專利名稱：一種鉆擴(kuò)孔兩用鉆具及施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖土工程中的樁孔成型機(jī)具及成型方法，特別是一種多級擴(kuò)孔樁的鉆擴(kuò)孔鉆具及其施工方法。
背景技術(shù)：
普通鉆孔灌注樁，其成樁過程是:先在地基土中通過鉆孔形成圓柱形的樁孔型腔，在孔中下入鋼筋籠后灌注混凝土，樁孔內(nèi)的混凝土凝固后形成了鋼筋混凝土灌注樁。為了提高灌注樁的單樁承載力和樁身混凝土強(qiáng)度的利用率，人們發(fā)現(xiàn)可通過在樁
身的局部擴(kuò)大截面------即通過擴(kuò)孔來實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)。針對樁身擴(kuò)孔的問題，人們發(fā)明了多
種擴(kuò)孔樁的施工方法與機(jī)具，其典型工法如:ZL98102841.1和ZL99205417.6中所涉及的擠擴(kuò)支盤樁施工方法，ZL200410037804.5中所涉及的旋挖鉆鉆擴(kuò)孔施工方法；為了抗震，日本早已研究和推廣應(yīng)用擴(kuò)孔灌注樁，并設(shè)計(jì)了多種機(jī)具和施工方法(見“旋挖鉆斗鉆擴(kuò)底灌注樁”----沈保漢)。上述兩種擴(kuò)孔方法，在解決擴(kuò)孔灌注樁豎向鉆孔與橫向擴(kuò)孔工藝難題的同時(shí)，使得多級擴(kuò)孔樁得以實(shí)際推廣應(yīng)用，并在應(yīng)用中取得了良好的效果。上述兩種方法雖采用的機(jī)具和擴(kuò)孔方式不同，其不足之處在于:
對于擴(kuò)孔灌注樁的鉆擴(kuò)孔，上述兩種專利方法均采用先用一臺鉆機(jī)鉆成等徑豎直孔后，再用擴(kuò)孔機(jī)在鉆成孔內(nèi)設(shè)定部位進(jìn)行擴(kuò)孔的雙鉆機(jī)兩步成孔模式，因而工序繁雜，效率較低。采用旋挖斗擴(kuò)孔方法適用于大樁粗樁，其粗大的樁身和高昂的制樁成本，在我國現(xiàn)階段還難于普遍采用。相比而言，擠擴(kuò)支盤法則多用于小直徑樁，且其擴(kuò)孔成本要低得多，因此在我國有了較多應(yīng)用。但是這種擴(kuò)孔方法受地層中土的地質(zhì)力學(xué)性能影響較大，在較硬土層中擠壓擴(kuò)孔會(huì)因擠不動(dòng)而使擴(kuò)孔失?。辉谲浲林袛D壓擴(kuò)孔會(huì)因產(chǎn)生縮徑甚至塌孔等缺陷，而降低擴(kuò)孔樁應(yīng)有的承載力一致性。為解決上述專利和技術(shù)中出現(xiàn)的問題，發(fā)明人提出過專利申請01100563.7，并在專利01100563.7中提出一種《可測控的差動(dòng)式鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)》，此專利方法已可解決鉆擴(kuò)孔施工一體的技術(shù)問題。為簡化上述專利所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)并使其鉆擴(kuò)孔施工操作易于程序化控制，申請人在專利申請01100563.7的基礎(chǔ)上，對鉆具結(jié)構(gòu)作了進(jìn)一步改進(jìn)，并提出鉆擴(kuò)孔兩用鉆具在程序控制下進(jìn)行多級擴(kuò)孔樁連續(xù)鉆擴(kuò)孔的施工方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是:提供一種鉆擴(kuò)孔一體的兩用鉆具及其適宜程序控制的鉆擴(kuò)孔施工方法，用于提高擴(kuò)孔灌注樁的鉆擴(kuò)孔效率；采用點(diǎn)切削的擴(kuò)孔切削方式來降低擴(kuò)孔切削力對孔壁土體的擾動(dòng):采用檢測與可程序控制的擴(kuò)孔方式來提高擴(kuò)孔質(zhì)量和鉆頭對不同土層擴(kuò)孔的適用性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種鉆擴(kuò)孔兩用鉆具，由鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)及其連接在其上部的空心鉆桿、動(dòng)力電纜和測控電纜和連接在其下部的鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭組成，所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)由潛水電機(jī)與連在其下部的行星減速器和鉆機(jī)軸及輸出法蘭組成，所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭由鉆頭橫梁和橫梁上法蘭及固接在其下部的鉆尖組成，其特征在于:
a.在潛水電機(jī)軸、行星式減速器的太陽輪軸和鉆機(jī)軸中心開設(shè)的中心通孔內(nèi)設(shè)有一根通長的控制軸，所述控制軸上端設(shè)有一電磁制動(dòng)器，其下端伸入至鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭內(nèi)；
b.所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭有一水平設(shè)置的鉆頭橫梁，所述鉆頭橫梁的中心豎直裝有一根上端與控制軸鍵連接下端為錐齒輪的鉆頭中心軸，所述鉆頭橫梁橫斷面為H型，其上翼緣中心開有縱向通孔，所述通孔中對稱設(shè)有兩根水平安裝的錐齒輪軸，所述鉆頭橫梁的腹板兩側(cè)各設(shè)有一根水平安裝且外伸段帶有齒爪刀的擴(kuò)孔刀桿，兩根擴(kuò)孔刀桿內(nèi)各有一根與之內(nèi)螺紋相嚙合的螺桿，所述鉆頭橫梁下設(shè)置有與其固定連接的鉆尖；
