CN111636813B - 一种高扭矩搅拌钻机及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高扭矩搅拌钻机及其施工方法，属于桩基施工技术领域，包括桩架、底盘、垂向回转动力系统、环向回转动力系统、回转驱动、回转压盘、钻杆、钻头、链条、固化材料泵送系统、高压气供给系统；钻杆上设置有止口；桩架和底盘通过螺栓连接，回转驱动通过滑轨与桩架连接，回转压盘通过链条与垂向回转动力系统连接，回转压盘通过法兰与钻杆连接，钻杆通过法兰与钻头连接，固化材料泵送系统、高压气供给系统均通过高压胶管与钻杆连接。本发明通过将动力头下置，降低了钻机的重心，防止钻机在施工过程中前倾，通过仅设置一个动力头达到下钻、提钻和传扭同时工作的目的，减少了施工工序，提高了施工效率，节省了成本。
Description
技术领域
本发明涉及桩基施工技术领域，特别涉及到一种高扭矩搅拌钻机及其施工方法。
背景技术
高层建筑、铁路或者桥梁的建设，均需要进行打桩，打桩时需要钻桩孔。根据不同的地质，钻孔后在钻孔中浇筑桩杆，这种桩称为灌注桩，或者在钻孔的同时喷入水泥浆，现浇成桩杆，这种桩称为搅拌桩。无论是灌注桩或者是搅拌桩，都会用到工程钻机。工程钻机的核心部件就是动力头，动力头的主要功能就是将动力部件产生的转矩和转速传递给钻具，实现钻具的连续钻孔和破碎岩石、砾石。随着建筑产业的大力发展，工程钻机的使用越来越广泛，对给钻具提供动力的动力头也提出了更高的要求。
目前，市场上常规的动力头，设备结构复杂、体积大、动力小、工作效率低、运输不便，另外，动力头一般安装在钻机的顶部，随着钻杆的进尺而逐渐降低，动力头重量较大，导致钻机的重心前倾并且上移，导致钻机施工时候的危险性较大。此外，也有将动力头分为上下两个部分，一部分在上部负责下压力和提升力，一部分在下部负责提供扭矩，但是这种结构比较复杂，施工工序繁琐，设备损耗严重。因此，为了解决上述问题，本发明提出了一种高扭矩搅拌钻机及其施工方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种高扭矩搅拌钻机及其施工方法，克服了现有技术的不足。通过将动力头下置，降低了钻机的重心，防止钻机在施工过程中前倾，通过仅设置一个动力头达到下钻、提钻和传扭同时工作的目的，减少了施工工序，提高了施工效率，节省了成本。
一种高扭矩搅拌钻机，其特征在于，包括桩架、底盘、垂向回转动力系统、环向回转动力系统、回转驱动、回转压盘、钻杆、钻头、链条、固化材料泵送系统、高压气供给系统；所述钻杆上设置有止口；所述回转驱动包括滑轨、支架、液压马达、回转套筒、回转支撑、齿轮、键块；所述桩架和底盘通过螺栓连接，所述垂向回转动力系统、环向回转动力系统均安装在底盘上，所述回转驱动通过滑轨与桩架连接，所述回转压盘通过链条与垂向回转动力系统连接，所述回转压盘通过法兰与钻杆连接，所述钻杆通过法兰与钻头连接，所述固化材料泵送系统、高压气供给系统均通过高压胶管与钻杆连接；所述滑轨通过螺栓与支架连接，所述液压马达通过螺栓与支架连接，所述液压马达与齿轮通过咬合传动，所述齿轮通过螺栓与回转套筒连接，所述齿轮通过螺栓与回转支承的外环连接，所述回转支承的内环通过螺栓与支架连接，所述回转套筒上设置有键槽，键块与回转套筒通过键连接。
优选地，所述键槽的数量至少为三个，特别地，键槽数量为六个，在横截面上，相邻两个键槽之间的夹角为60°。
优选地，所述键块为长方体结构，键块凸出回转套筒的高度为4cm-8cm，键块的长度为10cm-15cm。
