一种桩基钻头结构及其钻孔工法
技术领域
本发明涉及一种桩基钻头结构及其钻孔工法。
背景技术
传统的钻头在施工过程中，通过不同的地质层，会受到来自不同方向的阻力，阻力不均匀的时候，会导致钻孔方向偏斜，钻头后方刚钻成的孔壁区域也会产生缩径、扩径，严重的出现塌孔。如果不处理这些问题，会导致实际孔径与设计孔径的偏差、实际孔形与设计孔形的偏差，轻者桩基的受力达不到设计要求，重者在灌注混凝土时出现塌孔断桩等现象。
为克服上述的状况，现阶段采用了一项技术，对应其申请号为201820308315.6，专利名称为一种土建工程桩基钻头，其结构包括在转筒的顶部设置第一齿轮，能够使挤压板在电机的作用下围绕转杆的外壁旋转，通过在传动组件的上方设置挤压板，能够使挤压板对孔壁进行二次清理及加固，能够使孔壁更加光滑，有效的预防混凝土灌注过程中出现的孔壁形、坍塌和偏移等问题。其主要是靠设在钻头上部的挤压板支撑钻头钻出的孔四周的土体，该钻头所配置的挤压版结构虽然是能够支撑土体，引导钻头竖直地钻孔作业，但是由于挤压版结构占据较大的体积，在随着钻头进入土体中，钻头受到的阻力大，极大可能会影响到钻头正常的钻孔作业，此外，最最重要的是，该类桩基钻头在钻孔完成退出钻孔时候，仅仅依靠外部的力将钻杆从钻孔中退出，该类结构的钻头从钻孔中退出存在退出过程不顺利的隐患，存在改善空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种桩基钻头结构，钻头自身能在钻头退出钻孔时候提供助力，钻头退出钻孔作业能顺利展开。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种桩基钻头结构，包括上节钻头，其上端为在钻头向上移动提供向上的助力的上钻孔部；和下节钻头，其上端与上节钻头的下端同轴相连，其下端为驱动钻头向下钻孔的下钻孔部；其中，所述上钻孔部所形成的钻孔范围W2小于等于下钻孔部所形成的钻孔范围W1。
进一步的，它还包括纵向伸缩结构，第一支撑结构体和第二支撑结构体；所述纵向伸缩结构包括可向下伸出的伸出段和可缩回至伸出段的主体段；上节钻头的下端与下节钻头的上端之间从上至下依次分布第一支撑结构体，纵向伸缩结构和第二支撑结构体；上节钻头的下端与第一支撑结构体的上端同轴相连，第一支撑结构体的下端与纵向伸缩结构的主体段相连，第一支撑结构体的周侧至少有两个对称设置并在第一支撑结构体内部的动力机构的驱动下伸出/缩回的第一土体支撑块；第二支撑结构体连接在纵向伸缩结构的伸出段与下节钻头的上端之间，并且第二支撑结构体的周侧至少有两个对称设置并在第二支撑结构体内部的动力机构的驱动下伸出/缩回的第二土体支撑块；其中，第一土体支撑块的伸出/缩回运动与第二土体支撑块伸出/缩回运动互为异步反向运动。
进一步的，所述第一支撑结构体包括第一支撑结构壳体和在第一支撑结构壳体内部的所述动力机构；所述第一支撑结构壳体的周侧设有间隔分布的，且形状与第一土体支撑块相吻合并数量相匹配的镂空区；所述第一土体支撑块装在第一支撑结构壳体内，每一第一土体支撑块在第一支撑结构壳体内部的动力机构的驱动下通过一对应的镂空区同步地伸出/缩回。
进一步的，所述第一支撑结构壳体为方型壳体或者圆筒型壳体，且其尺寸小于下节钻头的下钻孔部所形成的钻孔范围W1的尺寸；当所述第一支撑结构壳体为方型壳体，所述第一支撑结构壳体的相对侧伸出的第一土体支撑块数量相同，或者所述第一支撑结构壳体的四侧中的每一侧伸出的第一土体支撑块均数量相同；当所述第一支撑结构壳体为圆筒型壳体，所述第一支撑结构壳体的周侧伸出的第一土体支撑块呈等角度地均匀排布。
