專利名稱：一種鉆孔設(shè)備和鉆孔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆孔設(shè)備和進(jìn)行鉆孔的鉆孔方法，該方法配置有可插入土壤的支承管。
法國專利FR-A-1509586中公開了另一種成孔的方法。螺旋鉆連同用來接收鉆泥的圓筒形接收容器一起安置在聯(lián)動裝置上。在鉆孔過程中，鉆泥被輸送到接收容器中。當(dāng)接收容器完全裝滿時，將接收容器和螺旋鉆收回。接收容器可以松開并沿軸向離開螺旋鉆。螺旋鉆的驅(qū)動裝置設(shè)置在可移動地安裝于鉆架的滑架上。
在1956柏林Bieske出版的手冊“Handbuch des Brunnenbaus”第1卷的88和89頁中介紹了一種不用任何套管的鉆孔方法。使用了可從井孔中除去鉆泥的沖洗管路。
當(dāng)形成建筑物基礎(chǔ)的基礎(chǔ)樁時，已經(jīng)知道首先可用夯或振動樁錘將支承管壓入土壤中。接著可以利用鉆孔設(shè)備將支承管中的土壤除去。這尤其適用于比較疏松的土壤，因?yàn)橹С泄芸梢苑乐箍妆谔?br> 為了除去支承管中的土壤，通常使用土壤螺旋鉆，其外徑與支承管的內(nèi)徑相配。當(dāng)使用土壤螺旋鉆時，必須用到專門的帶有垂直鉆架的鉆孔設(shè)備，其中土壤螺旋鉆在垂直鉆架上可沿豎直方向位移地導(dǎo)向并同時保持可以旋轉(zhuǎn)。垂直鉆架由于通常安裝在可移動底座上只能傾斜少許角度，所以將土壤螺旋鉆用于不平地面或水平差相當(dāng)大的地形就有問題。在這種情況下，必須首先為帶有土壤螺旋鉆的鉆孔設(shè)備在支承管上建造水平的平臺。
此外，在將支承管插入地下之后，必須經(jīng)過長時間的調(diào)整設(shè)備才能使用帶有土壤螺旋鉆的鉆孔設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的是通過一種鉆孔設(shè)備和鉆孔方法實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在各附屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明的鉆孔設(shè)備包括聯(lián)動裝置，其上端帶有起重機(jī)附件；鉆具，固定在所述聯(lián)動裝置的下端；固定框架，可固定在所述套管上，所述聯(lián)動裝置以可旋轉(zhuǎn)和可沿軸向位移的方式安裝其上；驅(qū)動裝置，安置在所述固定框架上用來驅(qū)使所述聯(lián)動裝置轉(zhuǎn)動；連接裝置，用來在所述套管和所述固定框架之間形成牢固連接，其中所述聯(lián)動裝置是空心的并帶有第一沖洗管路和第二沖洗管路，且靠近聯(lián)動裝置的上端設(shè)有用來供應(yīng)流體到所述第一沖洗管路中的第一接頭和用來經(jīng)第二沖洗管路將鉆泥除去的第二接頭。
根據(jù)本發(fā)明的鉆孔設(shè)備可以懸掛在起重機(jī)上，因此地形相當(dāng)不平或套管和鉆孔設(shè)備之間有較大水平差距的情況下不會對鉆孔方法的進(jìn)行產(chǎn)生影響。尤其是，懸掛在起重機(jī)吊索上的鉆孔設(shè)備可自動沿垂直方向定向，因此無須為了垂直鉆孔而進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整。
為了能夠有效地鉆孔，鉆孔設(shè)備的聯(lián)動裝置做成空心的并設(shè)置至少兩個流體管路。第一條流體管路可以從鉆具輸送鉆泥或泥漿。另一條管路用來供應(yīng)流體。流體可以是水或空氣以促進(jìn)鉆泥輸送。不過，沖洗管路也可以用來供應(yīng)可硬化的懸浮物，因此當(dāng)從孔中抽出鉆孔設(shè)備時，孔里面可充滿能夠凝固的懸浮物如混凝土。為了確保在起重機(jī)懸吊狀態(tài)下也能將扭矩可靠地傳遞到鉆具上，根據(jù)本發(fā)明的鉆孔設(shè)備在套管的上緣安裝有固定框架，該固定框架通過連接裝置可拆卸地固定到套管的上邊緣。這種連接裝置使得旋轉(zhuǎn)連接能夠快速松開，而鉆孔設(shè)備一直懸吊在起重機(jī)上，因此能夠高效率地連續(xù)成孔。