优选地，所述钻杆表面至少焊接有三排止口，三排止口沿钻杆均匀分布，每排止口按照左右交错的形式分布，每个止口的深度为3cm-7cm，每个止口的长度为15cm-20cm。
优选地，所述液压马达为两个，所述滑轨的截面为3/5圆环。
优选地，所述钻杆由初始钻杆与外接钻杆组成，如要加接钻杆时，钻杆为初始钻杆与外接钻杆的组合，如无需加接钻杆时，钻杆仅为初始钻杆，初始钻杆与外接钻杆的直径范围为80-50mm，钻杆之间采用销连接的方式进行连接；所述桩架包含轻型桩架和承力桩架，轻型桩架位于承力桩架上方，轻型桩架的高度为承力桩架高度的1-4倍。
一种高扭矩搅拌钻机的施工方法，其特征在于，采用一种高扭矩搅拌钻机进行施工，具体施工步骤如下：
步骤一：启动钻机，钻机根据设计要求就位，调整桩架和底盘，保证钻机整体处于水平状态以及钻杆处于垂直状态，试运行钻机5-10分钟；
步骤二：调整回转驱动中的键块的位置使其位于初始钻杆光圆轨道内，启动垂向回转动力系统，使得回转驱动向上移动至承力桩架顶部；
步骤三：启动环向回转动力系统，通过液压马达带动回转套筒正向转动，通过回转压盘缓慢带动初始钻杆向上，使得回转驱动中的键块进入初始钻杆的止口内，进而驱动初始钻杆、钻头正向转动，启动垂向回转动力系统，使得回转驱动向下移动，进而带动初始钻杆、钻头向下移动，与此同时启动固化材料泵送系统、高压气供给系统通过钻头向土体内掺入固化材料；
步骤四：当回转驱动带动初始钻杆向下移动到承力桩架底部时，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统，重复步骤三、四以及该步骤上述流程，直至初始钻杆顶部距离地面3-5m；
步骤五：如需添加外接钻杆时，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统，解除回转压盘与初始钻杆之间的锁止装置，向上提升回转压盘至设定高度后，将外接钻杆上部、下部分别与回转压盘、初始钻杆连接后并锁止，类似地重复步骤二至步骤四及本步骤上述过程，直至完成所有外接钻杆的添加，当所有外接钻杆添加完成后或无需添加外接钻杆时，通过回转驱动继续带动初始钻杆、钻头或外接钻杆旋转并向下移动，直至搅拌至设定深度；
步骤六：调节环向回转动力系统、垂向回转动力系统使得回转套筒反向转动，通过回转压盘缓慢带动初始钻杆向上，使得回转驱动中的键块进入初始钻杆的止口内，使得回转驱动带动初始钻杆、钻头或外接钻杆向上移动并反向转动，固化剂搅拌系统和高压气供给系统继续通过钻头向土体泵送固化剂及高压气；
步骤七：如已添加外接钻杆时，当上部第一节外接钻杆下端提升至地面以上0.5-2.0m高度时，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统，将调整回转驱动中的键块的位置使其位于初始钻杆光圆轨道内，向下移动回转驱动至下一节钻杆上部后，启动环向回转动力系统，通过液压马达带动回转套筒反向转动，通过回转压盘缓慢带动初始钻杆向上，使得回转驱动中的键块进入下一节钻杆的止口内之后关闭环向回转动力系统，释放上部第一节外接钻杆与回转压盘、下一节钻杆的连接，移除该节钻杆，然后回转压盘向下移动与下一节钻杆连接后并锁止，打开环向回转动力系统、垂向回转动力系统使得回转套筒反向转动，使得回转驱动带动初始钻杆、钻头或外接钻杆向上移动并反向转动，同时打开固化材料泵送系统、高压气供给系统，拆卸下一节外接钻杆类似得重复本步骤上述流程，直至完成所有外接钻杆的拆卸，使得桩架上保留初始钻杆和钻头或无添加外接钻杆时，持续提升初始钻杆和钻头，最终待钻头完全脱离土体后，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统；
