一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备及方法.pdf

本发明公开了一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备及其方法，成套设备包括底座、钻机和卷扬系统，所述钻机上设置有钻具，所述钻具包括主动钻杆、若干从动钻杆、钻头和取芯筒，所述卷扬系统包括铰接在底座上的塔架和卷扬机；所述底座上设置有调节倾斜角度的调节机构，所述底座两侧设置有导轨，所述底座上设置有底座丝杆，所述底座丝杆一端连接有驱动电机，所述底座丝杆驱动钻机和卷扬系统沿导轨滑动。本发明采用螺杆调节钻机的倾斜角度，底脚支座的球形凹槽与螺栓底部配合，能高精度调节钻杆的倾斜角度，同时采用钻铤重量改变钻进轴线角度，调节精度高，操作方便，能在狭小的空间进行既有建筑物灌注桩的抽芯工作。

1.  一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备，包括底座、钻机和卷扬 系统，其特征在于：所述钻机上设置有钻具，所述钻机上设置有钻具，所述钻具包括主动钻 杆和用于进入钻孔内的从动钻杆、取芯筒和钻头，所述卷扬系统包括铰接在底座上的塔架和 卷扬机；所述底座上设置有调节其倾斜角度的调节机构，所述底座两侧设置有导轨，所述底 座上还设置有用于移动钻机的底座丝杆，所述底座丝杆一端连接有驱动电机，所述底座丝杆 驱动钻机沿导轨滑动。

2.  根据权利要求1所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备，其特征 在于:所述调节机构包括设置在底座上的调节螺栓孔、与调节螺栓孔配合的螺杆和用于锁紧螺 杆的锁紧机构；所述螺杆的底部为球形端，所述螺杆底部设置有与所述球形端配合的底脚支 座，所述底脚支座设置有与所述球形端配合的内凹球形槽。

3.  根据权利要求2所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备，其特征 在于：所述锁紧机构包括设置在底座上与调节螺栓孔对应的锁紧座和与所述锁紧座配合的锁 紧螺母，所述锁紧螺母上设置有安装螺杆的安装孔，所述螺杆与锁紧螺母的安装孔配合的一 端设置有锁紧平面，所述安装孔的截面与螺杆的截面相配合，所述锁紧座上设置有定位齿， 所述锁紧螺母上设置有与所述锁紧座的定位齿配合的固定齿，所述锁紧螺母径向设置有螺栓 孔，所述螺栓孔上设置有锁紧螺栓。

4.  根据权利要求1至3任一项所述既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备， 其特征在于：所述钻机设置有低转速高扭矩反转档，所述从动钻杆与取芯筒之间设置有钻铤。

5.  根据权利要求4所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备，其特征 在于：所述主动钻杆长度L₃≤U-L'₁-L₂，开孔时，开孔取芯筒长度与钻头长度之和L₄≤L'₁； 每个回次钻进深度K≤U-L₁-L₂，正常钻进时，所述取芯筒长度L₅≥K，所述从动钻杆长度 为设计正常钻进时回次进尺的整数倍，其中U为作业空间高度，L₁为钻机牛头顶部离地高度， L₁'为钻机牛头底部离地的高度,L₂为进水管与主动钻杆接头距离。

6.  根据权利要求4所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备，其特征 在于：所述底座上设置有用于测试钻机立轴倾角的倾角仪。

7.  根据权利要求1至6任一项所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设 备，其特征在于：所述底座上设置有圆水准器。