c.潛水電機(jī)內(nèi)上端電磁制動(dòng)器旁設(shè)有兩組可對潛水電機(jī)軸和控制軸的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行檢測的轉(zhuǎn)數(shù)檢測器。所述電磁制動(dòng)器由動(dòng)磁軛與靜磁軛組成,所述動(dòng)磁軛用花鍵套接在控制軸的上部，所述靜磁軛固定在潛水電機(jī)端蓋底面。所述鉆尖由鉆頭圈、鉆頭鋌桿和齒爪翼板構(gòu)成。所述測控電纜包括檢測信號纜和制動(dòng)控制纜，所述檢測信號纜連接轉(zhuǎn)數(shù)檢測器，所述制動(dòng)控制纜連接動(dòng)磁軛。所述錐齒輪軸的軸孔中線與鉆擴(kuò)孔兩用鉆具的軸線正交。采用所述的鉆擴(kuò)孔兩用鉆具進(jìn)行多級擴(kuò)孔樁施工方法，其特征在于如下步驟: 步驟一，進(jìn)行樁位定位、安放護(hù)筒等鉆孔前的準(zhǔn)備工作；
步驟二，在擴(kuò)孔刀桿完全縮回鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭內(nèi)及電磁制動(dòng)器斷電脫開后，潛水電機(jī)啟動(dòng)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)開始鉆孔作業(yè)，潛水電機(jī)通過行星減速器及鉆機(jī)軸將動(dòng)力傳給鉆尖進(jìn)行鉆孔；與此同時(shí)，檢測信號纜導(dǎo)通，轉(zhuǎn)數(shù)檢測器開始對潛水電機(jī)軸和控制軸進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)檢測；
步驟三，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到首級擴(kuò)孔臺的下沿時(shí)，繼續(xù)向下鉆進(jìn)不小于I倍孔徑的深度后提鉆，在擴(kuò)孔刀桿上沿提升至與擴(kuò)孔臺上沿平齊時(shí)，停止提鉆準(zhǔn)備擴(kuò)孔；
步驟四，擴(kuò)孔時(shí)，檢測信號纜和制動(dòng)控制纜同時(shí)導(dǎo)通:檢測信號纜的電源導(dǎo)通，轉(zhuǎn)數(shù)檢測器對潛水電機(jī)軸和控制軸進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)檢測；連接動(dòng)磁軛的制動(dòng)控制纜的電源導(dǎo)通，電磁制動(dòng)器的動(dòng)磁軛與靜磁軛得電吸合制動(dòng)，控制軸及鉆頭中心軸被制動(dòng)而轉(zhuǎn)速為零，中心軸下端錐齒輪通過驅(qū)動(dòng)錐齒輪軸和螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)來推動(dòng)擴(kuò)孔刀桿伸出擴(kuò)孔；擴(kuò)孔時(shí)根據(jù)設(shè)定的擴(kuò)孔形狀，采用擴(kuò)孔刀桿的水平伸出切削與鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭豎直向下鉆孔切削聯(lián)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)切削方法進(jìn)行擴(kuò)孔，或采用鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭上的擴(kuò)孔刀桿水平方向單獨(dú)步進(jìn)伸出切削與擴(kuò)孔刀桿隨鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭單獨(dú)步進(jìn)豎直向下切削的步進(jìn)順序切削方法進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)，直至達(dá)到設(shè)定的擴(kuò)孔形狀；
步驟五，擴(kuò)孔完成后，電磁制動(dòng)器得電使控制軸制動(dòng)，擴(kuò)孔刀桿在潛水電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)中縮進(jìn)鉆頭橫梁內(nèi)后，電磁制動(dòng)器斷電脫開，潛水電機(jī)恢復(fù)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，鉆尖向下繼續(xù)鉆孔；步驟六，當(dāng)鉆孔為多級擴(kuò)孔時(shí)，重復(fù)步驟二、步驟三、步驟四和步驟五中的鉆擴(kuò)孔作業(yè)過程，如此循環(huán)往復(fù)，直到完成整個(gè)樁孔的鉆擴(kuò)孔作業(yè)；
步驟七，最后一級的擴(kuò)孔作業(yè)完成后，繼續(xù)向下鉆800mm 1500mm深的收渣孔； 步驟八，換漿清孔后，將鉆擴(kuò)孔兩用鉆具提出孔外，向鉆孔內(nèi)下放鋼筋籠與灌灰導(dǎo)管； 步驟九，通過灌灰導(dǎo)管向成型的樁孔內(nèi)灌注混凝土，最終形成多級擴(kuò)孔樁。所述步驟四中的擴(kuò)孔形狀為正圓錐臺、階梯狀圓錐臺或圓柱臺。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果:
一、擴(kuò)孔刀桿水平伸出擴(kuò)孔，因其兩點(diǎn)支撐的受力形式使擴(kuò)孔鉆頭的尺寸大為縮小以及支座受力簡單合理，使得擴(kuò)孔刀桿的運(yùn)動(dòng)靈活可靠。擴(kuò)孔時(shí)擴(kuò)孔刀桿的齒爪刃對孔壁的點(diǎn)切削方式，因切削力對孔壁的擾動(dòng)大幅減小，使得采用本鉆具進(jìn)行擴(kuò)孔的孔壁更加穩(wěn)定。二、采用本鉆具進(jìn)行鉆擴(kuò)孔施工，鉆具的鉆孔或擴(kuò)孔僅與電磁制動(dòng)器的控制狀態(tài)有關(guān)，擴(kuò)孔刀桿運(yùn)動(dòng)方向僅與電機(jī)轉(zhuǎn)向有關(guān)，擴(kuò)孔刀桿伸縮行程與電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)成比例，這種確定的狀態(tài)相關(guān)性和運(yùn)動(dòng)相關(guān)性，使得對鉆具鉆孔或擴(kuò)孔的過程監(jiān)測和控制變得簡便易行。三、本發(fā)明在專利申請01100563.7的基礎(chǔ)上，取消了電磁離合器，通過上述改進(jìn)，使得潛水電機(jī)向鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭功率分流的控制更為簡單明了，僅通過對電機(jī)轉(zhuǎn)向和制動(dòng)器的控制就可實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)鉆孔和主副傳動(dòng)聯(lián)合擴(kuò)孔的功能；利用鉆具所具有的測控功能可對不同硬度土層的擴(kuò)孔過程進(jìn)行監(jiān)測和對擴(kuò)孔切削的調(diào)節(jié)控制，使本鉆具對于不同土質(zhì)中的鉆擴(kuò)孔施工具有廣泛的適用性。四、由于擴(kuò)孔刀桿伸縮速度的確定性，在與對鉆具豎向提引的速度控制相結(jié)合后，即可構(gòu)成鉆具豎直向下鉆孔的進(jìn)尺速度與擴(kuò)孔刀桿水平伸縮運(yùn)動(dòng)速度的合成運(yùn)動(dòng)控制；這種對于刀桿擴(kuò)孔的合成運(yùn)動(dòng)控制，和本鉆具擴(kuò)孔切削爪刃具備伸縮運(yùn)動(dòng)可控的合成運(yùn)動(dòng)切削功能，使本鉆具可用于樁身設(shè)有任意回轉(zhuǎn)體型腔的多級擴(kuò)孔樁的鉆擴(kuò)孔施工。
因此，本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于擴(kuò)孔灌注樁的施工。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖1是鉆擴(kuò)孔兩用鉆具結(jié)構(gòu)示意 附圖2為所示鉆擴(kuò)孔兩用鉆具剖視 附圖3是圖2中D處電磁制動(dòng)器的局部視 附圖4是圖2中A-A剖視 附圖5是圖4中C向視 附圖6是圖4中B-B剖視 附圖7是連續(xù)鉆擴(kuò)孔施工的施工流程示意 附圖8是正圓錐臺合成運(yùn)動(dòng)擴(kuò)孔切削施工步驟 附圖9是階梯狀圓錐臺順序步進(jìn)擴(kuò)孔切削施工步驟 附圖10是圓柱臺順序步進(jìn)擴(kuò)孔切削施工步驟圖。附圖標(biāo)記:1 一空心鉆桿、2 —鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)、3 —鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭、4 一動(dòng)力電纜、5 —靜磁軛、6 —潛水電機(jī)端蓋、7 —?jiǎng)哟跑棥? —潛水電機(jī)、9 一行星減速器、10 —法蘭、11 一錐齒輪軸、12 —擴(kuò)孔刀桿、13 —鉆頭圈、14 一鉆頭鋌桿、15 —齒爪翼板、16 —鉆頭橫梁、17 —螺桿、18 —鉆頭中心軸、19 一鉆機(jī)軸、20 —控制軸、21 —轉(zhuǎn)數(shù)檢測器、22 —測控電纜、23 —鋼筋籠、24 —灌灰導(dǎo)管、25 —檢測信號纜、26 —制動(dòng)控制纜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例參見圖1、圖2和圖3所不，一種鉆擴(kuò)孔兩用鉆具，由空心鉆桿I和動(dòng)力電纜4和測控電纜22與鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2、鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭3自上而下連接組成，所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2由潛水電機(jī)8和行星減速器9和鉆機(jī)軸19及法蘭10自上而下連接而成，所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭3由法蘭10、鉆頭橫梁16和下部的鉆尖自上而下固接組成，鉆機(jī)軸19與鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭3通過法蘭10連接，其特征在于:
a.在潛水電機(jī)軸、行星式減速器的太陽輪軸和鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)軸中心開設(shè)的中心通孔內(nèi)設(shè)有一根通長的控制軸20，所述控制軸20上端設(shè)有一電磁制動(dòng)器，其下端伸入至鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭內(nèi)；
b.所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭3上部，有一水平設(shè)置的鉆頭橫梁16，所述鉆頭橫梁16的中心豎直裝有一根下端為錐齒輪的鉆頭中心軸18，所述鉆頭橫梁16橫截面為H型，其上翼緣中心開有縱向通孔，所述通孔中有兩根水平設(shè)置的錐齒輪軸11，所述鉆頭橫梁16的腹板兩側(cè)有水平設(shè)置的兩根外伸段帶有齒爪刀的擴(kuò)孔刀桿12，兩根擴(kuò)孔刀桿12內(nèi)各有一根與之內(nèi)螺紋相嚙合的螺桿17，所述鉆頭橫梁16下設(shè)置有與其固定連接的鉆尖；
