一种长螺旋方形孔钻杆、钻孔装置及工作方法与流程

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种长螺旋方形孔钻杆、钻孔装置及工作方法。

背景技术：

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

工程中，由于圆形易于成孔的特性，桩基础通常做成圆柱形。实际工程中，圆柱形桩由于其外形特点，作为摩擦桩使用时比同体量的方桩承载力小，在进行配筋计算时，其抗弯能力也要逊色不少，特别是在大跨结构、单桩结构中，方桩具有更大的优势。

发明人发现，目前方桩的成桩方法主要以人工成孔或圆柱形桩成孔后改良开挖的方式，效率较低，劳动强度大，不能适应基建工程快速发展的需要，因此亟需一种快速成方孔的方法，推广方桩的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种长螺旋方形孔钻杆，能够钻出方形孔，提高了方形孔施工的工作效率，降低了劳动强度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种长螺旋方形孔钻杆，包括同轴设置的第一轴段和第二轴段，第一轴段和第二轴段之间设有与其非同轴的第三轴段，第二轴段端部设有破碎组件，第三轴段与第一螺旋叶片的内侧部转动连接，第一螺旋叶片的外侧部与截面为莱洛三角形的第一护筒固定连接，第一轴段外轴面设有第二螺旋叶片。

第二方面，本发明的实施例提供了一种钻孔装置，包括钻机，所述钻机安装有所述的长螺旋方形孔钻杆。

第三方面，本发明的实施例提供了一种钻孔装置的工作方法，钻机带动第一轴段和第二轴段绕自身轴线沿第一方向转动，第三轴段绕第一轴段和第二轴段的轴线转动，长螺旋方形孔钻杆钻入土体中，破碎组件对土体进行破碎，钻进过程中，第一螺旋叶片和第一护筒在土体摩擦力作用下沿与第一方向相反的第二方向转动，将破碎的土体向地面方向输送，并利用第一护筒修正出方形孔，第二螺旋叶片将土体输送至地面。

本发明的有益效果：

本发明的长螺旋方形孔钻杆，通过第一轴段、第二轴段和第三轴段的运动，能够利用破碎组件对土体进行破碎，第一护筒和第一螺旋叶片能够在土体挤压和摩擦力作用下转动，修正出方形孔，并且将破碎的土体向上输送，第二螺旋叶片能够将土体继续输送至地面，实现了一次性钻出方形孔，与人工成孔或圆形孔改良开挖的方式相比，施工步骤简单，工作效率高，施工周期短，降低了劳动强度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明图1中的a向示意图；

图3为本发明图1中的b向示意图；

图4为本发明图1中的c向示意图；

图5为本发明实施例1中破碎组件结构示意图；

其中，1.第一轴段，2.第二轴段，3.第三轴段，4.第一过渡轴段，5.第二过渡轴段，6.刀盘，6-1.刀齿，7.钻头，8.套筒，9.限位凸台，10.第一螺旋叶片，11.第一护筒，12.第一挖土齿，13.第二螺旋叶片，14.第二护筒，15.第二挖土齿，16.钻机，17.方形成孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的方向孔施工方法工作效率低，劳动强度高，针对上述问题，本申请提出了一种长螺旋方形孔钻杆。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-图5所示，一种长螺旋方形孔钻杆，包括转轴，所述转轴包括第一轴段1、第二轴段2和第三轴段3，第三轴段设置在第一轴段和第二轴段之间，所述第一轴段和第二轴段同轴设置，第三轴段和第一轴段、第二轴段非同轴设置，且第三轴段的轴线与第一轴段和第二轴段的轴线平行。第一轴段能够与动力机构连接，在动力机构的带动下转动，进而实现第一轴段和第二轴段绕自身轴线转动，第三轴段绕第一轴段、第二轴段的轴线转动。

所述第一轴段和第三轴段之间设置有第一过渡轴段4，所述第一过渡轴段的轴线与第一轴段的轴线呈夹角设置，所述第二轴段与第三轴段之间设置有第二过渡轴段5，所述第二过渡轴段轴线与第二轴段轴线呈夹角设置。

所述第二轴段一端与第二过渡轴段一体式连接，另一端固定有破碎组件，所述破碎组件用于对土体进行破碎。

所述破碎组件包括固定在第二轴段端部的刀盘6，所述刀盘的一侧端面与第二轴段端部可拆卸固定，另一侧端面可拆卸固定有钻头7，所述刀盘具有三个刀齿6-1，三个刀齿的刀尖位于同一个圆弧上，刀盘转动能够利用刀齿对土体进行切割破碎，所述刀齿也可设置两个或四个或更多个，根据实际需要设置即可。

