微成孔灌注桩钻孔设备及快速钻孔施工方法与流程

本技术涉及灌注桩施工领域，尤其是涉及微成孔灌注桩钻孔设备，此外还涉及微成孔灌注桩快速钻孔施工方法。

背景技术：

1、混凝土灌注桩是工民建设和基础建设中经常使用的一种提高基础承载能力的结构，在高层建筑、桥梁和一些地耐性较差的地区被广泛应用。微成孔灌注桩是一种直径较小的钻孔灌注桩，其直径一般为10～40cm，长细比一般大于30，桩体由压力灌注的水泥砂浆或者由小石子混凝土与加劲材料组成。

2、目前，灌注桩的施工过程主要包括钻孔、安置钢筋笼和浇注混凝土，其中钻孔是关键环节，现有的施工过程中一般采用转盘式钻机对钻头进行驱动，钻头在穿过不同的地层后成孔，在公开号为cn214576767u的中国专利文件中，公开了钻孔灌注桩桩机钻头及钻孔灌注桩，并具体公开了钻孔组件包括钻杆、固定套设在的钻杆近端腰带以及固定连接于钻杆的钻尖头，解决了施工过程无法很好地保证钻孔孔径，从而导致不良质地情况下缩颈的技术问题。

3、但是在对卵砾石地层进行钻进的过程中，钻头难以破碎卵砾石，导致进尺较慢，成孔效率低无法满足施工生产需求，若临时租用更先进的机械设备会增大施工成本。

技术实现思路

1、为了改善地层中含有的坚硬物导致进尺缓慢、成孔效率低的问题，本技术提供微成孔灌注桩钻孔设备及快速钻孔施工方法。

2、第一方面，本技术提供一种微成孔灌注桩钻孔设备，采用如下的技术方案：

3、微成孔灌注桩钻孔设备，包括钻杆、护套和钻头，所述护套套设在钻杆的外侧并通过连接杆与钻杆连接，所述钻头设于所述钻杆的底部；

4、所述钻杆为管状结构，所述钻杆内套设有破碎杆，所述破碎杆的吊装端驱动破碎杆在所述钻杆内上下滑动，所述破碎杆的碎石端靠近钻头且呈尖锥状，所述破碎杆的碎石端设有容置槽，所述破碎杆的碎石端通过容置槽穿过钻头后击碎阻碍物。

5、通过采用上述技术方案，钻机带动钻杆及钻头转动，进而在标定位置形成井孔，护套的外壁与井孔的内壁贴合，能够在钻头进尺的过程中形成对井孔的护壁作用，防止井孔坍塌；进一步的，在钻孔遭遇卵砾石等阻碍物时，钻头停止转动，将破碎杆吊放至钻杆的内侧，然后释放破碎杆，在重力作用下，破碎杆会加速下落并撞击阻碍物，使得阻碍物破碎，进而提高钻孔的进尺速度，也就能够促进成孔效率的提升；钻杆成空心的管状，钻头设置在钻杆的底部且与钻杆的轴线之间产生干涉，这样，在破碎杆下落的过程中，破碎杆的碎石端的容置槽会套入到钻头内，使得破碎杆的碎石端的端面能够凸出至钻头的底部端面的下方，进而使得破碎杆的碎石端能够形成对阻碍物的冲击、破碎作用。

6、可选的，所述钻头适配且活动地穿设在所述容置槽内，所述钻头的高度小于所述容置槽的深度。

7、通过采用上述技术方案，破碎杆在向下坠落、接近阻碍物时，钻头能够进入到容置槽内，而破碎杆的碎石端的端面能够继续下移至钻头的端面下方，进而实现对阻碍物的冲击及破碎作用，也就是说，通过容置槽的设置，可以确保破碎杆在下落后与钻头产生干涉时，破碎杆的碎石端的端面已经位于钻头的端面下方，也就能够形成对阻碍物的破碎作用。

