一種適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆及使用方法
【專利摘要】本發明公開了一種旋挖成孔灌注樁施工技術。本發明的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，包括鉆筒，所述鉆筒底部沿筒壁圓周設置有筒底截齒，所述鉆筒頂部設置有帶缺口的頂部鋼板，所述頂部鋼板下底面連接有加強鋼板，所述加強鋼板上設置有筒內截齒。通過在鉆筒底部和鉆筒內部設置的截齒，并合理布置筒底截齒的切入角、前傾角及截齒間距，施工時筒底截齒與巖層的接觸有序、可對巖面的破壞區域更大，結合筒內截齒的作用，使該截齒筒鉆不僅能破壞鉆筒筒底周邊巖層，還能在得到邊界自由面后，通過筒內截齒破壞筒內外圍巖層，可將巖層盡量粉碎，使得截齒筒鉆可下挖的深度更深，減少提起筒鉆清理巖渣的次數，提高旋挖效率。
【專利說明】一種適用于超大直徑旋挖粧施工的截齒筒鉆及使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種旋挖成孔灌注樁施工技術，特別涉及一種適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆及使用方法。
【背景技術】
[0002]旋挖鉆機是一種適合建筑基礎工程中成孔作業的施工機械，主要適于砂土、粘性土、粉質土等土層施工，旋挖鉆孔技術因其成樁質量好、效率高及污染小等優勢被廣泛應用于灌注樁施工中。旋挖鉆頭可分螺旋鉆頭與筒鉆鉆頭，而筒鉆又可分取芯與不取芯兩類，均在鉆頭底部安裝截齒以破壞巖層。對于硬度大，深度大及施工困難的基巖地層，可使用螺旋鉆頭與取芯筒鉆開挖取土，但對于超大直徑灌注樁施工難度卻很大。而采用不取芯筒鉆首先開挖自由臨邊，再破壞筒內巖層，并通過撈砂斗清除巖渣，成為解決上述巖層樁孔施工的有效方式。而目前的不取芯筒鉆技術中，截齒只布置于筒鉆底部，只能環切周邊，為后續施工提供破壞自由面，而且也無法對孔內巖層進行破壞，效率不高。
[0003]目前市場上的取芯筒鉆式的旋挖鉆機，如三一重工SR460、中國南車TR550、徐工XR460D等的最大開挖孔徑雖均超過3m，但該類筒鉆的截齒布置是針對全斷面開挖，而不取芯筒鉆針對筒底附近，受力集中，效果更加。在樁基施工過程中，常規的樁徑通常不超過3m，目前尚無適用于樁徑3m以上的不取芯筒鉆的報告。
[0004]另一方面，常用筒鉆的截齒沿筒底全同陣列布置于筒鉆底部，或隨意布置。全同陣列布置時，所有齒尖同時接觸巖層，且與巖面接觸的徑向位置相同，對臨邊附近巖石破壞效果不佳，且浪費截齒，而隨意布置可能導致平面內只有某些截齒起作用，縮短截齒壽命。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種適用于超大直徑旋挖樁施工且能提高旋挖效率的截齒筒鉆及使用方法，該筒鉆不僅能有效破壞筒底周邊巖層，還能破壞筒內外圍巖層。
[0006]為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案:
一種適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，包括鉆筒，所述鉆筒底部沿筒壁圓周設置有筒底截齒，所述鉆筒內設置有加強鋼板，所述加強鋼板上設置有筒內截齒。
