用于在土壤中进行置换式钻探的钻具和方法.pdf

本发明涉及一种用于在土壤中进行置换式钻探的钻具和方法。在钻杆的下端可拆卸地固定了置换头，其可在放入到土壤中时排出周围的土壤物质。在达到预定的深度时使钻杆与置换头分离。钻杆的下端设计成置换部分，其相对于邻接的钻杆部分被加宽。作为该加宽的置换部分的结果，从上方掉落的土壤物质在抽出期间被压入到钻孔壁中。

1.  一种用于在土壤中进行置换式钻探的钻具，其包括有钻杆，在所述钻杆的下端可拆卸地固定了置换头，
其中，所述钻杆的下端设计成置换部分，其相对于邻接的钻杆部分被加宽。

2.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，所述置换部分具有圆柱形区段，其尤其以渐缩的方式逐步地融合到邻接的钻杆部分中。

3.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，所述置换头具有外部螺纹。

4.  根据权利要求3所述的钻具，其特征在于，所述钻杆上的置换部分具有与所述置换头的外部螺纹的外径相同或更小一些的外径。

5.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，与所述置换部分邻接的钻杆部分设有钻杆螺纹。

6.  根据权利要求5所述的钻具，其特征在于，所述钻杆螺纹以与所述置换头的外部螺纹相反的方向卷绕。

7.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，在所述置换头上固定了加强件。

8.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于，所述钻杆设计成管形以便引入填充材料。

9.  一种用于在土壤中进行置换式钻探的方法，其中将可拆卸地固定于钻杆下端处的置换头置于土壤中直至预期的深度，同时排出土壤物质，在该深度处使所述钻杆与所述置换头分离，并且从土壤中抽出，
其中，在所述钻杆的下端处设有置换部分，通过所述置换部分可在所述钻杆的抽出期间将从上方掉落的土壤物质向侧面压入。

10.  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述置换头上设有外部螺纹，所述钻杆可在插入到土壤中的过程中沿一定方向旋转，而所述外部螺纹可向侧面和向上方传送土壤物质。

11.  根据权利要求10所述的方法，其特征在于，可通过沿相反的方向旋转和/或促动分离装置来使所述置换头(40)与所述钻杆分离。

12.  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，与所述置换部分邻接的钻杆部分设有钻杆螺纹，所述钻杆可在抽出期间沿一定方向旋转，其中所述钻杆螺纹将从上方掉落的土壤物质传送到所述置换部分中。

13.  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，可在抽出期间同样向上引导固定于所述置换头上的加强件。

14.  根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在钻杆的抽出期间用填充材料来填充所生成的钻孔。

