一种双动力头长螺旋摆转套管钻机及使用其钻孔成桩的方法与流程

本发明涉及一种桩工机械领域的设备和成桩应用，具体为一种双动力头长螺旋摆转套管钻机及使用其钻孔成桩的方法。

背景技术：

灌注桩系是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。

传统现有的长螺旋钻机有单杆长螺旋钻机，其为单动力头驱动的钻孔设备，这种类型的旋钻机在使用中提升长螺旋钻机与注入混凝土灌浆至地下的实际操作过程中不容易做到无缝连接，因此会使得地下水、地下流沙进入到孔洞之中，注入混凝土的成桩质量不能保证。

现有的振动沉管灌注钻机是向下振动沉管挤土钻孔，灌注混凝土成桩，这类型的钻机在挤土钻孔过程中会向周边土壤施加了挤压力，这些挤压力所产生的挤压应力的一部分在提升钢套管后释放出来，会造成已灌注的混凝土桩直径的缩小，影响桩的质量。

现有的双动力头驱动旋转套管钻机，利用旋转套管和长螺旋钻杆进行开孔钻孔成桩，在利用旋转套管作业时需要向下切割土壤，需要克服土壤与套管口之间产生的摩擦阻力，为了克服摩擦阻力所产生扭矩，与之匹配的套管钻电机和套管钻设备及机架的承载功率和强度要求比较高，从而其成本也比提升很多，同时，由于旋转套管的旋转深入地面，使得土壤与旋转套之间紧密接触，导致摩擦力加大，提出旋转套管所用的功耗也更加大，且费时费力；由于旋转套管对土壤的作用力较大，因此会对周围土壤造成一定的影响，导致最终成桩的品质影响。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，申请人在现有的基础上提出改进，提供一种一种双动力头长螺旋摆转套管钻机及一种摆转式套管长螺旋钻杆钻孔成桩的方法，既保留了长螺旋钻机的优点，又改进了现有的旋转套管的结构和方式，使得本发明的技术方案能够有效的提高钻孔打桩的便捷度和质量；

具体的，本发明是这样实现的：一种双动力头长螺旋摆转套管钻机包括机架装置和与其连接的钻孔装置，其特征在于所述钻孔装置包括钻孔电机(1)，连接并置于钻孔电机(1)下方的长螺旋钻杆(2)，套穿过长螺旋钻杆(2)上部位于钻孔电机(1)下方的套管座(3)，置于套管座(3)内的振动电机(4)，连接振动电机(4)的振动箱(5)安装于套管座(3)下方，套装着长螺旋钻杆(2)的钢套管(6)连接至振动箱(5)，钢套管(6)以能在套管座(3)内转动并上下振动的方式连接在套管座(3)上，钢套管(6)外壁上部设有摆转支撑部(7)，所述套管座(3)上安装有摆转机构，所述摆转机构连接至摆转支撑部(7)，钢套管(6)在摆转机构的作用下能做往复的摆转运动。

所述摆转支撑部(7)套装固定在钢套管(6)外壁上部，以对称的方式设有两个外凸的摆转连接部(8)置于摆转支撑部(7)的外侧壁上。

所述摆转机构包括搓转油缸(9)、油路系统(10)、活动传动件(11)、油泵电机(12)，油泵电机(12)连接至搓转油缸(9)，搓转油缸(9)分别具有两个均安装在振动箱(5)上，两个搓转油缸(9)分别对朝两个摆转连接部(8)并分别通过一个活动传动件(11)连接至相对的摆转连接部(8)上，油泵电机(12)通过油路系统(10)连接起两个搓转油缸(9)形成双向循环供油。

所述摆转支撑部(7)的摆转角度范围在30°～70°之间。

所述钻机还包括一个减速机(13)，减速机(13)置于钻孔电机(1)和套管座(3)之间长螺旋钻杆(2)通过减速机(13)往下延伸，所述钢套管(6)的底部管口上安装有环形钻头(14)。

所述长螺旋钻杆(2)为上下连通的中空的钻杆，注浆管(15)连接至中空长螺旋钻杆(2)的上端中空开口处。

所述机架装置包括桩机架(16)、置于桩机架(16)上的第一卷扬机(17)、第一牵引钢丝绳(18)、第二卷扬机(19)和第二牵引钢丝绳(20)，置于桩机架(16)上向上延伸的机架臂(21)，所述第一牵引钢丝刷通过机架臂(21)连接至套管座(3)上；所述第二牵引钢丝绳(20)通过机架臂(21)连接至钻孔装置。

