在硬质地层中施工方形孔的设备的制作方法

1.本发明涉及土木工程中的地基施工或地基处理技术领域，具体的说，是在硬质地层中施工方形孔的设备。


背景技术：

2.土木工程行业内的技术人员在进行地基施工或地基处理时发现，某些场合若能在地层中施工出横截面为方形的孔，就能比圆孔获得更好的技术效果。如施工咬合桩作为基坑支护体系的止水帷幕时，圆形的咬合桩相互咬合重叠部位路径短，漏水概率大，基坑安全性不足；若是间隔施工出方形的素混凝土桩，再在每两个相邻的素混凝土方桩之间施工一个钢筋混凝土方桩进行咬合连接，则方桩与方桩相互咬合重叠部位的路径明显增长，漏水隐患低，基坑安全性好。又比如跃幅施工地连墙时，在进行各个先行槽段也就是奇数段的一三五七
……
单元槽段的槽道的开挖工序时，需要在各个先行槽段的首尾两端分别钻取两个边孔，再由挖槽机的液压抓斗将两个边孔之间的土体挖掉以形成该单元槽段；现有技术中的两个边孔均为圆形边孔，这样，后续施工需要搭配插入两根圆形接头管，且浇注混凝土并拔出圆形接头管后，在后继槽段也就是偶数段的二四六八
……
单元槽段施工时，又需要将接头管拔出后形成的弧形槽壁刮干净，将其铲平成直槽壁，这样，刮擦清理的过程繁琐费力，清理效果也不好，降低了地连墙的防渗功能，还不如一开始就在上述先行槽段的首尾两端施工出方形边孔，则后续的开挖、浇捣、清理、与后继槽段对接等一系列过程，操作均会更便捷，且施工质量也更高。
3.但据申请人了解，目前行业内仍存在技术空白，现有技术的成孔设备尚无法在硬质地层中施工出横截面为方形的孔，这就极大制约了止水帷幕、地连墙等地基施工或地基处理技术的发展。
4.在论述本技术的技术方案之前，还需要先厘清一个概念，在土木工程领域中，行业内技术人员习惯将强度大于5mpa且小于20mpa的地层如砂砾坚土层、软石层、次坚石层和坚石层等定义为硬质地层；常见的黏土、风化基岩等都属于硬质地层。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是，提供一种操作方便，效果可靠的在硬质地层中施工方形孔的设备。
6.本发明的技术解决方案是，提供一种在硬质地层中施工方形孔的设备，它包括与动力头连接的钻杆；钻杆下端设有万向节接头，万向节接头下端设有上小下大的阶梯块，该阶梯块由上部的莱诺三角形导向块和下部的莱诺三角形刀座构成，莱诺三角形刀座下端固定有莱诺三角形刀头；
7.钻杆经一个中轴承可转动安装有一个固定板，钻杆还固定有压板和托板，压板和托板分居固定板上下侧对固定板轴向定位；固定板经连杆固定有用于约束住旋转的莱诺三角形导向块从而使莱诺三角形刀头在地层中切削出矩形孔的矩形导向套；矩形孔的外轮廓
与矩形导向套的外轮廓一致；
8.矩形孔成孔后，矩形导向套卡入矩形孔内并由矩形孔孔壁周向限位；
9.矩形孔成孔前，预定桩位的地面设有用于卡住矩形导向套的周向定位装置。
10.采用以上结构的在硬质地层中施工方形孔的设备与现有技术相比，具有以下优点。
11.先分析该设备的成孔过程。
12.初始状态下，下降动力头及钻杆，使得钻杆下端的莱诺三角形刀头与地层抵靠，且将矩形导向套对准预定桩位，并利用地面上的周向定位装置卡住矩形导向套，禁止其周向转动；然后启动动力头，经钻杆、万向节带动莱诺三角形导向块旋转，由于此刻矩形导向套被周向定位装置卡住无法旋转，故使得莱诺三角形刀头向下钻进在地层中切削出矩形孔；而且，莱诺三角形刀头和钻杆向下钻进的同时，钻杆的压板会下压固定板使固定板及矩形导向套跟随刀头同步下沉，且由于切削出的矩形孔的外轮廓与矩形导向套的外轮廓完全一致，所以，随着刀头同步下降的矩形导向套刚好卡入切削出的矩形孔内，被矩形孔孔壁周向卡死，故后续向下继续钻进成孔时，矩形孔替代了地面上的周向定位装置，对矩形导向套周向定位；这样，继续驱动钻杆及莱诺三角形刀头下钻，直至莱诺三角形刀头到达孔底的设定标高。
13.由以上分析可知，该设备操作过程方便，只需要在初始阶段用周向定位装置卡住矩形导向套，并驱动动力头，使莱诺三角形刀头钻进地层内，并持续下钻至孔底标高即可；且施工效果稳定可靠，施工出的矩形孔形状规则，垂直度有保障；该设备实现了在硬质地层中施工出方形孔的技术效果，这样，可以方便的施工出一排方孔作为止水帷幕的素混凝土方桩和钢筋混凝土方桩的桩孔，以获得更长的咬合重叠路径，增强防水性能；又能够便捷的施工出地连墙先行槽段的两个矩形边孔，从而便捷地连墙的施工工序，提高其施工质量。