8、可选的，所述破碎杆的长度大于所述钻杆的长度。

9、通过采用上述技术方案，能够尽可能地提高破碎杆的下落的初始高度，进而提高破碎杆对阻碍物的冲击力。

10、可选的，所述钻杆的外壁上设有至少两个定位组，所述定位组包括若干定位杆，所述定位杆通过定位孔穿设在所述钻杆上，若干所述定位杆沿所述钻杆的外圆周间隔排列，若干所述定位杆位于钻杆内的一端夹持所述破碎杆的外壁。

11、通过采用上述技术方案，破碎杆被至少一个定位组夹持，而一个定位组包括多个定位杆，在钻杆的外壁上设有与多个定位杆一一对应的定位孔，定位杆的一端位于钻杆的外侧，定位杆的另一端延伸至钻杆的内侧，多个定位杆的另一端伸入钻杆内后形成对破碎杆的夹持作用，这样，在破碎杆下落的过程中，始终会被多个定位组的多个定位杆夹持，也就确保破碎杆能够在保持与钻杆同轴的状态下掉落，进而确保钻头能够与容置槽对准并进入到容置槽内，最终实现破碎杆的碎石端与阻碍物接触并击碎阻碍物。

12、可选的，同一定位组内的多个定位孔处于同一水平面内。

13、通过采用上述技术方案，处于同一平面内的多个定位杆能够对破碎杆形成更加可靠地夹持、定位与限位作用，确保破碎杆能够沿钻杆的轴线方向竖直下落。

14、可选的，所述定位杆与所述定位孔之间为间隙配合，所述定位杆位于钻杆内的一端呈球面状，所述定位杆的另一端设有弧形压板，所述钻杆的外壁上还设有若干气垫，所述气垫设于弧形压板与所述钻杆之间，气源控制所述气垫的膨胀与收缩并驱动所述定位杆伸入或拔出钻杆。

15、通过采用上述技术方案，定位杆位于钻杆内的一端呈球面状，能够降低与破碎杆的接触面积，确保破碎杆能够更加顺畅地由一个定位组的若干定位杆之间穿入到下一个定位组的若干定位杆之间。

16、进一步的，在钻头进尺距离达到40-60cm后，钻头以最低的转速转动，然后气源通过气管向位于井孔内的气垫供气，使得这些气垫处于膨胀状态，进而使得弧形压板与井孔的内壁贴合，这样，当弧形压板对井孔的墙壁形成顶撑作用后，弧形压板还会随钻杆同步转动，从而提高泥浆在井孔的内壁上的粘附效果，也就提高了泥浆护壁的效果。

17、当钻头遇到阻碍物无法进尺后，钻头停止转动，气源将位于井孔内的、膨胀的气垫内的气体抽出，在这些气垫体积缩小的过程中会带动弧形压板朝向钻杆的方向移动，也就会使得定位杆伸入到钻杆内，当同一定位组内的多个定位杆位移到位后，多个定位杆之间的形成的通道可以用于破碎杆穿过，且在破碎杆穿入通道后，多个定位杆能够可靠地对破碎杆进行支撑与定位，确保破碎杆能够沿钻杆的轴线方向快速下落、形成对阻碍物的冲击及破碎。

18、可选的，相邻两个弧形压板之间设有一个气垫，同一弧形压板的两侧均抵压有一个气垫；

19、所述气垫的内壁与所述钻杆的外壁固定连接，所述气垫的外壁两侧设有滑块，所述弧形压板朝向所述气垫的一侧设有卡槽，所述滑块适配地在所述卡槽内滑动。

20、通过采用上述技术方案，一个弧形压板在两个气垫的驱动下，能够沿定位孔的轴线方向往复移动，当弧形压板与井孔的内壁贴合时，会达到护壁效果，当弧形压板靠近钻杆时，会达到支撑、定位破碎杆的效果；

21、在组装弧形压板与气垫的过程中，将气垫上的滑块滑入到弧形压板的卡槽内，可以实现气垫与弧形压板之间的连接，确保气垫在膨胀的过程中，能够顶推弧形压板朝向井孔的内壁贴合，而在气垫收缩的过程中，能够拉动弧形压板靠近钻杆。

