專利名稱：一種方形活塞式錨固擴孔鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種擴孔鉆具，具體來說涉及一種方形活塞式錨固擴孔鉆具。
背景技術(shù)：
在土木工程中，錨固是一種常見的工程手段用來達到穩(wěn)定的目的，常使用土工錨桿、預(yù)應(yīng)力錨索、小直徑抗拔樁來實現(xiàn)錨固作用，常用在地下室深基坑側(cè)壁中實現(xiàn)基坑的穩(wěn)定、公路高邊坡的穩(wěn)定、地下水位較高的地下室底板中抗浮等。具體做法是用地質(zhì)鉆機在土層或巖層中鉆孔至設(shè)計預(yù)定深度，然后放置桿體在孔內(nèi)中間位置直到孔底，桿體一般為螺紋鋼筋或特制錨索，孔內(nèi)錨固段用一定壓力灌注水泥漿液，通過漿液凝固后的與土體之間的摩阻力來實現(xiàn)錨固作用。常見孔徑為150mm，一般情況下，為了取得較高的錨固力，常常要求錨固長度較長，且多數(shù)要求入巖一定深度，在巖層中取得更大更穩(wěn)定的錨固力。在地層情況為已定的情況下，提高錨固力比較有效的途徑就是增加錨固段長度， 而這種方法不是一種經(jīng)濟合理的辦法，在某些地方也受到地域邊界紅線的限制，可能實現(xiàn)不了。另一種有效辦法就是擴大錨固段孔徑，也就是擴孔，在錨固孔段的孔底或者中段的孔徑加以擴大，以便增加其錨固面積來增大錨固力。尤其是在特定的范圍內(nèi)擴大孔徑顯得特別重要。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種方形活塞式錨固擴孔鉆具，該鉆具是一種可自動擴張和收縮的擴孔鉆頭，可根據(jù)需要進行錨固擴孔，且該擴孔鉆具具有構(gòu)件連接簡單合理、 傳力可靠，制作加工容易，可操作性強的特點，并可根據(jù)擴孔直徑準確設(shè)計制作相應(yīng)的符合要求的錨固擴孔鉆具。本實用新型的目的可通過以下的技術(shù)措施來實現(xiàn)一種方形活塞式錨固擴孔鉆具，包括鉆桿短節(jié)、鉆頭和伸縮臂，所述鉆桿短節(jié)的上端與外接的鉆機鉆桿相連，所述伸縮臂包括上臂和下臂，所述上臂一端與所述活塞套的下端外壁鉸接，另一端與所述下臂的一端鉸接，所述下臂的另一端與所述鉆頭鉸接，還包括活塞套、活塞軸和彈簧，所述活塞套內(nèi)設(shè)有軸向的活塞通道，所述鉆桿短節(jié)的下端嵌固于所述活塞套內(nèi)，所述彈簧套裝于所述活塞通道內(nèi)，所述活塞軸的上端滑動套裝于所述活塞通道內(nèi)并抵住所述彈簧，另一端與所述鉆頭連接；所述上臂為聯(lián)板，所述下臂為刀片。所述活塞套內(nèi)的活塞通道形狀與所述活塞軸的外形一致，且所述活塞軸與所述活塞通道內(nèi)壁緊密貼合。所述活塞軸為三角形柱狀、方形柱狀、六邊形柱狀或者八邊形柱狀。所述鉆桿連接件、活塞軸和鉆頭中央設(shè)有由上至下貫通且處于同一軸線上的通道。所述伸縮臂為三組，每組包括一個聯(lián)板和一個刀片，且所述刀片的長度大于所述聯(lián)板的長度。[0010]所述鉆頭包括固定連接的鉆頭底板和三葉鉆頭，所述活塞軸與所述鉆頭底板中心固定相連，所述底板上還設(shè)有供所述刀片連接的刀片鉸接座，所述刀片鉸接座緊貼所述活塞軸外圍均勻設(shè)置。所述鉆桿短節(jié)的上端設(shè)有螺紋，并通過所述螺紋與外接的鉆機鉆桿相連，下端焊接固定于所述活塞套的活塞通道內(nèi)，所述彈簧和活塞軸套裝于所述活塞通道內(nèi)，其所述彈簧的兩端分別抵住所述鉆桿短節(jié)和活塞軸。