14.作为优选，压板与固定板之间、固定板与托板之间各设有一个承压轴承；承压轴承的动环与压板或托板固定，承压轴承的静环与固定板固定；该设计的目的在于，钻进时压板和托板均随钻杆转动而固定板不旋转，即固定板与压板或托板相对转动，且下钻或上提钻杆时又需要压板与固定板之间或固定板与托板之间接触传力，这样对三块板的磨损较大，故在三块板之间设置了两个承压轴承，确保其相对转动便利，且承压稳定可靠，进而确保钻杆下钻或上提时固定板和矩形导向套能稳定跟进。
15.作为又一种优选，周向定位装置由左右对称的两个夹持部构成，每个夹持部包括一个底座，每个底座内侧固定一个夹板，每个夹板上设有横向加固肋，每个夹板与对应底座之间设有梯形肋板；左侧夹持部的横向加固肋与右侧夹持部的横向加固肋经对拉螺栓连接；每个底座上搁置有配重块，每个夹板顶部设有吊环；这样，上述每个夹持部在地面搁置稳固，夹持部的自重和配重块确保对矩形导向套提供足够的夹持力；而横向加固肋和对拉螺栓则确保左右两个夹持部对拉牢固，进一步增强对矩形导向套的夹持效果；梯形肋板则增强了底座和夹板的牢固度和整体性；而吊环利于将夹持部向下一个桩位吊运。
附图说明
16.图1是本发明在硬质地层中施工方形孔的设备由两夹持部卡住时的结构示意图。
17.图2是本发明在硬质地层中施工方形孔的设备的结构示意图。
18.图3是图2去掉矩形导向套、压板和上部的承压轴承后的结构示意图。
19.图4是图2偏转一定角度后的结构示意图。
20.图5是本发明在硬质地层中施工方形孔的设备钻进时地层半剖后的结构示意图。
21.图中所示1、钻杆，2、万向节接头，3、莱诺三角形导向块，4、莱诺三角形刀头，5、矩形孔，6、矩形导向套，7、莱诺三角形刀座，8、中轴承，9、固定板，10、地层，11、压板，12、托板，13、连杆，14、承压轴承，15、夹持部，16、底座，17、夹板，18、横向加固肋，19、梯形肋板，20、对拉螺栓，21、配重块，22、吊环，23、出土通道。
具体实施方式
22.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
23.如图1～图5所示，本发明在硬质地层中施工方形孔的设备，它包括与动力头连接的钻杆1；该钻杆1可以安装在桩架桅杆的动力头上，也可以安装在旋挖钻机的动力头上。
24.钻杆1下端设有万向节接头2，万向节接头2下端设有上小下大的阶梯块，该阶梯块由上部的莱诺三角形导向块3和下部的莱诺三角形刀座7构成，上述的莱诺三角形导向块3和莱诺三角形刀座7一体压铸而成。钻杆1扭矩经万向节接头2向下传递给莱诺三角形导向块3。本实施例的万向节接头2是三段式接头，即它包括与钻杆1固定的上杆、与莱诺三角形导向块3固定的下杆和中间杆，上杆与中杆之间、中杆与下杆之间均由万向节连接。
25.莱诺三角形刀座7下端固定有莱诺三角形刀头4；本技术的莱诺三角形刀头4可以理解为是类似莱诺三角形的刀头，该刀头的外轮廓本来是莱诺三角形的，只不过该刀头侧面设置了三个出土通道23，但刃口仍然位于莱诺三角形的外轮廓上，故切削效果与真正的莱诺三角形是完全相同的。还需强调的是，本技术的莱诺三角形刀头4的外轮廓与莱诺三角形刀座7的外轮廓一致，均比莱诺三角形导向块3的外轮廓大了一圈。
26.钻杆1经一个中轴承8可转动安装有一个固定板9，钻杆1还固定有压板11和托板12，压板11和托板12分居固定板9上下侧对固定板9轴向定位。具体的说，压板11与固定板9之间设有一个承压轴承14，固定板9与托板12之间也设有一个承压轴承14。承压轴承14的动环与压板11或托板12固定，承压轴承14的静环与固定板9固定。
27.固定板9经四根连杆13固定有用于约束住旋转的莱诺三角形导向块3从而使莱诺三角形刀头4在地层10中切削出矩形孔5的矩形导向套6。矩形孔5的外轮廓与矩形导向套6的外轮廓一致。
28.矩形孔5成孔后，矩形导向套6卡入矩形孔5内并由矩形孔5孔壁周向限位。
29.矩形孔5成孔前，预定桩位附近的地面上设有用于卡住矩形导向套6的周向定位装置。本实施例中的周向定位装置优选由左右对称的两个夹持部15构成，每个夹持部15包括一个底座16，每个底座16内侧固定一个夹板17，每个夹板17上设有两道横向加固肋18，每个夹板17与对应底座16之间设有三块梯形肋板19；左侧夹持部15的每个横向加固肋18与右侧夹持部15上等高的一根横向加固肋18经两根对拉螺栓20连接；每个底座16上搁置有配重块21，每个夹板17顶部还设有吊环22。