进一步的，所述第二支撑结构体包括第二支撑结构壳体和在第二支撑结构壳体内部的所述动力机构；所述第二支撑结构壳体的周侧设有间隔分布的，且形状与第二土体支撑块相吻合并数量相匹配的镂空区；所述第二土体支撑块装在第二支撑结构壳体内，每二第二土体支撑块在第二支撑结构壳体内部的动力机构的驱动下通过二对应的镂空区同步地伸出/缩回。
进一步的，所述第二支撑结构壳体为方型壳体或者圆筒型壳体，且其尺寸小于下节钻头的下钻孔部所形成的钻孔范围W1的尺寸；当所述第二支撑结构壳体为方型壳体，所述第二支撑结构壳体的相对侧伸出的第二土体支撑块数量相同，或者所述第二支撑结构壳体的四侧中的每二侧伸出的第二土体支撑块均数量相同；当所述第二支撑结构壳体为圆筒型壳体，所述第二支撑结构壳体的周侧伸出的第二土体支撑块呈等角度地均匀排布。
进一步的，所述下节钻头上端的周侧安装有多个沿着长度方向间隔分布的第二钻头钻孔导向机构；所述第二钻头钻孔导向机构包括安装在下节钻头上的第二安装架，所述第二安装架上安装了可转动的第二导向轮，部分或全部第二导向轮沿着其转动方向设有间隔分布的第二土体切割齿，所述第二导向轮的转动切线方向随钻孔方向，并且第二导向轮不突出于下节钻头的下钻孔部所形成的钻孔范围W1。
进一步的，所述纵向伸缩结构的主体段的周侧安装有多个沿着长度方向间隔分布的第一钻头钻孔导向机构；所述第一钻头钻孔导向机构包括安装在纵向伸缩结构上的第一安装架，所述第一安装架上安装了可转动的第一导向轮，部分或全部第一导向轮沿着其转动方向设有间隔分布的第一土体切割齿，所述第一导向轮的转动切线方向随钻孔方向，并且第一导向轮不突出于下节钻头的下钻孔部所形成的钻孔范围W1。
进一步的，所述上节钻头下端的周侧安装有多个沿着长度方向间隔分布的第三钻头钻孔导向机构；所述第三钻头钻孔导向机构包括安装在上节钻头上的第三安装架，所述第三安装架上安装了可转动的第三导向轮，部分或全部第三导向轮沿着其转动方向设有间隔分布的第三土体切割齿，所述第三导向轮的转动切线方向随钻孔方向，并且第三导向轮不突出于下节钻头的下钻孔部所形成的钻孔范围W1。
进一步的，所述下节钻头的下钻孔部的头部具有螺旋的下切削叶片位于下切削叶片上端则形成多层周向分布的下切割刀，所述上钻孔部的头部具有螺旋的上切削叶片位于上切削叶片下端则形成多层周向分布的上切割刀，并且，所述上切削叶片和上切割刀在钻头欲退出钻孔时候启动，并且其转动方向与下切削叶片和下切割刀向下钻孔时候的转动方向相反；所述上钻孔部的上切割刀形成所述钻孔范围W2，下钻孔部的下切割刀形成所述钻孔范围W1。
采用以上结构设计，与现有技术相比，具有以下的优点：
采用上下两节钻头设计，下节钻头负责向下钻孔，上节钻头的上钻孔部负责在钻头退出钻孔时候提供助力，以减少外部所需的施加力，确保钻头顺利退出钻孔，此外，上钻孔部所形成的钻孔范围W2小于等于下钻孔部所形成的钻孔范围W1，这样设计的目的是，向下钻孔时候，增设的上节钻头的上钻孔部不会增加钻头向下钻孔的阻力，同样，也不至于增加钻头在退出钻孔时候受到的阻力，也是从额外的方面确保钻头顺利退出钻孔。
附图说明
图1是本发明整体结构的平面结构示意图。
图2是图1钻孔时候下一个工位的平面结构示意图。
图3是图2钻孔时候下一个工位的平面结构示意图。
图4是图3钻孔时候下一个工位的平面结构示意图。
图5是本发明一种结构形式的第一支撑结构体的平面结构示意图。
图6是本发明另一种结构形式的第一支撑结构体的平面结构示意图。
图7是本发明一种结构形式的第二支撑结构体的平面结构示意图。
图8是本发明另一种结构形式的第二支撑结构体的平面结构示意图。