所述活塞通道中段設(shè)有內(nèi)凸臺階，所述活塞套底端至所述內(nèi)凸臺階之間的活塞通道長度大于所述彈簧自然伸展至最長時的長度；所述彈簧壓縮至最短，且活塞軸抵住所述內(nèi)凸臺階位置狀態(tài)時，所述聯(lián)板和所述刀片的鉸接處形成直角；所述彈簧自然伸展至最長狀態(tài)時，所述聯(lián)板和所述刀片呈一直線。所述鉆桿短節(jié)外壁設(shè)有外螺紋，且通過所述外螺紋與所述外接的鉆機鉆桿相連。所述刀片和三葉鉆頭的外側(cè)焊有合金粒。本實用新型的方形活塞式錨固擴孔鉆具與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下優(yōu)點1、該擴孔鉆具結(jié)構(gòu)簡單，各組成構(gòu)件相互連接方式簡單合理，制作加工容易，可操作性強；2、該擴孔鉆具的鉆桿短節(jié)、活塞套、活塞套、活塞軸和鉆頭上設(shè)有由上至下貫通且處于同一軸線上的通道。從而，在進行擴孔時，能夠同時向孔內(nèi)注入流水，以冷卻鉆頭，同時沖洗掉鉆下來的巖壁碎屑，幫助擴孔順利進行。3、該擴孔鉆具受力傳力牢靠，其通過方形配套的活塞套和活塞軸采用形狀一致的方形結(jié)構(gòu)，相當于一個“方形活塞”，活塞軸和活塞套滑動連接，且均采用地質(zhì)鉆具專用鋼材制造，相互咬合緊密產(chǎn)生扭矩，可有效傳遞鉆桿高速旋轉(zhuǎn)前進過程中的旋轉(zhuǎn)力和鉆進力；4、該擴孔鉆具的擴孔方法合理、方式可靠，鉆具在旋轉(zhuǎn)前進過程中，活塞軸向活塞套內(nèi)腔滑動，刀片和聯(lián)板在前進阻力和旋轉(zhuǎn)離心力作用下，自動展開直到完全展開，且不會回縮，形成“自鎖”現(xiàn)象，跟著鉆進力一直鉆擴下去直到預(yù)定長度；5、該擴孔鉆具使用完畢后，回收亦容易，鉆至預(yù)定深度后，在拔出鉆桿時，被壓縮的彈簧依靠自身回彈力，將活塞軸推出，同時推動聯(lián)板和刀片呈直線，克服了一般擴孔鉆頭中的易出現(xiàn)的“卡鉆”現(xiàn)象；6、使用該擴孔鉆具可根據(jù)需要在錨孔中間的任何一個位置擴孔，形成一串葫蘆狀孔體，也可在孔底的巖層中擴孔擴底，最佳狀態(tài)是在孔底巖層中擴底，形成相對較高的孔底錨固力。

圖1是本實用新型的方形活塞式錨固擴孔鉆具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示擴孔鉆具的使用狀態(tài)示意圖；圖3是圖1所示擴孔鉆具中的活塞套的仰視圖；圖4是圖1所示擴孔鉆具中的活塞軸的俯視圖；圖5是使用本實用新型的擴孔鉆具用于深基坑錨固擴孔的示意圖；圖6是使用本實用新型的擴孔鉆具用于地下室底板錨固擴孔的示意圖；圖7是使用本實用新型的擴孔鉆具用于高邊坡錨固擴孔的示意圖。
具體實施方式
圖1至圖4示出了本實用新型的一種方形活塞式錨固擴孔鉆具的具體結(jié)構(gòu)，它包括鉆桿短節(jié)1、活塞套2、活塞軸3、彈簧12、伸縮臂和鉆頭鉆桿短節(jié)1上端外壁設(shè)有外螺紋 6，且通過外螺紋6與外接的鉆機鉆桿相連，鉆桿通常為Φ 50mm地質(zhì)鉆桿，鉆桿短節(jié)1下端嵌固于活塞套2內(nèi)，活塞套2內(nèi)部設(shè)有軸向貫通的活塞通道，彈簧12套裝于活塞通道內(nèi)，活塞軸3 —端滑動套裝于活塞通道內(nèi)并抵住彈簧12，另一端與鉆頭連接?；钊ǖ佬螤钆c活塞軸3的外形一致，且為相同的三角形、方形、六邊形或者八邊形，活塞軸3與活塞通道內(nèi)壁緊密貼合。本實施例中，采用最優(yōu)的正六邊形柱狀活塞軸3。