c.潛水電機(jī)8內(nèi)上端電磁制動(dòng)器旁設(shè)有兩組可對潛水電機(jī)軸和控制軸20的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行檢測的轉(zhuǎn)數(shù)檢測器21。所述鉆尖由鉆頭圈13、鉆頭鋌桿14和齒爪翼板15構(gòu)成。所述測控電纜22包括檢測信號纜25和制動(dòng)控制纜26，所述檢測信號纜25連接轉(zhuǎn)數(shù)檢測器21，所述制動(dòng)控制纜26連接動(dòng)磁軛7。所述電磁制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參見圖3,由動(dòng)磁軛7與靜磁軛5組成,所述動(dòng)磁軛7用花鍵套接在控制軸20的上部，所述靜磁軛5固定在潛水電機(jī)端蓋6底面。其工作過程為:控制電流通過電刷在旋轉(zhuǎn)動(dòng)磁軛7的滑環(huán)上滑動(dòng)接觸導(dǎo)通，動(dòng)磁軛7因得電與靜磁軛5吸合使控制軸20制動(dòng)，利用控制軸20制動(dòng)驅(qū)動(dòng)錐齒輪軸11的自轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)擴(kuò)孔刀桿12的伸縮運(yùn)動(dòng)；動(dòng)磁軛7失電制動(dòng)器脫開，控制軸20在隨鉆頭公轉(zhuǎn)的錐齒輪軸11驅(qū)動(dòng)下與鉆尖同速轉(zhuǎn)動(dòng)。電磁制動(dòng)器旁的兩組轉(zhuǎn)數(shù)檢測器21通過對潛水電機(jī)軸8和控制軸20鉆擴(kuò)孔過程中的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行檢測，以便于對擴(kuò)孔刀桿12的伸縮過程進(jìn)行程序控制。參照圖4，鉆頭橫梁16的通孔中對稱布置有兩根幾何尺寸相同的錐齒輪軸11，所述錐齒輪軸11的軸孔中線與鉆擴(kuò)孔兩用鉆具的軸線正交；在錐齒輪軸軸孔下方兩側(cè)分別各設(shè)有一根幾何尺寸相同的擴(kuò)孔刀桿12，擴(kuò)孔刀桿12的軸線與錐齒輪軸11的軸線平行。參照圖5、圖6，為使鉆頭橫梁16有足夠的強(qiáng)度，又便于擴(kuò)孔刀桿12的伸縮運(yùn)動(dòng)，還使鉆頭具有足夠的過流面積排除鉆渣，鉆頭橫梁16斷面采用H型結(jié)構(gòu)，擴(kuò)孔刀桿12臥在鉆頭橫梁腹板兩側(cè)的凹槽內(nèi)，與鉆頭圈13相連的鉆頭橫梁端鐵座上一側(cè)設(shè)有一個(gè)擴(kuò)孔刀桿12的伸縮通口，另一側(cè)設(shè)有螺桿17轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪箱。所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆具的工作過程為:鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2鉆孔時(shí)，擴(kuò)孔刀桿12處于完全縮回的初始狀態(tài)。此時(shí)，動(dòng)力電導(dǎo)通并通過動(dòng)力電纜4傳給潛水電機(jī)8，潛水電機(jī)8得電正向旋轉(zhuǎn)，經(jīng)行星減速器9減速增矩后，行星減速器9的動(dòng)力輸出通過與其鍵連接的鉆機(jī)軸19及法蘭10驅(qū)動(dòng)鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭3進(jìn)行鉆孔作業(yè)。此時(shí)測控電纜22中的信號電纜導(dǎo)通，轉(zhuǎn)數(shù)檢測器21工作，所測得的轉(zhuǎn)數(shù)信號通過測控電纜22傳到地面的控制室，用于監(jiān)視鉆孔過程；同時(shí)，測控電纜22中的制動(dòng)控制纜26斷電，使電磁制動(dòng)器的動(dòng)磁軛7與靜磁軛5處于脫開狀態(tài)，控制軸20和與其鍵連接的電磁制動(dòng)器的動(dòng)磁軛7及鉆頭中心軸18，受鉆頭橫梁16中停止自轉(zhuǎn)的錐齒輪軸11的軸端錐齒輪驅(qū)動(dòng)，隨鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭3同速公轉(zhuǎn)。鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2擴(kuò)孔時(shí)，動(dòng)力電導(dǎo)通并通過動(dòng)力電纜4傳給潛水電機(jī)8，潛水電機(jī)8得電正向運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)測控電纜22中的制動(dòng)控制纜26和檢測信號纜25同時(shí)得電導(dǎo)通:測控電纜22中的信號電纜25得電導(dǎo)通，轉(zhuǎn)數(shù)檢測器21工作，所測得的轉(zhuǎn)數(shù)信號通過測控電纜22傳到地面的控制箱，用于監(jiān)控鉆孔過程；制動(dòng)控制纜26得電導(dǎo)通，電磁制動(dòng)器的動(dòng)磁軛7與固定在電機(jī)端蓋6上的靜磁軛5得電吸合制動(dòng)，控制軸20及鉆頭中心軸18因制動(dòng)而轉(zhuǎn)速為零，使鉆頭橫梁16通孔中兩根錐齒輪軸11的軸端錐齒輪因與鉆頭中心軸18下端錐齒輪的嚙合產(chǎn)生自轉(zhuǎn)；錐齒輪軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)通過齒輪副驅(qū)動(dòng)擴(kuò)孔刀桿12內(nèi)的螺桿17轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿17上的外螺紋與擴(kuò)孔刀桿12孔中內(nèi)螺紋的嚙合傳動(dòng)推動(dòng)擴(kuò)孔刀桿12作直線伸出運(yùn)動(dòng)。