連接裝置可以由各種強(qiáng)制或非強(qiáng)制的鎖定裝置構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，連接裝置最好帶有液壓夾具，可以用來將固定框架夾固到套管的上邊緣上。液壓操縱的夾具使得能夠在高夾緊力的情況下快速夾緊和松開。
根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，第一或第二接頭可以是回轉(zhuǎn)接頭。因此，與聯(lián)動裝置一起旋轉(zhuǎn)的沖洗管路可以可靠地連接到不動的裝置，如位于孔外面的流體儲存器上。這種回轉(zhuǎn)接頭一般由兩個可相對轉(zhuǎn)動和液體密封的旋轉(zhuǎn)法蘭構(gòu)成，其中一個與沖洗管路相連，另一個與固定管路相連。
很多種器具可以用作鉆具，如鉆探鏟斗。根據(jù)本發(fā)明，鉆具最好是一種全寬切割(full cut)鉆頭，而鉆桿是帶有兩個管路的空心構(gòu)造，這兩個管路可與聯(lián)動裝置中的第一沖洗管路和第二沖洗管路相連。這種全寬切割鉆頭特別適合于在堅(jiān)硬的地層如巖石中工作。與利用沖洗管路去除鉆泥的方法相結(jié)合，還可以鉆成很深的孔?？梢詫⒏鞣N鉆具裝配到根據(jù)本發(fā)明的鉆孔設(shè)備上，因此對于要鉆孔的土層都可以使用最合適的鉆具。
根據(jù)本發(fā)明，鉆孔設(shè)備通過吊索懸掛在起重機(jī)臂上，第一牽引繩固定在鉆孔設(shè)備上對著起重機(jī)臂的側(cè)面并延伸到起重機(jī)臂上，而在另一側(cè)上鉸接有延伸到起重機(jī)臂頂端的第二牽引繩。因此懸掛在起重機(jī)臂上的鉆孔設(shè)備可以從兩個相對側(cè)面受到牽引繩和絞盤的作用。這樣就可以防止鉆孔設(shè)備產(chǎn)生任何不想有的擺動，并可以容易地使鉆孔設(shè)備在起重機(jī)臂的一側(cè)移動并保持在移動后的位置。在這個移動后的位置，就可以利用起重機(jī)上的另一個吊索絞盤將鉆具定位和放入支承管中，而不必將鉆孔設(shè)備從起重機(jī)上卸下。
在空心的聯(lián)動裝置中設(shè)置至少一個沖洗管路。根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)動裝置可以是一種雙重壁構(gòu)造的聯(lián)動裝置，其內(nèi)芯和外壁之間的環(huán)形空腔構(gòu)成沖洗管路。另一個沖洗管路可以位于外側(cè)或在聯(lián)動裝置的徑向內(nèi)部空腔中。
根據(jù)本發(fā)明的鉆孔方法的特征在于使用了上面介紹的鉆孔設(shè)備，且所述鉆孔設(shè)備是懸掛在起重機(jī)吊索上。這樣可以利用上文中介紹的優(yōu)點(diǎn)來高效成孔。
根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例包括在套管中形成第一孔，接著將帶有鉆桿的鉆頭與鉆孔設(shè)備分開放入套管中，最后通過聯(lián)動裝置將鉆孔設(shè)備牢固地連接到鉆桿上。
可以用各種鉆具如鉆探鏟斗或土壤螺旋鉆來形成第一孔。鉆具可以安裝在根據(jù)本發(fā)明的鉆孔設(shè)備上并與鉆孔設(shè)備一起使用，以形成比如在疏松地層中的第一孔。于是，在支承管中形成自由空間，可用來放入和調(diào)整帶有鉆桿的鉆頭。這樣能夠使用各種鉆具來實(shí)現(xiàn)高效的鉆進(jìn)速率，其中帶有鉆桿的全寬切割鉆頭特別適合于在堅(jiān)硬的地層中工作。