图中所示：1、纵向伸缩结构，2、第一支撑结构体；211、第一土体支撑块；212、第一支撑结构壳体；3、第二支撑结构体；311、第二土体支撑块；312、第二支撑结构壳体；4、下节钻头；411、下切削叶片；412、下切割刀；413、上切削叶片；414、上切割刀；511、第一安装架；512、第二安装架；513、第三安装架；611、第一导向轮；612、第二导向轮；613、第三导向轮；711、第一土体切割齿；712、第二土体切割齿；713、第三土体切割齿；8、上节钻头；9、上顶架。
具体实施方式
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
本发明正是在背景技术的基础上提出了一种全新的钻头结构和基于该钻头结构的钻孔工法，具有钻头自身能在钻头退出钻孔时候提供助力，钻头退出钻孔作业能顺利展开，钻头钻孔不易偏差，不易倾斜，钻孔阻力小等优点。详细结构参见如下：
实施例一
整体上，见图1，图2，图3以及图4所示，钻头结构包括纵向伸缩结构1，第一支撑结构体2，第二支撑结构体3，下节钻头4和上节钻头8。
上节钻头8的上端为在钻头向上移动提供向上的助力的上钻孔部；下节钻头4的下端为驱动钻头向下钻孔的下钻孔部；而在上节钻头8的下端与下节钻头4的上端之间从上至下依次分布第一支撑结构体2，纵向伸缩结构1和第二支撑结构体3；纵向伸缩结构1包括可向下伸出的伸出段和可缩回至伸出段的主体段；并且通过以下的方式连接，上节钻头8的下端与第一支撑结构体2的上端同轴相连，第一支撑结构体2的下端与纵向伸缩结构1的主体段同轴相连，第一支撑结构体2的周侧至少有两个对称设置并在第一支撑结构体2内部的动力机构的驱动下伸出/缩回的第一土体支撑块211；第二支撑结构体3连接在纵向伸缩结构1的伸出段与下节钻头4的上端之间，并且第二支撑结构体3的周侧至少有两个对称设置并在第二支撑结构体3内部的动力机构的驱动下伸出/缩回的第二土体支撑块311。
其中，所述上钻孔部所形成的钻孔范围W2小于等于下钻孔部所形成的钻孔范围W1。
为便于理解下钻孔部所形成的钻孔范围W1和上钻孔部所形成的钻孔范围W2，在本实施例中先对下节钻头4和上节钻头8的结构做具体介绍，下节钻头4的下端为下钻孔部，额外所突出的是，钻头结构的钻孔部负责转动钻孔，其余结构不转动，钻孔部的头部具有螺旋的下切削叶片411位于下切削叶片411上端则形成多层周向分布的下切割刀412，钻孔部实现钻孔不做具体展开为成熟的技术，在本实施例中，下切割刀412凸出于下节钻头4的长度基本保持一致，从而下节钻头4的钻孔部能够钻孔范围W1，这里的钻孔范围W1可以理解为钻孔的孔的大小，而上钻孔部的头部具有螺旋的上切削叶片413位于上切削叶片413下端则形成多层周向分布的上切割刀414，并且，所述上切削叶片413和上切割刀414在钻头欲退出钻孔时候启动，并且其转动方向与下切削叶片411和下切割刀412向下钻孔时候的转动方向相反，通过其转动方向与下切削叶片411和下切割刀412向下钻孔时候的转动方向相反，提供向上的助力，此外，所述上钻孔部所形成的钻孔范围W2小于等于下钻孔部所形成的钻孔范围W1，表明增设的上钻孔部扩大钻孔的孔径，因而钻头向下钻孔或者从钻孔中退出的阻力较小。
根据上述所述，纵向伸缩结构1包括可向下伸出的伸出段和可缩回至伸出段的主体段，其结构本质上是将一个油缸的缸体段装在空心的杆体内，杆体本身作为主体段，油缸的活塞杆作为伸出段，当然这里的油缸也可以与其他推顶机构所代替，当然，可以取消杆体，油缸的缸体直接作为主体段，油缸的活塞杆作为伸出段，这里，主体段缩回至伸出段，是通过油缸斜油之后，主体段依靠自身的重力使主体段向下移动缩回至伸出段，或者通过外部作用力，外部作用力，其中一种理解方式是接在纵向伸缩结构1上的钻杆给它一个向下的作用力，迫使主体段向下移动缩回至伸出段。