步骤八：平整搅拌桩附近场地，钻机移位进行下一根搅拌桩施工；
步骤九：重复步骤一至步骤八直至完成施工。
优选地，所述回转驱动中的键块可根据需求调整数量，当搅拌最大扭矩小于2000N·m时，键块数量不少于3个，当搅拌最大扭矩大于2000N·m时，键块数量不少于6个。
优选地，所述回转驱动带动初始钻杆在地面以上提升，连续5m提升过程中钻杆相对于竖直方向产生不少于5次大于5度倾角则应移除原键块，更换全新未磨损键块。
优选地，所述初始钻杆和加接钻杆的止口表面在搅拌施工前和搅拌施工过程中均匀喷射分散剂或润滑油，每节初始钻杆或加接钻杆上分散剂或润滑油的用量不小于1000mL。
本发明所带来的有益技术效果：
通过将动力头下置，降低了钻机的重心，防止钻机在施工过程中前倾，通过仅设置一个动力头达到下钻、提钻和传扭同时工作的目的，减少了施工工序，提高了施工效率，节省了成本。
附图说明
图1为本发明一种高扭矩搅拌钻机及其施工方法中钻机的结构示意图。
图2为本发明一种高扭矩搅拌钻机及其施工方法中回转驱动的剖面示意图。
图3为本发明一种高扭矩搅拌钻机及其施工方法中回转驱动的俯视图。
图4为本发明一种高扭矩搅拌钻机及其施工方法中回转驱动的侧视图。
其中，1-桩架、2-底盘、3-回转驱动、4-回转压盘、5-钻杆、6-钻头、7-链条、8-止口、31-滑轨、32-支架、33-液压马达、34-回转套筒、35-回转支撑、36-齿轮、37-键块。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1~4所示，一种高扭矩搅拌钻机，其特征在于，包括桩架1、底盘2、垂向回转动力系统、环向回转动力系统、回转驱动3、回转压盘4、钻杆5、钻头6、链条7、固化材料泵送系统、高压气供给系统；所述钻杆5上设置有止口8；所述回转驱动3包括滑轨31、支架32、液压马达33、回转套筒34、回转支撑35、齿轮36、键块37；所述桩架1和底盘2通过螺栓连接，所述垂向回转动力系统、环向回转动力系统均安装在底盘2上，所述回转驱动3通过滑轨31与桩架1连接，所述回转压盘4通过链条7与垂向回转动力系统连接，所述回转压盘4通过法兰与钻杆5连接，所述钻杆5通过法兰与钻头6连接，所述固化材料泵送系统、高压气供给系统均通过高压胶管与钻杆5连接；所述滑轨31通过螺栓与支架32连接，所述液压马达33通过螺栓与支架32连接，所述液压马达33与齿轮36通过咬合传动，所述齿轮36通过螺栓与回转套筒34连接，所述齿轮36通过螺栓与回转支承的外环连接，所述回转支承的内环通过螺栓与支架32连接，所述回转套筒34上设置有键槽，键块37与回转套筒34通过键连接。
优选地，所述键槽的数量至少为三个，特别地，键槽数量为六个，在横截面上，相邻两个键槽之间的夹角为60°。
优选地，所述键块37为长方体结构，键块37凸出回转套筒34的高度为4cm-8cm，键块37的长度为10cm-15cm。
优选地，所述钻杆5表面至少焊接有三排止口8，三排止口8沿钻杆5均匀分布，每排止口8按照左右交错的形式分布，每个止口8的深度为3cm-7cm，每个止口8的长度为15cm-20cm。
优选地，所述液压马达33为两个，所述滑轨31的截面为3/5圆环。