一种使用摆转套管进行长螺旋钻杆(2)钻孔成桩的方法，其特征在于包括以下步骤，

S1：于长螺旋钻杆(2)外部装套一个套管，钻杆与套管各自由其各自的动力源提供动力；

S2；长螺旋钻杆(2)的钻头在需要打桩的孔位上开始钻孔，并往下移动；

S3：套管能够在与长螺旋钻杆(2)平行的方向上做往复振动，同时，套管围绕其轴线做往复的搓转运动，并随长螺旋钻杆(2)一起往下移动；

S4；套管不断的与地面土壤做上下的振动、左右的搓转作用并逐步下沉，套管内部的土壤松散并在长螺旋钻杆(2)的旋转作用下排出到地面；

S5：当套管内的土壤排空后，即可提出长螺旋钻杆(2)后开始灌浆注桩，灌浆过程中继续保持套管的振动和搓转运动；

S6：灌浆完成后提出套管成桩。

所述S5中灌浆时可以从长螺旋钻杆(2)内部中空管道进行下浆灌浆，边提出长螺旋钻杆(2)边进行灌浆操作。

所述S3中，套管的下端口上安装有环形钻头(14)。

工作原理介绍：包括机架装置和与其连接的钻孔装置的双动力头长螺旋摆转套管钻机，所述钻孔装置包括钻孔电机(1)，连接并置于钻孔电机(1)下方的长螺旋钻杆(2)，套穿过长螺旋钻杆(2)上部位于钻孔电机(1)下方的套管座(3)，置于套管座(3)内的振动电机(4)，连接振动电机(4)的振动箱(5)安装于套管座(3)下方，套装着长螺旋钻杆(2)的钢套管(6)连接至振动箱(5)，钢套管(6)以能在套管座(3)内转动并上下振动的方式连接在套管座(3)上，钢套管(6)外壁上部设有摆转支撑部(7)，所述套管座(3)上安装有摆转机构，所述摆转机构连接至摆转支撑部(7)，钢套管(6)在摆转机构的作用下能做往复的摆转运动。钻孔电机(1)为长螺旋钻杆(2)提供动力，套管座(3)位于钻孔电机(1)下方，二者不固定连接，当套管座(3)紧贴钻孔电机(1)时，钻孔电机(1)能够提供套管座(3)支撑力，增强其稳定性和作用力，因此振动箱(5)在振动电机(4)的作用在套管座(3)内带动钢套管(6)做上下的振动运动，摆转支撑部(7)与钢套管(6)固定，摆转机构带动摆转支撑部(7)做往复的摆转，即搓转，从而钢套管(6)既上下振动，又左右方向来回搓转的运动，与单向旋转的套管则产生区别，使得套管管口与地面的摩擦作用力不会随其运动而加大，从而减轻了机架装置所需的负载压力，克服了传统旋转套管的一个不足；上下振动的运动方式，使得钢套管(6)依靠自身重力和上下振动的动力不断下沉进入土壤的过程中，与土壤壁之间在搓转和上下振动的往复运动作用下产生土壤液化现象，土壤液化后降低了钢套管(6)下沉阻力，能够便于提高打桩效率，也能够让周围土壤凝聚变紧，防止松散，促进成桩效果，提高成桩质量。

所述摆转支撑部(7)套装固定在钢套管(6)外壁上部，以对称的方式设有两个外凸的摆转连接部(8)置于摆转支撑部(7)的外侧壁上。摆转连接部(8)用于承受摆转时收到的推力、拉力作用，外凸增加了其受力的力臂，提供摆转的作用力受力点，便于提高摆转支撑部(7)的摆转效率。

所述摆转机构包括搓转油缸(9)、油路系统(10)、活动传动件(11)、油泵电机(12)，油泵电机(12)连接至搓转油缸(9)，，搓转油缸(9)分别具有两个均安装在振动箱(5)上，两个搓转油缸(9)分别对朝两个摆转连接部(8)并分别通过一个活动传动件(11)连接至相对的摆转连接部(8)上，油泵电机(12)通过油路系统(10)连接起两个搓转油缸(9)形成双向循环供油，从而带动摆转支撑部(7)做往复搓转运动，使得摆转支撑部(7)的摆转角度范围在30°～70°之间。

所述钻机还包括一个减速机(13)，减速机(13)置于钻孔电机(1)和套管座(3)之间长螺旋钻杆(2)通过减速机(13)往下延伸，所述钢套管(6)的底部管口上安装有环形钻头(14)。所述长螺旋钻杆(2)为上下连通的中空的钻杆，注浆管(15)连接至中空长螺旋钻杆(2)的上端中空开口处，便于灌浆操作，提高成桩效率；

机架装置包括桩机架(16)、置于桩机架(16)上的第一卷扬机(17)、第一牵引钢丝绳(18)、第二卷扬机(19)和第二牵引钢丝绳(20)，置于桩机架(16)上向上延伸的机架臂(21)，所述第一牵引钢丝刷通过机架臂(21)连接至套管座(3)上；所述第二牵引钢丝绳(20)通过机架臂(21)连接至钻孔装置。使用时，第一卷扬机(17)驱动第一牵引钢丝绳(18)，用于对套管座(3)进行升降操作，第二卷扬机(19)驱动第二牵引钢丝绳(20)用于对钻孔装置进行升降操控。