纵向伸缩结构1的主体段上安装的第一支撑结构体2，并且该第一支撑结构体2的周侧至少有两个对称设置并在第一支撑结构体2内部的动力机构的驱动下伸出/缩回的第一土体支撑块211；如下是一种具体的结构的第一支撑结构体2，该结构能提供更稳定，更均匀的支撑力，提升了支撑效果，第一支撑结构体2包括第一支撑结构壳体212和在第一支撑结构壳体212内部的动力机构；所述第一支撑结构壳体212的周侧设有间隔分布的，且形状与第一土体支撑块211相吻合并数量相匹配的镂空区；所述第一土体支撑块211装在第一支撑结构壳体212内，每一第一土体支撑块211在第一支撑结构壳体212内部的动力机构的驱动下通过一对应的镂空区同步地伸出/缩回，见图1，图2，图3或者图4，每一个第一土体支撑块211都应配置了一个动力机构，动力机构用B标识出。
当然，在具体实施时候，还可以进一步地限定第一支撑结构壳体212的形状，不同的形状可以根据施工工况做机动地选择。如下是给到了第一支撑结构壳体212为方型壳体或者圆筒型壳体的情况，当然不仅仅局限于以下两种形状，所述第一支撑结构壳体212为方型壳体或者圆筒型壳体，见图5和图7所示，且其尺寸小于下节钻头4的下钻孔部所形成的钻孔范围W1的尺寸；当所述第一支撑结构壳体212为方型壳体，所述第一支撑结构壳体212的相对侧伸出的第一土体支撑块211数量相同，或者所述第一支撑结构壳体212的四侧中的每一侧伸出的第一土体支撑块211均数量相同；当所述第一支撑结构壳体212为圆筒型壳体，所述第一支撑结构壳体212的周侧伸出的第一土体支撑块211呈等角度地均匀排布。
对应的，根据上述的，第二支撑结构体3的上端与推顶机构的推顶端相连，若推顶机构为油缸，则第二支撑结构体3的上端与油缸的活塞杆固定相连，并且第二支撑结构体3的周侧同样至少有两个对称设置并在第二支撑结构体3内部的动力机构的驱动下伸出/缩回的第二土体支撑块311；如下是一种具体的结构的第二支撑结构体3，该结构能提供更稳定，更均匀的支撑力，提升了支撑效果，所述第二支撑结构体3包括第二支撑结构壳体312和在第二支撑结构壳体312内部的动力机构；所述第二支撑结构壳体312的周侧设有间隔分布的，且形状与第二土体支撑块311相吻合并数量相匹配的镂空区；所述第二土体支撑块311装在第二支撑结构壳体312内，每二第二土体支撑块311在第二支撑结构壳体312内部的动力机构的驱动下通过二对应的镂空区同步地伸出/缩回，见图1，图2，图3或者图4，每一个第二土体支撑块311都应配置了一个动力机构，动力机构用A标识出。
当然，在具体实施时候，还可以进一步地限定第二支撑结构壳体312的形状，不同的形状可以根据施工工况做机动地选择。如下是给到了第二支撑结构壳体312为方型壳体或者圆筒型壳体的情况，见图6和图8所示，所述第二支撑结构壳体312为方型壳体或者圆筒型壳体，且其尺寸小于下节钻头4的下钻孔部所形成的钻孔范围W1的尺寸；当所述第二支撑结构壳体312为方型壳体，所述第二支撑结构壳体312的相对侧伸出的第二土体支撑块311数量相同，或者所述第二支撑结构壳体312的四侧中的每二侧伸出的第二土体支撑块311均数量相同；当所述第二支撑结构壳体312为圆筒型壳体，所述第二支撑结构壳体312的周侧伸出的第二土体支撑块311呈等角度地均匀排布。