伸縮臂包括上臂和下臂，上臂為聯(lián)板4，下臂為刀片5，聯(lián)板4 一端與活塞套2的下端外壁鉸接，鉸接位置設(shè)有聯(lián)板鉸接座7，聯(lián)板4的另一端與刀片5的一端鉸接，刀片5的另一端與鉆頭鉸接。伸縮臂為三組，每組包括一個聯(lián)板4和一個刀片5，且刀片5的長度大于聯(lián)板4的長度。伸縮臂也可以采用四組或更多，本實施例中的三個聯(lián)板4通過均布于活塞套2外壁上的三個聯(lián)板鉸接座7與該活塞套相連，三個刀片5則通過均布于鉆頭上的三個刀片鉸接座9與鉆頭鉸接。且刀片鉸接座9之間的間距小于聯(lián)板鉸接座7之間的間距。鉆桿短節(jié)1、活塞套2、活塞軸3和鉆頭上設(shè)有由上至下貫通且處于同一軸線上的通道。從而，在進行擴孔時，能夠同時向孔內(nèi)注入流水，以冷卻鉆頭，同時沖洗掉鉆下來的巖壁碎屑，幫助擴孔順利進行。鉆頭包括固定連接的鉆頭底板10和三葉鉆頭11，活塞軸3與鉆頭底板10中心固定相連，底板10上還設(shè)有供刀片連接的刀片鉸接座9，本實施例中刀片鉸接座9與聯(lián)板鉸接座7—致，也是三個，且按照120°夾角緊貼活塞軸3外圍均勻設(shè)置與底板10上。刀片5 和三葉鉆頭11的外側(cè)均焊有合金粒。活塞通道中段設(shè)有內(nèi)凸臺階，活塞套2底端至內(nèi)凸臺階之間的長度大于等于彈簧 12自然回伸展至最長時的長度，彈簧12和活塞軸3始終套裝于該活塞套2內(nèi)，彈簧12兩端分別抵住鉆桿短節(jié)1和活塞軸3，活塞軸3上端始終伸入活塞套2內(nèi)，并在活塞通道內(nèi)緊貼活塞通道內(nèi)壁伸縮滑動，因此，當活塞套2轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生扭矩帶動活塞軸3和整個鉆頭轉(zhuǎn)動。 當彈簧12壓縮至最短，且活塞軸3抵住內(nèi)凸臺階位置時，聯(lián)板4和刀片5的鉸接處形成直角；當彈簧12自然伸展至最長狀態(tài)時，聯(lián)板4和刀片5則呈一直線，從而實現(xiàn)伸縮效果。該擴孔鉆具鉆進時，如圖2所示，聯(lián)板4和刀片5完全展開，對于其中一組伸縮臂 聯(lián)板4與活塞套2的鉸接點A、聯(lián)板4和刀片5鉸接點B、刀片5和鉆頭的底板10的鉸接點 C，三點之間形成一個直角三角形，其中，聯(lián)板4和刀片5的鉸接處外凸并形成直角。本實施例中，三葉鉆頭采用直徑為150mm擴徑為300mm為最優(yōu)最常用的錨固擴孔實施方案。圖中AA'表示活塞套2的寬度為100mm，聯(lián)板AB、聯(lián)板A' B'的長度為120mm，相當于三角形的“勾”，圖示刀片BC、刀片B' C'的長度為200mm，相當于三角形的“股”，在鉆頭為收攏狀態(tài)時，ABC、A' B' C'基本為一直線，AC、A' C'長度為320mm，如圖1所示。在鉆頭為完全張開狀態(tài)時，如圖2，根據(jù)三角形勾股定理可知該直角三角形的高度為100mm， 這樣，前端三葉鉆頭為150mm直徑的情況下，鉆頭可擴孔徑正好為100+100+100 = 300 (mm)。 此時三角形長邊AC、A' C'的長度變?yōu)?33mm，相當于三角形的“弦”，而刀具完全收縮時， 其總長為勾+股=120+200 = 320 (mm)，所以對應(yīng)的活塞內(nèi)腔滑動長度應(yīng)為H :320-233 =87 (mm)。所以活塞軸3的滑動長度與刀片5長度、聯(lián)板4長度可通過上述換算方法進行設(shè)置，要想增大或縮小鉆徑，就需要相應(yīng)的增大或縮小上述相關(guān)數(shù)據(jù)，也就是說鉆頭的擴徑大小與活塞滑動長度及伸縮臂的刀片和聯(lián)板長度是一個相互關(guān)聯(lián)有內(nèi)在聯(lián)系的構(gòu)件。