在上述傳動(dòng)中，電磁制動(dòng)器得電吸合制動(dòng)時(shí)，潛水電機(jī)8的正向轉(zhuǎn)動(dòng)使擴(kuò)孔刀桿12伸出擴(kuò)孔，潛水電機(jī)8的反向轉(zhuǎn)動(dòng)拉動(dòng)擴(kuò)孔刀桿12縮回，當(dāng)電磁制動(dòng)器失電脫開時(shí)，擴(kuò)孔刀桿12停止伸縮運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，擴(kuò)孔刀桿12伸出段的齒爪可與鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭3上鉆尖的鉆頭圈13、齒爪翼板15、鉆頭鋌桿14的爪齒一同向下鉆孔。由于鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2中行星減速器9的傳動(dòng)比與鉆頭中心軸18驅(qū)動(dòng)擴(kuò)孔刀桿12運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)比均為定值，因此擴(kuò)孔刀桿12的直線伸縮運(yùn)動(dòng)速度為定值。采用上述鉆擴(kuò)孔兩用鉆具進(jìn)行多級擴(kuò)孔樁連續(xù)鉆擴(kuò)孔的施工方法，實(shí)施步驟參見圖7，
步驟一，進(jìn)行樁位定位、安放護(hù)筒等鉆孔前的準(zhǔn)備工作；
步驟二，將擴(kuò)孔刀桿12完全縮回鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭3內(nèi)時(shí)，鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2啟動(dòng)開始鉆孔作業(yè)，鉆孔時(shí)，關(guān)閉與動(dòng)磁軛7連接的制動(dòng)控制纜26的電源，動(dòng)磁軛7與靜磁軛5脫開，潛水電機(jī)8通過行星減速器9及鉆機(jī)軸19將動(dòng)力傳給鉆尖進(jìn)行鉆孔；
步驟三，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到首級擴(kuò)孔部位的深度，繼續(xù)向下鉆進(jìn)不小于I倍孔徑深度后提鉆，當(dāng)提鉆至擴(kuò)孔刀桿上沿與擴(kuò)孔錐臺上沿平齊時(shí)，停止提鉆準(zhǔn)備擴(kuò)孔；
步驟四，擴(kuò)孔時(shí)，檢測信號纜和制動(dòng)控制纜同時(shí)導(dǎo)通:檢測信號纜的電源導(dǎo)通，轉(zhuǎn)數(shù)檢測器對潛水電機(jī)軸和控制軸進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)檢測；連接動(dòng)磁軛的制動(dòng)控制纜的電源導(dǎo)通，電磁制動(dòng)器得電，動(dòng)磁軛7與靜磁軛5吸合制動(dòng)，控制軸20及鉆頭中心軸18的轉(zhuǎn)速為零，利用錐齒輪軸11與鉆頭中心軸18下端錐齒輪的嚙合產(chǎn)生的正向自轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)螺桿17轉(zhuǎn)動(dòng)，所述螺桿17通過與擴(kuò)孔刀桿12內(nèi)螺紋的嚙合傳動(dòng)，推動(dòng)擴(kuò)孔刀桿12伸出擴(kuò)孔；此時(shí)，采用擴(kuò)孔刀桿12水平伸出切削可與鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭3的豎直向下鉆孔切削形成合成運(yùn)動(dòng)切削方法，或采用鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭上的擴(kuò)孔刀桿12水平方向單獨(dú)步進(jìn)伸出切削與鉆尖單獨(dú)步進(jìn)豎直向下切削的步進(jìn)順序切削方法進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)的擴(kuò)孔形狀；
步驟五，擴(kuò)孔完成后，潛水電機(jī)8得電反轉(zhuǎn)，電磁制動(dòng)器得電使動(dòng)磁軛7與靜磁軛5吸合制動(dòng)，利用受制動(dòng)的控制軸20及鉆頭中心軸18的轉(zhuǎn)速為零來驅(qū)動(dòng)錐齒輪軸11反向自轉(zhuǎn)，錐齒輪軸11的自轉(zhuǎn)通過驅(qū)動(dòng)齒輪副及螺桿17反向轉(zhuǎn)動(dòng)來拉動(dòng)擴(kuò)孔刀桿12向鉆頭橫梁16內(nèi)收縮，擴(kuò)孔刀桿12縮回到鉆頭橫梁16內(nèi)后，鉆尖向下繼續(xù)鉆孔；
步驟六，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到下一級擴(kuò)孔部位的深度時(shí)，重復(fù)步驟四中的擴(kuò)孔作業(yè)的過程，如此循環(huán)往復(fù)，直到完成最后一級的擴(kuò)孔作業(yè)；
步驟七，最后一級的擴(kuò)孔作業(yè)完成后，繼續(xù)向下鉆800mm 1500mm孔深的收洛孔；步驟八，換漿清孔后，將鉆擴(kuò)孔兩用鉆具提起，并下放鋼筋籠23與灌灰導(dǎo)管24 ；