优选地，所述钻杆5由初始钻杆与外接钻杆组成，如要加接钻杆5时，钻杆5为初始钻杆与外接钻杆的组合，如无需加接钻杆5时，钻杆5仅为初始钻杆，初始钻杆与外接钻杆的直径范围为80-50mm，钻杆5之间采用销连接的方式进行连接；所述桩架1包含轻型桩架和承力桩架，轻型桩架位于承力桩架上方，轻型桩架的高度为承力桩架高度的1-4倍。
一种高扭矩搅拌钻机的施工方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种高扭矩搅拌钻机进行施工，具体施工步骤如下：
步骤一：启动钻机，钻机根据设计要求就位，调整桩架1和底盘2，保证钻机整体处于水平状态以及钻杆5处于垂直状态，试运行钻机5-10分钟；
步骤二：调整回转驱动3中的键块37的位置使其位于初始钻杆光圆轨道内，启动垂向回转动力系统，使得回转驱动3向上移动至承力桩架顶部；
步骤三：启动环向回转动力系统，通过液压马达33带动回转套筒34正向转动，通过回转压盘4缓慢带动初始钻杆向上，使得回转驱动3中的键块37进入初始钻杆的止口8内，进而驱动初始钻杆、钻头6正向转动，启动垂向回转动力系统，使得回转驱动3向下移动，进而带动初始钻杆、钻头6向下移动，与此同时启动固化材料泵送系统、高压气供给系统通过钻头6向土体内掺入固化材料；
步骤四：当回转驱动3带动初始钻杆向下移动到承力桩架底部时，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统，重复步骤三、四以及该步骤上述流程，直至初始钻杆顶部距离地面3-5m；
步骤五：如需添加外接钻杆时，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统，解除回转压盘4与初始钻杆之间的锁止装置，向上提升回转压盘4至设定高度后，将外接钻杆上部、下部分别与回转压盘4、初始钻杆连接后并锁止，类似地重复步骤二至步骤四及本步骤上述过程，直至完成所有外接钻杆的添加，当所有外接钻杆添加完成后或无需添加外接钻杆时，通过回转驱动3继续带动初始钻杆、钻头6或外接钻杆旋转并向下移动，直至搅拌至设定深度；
步骤六：调节环向回转动力系统、垂向回转动力系统使得回转套筒34反向转动，通过回转压盘4缓慢带动初始钻杆向上，使得回转驱动3中的键块37进入初始钻杆5的止口8内，使得回转驱动3带动初始钻杆、钻头6或外接钻杆向上移动并反向转动，固化剂搅拌系统和高压气供给系统继续通过钻头6向土体泵送固化剂及高压气；
步骤七：如已添加外接钻杆时，当上部第一节外接钻杆下端提升至地面以上0.5-2.0m高度时，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统，将调整回转驱动3中的键块37的位置使其位于初始钻杆光圆轨道内，向下移动回转驱动3至下一节钻杆5上部后，启动环向回转动力系统，通过液压马达33带动回转套筒34反向转动，通过回转压盘4缓慢带动初始钻杆向上，使得回转驱动3中的键块37进入下一节钻杆5的止口8内之后关闭环向回转动力系统，释放上部第一节外接钻杆与回转压盘4、下一节钻杆5的连接，移除该节钻杆5，然后回转压盘4向下移动与下一节钻杆5连接后并锁止，打开环向回转动力系统、垂向回转动力系统使得回转套筒34反向转动，使得回转驱动3带动初始钻杆、钻头6或外接钻杆向上移动并反向转动，同时打开固化材料泵送系统、高压气供给系统，拆卸下一节外接钻杆类似得重复本步骤上述流程，直至完成所有外接钻杆的拆卸，使得桩架1上保留初始钻杆和钻头6或无添加外接钻杆时，持续提升初始钻杆和钻头6，最终待钻头6完全脱离土体后，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统；