根據(jù)本發(fā)明，所述方法還進(jìn)一步發(fā)展成為，所述帶有鉆桿的鉆頭在固定到聯(lián)動裝置上之前，由支承管中的夾持裝置夾持在連接位置上，在固定之后，將夾持裝置松開，而鉆孔設(shè)備繼續(xù)懸掛在吊索上，最后將固定框架可轉(zhuǎn)動地連接到支承管上。這使得鉆頭的鉆桿能夠牢固和快速地連接到鉆孔設(shè)備的聯(lián)動裝置上。
一種具有發(fā)明性的將支承管中的鉆桿連接到聯(lián)動裝置上的特別有效的固定方法是，夾持裝置包括至少一個帶有夾持叉的滑動架，可沿支承管的半徑方向移動，鉆桿上的法蘭通過所述滑動架固定在夾持位置上。具體地說，有兩個、三個或四個夾持叉圍繞支承管上端的圓周均勻分布在平臺上。夾持叉的寬度對應(yīng)于鉆桿的外徑，而鉆桿的較大直徑法蘭或凸緣支承在一個或多個夾持叉上，從而使鉆桿保持在所要的夾持位置上。這使得能夠方便地連接到支承管外的鉆孔設(shè)備聯(lián)動裝置上。
對于根據(jù)本發(fā)明的起重機(jī)來說，有利的是可以通過支承管用鉆孔設(shè)備在下面的土層中成孔?？梢詫⒅С泄艽蛉氡容^疏松的土壤中。不過，如果必須將基礎(chǔ)樁延伸到比較疏松的土壤層以外，首先可用第一鉆具如鉆孔鏟斗將支承管中比較疏松的土壤除去。接著可以將第二鉆具如帶有鉆桿的全寬切割鉆頭固定到同一鉆孔設(shè)備上，從而可以非常高的效率將位于支承管下面的更加堅(jiān)硬的石質(zhì)土除去。
可以通過可伸縮聯(lián)動裝置用相應(yīng)的液壓缸將壓力施加到鉆具上。不過，有一種特別有效和節(jié)能的方法是，在鉆孔時，聯(lián)動裝置在固定框架中以可沿軸向自由位移的方式導(dǎo)向移動，使得聯(lián)動裝置的重量可以壓在鉆具上。鉆桿上可以附加載荷，使得有足夠的壓力可以施加在鉆具上以加快穿進(jìn)速率。
根據(jù)本發(fā)明鉆孔方法的優(yōu)選實(shí)施例包括，在鉆孔時，沖洗空氣通過第一沖洗管路供應(yīng)，而可以用流體和沖洗或清洗空氣經(jīng)過第二沖洗管路將鉆泥除去。這種方法能夠特別高效地將鉆泥送走，因此具有很高的鉆進(jìn)速率。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的鉆孔設(shè)備鉆孔時的情形；圖4是懸掛在起重機(jī)上的本發(fā)明另一鉆孔設(shè)備的示意側(cè)視圖。
鉆具通過夾持裝置42固定在這個位置上。為此，將可移動地安裝在套管46上端的環(huán)狀平臺43上的兩個相對的滑動架44沿半徑方向進(jìn)給到鉆桿19。于是未示出的夾持叉托在較大直徑凸緣21的下面，使得支承在兩個滑動架44夾持叉上的較大直徑凸緣21在夾持位置上固定。
此時將吊索5從鉆具上松開，使起重機(jī)4可以吊起放置在浮船2上的鉆孔設(shè)備10。起重機(jī)4使鉆孔設(shè)備10在固定于套管46中的鉆具上定向，如圖2所示。接著將通過起重機(jī)附件14固定在吊索5上的鉆孔設(shè)備10下降到鉆桿19的頂端并可轉(zhuǎn)動地連接起來?？梢栽阢@孔設(shè)備10和鉆桿19之間有選擇地使用更多的鉆桿以達(dá)到所要求的鉆孔深度。
為了連接鉆孔設(shè)備10的聯(lián)動裝置12使其可與鉆桿19一起旋轉(zhuǎn)，將示意性示出的沖洗管路26、28連接到鉆桿19中相應(yīng)的管路上。
將夾持裝置42的兩個滑動架44沿半徑方向從鉆桿19上移開，用吊索5使鉆孔設(shè)備10進(jìn)一步下降直至鉆孔設(shè)備10的固定框架20靠在支承管46的上邊緣上。連接裝置22的夾具24與支承管46的周邊緣接合，使固定框架20夾緊到所述管子46上。
此時通過降下吊索5使鉆孔設(shè)備10的聯(lián)動裝置12沿軸向位移，從而將鉆頭18放置到較疏松土壤層3的表面上。