一种使用摆转套管进行长螺旋钻杆(2)钻孔成桩的方法，包括以下步骤：

S1：于长螺旋钻杆(2)外部装套一个套管，钻杆与套管各自由其各自的动力源提供动力；

S2；长螺旋钻杆(2)的钻头在需要打桩的孔位上开始钻孔，并往下移动；钻起的泥土土壤随长螺旋钻杆(2)往孔外排出到地面；

S3：套管能够在与长螺旋钻杆(2)平行的方向上做往复振动，同时，套管围绕其轴线做往复的搓转运动，并随长螺旋钻杆(2)一起往下移动；套管随长螺旋钻杆(2)一起打入地下土壤，切割地下障碍物，同时阻隔地下水和地下管涌以及流沙，创造良好的成桩条件和环境，同时，振动结合摆转的套管运动模式，能够大大减少对机架产生的扭矩和外力，降低机架的负荷条件从而降低成本，套管壁在振动和摆转的作用下对其接触的土壤产生土壤液化现象，降低了套管下沉阻力和成桩后提起套管时卷扬机的起拔阻力，可以在套管的下端口上安装有环形钻头(14)，以上的操作方法使得施工变得便捷有效，降低施工成本，提高施工效率。

S4；套管不断的与地面土壤做上下的振动、左右的搓转作用并逐步下沉，套管内部的土壤松散并在长螺旋钻杆(2)的旋转作用下排出到地面。

S5：当套管内的土壤排空后，即可提出长螺旋钻杆(2)后开始灌浆注桩，灌浆过程中继续保持套管的振动和搓转运动；也可以从长螺旋钻杆(2)内部中空管道进行下浆灌浆，边提出长螺旋钻杆(2)边进行灌浆操作，这两种的操作都有利于灌注的混凝土的密实；

S6：灌浆完成后提出套管成桩。

综上所述，本发明具有如下优点和优势效果：

(1)本发明提供的一种双动力头长螺旋摆转套管钻机，保留了长螺旋钻机的优良性能，也结合了套管钻机的优势，克服了现有设备的不足，提供了更便捷、效率更高，成桩品质更好的效果。

(2)钢套管(6)的振动和搓转的运动方式不会对机架造成过高的负载压力，有利于降低机架的成本。

(3)钢套管(6)的振动和搓转的运动方式在使用中与土壤结合面产生土壤液化现象，降低了钢套管(6)的下沉阻力和卷扬机提起时的起拔阻力，降低了搓转阻力，有利于钢套管(6)切割土壤障碍物，提高施工效率。

(4)在灌注入混凝土进行成桩操作时，提升钢套管(6)和/或长螺旋钻杆(2)的同时仍然保持钢套管(6)的振动与搓转，有利于灌注的混凝土的密实度，从而提高成桩质量，获得高品质成桩。

(5)本发明的一种双动力头长螺旋摆转套管钻机和使用摆转套管进行长螺旋钻杆(2)钻孔成桩的方法，设备结构科学合理，方法科学易用，效果明显，具有很好的市场推广价值和意义。

附图说明

图1为一种双动力头长螺旋摆转套管钻机的结构示意图；

图2为一种双动力头长螺旋摆转套管钻机的左视图；

图3为摆转机构的结构示意图；

其中：1—钻孔电机、2—长螺旋钻杆、3—套管座、4—振动电机、5—振动箱、6—钢套管、7—摆转支撑部、8—摆转连接部、9—搓转油缸、10—油路系统、11—活动传动件、12—油泵电机、13—减速机、14—环形钻头、15—注浆管、16—桩机架、17—第一卷扬机、18—第一牵引钢丝绳、19—第二卷扬机、20—第二牵引钢丝绳、21—机架臂。