[0007]作為優選，所述筒底截齒包括截齒中心線偏向鉆筒外的外齒、截齒中心線偏向鉆筒內的內齒和無偏向的中齒，并且，在水平面上，所述外齒、內齒的中心線與截面圓上該點的切線形成銳角的切入角，在豎直面上，所有截齒中心線與截面圓上該點的切線形成銳角的前傾角；所述截齒沿鉆筒圓周方向等間距布置，且所述外齒、中齒和內齒三個為一組均布設置在鉆筒底部。
[0008]將筒底截齒設置不同的切入角，在施工時，無偏向的中齒最先與巖面接觸并破壞附近的巖面，隨后內齒與外齒相繼接觸巖層，這樣設置使得筒底截齒對巖面的破壞區域更大，截齒筒鉆下鉆時更容易往下挖；外齒、中齒和內齒三個為一組地均布設置，使鉆筒圓周上與巖面接觸均勻，整個截齒筒鉆旋挖施工時運轉更平穩。
[0009]作為優選，所述外齒和內齒的切入角為15°至25°，中齒的切入角為0°，所有筒底截齒的前傾角均為45°至60°，且筒底截齒之間的間距為50cm-70cm。
[0010]作為優選，所述鉆筒頂部還連接有帶缺口的頂部鋼板，所述頂部鋼板的缺口設置在靠近鉆筒壁處。通過頂部鋼板的缺口，在截齒筒鉆向下旋挖時，部分巖渣可通過頂部鋼板的缺口漏入筒鉆以上，使得截齒筒鉆單次下鉆深度增大，減小了旋挖次數，提高工作效率。
[0011]作為優選，所述加強鋼板呈十字形布置于頂部鋼板下底面，其中一組加強鋼板穿過頂部鋼板缺口面的中心線。對鉆筒上部進行加強，增加頂部鋼板與旋挖鉆機連接的強度，減少因連接部件強度不夠造成施工故障。
[0012]作為優選，所述筒內截齒設置在加強鋼板上靠近鉆筒壁側，且在靠近鉆筒中心四周的加強鋼板上也設置有截齒。獨特設計的筒內截齒，使該截齒筒鉆不僅能破壞鉆筒筒底周邊巖層，還能在得到邊界自由面后，通過筒內截齒破壞筒內外圍巖層，可將巖層盡量粉碎，并可通過頂部鋼板上的缺口上漏部分巖渣，使得截齒筒鉆可下挖的深度更深，減少提起筒鉆清理巖渣的次數，提高旋挖效率。
[0013]作為優選，所述頂部鋼板上頂面焊接有法蘭，所述法蘭設置在頂部鋼板的板面中心處。法蘭用來與旋挖鉆機連接。
[0014]作為優選，所述鉆筒下端設有加強段，下端的筒壁比上端厚。在施工時，鉆筒下部由于直接與巖層接觸，會受到很大的阻力，設置加強段起到加強的作用，使鉆筒的使用壽命更長。
[0015]一種適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆的使用方法，首先通過法蘭將截齒筒鉆安裝在旋挖鉆機的機頭上，利用旋挖鉆機帶動截齒筒鉆旋轉開鉆，筒底截齒最先與巖面接觸并破壞附近巖面，截齒筒鉆不斷下挖，直至筒內截齒接觸筒內巖面，直到難以掘進時，上提截齒筒鉆，換用撈砂斗撈出巖渣，然后再繼續放下截齒筒鉆開挖。
[0016]作為優選，所述旋挖鉆機的轉動采用動靜耦合的加載方式，先是靜壓使巖面受截齒壓力，再通過突然施加的動態脈沖快速破壞巖層。
[0017]作為優選，施工前通過“梅花型成孔”或“逐級擴孔成孔”的緊前工序在巖面創造內部臨邊的自由面。
[0018]與現有技術相比，本發明的有益效果:
1、通過在鉆筒底部和鉆筒內部設置的截齒，并合理布置筒底截齒的切入角、前傾角及截齒間距，施工時筒底截齒與巖層的接觸有序、可對巖面的破壞區域更大，結合筒內截齒的作用，使該截齒筒鉆不僅能破壞鉆筒筒底周邊巖層，還能在得到邊界自由面后，通過筒內截齒破壞筒內外圍巖層，可將巖層盡量粉碎，使得截齒筒鉆可下挖的深度更深，減少提起筒鉆清理巖渣的次數，提高旋挖效率。
[0019]2、在鉆筒的頂部設置的帶缺口的頂部鋼板，能通過頂部鋼板的缺口，在截齒筒鉆向下旋挖時，部分巖渣可通過頂部鋼板的缺口漏入筒鉆以上，使得截齒筒鉆單次下鉆深度增大，減小了旋挖次數，提高工作效率。