此外，考虑到纵向伸缩结构1，下节钻头4，上节钻头8自身结构也能够让整体的钻头结构保持不倾斜，竖直稳步地钻孔，对纵向伸缩结构1，下节钻头4或者上节钻头8做了如下地改进，具体的，即在纵向伸缩结构1的主体段上配置第一钻头钻孔导向机构，在下节钻头4的上端上配置第二钻头钻孔导向机构，在上节钻头8的下端上配置第二钻头钻孔导向机构，如下对一种具体的第一钻头钻孔导向机构，第二钻头钻孔导向机构和第三钻头钻孔导向机构的结构进行展开，当所述纵向伸缩结构1的主体段的周侧安装有多个沿着长度方向间隔分布的第一钻头钻孔导向机构；所述第一钻头钻孔导向机构包括安装在纵向伸缩结构1上的第一安装架511，所述第一安装架511上安装了可转动的第一导向轮611，部分或全部第一导向轮611沿着其转动方向设有间隔分布的第一土体切割齿711，所述第一导向轮611的转动切线方向随钻孔方向，并且第一导向轮611不突出于下节钻头4的下钻孔部所形成的钻孔范围W1，避免了增大钻头整体结构下行或者上下时候的阻力。当所述下节钻头4的周侧安装有多个沿着长度方向间隔分布的第二钻头钻孔导向机构；所述第二钻头钻孔导向机构包括安装在下节钻头4上的第二安装架512，所述第二安装架512上安装了可转动的第二导向轮612，部分或全部第二导向轮612沿着其转动方向设有间隔分布的第二土体切割齿712，所述第二导向轮612的转动切线方向随钻孔方向，并且第二导向轮612不突出于下节钻头4的下钻孔部所形成的钻孔范围W1，避免了增大钻头整体结构下行或者上下时候的阻力。上节钻头8下端的周侧安装有多个沿着长度方向间隔分布的第三钻头钻孔导向机构；第三钻头钻孔导向机构包括安装在上节钻头8上的第三安装架513，所述第三安装架511上安装了可转动的第三导向轮613，部分或全部第三导向轮613沿着其转动方向设有间隔分布的第三土体切割齿713，所述第三导向轮613的转动切线方向随钻孔方向，并且第三导向轮613不突出于下节钻头4的下钻孔部所形成的钻孔范围W1，避免了增大钻头整体结构下行或者上下时候的阻力。
本实施例中,第一土体支撑块211的动力机构和第二土体支撑块311的动力机构可以是气缸,第一土体支撑块211的动力机构和第二土体支撑块311的动力机构还可以是油缸。此外，第一土体支撑块211的动力机构、第二土体支撑块311的动力机构和纵向伸缩结构均独立工作。
实施例二
基于实施例一的钻头结构的实施工法，见图1-图4，正是在钻孔作业中，第一土体支撑块211和第二土体支撑块311完成一次完整的伸出/缩回作业。上节钻头8外加装了上顶架9，上顶架9上吊钢丝绳或者连接钻杆，钻头结构整体进入土体之后，在纵向伸缩结构1进入土体后，第一土体支撑块211同步伸出第一支撑结构体2外，第一支撑结构体2支撑纵向伸缩结构1，纵向伸缩结构1的伸出段伸出推动下节钻头4向下前行；接着第一土体支撑块211同步退回第一支撑结构体2内，之后第二土体支撑块311同步伸出第二支撑结构体3外，第二土体支撑块311支撑下节钻头4，纵向伸缩结构1的主体段向下移动退回至伸出段，如此往复，直至完成钻孔作业。整一个过程可知，第一土体支撑块211伸出的时候，第二土体支撑块311处于缩回的状态，第一土体支撑块211缩回的时候，第二土体支撑块311处于伸出的状态，可以理解为第一土体支撑块211的伸出/缩回运动与第二土体支撑块311伸出/缩回运动互为异步反向运动，在钻孔作业之后，上切削叶片413和上切割刀414按照与下切削叶片411和下切割刀412向下钻孔时候的转动方向相反的方向启动转动。在钻孔过程中，不会像背景技术的挤压版结构一样，始终保持一种状态，由此，起到支撑钻头结构不倾斜的同时，第一土体支撑块211和第二土体支撑块311所引起的阻力较小，而在钻头退出钻孔的过程中，上切削叶片413和上切割刀414按照与下切削叶片411和下切割刀412向下钻孔时候的转动方向相反的方向启动转动，提供助力，钻头退出钻孔的过程顺利。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