具體使用過程先用普通鉆頭在地質(zhì)鉆機的帶動下，鉆至設(shè)計深度，然后取出鉆桿和鉆頭，將鉆頭換成本實用新型的擴孔鉆頭，下到孔內(nèi)底端，此時鉆頭處于圖1狀態(tài)。然后開動地質(zhì)鉆機進行旋轉(zhuǎn)加壓鉆進，鉆頭在液壓前進力和旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，此時前有地層阻力，后有活塞套和活塞軸的滑動空間，活塞軸3會像圓柱活塞一樣逐步滑向活塞套2 內(nèi)，直到抵住活塞套2內(nèi)的臺階為止，此時彈簧12被壓縮，伸縮臂逐漸張開，直到聯(lián)扳和刀片成90°夾角，為完全展開狀態(tài)，如圖2。此時就可以進行正常鉆進擴孔，擴孔長度應(yīng)預(yù)先設(shè)定。擴孔完成后，向外拔出鉆桿，此時彈簧自動松弛張開，幫助鉆頭自動收縮成圖1狀態(tài)， 鉆頭可順利拔出。經(jīng)濟效益實例分析假定巖層已定不變，一個原為150mm的孔徑，若正常錨固長度設(shè)計需要10米，若改用擴為300mm的擴孔鉆頭后，只需要5m錨固長度就可以了，換句話說
可節(jié)約一半長度，效益非常顯著。采用該擴孔鉆具在錨固段擴大直徑來提高錨固力，從而減少錨固段長度。例如如果用普通鉆頭Φ 150mm在鉆到較好土層已定深度后(一般為巖層)，此時孔徑為150mm，孔深為20米，本來按照設(shè)計需要再向前鉆進10米才能取得設(shè)計需要的錨固力，換用本實用新型的擴孔鉆頭(擴大頭為300mm)后繼續(xù)向前鉆進，根據(jù)等強代換原則(保證錨固段四周摩擦面積相等)，只需要再鉆進5米即可，大大節(jié)省了長度和時間，卻可取得同樣的錨固力。使用本實用新型的擴孔鉆具用于圖5、圖6、圖7所示的常用錨固形態(tài)依次為深基坑錨固、高邊坡錨固、地下室底板錨固。本實用新型的實施方式不限于此，在本實用新型上述基本技術(shù)思想前提下，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段對本實用新型內(nèi)容所做出其它多種形式的修改、替換或變更，均落在本實用新型權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種方形活塞式錨固擴孔鉆具，包括鉆桿短節(jié)、鉆頭和伸縮臂，所述鉆桿短節(jié)的上端與外接的鉆機鉆桿相連，所述伸縮臂包括上臂和下臂，所述上臂一端與所述活塞套的下端外壁鉸接，另一端與所述下臂的一端鉸接，所述下臂的另一端與所述鉆頭鉸接，其特征在于還包括活塞套、活塞軸和彈簧，所述活塞套內(nèi)設(shè)有軸向的活塞通道，所述鉆桿短節(jié)的下端嵌固于所述活塞套內(nèi)，所述彈簧套裝于所述活塞通道內(nèi)，所述活塞軸的上端滑動套裝于所述活塞通道內(nèi)并抵住所述彈簧，另一端與所述鉆頭連接；所述上臂為聯(lián)板，所述下臂為刀片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方形活塞式錨固擴孔鉆具，其特征在于所述活塞套內(nèi)的活塞通道形狀與所述活塞軸的外形一致，且所述活塞軸與所述活塞通道內(nèi)壁緊密貼合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方形活塞式錨固擴孔鉆具，其特征在于所述活塞軸為三角形柱狀、方形柱狀、六邊形柱狀或者八邊形柱狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方形活塞式錨固擴孔鉆具，其特征在于所述鉆桿連接件、活塞軸和鉆頭中央設(shè)有由上至下貫通且處于同一軸線上的通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方形活塞式錨固擴孔鉆具，其特征在于所述伸縮臂為三組， 