一种锚杆多截面扩孔机具及其应用 |
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| 申请号 | CN201510210136.X | 申请日 | 2015-04-29 | 公开(公告)号 | CN104847266A | 公开(公告)日 | 2015-08-19 |
| 申请人 | 王春龙; 王春虎; | 发明人 | 王春龙; 王春虎; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种锚杆多截面扩孔机具及其应用，属于工程建筑设备领域。该机具与锚杆钻机配合使用，其中 液压缸 通过管道与液压站连接，液压缸固定在锚杆钻机的 钻杆 下端，并与液压站连接。 活塞 设置在液压缸缸体内部，并相对缸体轴向运动。将缸体分隔成容积可变的液压缸上腔室和液压缸下腔室。 活塞杆 的上端固定在活塞的下部，活塞杆的下端固定在弓压器固定盘的上部；弓压器包括一对上弓压臂以及一对下弓压臂，上弓压臂的上端与弓压器固定盘的下部中心 位置 可转动连接，上弓压臂的下端与下弓压臂的上端可转动连接，下弓压臂的下端与底盘的上部中心位置可转动连接。本发明的机具能在不同位置处进行多部位变截面扩孔，显著提高锚杆的抗拔能 力 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种锚杆多截面扩孔机具，与锚杆钻机配合使用，包括液压站、第一管道、第二管道、扩孔机头，所述扩孔机头包括液压缸、弓压器固定盘、弓压器、底盘和支撑结构； |
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| 说明书全文 | 一种锚杆多截面扩孔机具及其应用技术领域[0001] 本发明涉及工程建筑设备领域，特别涉及一种锚杆多截面扩孔机具及其应用。 背景技术[0003] 举例来说，现有技术提供的锚杆扩孔机具通常包括与锚杆钻机的钻杆相连接的压力杆、齿轮和扩孔刀片。在使用过程中，首先通过锚杆钻机的钻杆进行钻孔，然后在孔底位置处通过对锚杆钻机的钻杆进行加压，带动压力杆上的齿条进行直线运动，以使齿轮转动，进而使扩孔刀片在孔底张开或者收回以对孔壁进行切削，实现扩孔作业。 [0004] 发明人发现现有技术至少存在以下问题： [0005] 现有技术提供的锚杆扩孔机具只能在孔底位置处采用刀片切削方式进行扩孔，其抗拔能力较差。 发明内容[0006] 本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种具有高抗拔能力的锚杆多截面扩孔机具及其应用。具体技术方案如下： [0008] 所述液压缸固定在所述锚杆钻机的钻杆下端； [0009] 所述液压缸包括缸体、活塞和活塞杆，所述活塞设置在所述缸体内部，并可相对所述缸体轴向运动，从而将所述缸体分隔成容积可变的液压缸上腔室和液压缸下腔室，所述液压缸上腔室通过所述第一管道与所述液压站连接，所述液压缸下腔室通过所述第二管道与所述液压站连接，所述活塞杆的上端固定在所述活塞的下部，所述活塞杆的下端固定在所述弓压器固定盘的上部； [0010] 所述弓压器包括一对上弓压臂以及与一对所述上弓压臂沿径向对称设置的一对下弓压臂，一对所述上弓压臂的上端与所述弓压器固定盘的下部中心位置可转动连接，一对所述上弓压臂的下端与一对所述下弓压臂的上端可转动连接，一对所述下弓压臂的下端与所述底盘的上部中心位置可转动连接； [0011] 所述支撑结构固定在所述液压缸的缸体下部与所述底盘之间。 [0012] 具体地，作为优选，所述支撑结构为套筒，所述套筒的两端分别套装并固定在所述液压缸的缸体的下端和所述底盘上； [0013] 所述弓压器固定盘与所述套筒的内壁相接触，并可沿所述套筒的内壁轴向运动； [0014] 所述套筒相对的侧部设置有用于容纳所述弓压器的缝隙，使所述弓压器沿径向扩张或者收缩。 [0015] 具体地，作为优选，所述机具还包括监控设备，所述监控设备分别与所述第一管道和所述第二管道连接，用来监控并显示所述机具的扩孔状态。 [0016] 具体地，所述监控设备包括数据采集器、单片机和显示器，所述数据采集器与所述第一管道和所述第二管道连接，通过所述数据采集器采集所述第一管道和所述第二管道内的液体信息，所述单片机与所述数据采集器连接，通过所述单片机处理所述数据采集器采集到的液体信息，所述显示器与所述单片机连接，通过所述显示器显示所述机具的扩孔状态。 [0017] 具体地，所述上弓压臂通过销轴与所述弓压器固定盘可转动连接，所述上弓压臂通过销轴和所述下弓压臂可转动连接，所述下弓压臂通过销轴与所述底盘可转动连接。 [0018] 另一方面，本发明实施例提供了一种利用上述的机具进行锚杆扩孔的方法。 [0019] 具体地，作为优选，所述方法包括： [0020] 步骤a、通过锚杆钻机在地层中钻孔至预定的深度，得到桩孔； [0021] 步骤b、将所述机具中的扩孔机头设置在所述桩孔内的第一位置处，所述机具中的液压站设置在所述桩孔的外部； [0022] 步骤c、利用所述液压站对所述扩孔机头中的液压缸供压，推动活塞轴向运动，所述活塞进而通过活塞杆推动弓压器固定盘轴向运动，并使弓压器沿径向扩张，以挤压所述桩孔内所述第一位置处的孔壁，实现一次挤扩； [0023] 步骤d、在所述第一位置处，多次地以预设角度转动所述扩孔机头，并在每次转动所述扩孔机头后重复所述步骤c，实现多次挤扩，直至在所述第一位置处形成一个完整的盘腔，实现所述第一位置处的锚杆扩孔。 [0024] 具体地，作为优选，所述方法还包括：在所述弓压器沿径向扩张之后，使所述弓压器沿所述径向收缩，然后将所述扩孔机头设置在所述桩孔内的第二位置处，顺次重复所述步骤c和所述步骤d，实现所述第二位置处的锚杆扩孔。 [0025] 具体地，作为优选，所述方法还包括：利用监控设备对所述弓压器的状态进行监控，以可视化所述锚杆扩孔过程。 [0026] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是： [0027] 本发明实施例提供的锚杆多截面扩孔机具，通过将液压缸固定在锚杆钻机的钻杆下端，以与锚杆钻机配合使用。锚杆钻机对地层钻孔到一定深度形成桩孔，将本发明锚杆扩孔机具的扩孔机头置于桩孔内部的某一位置处，并同时使液压站置于桩孔的外部。通过第一管道和第二管道使液压站和液压缸连接，能够在液压站的施力作用下推动液压缸内的活塞轴向运动，进而推动弓压器进行扩张，挤压孔壁达到扩孔的效果。如此扩孔方式一方面可以在桩孔内的不同位置处进行多部位变截面扩孔，显著提高锚杆的抗拔能力，进而有效缩减锚杆的钻孔深度，节省施工成本；另一方面，通过上述扩孔方式不仅避免了对土层造成扰动，还能对扩孔处的土层进行压实加固，且减少了沉渣的产生，更利于提高后续混凝土的灌注质量。附图说明 [0028] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0029] 图1是本发明实施例提供的锚杆扩孔机具的结构示意图。 [0030] 附图标记分别表示： [0031] M 锚杆钻机， [0032] M1 钻杆， [0033] 1 液压站， [0034] 2 第一管道， [0035] 3 第二管道， [0036] 4 扩孔机头， [0037] 41 液压缸， [0038] 411 缸体， [0039] 4111 液压缸上腔室， [0040] 4112 液压缸下腔室， [0041] 412 活塞， [0042] 413 活塞杆， [0043] 42 弓压器固定盘， [0044] 43 弓压器， [0045] 431 上弓压臂， [0046] 432 下弓压臂， [0047] 44 底盘， [0048] 45 支撑结构， [0049] 5 监控设备， [0050] 51 数据采集器， [0051] 52 单片机， [0052] 53 显示器， [0053] 6 销轴。 具体实施方式[0054] 除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。在对本发明实施方式作进一步地详细描述之前，对理解本发明实施例一些术语给出定义。 [0055] 本发明实施例所述的“轴向”指的是锚杆钻机的钻杆的旋转中心轴的轴线方向，也可以理解为，锚杆钻机的钻杆两端面的两个圆心连线所在的直线方向。相应地，所述“径向”指的是与所述“轴向”垂直的方向。 [0056] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。 [0057] 第一方面，本发明实施例提供了一种锚杆多截面扩孔机具，如附图1所示，该锚杆扩孔机具与锚杆钻机M配合使用，该锚杆扩孔机具包括液压站1、第一管道2、第二管道3、扩孔机头4，其中，扩孔机头4又包括液压缸41、弓压器固定盘42、弓压器43、底盘44和支撑结构45。 [0058] 液压缸41固定在锚杆钻机M的钻杆M1下端； [0059] 液压缸41包括缸体411、活塞412和活塞杆413。其中，活塞412设置在缸体411内部，并可相对缸体411轴向运动，从而将缸体411分隔成容积可变的液压缸上腔室4111和液压缸下腔室4112。液压缸上腔室4111通过第一管道2与液压站1连接，液压缸下腔室4112通过第二管道3与液压站1连接，活塞杆413的上端固定在活塞412的下部，活塞杆413的下端固定在弓压器固定盘42的上部。 [0060] 进一步地，弓压器43包括一对上弓压臂431以及与该一对上弓压臂431沿径向对称设置的一对下弓压臂432。一对上弓压臂431的上端与弓压器固定盘42的下部中心位置可转动连接；一对上弓压臂431的下端与一对下弓压臂432的上端可转动连接；一对下弓压臂432的下端与底盘44的上部中心位置可转动连接。 [0061] 支撑结构45固定在液压缸41的缸体411下部与底盘44之间。 [0062] 本发明实施例提供的锚杆多截面扩孔机具的工作原理如下： [0063] 首先，将本发明实施例提供的锚杆多截面扩孔机具中的液压缸41固定在锚杆钻机M的钻杆M1下端，来与锚杆钻机M配合使用。利用锚杆钻机M对地层进行钻孔直至形成一定深度的桩孔，将本发明锚杆扩孔机具中的扩孔机头4置于该桩孔内部的某一位置处，同时将液压站1设置在桩孔外部(例如地面上)。 [0064] 由于液压缸41被活塞412分隔成容积可变的液压缸上腔室4111和液压缸下腔室4112，且液压缸上腔室4111通过第一管道2与液压站1连接，液压缸下腔室4112通过第二管道3与液压站1连接。如此设置，能够通过液压站1控制第一管道2和第二管道3中液体的流向，进而控制液压缸上腔室4111和液压缸下腔室4112内的压力差，并使活塞412在该压力差作用下在缸体411内沿轴向进行上下运动。由于活塞杆413的上端固定在活塞412的下部，活塞杆413的下端固定在弓压器固定盘42的上部，则可由活塞412沿轴向的上下运动带动活塞杆413进行同步地上下运动，而活塞杆413则随之带动与之固定连接的弓压器固定盘42作同步地沿轴向进行的上下运动。具体地，当液压缸上腔室4111进液，而液压缸下腔室4112回液时，活塞412沿轴向向下运动，进而使活塞杆413推动弓压器固定盘42沿轴向向下运动，而弓压器固定盘42则对设置在其下部的弓压器43进行向下的施力作用。 [0065] 由于弓压器43包括一对上弓压臂431以及与该一对上弓压臂431沿径向对称设置的一对下弓压臂432。一对上弓压臂431的上端与弓压器固定盘42的下部中心位置可转动连接；一对上弓压臂431的下端与一对下弓压臂432的上端可转动连接；一对下弓压臂432的下端与底盘44的上部中心位置可转动连接。在弓压器固定盘42向下施力的过程中，上弓压臂431绕其与弓压器固定盘42的连接点转动(上弓压臂431的右臂沿其与弓压器固定盘42的连接点逆时针方向转动，而左臂则沿该连接点顺时针方向转动)，与此不同，上弓压臂431带动下弓压臂432沿其与底盘44的连接点转动(下弓压臂432的右臂沿其与底盘44的连接点顺时针方向转动，而左臂则沿该连接点逆时针方向转动)。可以理解的是，在上弓压臂431和下弓压臂432进行上述转动的过程中，上弓压臂431和下弓压臂432两者之间也是保持相对转动的，如此以来保证了弓压器43的中心沿轴向向下运动，整体沿径向呈扩张状态，进而挤压孔壁达到扩孔的效果。