接著通過設(shè)置在固定框架20上的液壓傳動裝置16使帶有鉆桿19的鉆頭18旋轉(zhuǎn)而除去支承管46中的土壤3，如圖3所示，并通過進(jìn)一步下降鉆頭18而在石質(zhì)土層7中形成孔40。
按照箭頭P1所示，通過第一接頭27將空氣吹入第一沖洗管路，進(jìn)入第二沖洗管路28中的清洗空氣將孔40中由鉆頭產(chǎn)生的鉆泥帶走。通過第二接頭29，將鉆泥按照箭頭P2所示從鉆孔設(shè)備10的頂端排出。
當(dāng)孔形成之后，可以裝入混凝土并選擇性地加入鋼筋以形成基礎(chǔ)樁?？梢酝ㄟ^起重機(jī)4以十分簡單的方式將鉆孔設(shè)備10搬運(yùn)到下一個支承管46，不需要對浮船2進(jìn)行復(fù)雜的修正和重新調(diào)整。
在圖4所示的本發(fā)明另一個實(shí)施例中，以鉆探鏟斗11作為鉆具的鉆孔設(shè)備10按照上述方式通過吊索5懸掛在起重機(jī)4的臂6上。為了防止鉆孔設(shè)備10產(chǎn)生不想要的擺動，以及為了能將鉆孔設(shè)備10擺向臂6的一邊，在所述設(shè)備10和臂6之間設(shè)有第一牽引繩31。可以通過一個未示出的絞盤拉緊第一牽引繩31來使鉆孔設(shè)備10擺向一邊，在鉆孔設(shè)備10上遠(yuǎn)離臂6的一邊還鉸接有第二牽引繩32。第二牽引繩32從鉆孔設(shè)備10延伸到吊臂頂端8。吊臂頂端8上設(shè)有導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪從臂6超過吊索5延伸出明確規(guī)定的距離。通過適當(dāng)?shù)乩o第二牽引繩32和第一牽引繩31，可以消除鉆孔設(shè)備10的不想要有的擺動。
權(quán)利要求
1.一種通過插入土壤的套管成孔的鉆孔設(shè)備，包括聯(lián)動裝置，其上端帶有起重機(jī)附件；鉆具，設(shè)置在所述聯(lián)動裝置的下端；固定框架，可固定在所述套管上，所述聯(lián)動裝置以可旋轉(zhuǎn)和沿軸向位移的方式安裝其上；驅(qū)動裝置，位于所述固定框架用來驅(qū)使所述聯(lián)動裝置轉(zhuǎn)動；和連接裝置，用來在所述套管和所述固定框架之間形成扭矩強(qiáng)度連接；其中，所述聯(lián)動裝置是空心的并帶有第一和第二沖洗管路，且靠近所述聯(lián)動裝置的上端設(shè)有用來提供流體到所述第一沖洗管路中的第一接頭和經(jīng)所述第二沖洗管路將鉆泥除去的第二接頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔設(shè)備，其特征在于，所述連接裝置帶有可將所述固定框架夾固在所述套管上緣的液壓夾具。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔設(shè)備，其特征在于，所述第一接頭和/或所述第二接頭是回轉(zhuǎn)接頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔設(shè)備，其特征在于，所述鉆具是帶有鉆桿的全寬切割鉆頭，所述鉆桿是空心的并帶有可與所述聯(lián)動裝置中的所述第一沖洗管路和所述第二沖洗管路相連的兩個管路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔設(shè)備，其特征在于，所述鉆孔設(shè)備可以通過吊索懸掛在起重機(jī)臂上，在所述鉆孔設(shè)備面對所述臂的側(cè)面固定有向上延伸到所述臂的第一牽引繩，而在另一側(cè)上鉸接有延伸到所述臂頂端的第二牽引繩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鉆孔設(shè)備，其特征在于，所述聯(lián)動裝置是一種雙重壁構(gòu)造的聯(lián)動裝置。