[0020]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為本發明的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆的結構示意圖。
[0021]圖2為本發明的截齒筒鉆的仰視圖。
[0022]圖3為本發明的截齒筒鉆的截齒結構示意圖。
[0023]圖中標記:1-鉆筒,2-頂部鋼板，3_加強鋼板，4_加強槽鋼，5_筒底截齒，6_筒內截齒，7-法蘭，8-加強段，其中，3-1為I號加強鋼板，3-2為2號加強鋼板，3_3為3號加強鋼板；5_1為外齒,5-2為內齒,5-3為中齒。
【具體實施方式】
[0024]下面結合試驗例及【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本
【發明內容】
所實現的技術均屬于本發明的范圍。
[0025]實施例1
本實施例中，該截齒筒鉆的鉆筒筒徑為3m，壁厚為50mm，配套使用的旋挖鉆機為SR420II旋挖鉆機。
[0026]如圖1所示，一種適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，包括鉆筒I，所述鉆筒I底部沿筒壁圓周設置有筒底截齒5，所述鉆筒I內設置有加強鋼板3，所述加強鋼板3上設置有筒內截齒6。
[0027]如圖3所不，所述筒底截齒5包括截齒中心線偏向鉆筒外的外齒5_1、截齒中心線偏向鉆筒內的內齒5_2和無偏向的中齒5-3,并且，在水平面上，所述外齒、內齒的中心線與截面圓上該點的切線形成銳角的切入角，在豎直面上，所有截齒中心線與截面圓上該點的切線形成銳角的前傾角；所述截齒沿鉆筒圓周方向等間距布置，且所述外齒5-1、中齒5-3和內齒5-2三個為一組均布設置在鉆筒I上。
[0028]在本實施例中，將筒底截齒5設置不同的切入角，在施工時，無偏向的中齒5-3最先與巖面接觸并破壞附近的巖面，隨后內齒5-2與外齒5-1相繼接觸巖層，這樣設置使得筒底截齒5對巖面的破壞區域更大，截齒筒鉆下鉆時更容易往下挖；外齒、中齒和內齒三個為一組地均布設置，使鉆筒I下部圓周上與巖面接觸均勻，整個截齒筒鉆旋挖施工時運轉更平穩。
[0029]在本實施例中，所述外齒和內齒的切入角設置為20°，中齒的切入角為0°，所有筒底截齒5的前傾角均為45°，且筒底截齒5之間的間距設為50cm。
[0030]如圖2所示，所述鉆筒I頂部還連接有帶缺口的頂部鋼板2，所述頂部鋼板2的缺口設置在靠近鉆筒壁處。本實施例中，缺口設置為兩個大小相同的形狀，對稱設置在頂部鋼板2的中心兩側，通過頂部鋼板2的缺口，在截齒筒鉆向下旋挖時，部分巖渣可通過頂部鋼板2的缺口漏入該截齒筒鉆以上，使得截齒筒鉆單次下鉆深度增大，減小了旋挖次數，提高工作效率。
[0031]如圖2所示，所述加強鋼板3呈十字形布置，且加強鋼板3與頂部鋼板2下底面連接，其中一組加強鋼板3與頂部鋼板2缺口面的中心線平行。對鉆筒I上部進行加強，增加頂部鋼板2及與旋挖鉆機連接的強度，可減少因連接部件強度不夠造成施工故障。
[0032]本實施例中，頂部鋼板2的缺口面積占圓筒截面積的1/3~1/2，將頂部鋼板2焊接于鉆筒I上部，加強鋼板3板寬均為10cm，豎立放置，加強鋼板3十字交叉設置，其中一個方向設置兩塊間距40~60cm的I號加強鋼板3-1，兩端與筒壁相接；另一個方向的兩塊平行鋼板被I號加強鋼板分割成6部分且與I號鋼板垂直，在I號加強鋼板以內設置間距10~20cm的2號加強鋼板3-2，以外設置間距40~60cm的3號加強鋼板3_3，3號加強鋼板之間設置與其平行的32號加強槽鋼4，數量2塊，所述加強槽鋼4兩端分別與I號加強鋼板和鉆筒I