当活塞412在缸体411内运动到最下端时，弓压器43扩张到最大，即弓压器43的挤扩距离达到最大。 [0066] 而相应地，当液压缸上腔室4111回液，而液压缸下腔室4112进液时，活塞412则沿轴向向上运动，进而使活塞杆413拉动弓压器固定盘42也沿轴向向上运动，而弓压器43则受到弓压器固定盘42拉力，从而使其中的上弓压臂431和下弓压臂432作与前述推力过程中相反的运动，即弓压器43的中心沿轴向向上运动，整体沿径向呈收缩状态，完成一个完整的扩孔过程。 [0067] 在完成一个完整的扩孔过程后，则转动锚杆钻机M的钻杆M1，使本发明锚杆扩孔机具中的扩孔机头4置于该桩孔内部的其他某一位置处，并重复上述扩孔过程，直至在同一水平面内形成一个完整的盘状空腔，进而完成一个腔体的扩孔。随后，将本发明的扩孔机头4从桩孔内提出，在其他桩孔内进行上述扩孔过程。 [0068] 此外，本领域技术人员可以理解的是，通过将支撑结构45固定在液压缸41的缸体411下部与底盘44之间，用来固定底盘44，保证底盘44不会随着下弓压臂432的运动而运动。 [0069] 由上述可知，利用本发明实施例提供的扩孔机具进行上述方式的扩孔，第一方面，可以在桩孔内的不同位置处进行多部位变截面，即多截面扩孔，形成一个完整的盘状空腔，显著提高锚杆的抗拔能力，进而有效缩减锚杆的钻孔深度，节省施工成本。第二方面，不仅避免了对土层造成扰动，还能对扩孔处的土层进行压实加固，且减少了沉渣的产生，更利于提高后续混凝土的灌注质量。第三方面，通过采用液压站1控制液压缸41内上下腔室之间的压力差，压力更加可控，有效避免了弓压器43无法正常扩张或者收缩的问题。第四方面，混凝土和钢筋属于一次性材料，利用本发明实施例提供的扩孔机具能够使更少量的混凝土和钢筋埋于地下，更加绿色环保。 [0070] 作为优选，该支撑结构45为套筒，套筒的两端分别套装并固定在液压缸41的缸体411的下端和底盘44上，弓压器固定盘42与套筒的内壁相接触，并可沿套筒内壁轴向运动，套筒相对的侧部设置有用于容纳弓压器43的缝隙，使弓压器43沿径向扩张或者收缩。通过将支撑结构45设置成圆筒结构的套筒，不仅能有效固定底盘44使其不会发生移动，而且能保护液压缸41不受损坏。这是因为，在扩孔过程中，弓压器43在受到的土层的反力经底盘44和弓压器固定盘42传递到套筒上，使套筒承担弓压器43所受到的土层的反力，避免了液压杆承担该反力，进而避免了因土层不均匀引起弓压器43各个方向受力不均匀而产生的力矩作用在活塞杆413上，导致活塞杆413发生弯曲和折断。可以理解的是，弓压器固定盘42的外径与套筒的内径相匹配，使弓压器固定盘42的环形侧部均与套筒的内壁接触，以实现将上述的反力转移至套筒上。进一步地，为了减小套筒与弓压器固定盘42之间的摩擦力，可以在套筒的内壁上涂敷一层耐磨的光滑涂层，例如陶瓷涂层、合金涂层等。 [0071] 此外，本发明实施例还在套筒相对的侧部设置有用于容纳弓压器43的缝隙，使弓压器43沿径向扩张或者收缩。该缝隙的大小与结构以使上弓压臂431和下弓压臂432能够穿过并进行转动为宜。可见，套筒结构的支撑结构45相对于杆状的支撑结构45具有更大的受力面积，使用寿命更长。 [0072] 进一步地，本发明实施例提供了一种具有更优选结构的机具，该机具还包括监控设备5，监控设备5分别与第一管道2和所述第二管道3连接，用来监控并显示机具的扩孔状态。 [0073] 目前扩孔设备在施工过程中常位于深深的地下，且大部分时候浸泡在泥浆里，设备扩孔的状态在地面上无法监控，造成施工质量完全由操作工人根据个人经验决定，且施工数据采用人工记录，因此扩孔的质量得不到保证，甚至造成扩孔直径不达标，从而影响工程质量。本发明实施例中，液压缸41的进液量和回液量可通过采集第一管道2和第二管道3内的液体流动信息得以确定，因为进液过程和回液过程相互分离，故第一管道2和第二管道3内的每一时刻液体的信息均能对应确定的扩孔状态，将监控设备5设置在地面上，监控设备5通过检测第一管道2和第二管道3内的进液量和回液量来监控井下扩孔的状态，保证扩孔质量稳定，扩孔直径达到标准，确保工程质量。 [0074] 具体地，该监控设备5包括数据采集器51、单片机52和显示器53，数据采集器51与第一管道2和第二管道3连接，通过数据采集器51采集第一管道2和第二管道3内的液体信息，单片机52与数据采集器51连接，通过单片机52处理数据采集器51采集到的液体信息，显示器53与单片机52连接，通过显示器53显示机具的扩孔状态。 [0075] 在本实施例中，通过数据采集器51采集第一管道2和第二管道3内的流量信息，并将采集到的液体信息传递到单片机52，通过单片机52处理相应的液体信息并生成本发明扩孔状态的数据，通过单片机52将孔的状态数据传递到显示器53上，通过显示器53显示本发明扩孔的状态。当然，本领域技术人员可以理解的是，还可以在单片机52上连接打印机，便于直接打印出本发明扩孔的状态。 [0076] 具体地，上弓压臂431通过销轴6与弓压器固定盘42可转动连接，上弓压臂431通过销轴6和下弓压臂432可转动连接，下弓压臂432通过销轴6与底盘44可转动连接。 [0077] 本发明实施例中，上弓压臂431和弓压器固定盘42之间、下弓压臂432和底盘44之间、上弓压臂431和下弓压臂432之间均通过销轴6连接，结构简单，受力合理，便于安装，当然，本领域技术人员可知，还可以通过其他连接方式实现上述连接，其连接方式以能实现上弓压臂431在其与弓压器固定盘42的连接点和弓压器固定盘42的轴线所在的平面内相对弓压器固定盘42转动，下弓压臂432在其与底盘44的连接点和底盘44的轴线所在的平面内相对底盘44转动，上弓压臂431和与之对应的下弓压臂432均可在两者的过连接点和两者与弓压器固定盘42或底盘44的连接点所在的平面内相对彼此转动为准。 [0078] 第二方面，本发明实施例还提供了上述的锚杆多截面扩孔机具在锚杆扩孔中的应用，亦即提供了利用上述的任意一种锚杆多截面扩孔机具进行锚杆扩孔的方法。具体地，该方法包括以下步骤： [0079] 步骤101、通过锚杆钻机M在地层中钻孔至预定的深度，得到桩孔。 [0080] 步骤102、将上述的锚杆扩孔机具中的扩孔机头4设置在桩孔内的第一位置处，该锚杆扩孔机具中的液压站1设置在桩孔的外部(例如地面上)。 [0081] 步骤103、利用液压站1对扩孔机头4中的液压缸41供压，推动活塞412轴向运动，该活塞412进而通过活塞杆413推动弓压器固定盘42轴向运动，并使弓压器43沿径向扩张，以挤压桩孔内该第一位置处的孔壁，实现一次扩孔。 [0082] 步骤104、在第一位置处，多次地以预设角度转动扩孔机头4，并在每次转动扩孔机头4后重复步骤103，实现多次挤扩，直至在第一位置处形成一个完整的盘腔，实现第一位置处的锚杆扩孔。 [0083] 本领域技术人员可以理解的是，根据实际的扩孔需求，上述第一位置可以为桩孔内任意处的位置，其在此并不具有特定的含义。此外，利用本发明实施例提供的机具进行施工所形成的上述完整的盘腔的内径约为500-1000mm之间，例如550mm、600mm、650mm、700mm、750mm、800mm、850mm、900mm、950mm、1000mm等。 [0084] 可见，通过本发明实施例提供的锚杆多截面扩孔机具能实现在土层中进行锚杆多截面扩孔，并有效对土体进行支护和加固。 [0085] 进一步地，该方法还包括步骤105、在弓压器43沿径向扩张之后，使弓压器43沿径向收缩，然后将扩孔机头4设置在桩孔内的第二位置处，再次重复上述步骤103和步骤104，实现在桩孔内的第二位置处进行锚杆扩孔。 [0086] 可见，通过多次重复步骤105可以在桩孔内的不同位置处进行多部位变截面扩孔，形成一个完整的盘状空腔，显著提高锚杆的抗拔能力，进而有效缩减锚杆的钻孔深度，节省施工成本。 [0087] 具体地，作为优选，在进行上述扩孔的过程中，同时利用监控设备5对弓压器43的状态进行监控，以可视化锚杆扩孔过程。通过监控设备5来监控地下弓压器43的扩孔状态，能保证扩孔质量稳定，使扩孔直径达到标准，确保工程质量。 |
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