22、可选的，所述弧形压板上设有两个滑块，两个所述滑块分别位于所述弧形压板的两侧且分别设于两个气垫的两个卡槽内。

23、通过采用上述技术方案，弧形压板与气垫之间的连接稳定且更加平衡，确保了在支撑同一个弧形压板的两个气垫膨胀后，弧形压板能够沿定位杆的轴线方向移动、不会发生偏转。

24、可选的，所述弧形压板朝向气垫的一侧中部还固定设有一个螺纹杆和一对锁止杆，所述定位杆与弧形压板接触的一侧端面设有一个螺纹孔和一对弧形槽，所述螺纹杆适配地旋设在所述螺纹孔内；

25、一对所述锁止杆分别且一一对应地插设在一对所述弧形槽内，并在所述弧形槽内转动。

26、通过采用上述技术方案，螺纹杆在旋入螺纹孔内后，实现了弧形压板与定位杆可拆卸式的连接，当螺纹杆旋入螺纹孔一定深度后，弧形压板上的一对锁止杆会对应地插入到一对弧形槽内，且弧形槽的宽度沿锁止杆的转动方向逐渐降低，这样，当螺纹杆完全旋入到螺纹孔内后，锁止杆转动至弧形槽宽度最窄的位置，从而实现锁止杆与弧形槽之间的过盈配合，即实现锁止杆对弧形压板与定位杆连接后的锁止功能，防止在钻杆转动的过程中，弧形压板与定位柱之间产生偏转，在与滑块与卡槽的配合下，有效提高对弧形压板的固定作用。

27、第二方面，本技术提供一种微成孔灌注桩快速钻孔施工方法，采用如下的技术方案：

28、微成孔灌注桩快速钻孔施工方法，包括如下步骤：

29、s1、选定钻孔位置，将装有钻头的钻杆放置在该位置处，在通过钻机驱动钻杆转动；

30、s2、在钻杆完全进入井孔且每进尺40-60cm后，钻机以最低功率驱动钻杆及钻头转动，同时，气源向气垫供气，气垫膨胀后推动弧形压板压实井孔的内壁；

31、s3、在气垫保压2-5min后，气源从气垫内抽气，在弧形压板与钻杆贴合后，钻头停止转动，将破碎杆插入到钻杆内并使其自由下落；

32、s4、破碎杆在竖直方向往复运动并撞击阻碍物，然后将破碎杆从钻杆内取出；

33、s5、钻机再次启动，钻头继续向下钻设，并重复步骤s2-s4，直至钻孔完毕。

34、通过采用上述技术方案，在钻头进尺速度正常时，通过气垫的膨胀实现对井孔内壁的支撑作用，能够防止井孔内壁坍塌，在钻头遭遇阻碍物、进尺速度较慢时，通过气垫的收缩，驱动多个定位杆对往复上下移动的破碎杆形成支撑，从而实现破碎杆对阻碍物的破碎作用，便于钻头持续进尺，提高成孔效率。

35、综上所述，本技术包括以下有益效果：

36、1、通过在钻杆内设置可以往复运动的破碎杆，并在破碎杆的碎石端的端面设置容置槽，确保破碎杆自由下落后能够对阻碍钻头进尺的阻碍物进行破碎，避免因使用钻头对阻碍物进行破除而占用大量时间，有效提高了钻头的进尺速度，进而提升成孔效率。

37、2、通过气垫的膨胀与收缩作用，实现弧形压板相对钻杆的推离与拉回，在弧形压板被推离后，弧形压板与井孔的内壁贴合，形成对井孔内壁的支撑效果，并能够压实井孔的内壁与弧形压板之间的泥浆，从而提高泥浆固化后的护壁效果。

38、3、通过滑块与卡槽连接气垫与弧形压板，通过螺纹杆与螺纹孔连接定位杆与弧形压板，确保了弧形压板与气垫之间及弧形压板与定位杆之间连接可靠，并通过锁止杆与弧形槽的配合，实现对弧形压板的进一步锁紧，确保弧形压板能够可靠支撑井孔的内壁或推动定位杆对破碎杆进行定位。