步骤八：平整搅拌桩附近场地，钻机移位进行下一根搅拌桩施工；
步骤九：重复步骤一至步骤八直至完成施工。
优选地，所述回转驱动3中的键块37可根据需求调整数量，当搅拌最大扭矩小于2000N·m时，键块37数量不少于3个，当搅拌最大扭矩大于2000N·m时，键块37数量不少于6个。
优选地，所述回转驱动3带动初始钻杆在地面以上提升，连续5m提升过程中钻杆5相对于竖直方向产生不少于5次大于5度倾角则应移除原键块37，更换全新未磨损键块37。
优选地，所述初始钻杆和加接钻杆的止口8表面在搅拌施工前和搅拌施工过程中均匀喷射分散剂或润滑油，每节初始钻杆或加接钻杆上分散剂或润滑油的用量不小于1000mL。
本发明一种高扭矩搅拌钻机及其施工方法，通过将动力头下置，降低了钻机的重心，防止钻机在施工过程中前倾，通过仅设置一个动力头达到下钻、提钻和传扭同时工作的目的，减少了施工工序，提高了施工效率，节省了成本。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高扭矩搅拌钻机，其特征在于，包括桩架、底盘、垂向回转动力系统、环向回转动力系统、回转驱动、回转压盘、钻杆、钻头、链条、固化材料泵送系统、高压气供给系统；所述钻杆上设置有止口；所述回转驱动包括滑轨、支架、液压马达、回转套筒、回转支撑、齿轮、键块；所述桩架和底盘通过螺栓连接，所述垂向回转动力系统、环向回转动力 系统均安装在底盘上，所述回转驱动通过滑轨与桩架连接，所述回转压盘通过链条与垂向回转动力系统连接，所述回转压盘通过法兰与钻杆连接，所述钻杆通过法兰与钻头连接，所述固化材料泵送系统、高压气供给系统均通过高压胶管与钻杆连接；所述滑轨通过螺栓与支架连接，所述液压马达通过螺栓与支架连接，所述液压马达与齿轮通过咬合传动，所述齿轮通过螺栓与回转套筒连接，所述齿轮通过螺栓与回转支承的外环连接，所述回转支承的内环通过螺栓与支架连接，所述回转套筒上设置有键槽，键块与回转套筒通过键连接；
所述钻杆由初始钻杆与外接钻杆组成，如要加接钻杆时，钻杆为初始钻杆与外接钻杆的组合，如无需加接钻杆时，钻杆仅为初始钻杆，初始钻杆与外接钻杆的直径范围为5cm-8cm，钻杆之间采用销连接的方式进行连接；所述桩架包含轻型桩架和承力桩架，轻型桩架位于承力桩架上方，轻型桩架的高度为承力桩架高度的1-4倍。
2.根据权利要求1所述的一种高扭矩搅拌钻机，其特征在于，所述键槽的数量至少为三个。
3.根据权利要求1所述的一种高扭矩搅拌钻机，其特征在于，所述键块为长方体结构，键块凸出回转套筒的高度为4cm-8cm，键块的长度为10cm-15cm。
4.根据权利要求1所述的一种高扭矩搅拌钻机，其特征在于，所述钻杆表面至少焊接有三排止口，三排止口沿钻杆均匀分布，每排止口按照左右交错的形式分布，每个止口的深度为3cm-7cm，每个止口的长度为15cm-20cm。
5.根据权利要求1所述的一种高扭矩搅拌钻机，其特征在于，所述液压马达为两个，所述滑轨的截面为3/5圆环。
6.一种高扭矩搅拌钻机的施工方法，其特征在于，采用权利要求1所述的一种高扭矩搅拌钻机进行施工，具体施工步骤如下：
步骤一：启动钻机，钻机根据设计要求就位，调整桩架和底盘，保证钻机整体处于水平状态以及钻杆处于垂直状态，试运行钻机5-10分钟；
步骤二：调整回转驱动中的键块的位置使其位于初始钻杆光圆轨道内，启动垂向回转动力系统，使得回转驱动向上移动至承力桩架顶部；