筒壁連接。
[0033]如圖2所示，所述筒內截齒6設置在加強鋼板3上靠近鉆筒壁側，且在靠近鉆筒I中心四周的加強鋼板3上也設置有截齒。獨特設計的筒內截齒，使該截齒筒鉆不僅能破壞鉆筒筒底周邊巖層，還能在得到邊界自由面后，通過筒內截齒破壞筒內外圍巖層，可將巖層盡量粉碎，并可通過頂部鋼板上的缺口上漏部分巖渣，使得截齒筒鉆可下挖的深度更深，減少提起筒鉆清理巖渣的次數，提高旋挖效率。
[0034]本實施例中，分別在距離I號加強鋼板和3號加強鋼板與筒壁連接處10cm，排布4個間距1cm的筒內截齒6。距筒壁Im處，各加強鋼板上設置I個筒內截齒6，所述筒內截齒6前傾角均為45°。
[0035]如圖1所示，所述頂部鋼板2上頂面焊接有法蘭7，所述法蘭7設置在頂部鋼板2的板面中心處。通過法蘭7將該截齒筒鉆與旋挖鉆機連接。
[0036]如圖1所示，所述鉆筒I下端設有加強段8，下端的筒壁比上端厚。在施工時，鉆筒下部由于直接與巖層接觸，會受到很大的阻力，設置加強段起到加強的作用，使鉆筒的使用壽命更長。
[0037]本實施例中，加強段8用焊接的方式連接在鉆筒I下端，加強段的筒壁厚度設置為60mmo
[0038]結合以上結構，該截齒筒鉆的使用方法為:首先通過法蘭7將截齒筒鉆安裝在旋挖鉆機的機頭上，利用旋挖鉆機帶動截齒筒鉆旋轉開鉆，筒底截齒5最先與巖面接觸并破壞附近巖面，截齒筒鉆不斷下挖，直至筒內截齒6接觸筒內巖面，直到難以掘進時，上提截齒筒鉆，換用撈砂斗撈出巖渣，然后再繼續放下截齒筒鉆開挖。
[0039]上述過程中，所述旋挖鉆機的轉動采用動靜耦合的加載方式，先用靜壓使巖面受截齒壓力，再通過突然施加的動態脈沖快速破壞巖層。
[0040]上述過程中，施工前通過“梅花型成孔”或“逐級擴孔成孔”的緊前工序在巖面創造內部臨邊的自由面。
[0041]實施例2
本實施例中，該截齒筒鉆的鉆筒筒徑為3m，壁厚為50mm，配套使用的旋挖鉆機為SR420II旋挖鉆機。
[0042]如圖1所示，一種適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，包括鉆筒I，所述鉆筒I底部沿筒壁圓周設置有筒底截齒5，所述鉆筒I內設置有加強鋼板3，所述加強鋼板3上設置有筒內截齒6。
[0043]如圖3所不，所述筒底截齒5包括截齒中心線偏向鉆筒外的外齒5_1、截齒中心線偏向鉆筒內的內齒5_2和無偏向的中齒5-3,并且，在水平面上，所述外齒、內齒的中心線與截面圓上該點的切線形成銳角的切入角，在豎直面上，所有截齒中心線與截面圓上該點的切線形成銳角的前傾角；所述截齒沿鉆筒圓周方向等間距布置，且所述外齒5-1、中齒5-3和內齒5-2三個為一組均布設置在鉆筒I上。
[0044]在本實施例中，將筒底截齒5設置不同的切入角，在施工時，無偏向的中齒5-3最先與巖面接觸并破壞附近的巖面，隨后內齒5-2與外齒5-1相繼接觸巖層，這樣設置使得筒底截齒5對巖面的破壞區域更大，截齒筒鉆下鉆時更容易往下挖；外齒、中齒和內齒三個為一組地均布設置，使鉆筒I下部圓周上與巖面接觸均勻，整個截齒筒鉆旋挖施工時運轉更平穩。
[0045]在本實施例中，所述外齒和內齒的切入角設置為25°，中齒的切入角為0°，所有筒底截齒5的前傾角均為60°，且筒底截齒5之間的間距設為70cm。
