发明的压实体构造为可对称转动的压实滚筒，这形成一个一致的滚动。可对称旋转压实体可以是一个柱体，锥体或球体形状，或者本发明所述构件的形状。压实体的直径小于桩孔直径。

在某些应用场合，压实体为多面柱体更为有利。在这种实施例中，压实体有一个多边形截面，例如，八边形或者十边形的截面。使用多面体的压实体可以使孔壁具有局部平面的表面。多面体可以是一个棱柱体或者金字塔锥的形状。在特殊情况下，可能使用具有三角形横截面形状的压实体。

然而，根据一个优选的压实体实施例，即后者，应是一个锥体，锥角决定于压实体旋转轴相对于桩孔纵轴的倾角。锥形或者锥台形压实体在钻孔机上的安置应使得后者从其最大直径的区域向下指向钻头。锥角，例如，压实体圆锥面与其转轴之间的夹角应当满足使得压实体的一个侧面与桩孔孔壁平行。

这种压实体的另外一个设计优点是：压实体是一个双锥形。在这种情况下，压实体在中间部位具有最大直径，沿着压实体对称轴线，压实体直径在两个相反的方向上(向两端)逐渐变细。两个锥台相对于其旋转轴的倾角应满足两个压实体同时与孔壁的不同部分接触。这使得土壤更好地被压实并减轻了压实体止推轴承的负担。