步驟九，通過灌灰導(dǎo)管24向成型的樁孔內(nèi)灌注混凝土，最終形成多級擴(kuò)孔樁。步驟四中所述的擴(kuò)孔形狀為正圓錐臺、階梯狀圓錐臺或圓柱臺。所述正圓錐臺指側(cè)壁為光滑斜面的圓錐臺，所述階梯狀圓錐臺指側(cè)壁斜面有階梯狀變化的圓錐臺。擴(kuò)孔方法的實(shí)施例一參見圖8，為形成正圓錐臺的擴(kuò)孔形狀的施工流程，其擴(kuò)孔過程為:在鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2擴(kuò)孔時(shí)，首先確定擴(kuò)孔圓錐臺半錐角余切值，并根據(jù)機(jī)械傳動(dòng)比的計(jì)算原理，通過擴(kuò)孔刀桿伸出擴(kuò)孔行程確定對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)^ ;按照相似原理，當(dāng)擴(kuò)孔刀桿12以確定速度橫向伸出擴(kuò)孔切削時(shí)，提引空心鉆桿I和鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2的卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩以擴(kuò)孔刀桿12伸出速度與錐臺半錐角余切值乘積的倍率速度同步下放，使擴(kuò)孔刀桿12在伸出擴(kuò)孔的同時(shí)與鉆尖以相同的速度同步向下鉆孔，在轉(zhuǎn)速檢測器21測得電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)為~圈時(shí)，電磁制動(dòng)器脫開，擴(kuò)孔刀桿停止伸出，擴(kuò)孔結(jié)束；鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2按此合成運(yùn)動(dòng)方法進(jìn)行擴(kuò)孔切削，形成的擴(kuò)孔型腔即為設(shè)定的擴(kuò)孔圓錐臺型腔，其錐度即為設(shè)定錐臺型腔的錐度；如需加強(qiáng)混凝土錐臺強(qiáng)度，可繼續(xù)下鉆Λ h深，當(dāng)鉆頭鉆達(dá)Λ h后，擴(kuò)孔完成。擴(kuò)孔完成后，潛水電機(jī)8反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電磁制動(dòng)器得電吸合制動(dòng)，驅(qū)動(dòng)刀桿縮回；當(dāng)轉(zhuǎn)速檢測器21測得潛水電機(jī)8反向轉(zhuǎn)數(shù) 為一圈時(shí)，擴(kuò)孔刀桿12完成縮回行程，此時(shí)電磁制動(dòng)器失電脫開，擴(kuò)孔結(jié)束，鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2繼續(xù)向下鉆孔。擴(kuò)孔方法的實(shí)施例二參見圖9，為降低鉆機(jī)擴(kuò)孔時(shí)的功率消耗，擴(kuò)孔形式采用階梯狀圓錐臺，根據(jù)擴(kuò)孔型腔設(shè)定的錐臺尺寸，可按圖示分層切削的順序步進(jìn)方法進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)。在分層時(shí)，分層的層數(shù)η應(yīng)為整數(shù)，每層擴(kuò)孔的層高Λ h應(yīng)不大于擴(kuò)孔刀桿12的高度，并使Λ h與每層擴(kuò)孔刀桿12伸出長度Λ r的比值與錐臺半錐角的余切相等。上述擴(kuò)孔參數(shù)Λ r和Λ h確定后,可據(jù)此確定擴(kuò)孔刀桿12伸出Λ r對應(yīng)的潛水電機(jī)8轉(zhuǎn)數(shù)Δ nr和擴(kuò)孔刀桿12伸出擴(kuò)孔的行程的步數(shù)η。分層擴(kuò)孔時(shí)，鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2停止豎直向下鉆孔，電磁制動(dòng)器的動(dòng)磁軛7與靜磁軛5吸合制動(dòng)，擴(kuò)孔刀桿12伸出Λ r擴(kuò)孔；當(dāng)轉(zhuǎn)速檢測器21測得潛水電機(jī)8轉(zhuǎn)過Δ nr圈時(shí)，電磁制動(dòng)器立即失電脫開，擴(kuò)孔刀桿12停止伸出，并與鉆頭3一同向下鉆孔；當(dāng)鉆至Λ h時(shí)鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2停止向下運(yùn)動(dòng)，電磁制動(dòng)器制動(dòng)，擴(kuò)孔刀桿
12再次伸出Δ r擴(kuò)孔........如此循環(huán)往復(fù)，直至擴(kuò)孔刀桿橫向伸出行程為η Δ r和豎直向
下擴(kuò)孔行程為η Δ h時(shí)，階梯狀圓錐臺的擴(kuò)孔完成，此時(shí)電磁制動(dòng)器失電脫開，擴(kuò)孔刀桿12停止橫向運(yùn)動(dòng)。如需加強(qiáng)混凝土錐臺強(qiáng)度，可繼續(xù)下鉆Λ h深，當(dāng)鉆頭鉆達(dá)Λ h后，擴(kuò)孔完成。擴(kuò)孔完成后，潛水電機(jī)8反向轉(zhuǎn)動(dòng)，電磁制動(dòng)器得電制動(dòng)并驅(qū)動(dòng)擴(kuò)孔刀桿12縮回；當(dāng)轉(zhuǎn)速檢測器21測得潛水電機(jī)8反向轉(zhuǎn)數(shù)為一 η Λ I圈時(shí)，擴(kuò)孔刀桿12完成縮回行程，此時(shí)電磁制動(dòng)器失電脫開，擴(kuò)孔結(jié)束，鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2繼續(xù)向下鉆孔。