本实施例中，所述第二轴段端部可设置连接板，第二轴段通过连接板及螺栓与刀盘可拆卸固定连接，所述钻头可设置连接板，钻头通过连接板及螺栓与刀盘可拆卸固定连接。

本实施例中，所述刀盘用来切割土体中较硬的块体，如果待钻孔的土体为软弱松散土体，可直接在第二轴段端部安装螺旋钻头或其他类型的钻头，直接用螺旋钻头挖取土体。

所述第三轴段上转动连接有套筒8，所述第三轴段的两端设置有限位凸台9，套筒设置在两个限位凸台之间，限位凸台用于防止套筒从第三轴段上脱落。

所述套筒能够在第三轴段外周面绕第三轴段的轴线自由转动，套筒内侧面和第三轴段外侧面之间设置有滚珠，并填充润滑介质，使套筒能够绕第三轴段轴线转动，为了防止润滑介质从套筒与第三轴段外周面之间的间隙泄漏，在套筒两端与第三轴段外侧面之间设置密封件，所述密封件采用现有的轴套密封件，例如机械密封或橡胶环等，只要满足密封需求即可。

所述套筒的外侧面与第一螺旋叶片10的内侧部固定连接，所述第一螺旋叶片的外侧部与第一护筒11的内侧面固定连接，所述第一护筒的截面为莱洛三角形，且第一护筒与第三轴段同轴设置。

所述第一护筒靠近破碎组件的端部设有第一取土齿12，所述第一取土齿固定在第一螺旋叶片的端部，所述第一取土齿采用锯齿型结构，所述第一护筒靠近破碎组件的端部还设置有两个第一松土齿18，所述第一松土齿采用锯齿型刀片，其一端与套筒外侧面固定连接，用于松土方便土体通过第一螺旋叶片向上运输。

本实施例的方形孔钻杆在土体钻进过程中，由于第一护筒和第一螺旋叶片通过套筒与第三轴段转动连接，钻进过程中，在土体的挤压力和摩擦力的作用下，第一护筒和第一螺旋叶片能够绕第三轴段的轴线转动，进而将钻孔修正为方形孔，同时第一螺旋叶片能够将破碎的土体向上输送，钻孔初始阶段时，需要人工辅助成方孔，使成孔的侧壁可以提供一定的初始摩擦力。

所述第一轴段的外轴面上固定有第二螺旋叶片13，所述第二螺旋叶片的旋向与第一螺旋叶片的旋向相反，第二螺旋叶片能够绕第一轴段的轴线转动，将第一螺旋叶片输送的破碎的土体继续输送，直至将破碎的土体输送至地面。

所述第一轴段的外周设置有第二护筒14，所述第二护筒靠近第三轴段设置，所述第二护筒内侧面与第二螺旋叶片的外侧部固定连接,采用第二护筒，能够有效避免钻孔深度增加导致的开挖偏心变形问题。

所述第二护筒靠近第三轴段的端部设置有第二取土齿15，所述第二取土齿设置在第二螺旋叶片的端部，所述第二取土齿采用锯齿型结构，所述第二护筒靠近第三轴段的端部还设置有两个第二松土齿19，所述第二松土齿采用锯齿型刀片，其一端与第一轴段的外侧面固定连接，第二松土齿用于松土，方便土体由第二螺旋叶片向地面输送。

采用本实施例的钻杆，一次钻进过程中，能够利用第二护筒将钻孔修正为方形孔，且将破碎的土体运输至地面，施工方便，施工周期短，工作效率高，且降低了施工人员的劳动强度,适用于尺寸较小的方形孔的钻设。

实施例2：

本实施例公开了一种钻孔装置，包括钻机16，所述钻机安装有实施例1所述的长螺旋方形孔钻杆，所述第一轴段的顶端与钻机内的动力系统连接，动力系统能够带动第一轴段、第二轴段和第三轴段运动，钻机的动力系统和其他结构采用现有结构即可，在此不进行详细叙述。

实施例3：

本实施例公开了一种钻孔装置的工作方法：将钻机移动至设定位置，钻机的动力系统带动第一轴段、第二轴段和第三轴段沿第一方向转动，并向土体内部钻进。

钻进过程中，初始阶段需要人工辅助成方孔，以便于对第一护筒提供初始摩擦力，继续钻进过程中，第二轴段带动刀盘和钻头转动，对土体进行破碎，并形成圆孔，继续钻进过程中，第三轴段带动第一护筒和第一螺旋叶片绕第一轴段和第二轴段轴线转动，在土体挤压和摩擦作用下，第一护筒和第一螺旋叶片绕第三轴段轴线沿与第一方向相反的第二方向转动，由于第一护筒的截面为莱洛三角形，因此第一护筒能够将刀盘和钻头形成的初始的圆孔修正为方形成孔17，同时利用第一螺旋叶片的转动将破碎的土体向地面方向输送，第一轴段带动第二螺旋叶片转动，第二螺旋叶片将破碎的土体继续向上输送直至输送至地面。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。