[0046]如圖2所示，所述鉆筒I頂部還連接有帶缺口的頂部鋼板2，所述頂部鋼板2的缺口設置在靠近鉆筒壁處。本實施例中，缺口設置為兩個大小相同的形狀，對稱設置在頂部鋼板2的中心兩側，通過頂部鋼板2的缺口，在截齒筒鉆向下旋挖時，部分巖渣可通過頂部鋼板2的缺口漏入該截齒筒鉆以上，使得截齒筒鉆單次下鉆深度增大，減小了旋挖次數，提高工作效率。
[0047]如圖2所示，所述加強鋼板3呈十字形布置，且加強鋼板3與頂部鋼板2下底面連接，其中一組加強鋼板3與頂部鋼板2缺口面的中心線平行。對鉆筒I上部進行加強，增加頂部鋼板2及與旋挖鉆機連接的強度，可減少因連接部件強度不夠造成施工故障。
[0048]本實施例中，頂部鋼板2的缺口面積占圓筒截面積的1/3~1/2，將頂部鋼板2焊接于鉆筒I上部，加強鋼板3板寬均為10cm，豎立放置，加強鋼板3十字交叉設置，其中一個方向設置兩塊間距40~60cm的I號加強鋼板3-1，兩端與筒壁相接；另一個方向的兩塊平行鋼板被I號加強鋼板分割成6部分且與I號鋼板垂直，在I號加強鋼板以內設置間距10~20cm的2號加強鋼板3-2，以外設置間距40~60cm的3號加強鋼板3_3，3號加強鋼板之間設置與其平行的32號加強槽鋼4，數量2塊，所述加強槽鋼4兩端分別與I號加強鋼板和鉆筒I筒壁連接。
[0049]如圖2所示，所述筒內截齒6設置在加強鋼板3上靠近鉆筒壁側，且在靠近鉆筒I中心四周的加強鋼板3上也設置有截齒。獨特設計的筒內截齒，使該截齒筒鉆不僅能破壞鉆筒筒底周邊巖層，還能在得到邊界自由面后，通過筒內截齒破壞筒內外圍巖層，可將巖層盡量粉碎，并可通過頂部鋼板上的缺口上漏部分巖渣，使得截齒筒鉆可下挖的深度更深，減少提起筒鉆清理巖渣的次數，提高旋挖效率。
[0050]本實施例中，分別在距離I號加強鋼板和3號加強鋼板與筒壁連接處10cm，排布4個間距1cm的筒內截齒6。距筒壁Im處，各加強鋼板上設置I個筒內截齒6，所述筒內截齒6前傾角均為60°。
[0051]如圖1所示，所述頂部鋼板2上頂面焊接有法蘭7，所述法蘭7設置在頂部鋼板2的板面中心處。通過法蘭7將該截齒筒鉆與旋挖鉆機連接。
[0052]如圖1所示，所述鉆筒I下端設有加強段8，下端的筒壁比上端厚。在施工時，鉆筒下部由于直接與巖層接觸，會受到很大的阻力，設置加強段起到加強的作用，使鉆筒的使用壽命更長。
[0053]本實施例中，加強段8用焊接的方式連接在鉆筒I下端，加強段的筒壁厚度設置為60mmo
[0054]結合以上結構，該截齒筒鉆的使用方法為:首先通過法蘭7將截齒筒鉆安裝在旋挖鉆機的機頭上，利用旋挖鉆機帶動截齒筒鉆旋轉開鉆，筒底截齒5最先與巖面接觸并破壞附近巖面，截齒筒鉆不斷下挖，直至筒內截齒6接觸筒內巖面，直到難以掘進時，上提截齒筒鉆，換用撈砂斗撈出巖渣，然后再繼續放下截齒筒鉆開挖。
[0055]上述過程中，所述旋挖鉆機的轉動采用動靜耦合的加載方式，先用靜壓使巖面受截齒壓力，再通過突然施加的動態脈沖快速破壞巖層。
[0056]上述過程中，施工前通過“梅花型成孔”或“逐級擴孔成孔”的緊前工序在巖面創造內部臨邊的自由面。
[0057]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0058]本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
【權利要求】
1.一種適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，包括鉆筒，所述鉆筒底部沿筒壁圓周設置有筒底截齒，其特征在于，所述鉆筒內設置有加強鋼板，所述加強鋼板上設置有筒內截齒。