擴(kuò)孔方法實(shí)施例三參照圖10，為降低混凝土消耗，在土質(zhì)較好且不易塌孔地層擴(kuò)孔時(shí)，可采用圓柱臺型順序步進(jìn)方法擴(kuò)孔。擴(kuò)孔前首先根據(jù)擴(kuò)孔刀桿的伸縮行程Λ r確定對應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)&和擴(kuò)孔刀桿12下鉆行程Δ h。當(dāng)鉆機(jī)鉆至擴(kuò)孔深度后提鉆Λ h并停止向下鉆進(jìn)；此時(shí)電磁制動(dòng)器得電制動(dòng)，擴(kuò)孔刀桿12開始橫向伸出擴(kuò)孔；當(dāng)轉(zhuǎn)速檢測器21測得電機(jī)的擴(kuò)孔轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到K時(shí)，電磁制動(dòng)器失電脫開，擴(kuò)孔刀桿12停止伸出，并且隨鉆尖向下鉆孔，鉆至設(shè)定擴(kuò)孔深度Λ h后，電磁制動(dòng)器得電制動(dòng)，電機(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擴(kuò)孔刀桿12縮回；當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到一 K時(shí)，擴(kuò)孔刀桿12完成縮回行程，此時(shí)電磁制動(dòng)器失電脫開，擴(kuò)孔結(jié)束，鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)2可繼續(xù)向下鉆孔。
權(quán)利要求
1.一種鉆擴(kuò)孔兩用鉆具，由空心鉆桿(I)、動(dòng)力電纜(4)、測控電纜(22)、鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)(2)和鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭(3)自上而下連接組成，所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)(2)由潛水電機(jī)(8)、行星減速器(9)、鉆機(jī)軸(19)及法蘭(10)自上而下連接而成，所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭(3)由法蘭(10)、鉆頭橫梁(16)和下部的鉆尖自上而下固接組成，鉆機(jī)軸(19)與鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭(3)通過法蘭(10)連接，其特征在于: a.在潛水電機(jī)軸、行星式減速器(9)的太陽輪軸和鉆機(jī)軸(19)中心開設(shè)的中心通孔內(nèi)設(shè)有一根通長的控制軸(20)，所述控制軸(20)上端設(shè)有一電磁制動(dòng)器，其下端伸入至鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭內(nèi)； b.所述鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭(3)有一水平設(shè)置的鉆頭橫梁(16)，所述鉆頭橫梁(16)的中心豎直裝有一根上端與控制軸(20)鍵連接且下端為錐齒輪的鉆頭中心軸(18)，所述鉆頭橫梁(16)的橫斷面為H型，其上翼緣中心開有縱向通孔，所述通孔中對稱設(shè)有兩根水平安裝的錐齒輪軸(11)，所述鉆頭橫梁(16) 的腹板兩側(cè)各設(shè)有一根水平安裝且外伸段帶有齒爪刀的擴(kuò)孔刀桿(12)，兩根擴(kuò)孔刀桿(12)內(nèi)各有一根與之內(nèi)螺紋相嚙合的螺桿(17)，所述鉆頭橫梁(16)下設(shè)置有與其固定連接的鉆尖； c.潛水電機(jī)(8)內(nèi)部上端電磁制動(dòng)器旁設(shè)有兩組可對潛水電機(jī)軸和控制軸(20)的轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行檢測的轉(zhuǎn)數(shù)檢測器(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆擴(kuò)孔兩用鉆具，其特征在于:所述電磁制動(dòng)器由動(dòng)磁軛(7)與靜磁軛(5 )組成，所述動(dòng)磁軛(7 )用花鍵套接在控制軸(20 )的上部，所述靜磁軛(5 )固定在潛水電機(jī)端蓋(6)底面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆擴(kuò)孔兩用鉆具，其特征在于:所述測控電纜(22)包括檢測信號纜(25 )和制動(dòng)控制纜(26 )，所述檢測信號纜(25 )連接轉(zhuǎn)數(shù)檢測器(21)，所述制動(dòng)控制纜(26)連接動(dòng)磁軛(7)。