用于在土壤中进行置换式钻探的钻具和方法
技术领域
本发明一方面涉及一种用于在土壤中进行置换式钻探(displacement drilling)的钻具，其包括有钻杆，在钻杆的下端可拆卸地固定了置换头(displace head)。另一方面，本发明涉及一种用于在土壤中进行置换式钻探的方法，其中将可拆卸地固定于钻杆下端处的置换头置于土壤中直至预定的深度，同时排出土壤物质，在该深度处使钻杆与置换头分离并从土壤中抽出。
背景技术
这种方法也称为丢弃置换头的置换式钻探。置换头留在土壤中，并构成了将在其上产生的混凝土桩或稳定桩的支撑基体。为此，在抽出钻杆之后应当将混凝土或其它填充材料引入到所生成的钻孔中。
在这种已知的方法中存在一个问题，即在特定的土壤条件下无法生成稳固的钻孔壁。换句话说，在对所生成的钻孔进行填充之前，土壤物质会从钻孔壁上向下掉落。该土壤物质会导致在待生成的混凝土桩或稳定桩中产生缺陷，这会对所生成的桩的承载能力带来不利的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于在土壤中进行置换式钻探的钻具和方法，通过这种钻具和方法便可生产出具有非常稳固的钻孔壁的钻孔。
根据本发明，该目的可通过如下所述的钻具和方法来实现。在下文中还阐述了本发明的优选实施例。
根据本发明的钻具的特征在于，钻杆的下端设计成置换部分，其相对于邻接的钻杆部分被加宽。在与置换头脱离之后，设计于钻杆下端处的加宽的置换部分便可在抽出钻杆时再次对钻孔壁起平整作用。特别是，从上方掉落的土壤物质被置换部分压入到钻孔壁中。结果，一方面能够防止不希望有的土壤物质积聚在待填充的钻孔的中空空间内。另一方面，土壤物质在钻杆的抽出期间被额外地压到钻孔壁中，这导致了额外的压实和巩固，并因此使钻孔壁稳固。
原则上，置换部分可具有多种设计，例如纯锥形形状或具有冠部的形状。然而，根据本发明，置换部分优选具有圆柱形区段，其尤其以渐缩的方式逐步地融合到邻接的钻杆部分中。就生产方法而言，圆柱形区段能够以成本效率非常合算的方式来实现。另外，可以在圆柱形区段的整个长度上实现均匀的置换效果。除了通向置换部分的过渡部分的纯锥形形状之外，还可以设置不同的恒定弯曲的形状，例如拱形或扇形。
为了实现良好的置换效果，根据本发明，置换头优选具有外部螺纹。通过这一结构便可将置换头旋入到土壤中，因此可以得到特别良好的置换效果。置换头不仅可由钢制成，而且可由塑料、纤维增强混凝土或任何其它适当的材料制成。
根据本发明，如果钻杆上的置换部分具有与置换头的外部螺纹的外径相同或更小一些的外径，那么这将是有利的。置换部分的外径优选比外部螺纹的外径小10-20％。即使在这种尺寸过小的情况下，也能实现钻孔壁的良好平整和压实，其中钻孔壁因置换头的螺旋运动而存在有不均匀的部分。根据本发明，通过使置换部分的外径与置换头的外部螺纹的外径基本上相对应，因而实现了非常良好的压实效果。
根据本发明，通过在与置换部分邻接的钻杆部分上设有钻杆螺纹，因而进一步提高了压实效果。通过这种钻杆螺纹，从上方掉落的物质就会通过钻杆的相应旋转运动而被选择性地传送到置换部分中。
此外，根据本发明，钻杆螺纹优选以与置换头的外部螺纹相反的方向卷绕。因此，当钻杆在抽出期间以与贯穿过程中相反的方向旋转时，可以在置换部分上得到所需的传送效果。
为了在土壤中生产出特别稳固的基桩，根据本发明，可在置换头上固定加强件。这些加强件可以是钢索或金属杆，其例如构成了混凝土桩中地加强部分。
为了在所生成的钻孔中进行填充，根据本发明，可将钻杆设计成管形以便引入填充材料。因此，在抽出钻杆时便可通过内部的中空空间来填入填充材料，从而实现对钻孔壁的支撑。
根据本发明的方法的特征在于，在钻杆的下端处设有置换部分，通过该置换部分便可在钻杆的抽出期间将从上方掉落的土壤物质向侧面压入。作为该方法的结果，可以得到具有稳固壁的钻孔的上述优点。
为了生成钻孔，优选在置换头上设置外部螺纹，钻杆可在插入到土壤中的过程中沿一定方向旋转，而外部螺纹可向侧面和向上方传送土壤物质。因此，当被旋入到土壤中时，置换头便可带来显著的压实效果。
本发明的一项优选改进在于，可通过沿相反的方向旋转和/或促动分离装置来使置换头与钻杆分离。在前种情况下，可以在置换头和钻杆之间设置简单的螺纹连接。然而也可设置不同的连接装置，例如卡口式连接装置或具有可机械式或电气式调节的锁定件的拆卸装置，其允许将置换头从钻杆上可靠地拆卸下来。
根据本发明，在与置换部分邻接的钻杆部分上设置钻杆螺纹，钻杆在抽出期间可沿一定方向旋转，其中钻杆螺纹将从上方掉落的土壤物质传送到置换部分中，便可实现额外的压实。通过这样做，从上方掉落的土壤物质也会被压入到置换部分和钻孔壁之间的相对较小的间隙内。
为了在土壤中生产出加强的基桩，根据本发明，可以在抽出期间同样向上引导固定于置换头上的加强件。
另外，优选在抽出钻杆时用填充材料来填充所生成的钻孔。这样，钻孔壁便通过钻具或填充材料自身以可靠的方式始终得到支撑。
在下文中将通过由附图示意性示出的优选实施例来给出本发明的详细描述。
图1显示了根据本发明的钻具10的侧视图。
钻具10具有用于置换式钻探的锥形置换头40，在置换头40的表面上设置了外部螺纹42。为了与钻杆20相连，在置换头40的顶部处设有销形随动件44，其接合于设在钻杆20下端处的相应凹腔34中。
管形钻杆20在其下端处具有加宽的置换部分30，其经由锥形套筒32而融合到邻接的钻杆部分22中，该钻杆部分22具有基本上恒定的外径。在钻杆部分22的外周上设有钻杆螺纹24，该钻杆螺纹的最大外径大致对应于加宽的圆柱形置换部分30的外径。钻杆螺纹24延伸到置换头40的圆柱形部分中，并逐渐终止于锥形套筒32的区段中。
在所示实施例中，置换头40在其上部具有圆柱形基体46，其外径对应于置换部分30的外径。与所述圆柱形基体相比，置换头40的外部螺纹42是突出来的，其在置换式钻探的过程中在钻孔壁中产生了扰动区域。在与置换头40于钻孔的预定最终深度处脱离之后，钻杆20从钻孔中缓慢地抽出，同时沿相反的方向旋转。来自钻孔的扰动区域中的从上方掉落的土壤物质经由钻杆螺纹24向下传送到置换部分30中。由于置换部分30的外径的原因，土壤物质便被压入到压入到钻孔壁中，尤其是被压入到钻孔壁的扰动区域中。结果，钻孔壁被平整，并且还被压实。同时，可以防止土壤物质积聚在丢弃的置换头40上，并且防止在待生成的混凝土桩中产生缺陷。