每組包括一個聯(lián)板和一個刀片，且所述刀片的長度大于所述聯(lián)板的長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意一項所述的方形活塞式錨固擴孔鉆具，其特征在于所述鉆頭包括固定連接的鉆頭底板和三葉鉆頭，所述活塞軸與所述鉆頭底板中心固定相連，所述底板上還設(shè)有供所述刀片連接的刀片鉸接座，所述刀片鉸接座緊貼所述活塞軸外圍均勻設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方形活塞式錨固擴孔鉆具，其特征在于所述鉆桿短節(jié)的上端設(shè)有螺紋，并通過所述螺紋與外接的鉆機鉆桿相連，下端焊接固定于所述活塞套的活塞通道內(nèi)，所述彈簧和活塞軸套裝于所述活塞通道內(nèi)，其所述彈簧的兩端分別抵住所述鉆桿短節(jié)和活塞軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方形活塞式錨固擴孔鉆具，其特征在于所述活塞通道中段設(shè)有內(nèi)凸臺階，所述活塞套底端至所述內(nèi)凸臺階之間的活塞通道長度大于所述彈簧自然伸展至最長時的長度；所述彈簧壓縮至最短，且活塞軸抵住所述內(nèi)凸臺階位置狀態(tài)時，所述聯(lián)板和所述刀片的鉸接處形成直角；所述彈簧自然伸展至最長狀態(tài)時，所述聯(lián)板和所述刀片呈一直線。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方形活塞式錨固擴孔鉆具，其特征在于所述鉆桿短節(jié)外壁設(shè)有外螺紋，且通過所述外螺紋與所述外接的鉆機鉆桿相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方形活塞式錨固擴孔鉆具，其特征在于所述刀片和三葉鉆頭的外側(cè)焊有合金粒。
專利摘要本實用新型公開了一種方形活塞式錨固擴孔鉆具，包括鉆桿短節(jié)、鉆頭和伸縮臂，所述鉆桿短節(jié)的上端與外接的鉆機鉆桿相連，還包括活塞套、活塞軸和彈簧，所述活塞套內(nèi)設(shè)有活塞通道，所述鉆桿短節(jié)的下端嵌固于所述活塞套內(nèi)，所述彈簧套裝于所述活塞通道內(nèi)，所述活塞軸一端套裝于所述活塞通道內(nèi)并抵住所述彈簧，另一端與所述鉆頭連接；所述上臂為聯(lián)板，所述下臂為刀片。該鉆具是一種可自動擴張和收縮的擴孔鉆頭，鉆頭的擴徑大小與活塞滑動長度及伸縮臂長度相互關(guān)聯(lián)，且該擴孔鉆具具有構(gòu)件連接簡單合理，傳力可靠，制作加工容易，可操作性強的特點，并能夠根據(jù)擴孔直徑快速設(shè)計制作相應(yīng)的符合尺寸要求的錨固擴孔鉆具，實現(xiàn)鉆進擴徑增大錨固面積的目的。
文檔編號E21B7/28GK202031482SQ20112015163
公開日2011年11月9日 申請日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者喬國華, 趙作賓, 陳國新 申請人:喬國華