步骤三：启动环向回转动力系统，通过液压马达带动回转套筒正向转动，通过回转压盘缓慢带动初始钻杆向上，使得回转驱动中的键块进入初始钻杆的止口内，进而驱动初始钻杆、钻头正向转动，启动垂向回转动力系统，使得回转驱动向下移动，进而带动初始钻杆、钻头向下移动，与此同时启动固化材料泵送系统、高压气供给系统通过钻头向土体内掺入固化材料；
步骤四：当回转驱动带动初始钻杆向下移动到承力桩架底部时，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统，重复步骤三、四直至初始钻杆顶部距离地面3-5m；
步骤五：如需添加外接钻杆时，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统，解除回转压盘与初始钻杆之间的锁止装置，向上提升回转压盘至设定高度后，将外接钻杆上部、下部分别与回转压盘、初始钻杆连接后并锁止，重复步骤二至步骤四及本步骤上述过程，直至完成所有外接钻杆的添加，当所有外接钻杆添加完成后或无需添加外接钻杆时，通过回转驱动继续带动初始钻杆、钻头或外接钻杆旋转并向下移动，直至搅拌至设定深度；
步骤六：调节环向回转动力系统、垂向回转动力系统使得回转套筒反向转动，通过回转压盘缓慢带动初始钻杆向上，使得回转驱动中的键块进入初始钻杆的止口内，使得回转驱动带动初始钻杆、钻头或外接钻杆向上移动并反向转动，固化剂搅拌系统和高压气供给系统继续通过钻头向土体泵送固化剂及高压气；
步骤七：如已添加外接钻杆时，当上部第一节外接钻杆下端提升至地面以上0.5-2.0m高度时，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统，将调整回转驱动中的键块的位置使其位于初始钻杆光圆轨道内，向下移动回转驱动至下一节钻杆上部后，启动环向回转动力系统，通过液压马达带动回转套筒反向转动，通过回转压盘缓慢带动初始钻杆向上，使得回转驱动中的键块进入下一节钻杆的止口内之后关闭环向回转动力系统，释放上部第一节外接钻杆与回转压盘、下一节钻杆的连接，移除该节钻杆，然后回转压盘向下移动与下一节钻杆连接后并锁止，打开环向回转动力系统、垂向回转动力系统使得回转套筒反向转动，使得回转驱动带动初始钻杆、钻头或外接钻杆向上移动并反向转动，同时打开固化材料泵送系统、高压气供给系统，拆卸下一节外接钻杆重复本步骤上述过程，直至完成所有外接钻杆的拆卸，使得桩架上保留初始钻杆和钻头或无添加外接钻杆时，持续提升初始钻杆和钻头，最终待钻头完全脱离土体后，关闭环向回转动力系统、垂向回转动力系统、固化材料泵送系统、高压气供给系统；
步骤八：平整搅拌桩附近场地，钻机移位进行下一根搅拌桩施工；
步骤九：重复步骤一至步骤八直至完成施工。
7.根据权利要求6所述的一种高扭矩搅拌钻机的施工方法，所述回转驱动中的键块可根据需求调整数量，当搅拌最大扭矩小于2000N·m时，键块数量不少于3个，当搅拌最大扭矩大于2000N·m时，键块数量不少于6个。
8.根据权利要求6所述的一种高扭矩搅拌钻机的施工方法，所述回转驱动带动初始钻杆在地面以上提升，连续5m提升过程中钻杆相对于竖直方向产生不少于5次大于5度倾角则应移除原键块，更换全新未磨损键块。
9.根据权利要求6所述的一种高扭矩搅拌钻机的施工方法，所述初始钻杆和加接钻杆的止口表面在搅拌施工前和搅拌施工过程中均匀喷射分散剂或润滑油，每节初始钻杆或加接钻杆上分散剂或润滑油的用量不小于1000mL。
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