7.一種鉆孔方法，包括以下步驟將套管插入土壤中；將懸掛在起重機(jī)吊索上的鉆孔設(shè)備放到所述套管，所述鉆孔設(shè)備包括聯(lián)動裝置，其上端帶有起重機(jī)附件；鉆具，布置在所述聯(lián)動裝置的下端；固定框架，可固定在所述套管上，所述聯(lián)動裝置以可旋轉(zhuǎn)和沿軸向位移的方式安裝其上；驅(qū)動裝置，位于所述固定框架上用來驅(qū)使所述聯(lián)動裝置轉(zhuǎn)動；和連接裝置，用來在所述套管和所述固定框架之間形成扭矩強(qiáng)度連接；其中，所述聯(lián)動裝置是空心的并帶有第一和第二沖洗管路，且靠近所述聯(lián)動裝置的上端設(shè)有用來供應(yīng)流體到所述第一沖洗管路的第一接頭和經(jīng)所述第二沖洗管路將鉆泥除去的第二接頭，通過所述連接裝置將所述固定框架固定到所述套管上；和向地下鉆孔，同時通過所述第一沖洗管路引入流體并通過所述第二沖洗管路除去鉆泥。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆孔方法，其特征在于，在所述套管中形成第一孔，將與所述鉆孔設(shè)備分開的帶有鉆桿的鉆頭放入所述套管中，然后，通過所述聯(lián)動裝置將所述鉆孔設(shè)備牢固地連接在所述鉆桿上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鉆孔方法，其特征在于，所述帶有鉆桿的鉆頭在固定到所述聯(lián)動裝置上之前，由支承管上的夾持裝置夾持在連接位置上，在固定之后，將所述夾持裝置松開，而所述鉆孔設(shè)備仍懸掛在所述吊索上，接著，使所述固定框架與所述套管牢固連接以形成扭矩強(qiáng)度連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的鉆孔方法，其特征在于，所述夾持裝置包括至少一個帶有夾持叉的滑動架，可沿所述支承管半徑方向移動，所述鉆桿的法蘭通過所述滑動架固定在夾持位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆孔方法，其特征在于，所述鉆孔設(shè)備通過所述支承管在下面的土層中鉆孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆孔方法，其特征在于，鉆孔時，所述聯(lián)動裝置以沿軸向自由位移的方式在所述固定框架中導(dǎo)向移動，使得所述聯(lián)動裝置的重量壓在所述鉆具上。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鉆孔方法，其特征在于，鉆孔時，清洗空氣通過所述第一沖洗管路供應(yīng)，流體和清洗空氣通過所述第二沖洗管路除去鉆泥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用套管來成孔的鉆孔設(shè)備和鉆孔方法，其中套管在鉆孔前插入土壤中。所述鉆孔設(shè)備包括聯(lián)動裝置，可固定在聯(lián)動裝置下端的鉆具，可固定在所述套管上的固定框架，驅(qū)動裝置和可在套管和固定框架之間形成旋轉(zhuǎn)連接的連接裝置。所述聯(lián)動裝置是空心的并帶有第一和第二沖洗管路?？拷?lián)動裝置的上端設(shè)有提供流體到第一沖洗管路的第一接頭和經(jīng)第二沖洗管路將鉆泥除去的第二接頭。
文檔編號E21B3/00GK1417448SQ0214996
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
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