4.采用權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的鉆擴(kuò)孔兩用鉆具進(jìn)行多級擴(kuò)孔樁連續(xù)鉆擴(kuò)孔的施工方法，其特征在于如下步驟: 步驟一，進(jìn)行樁位定位、安放護(hù)筒等鉆孔前的準(zhǔn)備工作； 步驟二，在擴(kuò)孔刀桿(12)完全縮回鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭(3)內(nèi)、及電磁制動(dòng)器斷電脫開后，潛水電機(jī)(8)啟動(dòng)正向運(yùn)轉(zhuǎn)，鉆擴(kuò)孔兩用鉆機(jī)(2)開始鉆孔作業(yè)，潛水電機(jī)(8)通過行星減速器(9)及鉆機(jī)軸(19)將動(dòng)力傳給鉆尖進(jìn)行鉆孔；與此同時(shí)，檢測信號纜(25)導(dǎo)通，轉(zhuǎn)數(shù)檢測器(21)開始對潛水電機(jī)(8)軸和控制軸(20)進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)檢測； 步驟三，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到首級擴(kuò)孔臺的下沿時(shí)，繼續(xù)向下鉆進(jìn)不小于I倍孔徑的深度后提鉆，當(dāng)擴(kuò)孔刀桿上沿與擴(kuò)孔臺上沿平齊時(shí)，停止提鉆準(zhǔn)備擴(kuò)孔； 步驟四，擴(kuò)孔時(shí)，檢測信號纜(25)和制動(dòng)控制纜(26)同時(shí)導(dǎo)通:檢測信號纜(25)的電源導(dǎo)通，轉(zhuǎn)數(shù)檢測器(21)對潛水電機(jī)軸和控制軸(20)進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)檢測；制動(dòng)控制纜(26)的電源導(dǎo)通，電磁制動(dòng)器的動(dòng)磁軛(7)與靜磁軛(5)得電吸合制動(dòng)，控制軸(20)及鉆頭中心軸(18)制動(dòng)轉(zhuǎn)速為零，中心軸(18)下端錐齒輪通過驅(qū)動(dòng)錐齒輪軸(11)和螺桿(17)轉(zhuǎn)動(dòng)來推動(dòng)擴(kuò)孔刀桿(12)伸出擴(kuò)孔；擴(kuò)孔時(shí)根據(jù)設(shè)定的擴(kuò)孔形狀，采用擴(kuò)孔刀桿(12)的水平伸出切削與鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭(3)豎直向下鉆孔切削聯(lián)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)切削方法進(jìn)行擴(kuò)孔，或采用鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭(3)上的擴(kuò)孔刀桿(12)水平方向單獨(dú)步進(jìn)伸出切削與擴(kuò)孔刀桿(12)隨鉆擴(kuò)孔兩用鉆頭(3)單獨(dú)步進(jìn)豎直向下切削的步進(jìn)順序切削方法進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)，直至達(dá)到設(shè)定的擴(kuò)孔形狀； 步驟五，擴(kuò)孔完成后，電磁制動(dòng)器得電使控制軸(20)制動(dòng)，擴(kuò)孔刀桿(12)在潛水電機(jī)(8)反向運(yùn)轉(zhuǎn)中縮進(jìn)鉆頭橫梁(16)內(nèi)后，電磁制動(dòng)器斷電脫開，潛水電機(jī)(8)恢復(fù)正轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，鉆尖向下繼續(xù)鉆孔； 步驟六，當(dāng)鉆孔為多級擴(kuò)孔時(shí)，重復(fù)步驟二、步驟三、步驟四和步驟五中的鉆擴(kuò)孔作業(yè)過程，如此循環(huán)往復(fù)，直到完成整個(gè)樁孔的鉆擴(kuò)孔作業(yè)； 步驟七，最后一級的擴(kuò)孔作業(yè)完成后，繼續(xù)向下鉆800mm 1500mm孔深的收洛孔； 步驟八，換漿清孔后，將鉆擴(kuò)孔兩用鉆具提起，并下放鋼筋籠(23)與灌灰導(dǎo)管(24)； 步驟九，通過灌灰導(dǎo)管(24)向成型的樁孔內(nèi)灌注混凝土，最終形成多級擴(kuò)孔樁。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級擴(kuò)孔樁連續(xù)鉆擴(kuò)孔施工方法，其特征在于:所述步驟四中的擴(kuò)孔形狀為正圓錐臺、 階梯狀圓錐臺或圓柱臺。
全文摘要
一種鉆擴(kuò)孔兩用鉆具及施工方法在潛水鉆機(jī)內(nèi)部，通過制動(dòng)器對控制軸的轉(zhuǎn)動(dòng)控制，使鉆機(jī)向鉆頭的功率傳輸可產(chǎn)生分流主傳動(dòng)用來驅(qū)動(dòng)鉆頭鉆孔，副傳動(dòng)用來驅(qū)動(dòng)擴(kuò)孔刀桿伸縮擴(kuò)孔；鉆具鉆孔時(shí)，通過使鉆機(jī)的控制軸處于非制動(dòng)狀態(tài)，即可進(jìn)行常規(guī)鉆孔；鉆具擴(kuò)孔時(shí)，通過使鉆機(jī)控制軸處于制動(dòng)狀態(tài)即可進(jìn)行擴(kuò)孔；對電機(jī)軸與控制軸的轉(zhuǎn)數(shù)檢測和對電機(jī)軸與控制軸轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)及對豎向鉆進(jìn)速度的聯(lián)動(dòng)控制，還可使擴(kuò)孔刀桿的橫向伸出擴(kuò)孔與豎向鉆孔按程序控制的合成擴(kuò)孔切削運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行擴(kuò)孔，因此本鉆機(jī)可用于軟土地基中含有設(shè)定回轉(zhuǎn)體擴(kuò)孔型腔的多級擴(kuò)孔樁的連續(xù)鉆擴(kuò)孔施工。
文檔編號E21B10/32GK103114805SQ20131008676
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者楊旭, 閻里鵬, 楊政 申請人:天津開發(fā)區(qū)三友新科技開發(fā)有限公司