具体实施方式

实施例1：如图1、图2所示，本发明双动力头长螺旋摆转套管钻机包括机架装置和与其连接的钻孔装置，所述钻孔装置包括钻孔电机1，连接并置于钻孔电机1下方的长螺旋钻杆2，套穿过长螺旋钻杆2上部位于钻孔电机1下方的套管座3，置于套管座3内的振动电机4，连接振动电机4的振动箱5安装于套管座3下方，套装着长螺旋钻杆2的钢套管6连接至振动箱5，钢套管6以能在套管座3内转动并上下振动的方式连接在套管座3上，钢套管6外壁上部设有摆转支撑部7，所述套管座3上安装有摆转机构，所述摆转机构连接至摆转支撑部7，钢套管6在摆转机构的作用下能做往复的摆转运动。钻孔电机1为长螺旋钻杆2提供动力，套管座3位于钻孔电机1下方，二者不固定连接，当套管座3紧贴钻孔电机1时，钻孔电机1能够提供套管座3支撑力，增强其稳定性和作用力，因此振动箱5在振动电机4的作用在套管座3内带动钢套管6做上下的振动运动，摆转支撑部7与钢套管6固定，摆转机构带动摆转支撑部7做往复的摆转，即搓转，从而钢套管6既上下振动，又左右方向来回搓转的运动，与单向旋转的套管则产生区别，使得套管管口与地面的摩擦作用力不会随其运动而加大，从而减轻了机架装置所需的负载压力，克服了传统旋转套管的一个不足；上下振动的运动方式，使得钢套管6在下沉进入土壤过程中，与土壤壁之间在搓转和上下振动的往复运动作用下产生土壤液化现象，土壤液化后降低了钢套管6下沉阻力，能够便于提高打桩效率，也能够让周围土壤凝聚变紧，防止松散，促进成桩效果，提高成桩质量；

如图3所示，所述摆转支撑部7套装固定在钢套管6外壁上部，以对称的方式设有两个外凸的摆转连接部8置于摆转支撑部7的外侧壁上。摆转连接部8用于承受摆转时收到的推力、拉力作用，外凸增加了其受力的力臂，提供摆转的作用力受力点，便于提高摆转支撑部7的摆转效率；所述摆转机构包括搓转油缸9、油路系统10、活动传动件11、油泵电机12，油泵电机12连接至搓转油缸9，，搓转油缸9分别具有两个均安装在振动箱5上，两个搓转油缸9分别对朝两个摆转连接部8并分别通过一个活动传动件11连接至相对的摆转连接部8上，油泵电机12通过油路系统10连接起两个搓转油缸9形成双向循环供油，从而带动摆转支撑部7做往复搓转运动，使得摆转支撑部7的摆转角度为45°，该转角范围可在30°～70°之间；

所述钻机还包括一个减速机13，减速机13置于钻孔电机1和套管座3之间长螺旋钻杆2通过减速机13往下延伸，所述钢套管6的底部管口上安装有环形钻头14。所述长螺旋钻杆2为上下连通的中空的钻杆，注浆管15连接至中空长螺旋钻杆2的上端中空开口处，便于灌浆操作，提高成桩效率；

机架装置包括桩机架16、置于桩机架16上的第一卷扬机17、第一牵引钢丝绳18、第二卷扬机19和第二牵引钢丝绳20，置于桩机架16上向上延伸的机架臂21，所述第一牵引钢丝刷通过机架臂21连接至套管座3上；所述第二牵引钢丝绳20通过机架臂21连接至钻孔装置。使用时，第一卷扬机17驱动第一牵引钢丝绳18，用于对套管座3进行升降操作，第二卷扬机19驱动第二牵引钢丝绳20用于对钻孔装置进行升降操控。

实施例2：一种使用摆转套管进行长螺旋钻杆2钻孔成桩的方法，包括以下步骤，

S1：于长螺旋钻杆2外部装套一个套管，钻杆与套管各自由其各自的动力源提供动力；

S2；长螺旋钻杆2的钻头在需要打桩的孔位上开始钻孔，并往下移动；钻起的泥土土壤随长螺旋钻杆2往孔外排出到地面；

S3：套管能够在与长螺旋钻杆2平行的方向上做往复振动，同时，套管围绕其轴线做往复的搓转运动，并随长螺旋钻杆2一起往下移动；套管随长螺旋钻杆2一起打入地下土壤，切割地下障碍物，同时阻隔地下水和地下管涌以及流沙，创造良好的成桩条件和环境，同时，振动结合摆转的套管运动模式，能够大大减少对机架产生的扭矩和外力，降低机架的负荷条件从而降低成本，套管壁在振动和摆转的作用下对其接触的土壤产生土壤液化现象，降低了套管下沉阻力和成桩后提起套管时卷扬机的起拔阻力，可以在套管的下端口上安装有环形钻头14，以上的操作方法使得施工变得便捷有效，降低施工成本，提高施工效率；

S4；套管不断的与地面土壤做上下的振动、左右的搓转作用并逐步下沉，套管内部的土壤松散并在长螺旋钻杆2的旋转作用下排出到地面；

S5：当套管内的土壤排空后，即可提出长螺旋钻杆2后开始灌浆注桩，灌浆过程中继续保持套管的振动和搓转运动；也可以从长螺旋钻杆2内部中空管道进行下浆灌浆，边提出长螺旋钻杆2边进行灌浆操作，这两种的操作都有利于灌注的混凝土的密实；

S6：灌浆完成后提出套管成桩。