2.根據權利要求1所述的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，其特征在于，所述筒底截齒包括截齒中心線偏向鉆筒外的外齒、截齒中心線偏向鉆筒內的內齒和無偏向的中齒，并且，在水平面上，所述外齒、內齒的中心線與截面圓上該點的切線形成銳角的切入角，在豎直面上，所有截齒中心線與截面圓上該點的切線形成銳角的前傾角；所述截齒沿鉆筒圓周方向等間距布置，且所述外齒、中齒和內齒三個為一組均布設置在鉆筒上。
3.根據權利要求2所述的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，其特征在于，所述外齒和內齒的切入角為15°至25°，所有筒底截齒的前傾角均為45°至60°，且筒底截齒之間的間距為50cm_70cm。
4.根據權利要求1所述的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，其特征在于，所述鉆筒頂部還連接有帶缺口的頂部鋼板，所述頂部鋼板的缺口設置在靠近鉆筒壁處。
5.根據權利要求4所述的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，其特征在于，所述加強鋼板呈十字形布置，且加強鋼板與頂部鋼板下底面連接，其中一組加強鋼板與頂部鋼板缺口面的中心線平行。
6.根據權利要求1或5所述的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，其特征在于，所述筒內截齒設置在加強鋼板上靠近鉆筒壁側，且在靠近鉆筒中心四周的加強鋼板上也設置有截齒。
7.根據權利要求1或4所述的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，其特征在于，所述頂部鋼板上頂面焊接有法蘭，所述法蘭設置在頂部鋼板的板面中心處。
8.根據權利要求1所述的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆，其特征在于，所述鉆筒下端設有加強段，下端的筒壁比上端厚。
9.一種適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆的使用方法，首先通過法蘭將權利要求I所述的截齒筒鉆安裝在旋挖鉆機的機頭上，利用旋挖鉆機帶動截齒筒鉆旋轉開鉆，筒底截齒最先與巖面接觸并破壞附近巖面，截齒筒鉆不斷下挖，直至筒內截齒接觸筒內巖面，直到難以掘進時，上提截齒筒鉆，換用撈砂斗撈出巖渣，然后再繼續放下截齒筒鉆開挖。
10.根據權利要求9所述的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆的使用方法，其特征在于，所述旋挖鉆機的轉動采用動靜耦合的加載方式，先是靜壓使巖面受截齒壓力，再通過突然施加的動態脈沖快速破壞巖層。
11.根據權利要求9或10所述的適用于超大直徑旋挖樁施工的截齒筒鉆的使用方法，其特征在于，施工前通過“梅花型成孔”或“逐級擴孔成孔”的緊前工序在巖面創造內部臨邊的自由面。
【文檔編號】E21B3/00GK104481408SQ201410726581
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月4日 優先權日:2014年12月4日
【發明者】姚孟洋, 蘇成, 胡力繩, 王慶文, 鄧小秋, 蔣浩然, 付路軍 申請人:中鐵二局股份有限公司, 深圳中鐵二局工程有限公司