8.  一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的方法，其步骤包括：
(1)安装钻机，使开孔位置尽量靠近桩顶上方的柱(墙)，确定钻孔所需倾角α，其最 大取值为其中D为桩直径，d为钻孔中心与桩边的距离，H为桩长， h为承台高度；
(2)调节底座上的螺杆，使得底座水平设置，设此时主动钻杆的初始倾角为θ，其在通 过底座纵轴沿垂面内的投影θ₁，在通过底座横轴沿垂面内的倾角为θ₂；
(3)消除钻具在横轴沿垂面夹角θ₂，将倾角仪竖直安置在底座上位于所述钻机立轴侧面 位置，调节底座上的螺杆，直至倾角仪指示主动钻杆在通过底座横轴沿垂面内的倾角为0； 旋转支座c螺杆的圈数N₂可通过公式预估：其中δ为螺杆旋转1 圈时底座横轴面可调整的倾斜夹角，X为螺杆的螺距，B为底座横轴螺杆之间的距离；
(4)消除钻具在纵轴沿垂面夹角θ₁，并调整主动钻杆至所需倾角α；将倾角仪横向安置 在底座上位于所述钻机立轴正面位置，调节螺杆，直至倾角仪指示主动钻杆在通过底座纵轴 沿垂面内的倾角为α；旋转螺杆的圈数N₁可通过公式预估：其中α 的钻机最大的倾角，β为螺杆旋转1圈时底座纵轴面可调整的倾斜夹角，X为螺杆的螺距，L 为底座前后螺杆之间的距离；
(5)调整主动钻杆至指定倾斜角度α后，锁紧螺母与底座咬合固定，并通过径向螺栓锁 紧螺杆；
(6)安装从动主动钻杆、钻铤、取芯筒和钻头，所述钻机驱动钻具倾斜钻进大直径灌注 桩内；
(7)钻具钻进至芯样的长度为取芯筒的深度L₅后，停止钻进；通过卷扬系统上提钻具， 松卸主动钻杆与从动钻杆的连接，使用钻机低速高扭矩反转档完全卸开主动钻杆与从动钻杆； 钻机底座丝杆驱动钻机沿滑轨后移，卷扬系统将从动钻杆取出，取出芯样；
(8)利用卷扬机重新将合适长度的从动钻杆连接好放入钻孔内，丝杆驱动钻机沿滑轨前 移，连接主动钻杆与从动钻杆，开动钻机取芯样；
(9)重复步骤(7)，(8)，直至完成整根桩的抽芯取样。

9.  根据权利要求8对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的方法，其特征在于：所 述步骤(5)中，所述锁紧螺母底部设置有固定齿，所述底座安装螺杆的位置设置有与锁紧螺 母的固定齿配合的锁紧座。

10.  根据权利要求8对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的方法，其特征在于： 所述步骤(3)中消除横轴沿垂面夹角θ₂，通过悬空支座b，调节支座c的螺杆，使得倾角仪 指示主动钻杆在通过底座横轴沿垂面内的倾角为0；所述步骤(4)中消除纵轴沿垂面夹角θ₁， 通过悬空支座b，调节支座a的螺杆，使得倾角仪指示主动钻杆在通过底座纵轴沿垂面内的 倾角为α。

一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备及方法
技术领域
本发明属于建筑施工技术领域，具体涉及一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检 测的成套设备及方法。
背景技术
由于以下的原因，需要对既有的建筑物的地基基础进行检测：
(1)在改革开放经济快速发展的过程中，因规划建设管理的相对滞后，许多地方出现大 量未正式报建的建设工程，需要进行工程质量检测鉴定确认；
(2)对旧建筑物的改造和鉴定评估，由于历史原因，资料遗失，地基基础情况不明
(3)在地震、台风、海水侵蚀等自然因素和超载、船舶撞击等人为因素作用下，基础可 能已出现劣化、损伤，基础也需要进行鉴定；
(4)一些建成不久的建筑物，由于地基问题引起上部结构倾斜、开裂，同样需要对其基 础重新进行检测鉴定。
对于既有建筑物下的桩基础，由于其与上部结构相连，作业空间狭小，目前的钻探设备， 如XY-1、XY-1A，由于构造上的原因无法完整钻取既有建筑物下的桩基础，存在的问题主要 有：①对于需要打开回转器的钻机，开孔位置离柱(墙)的最近距离一般只能达到60cm左右， 无法接近桩顶面，即使钻斜孔，也无法获得整根桩的完整芯样；②对于底座滑动式钻机，虽 然能贴近柱(墙)，但由于柱(墙)障碍，无法完成钻杆的安装与拆卸；③钻孔角度控制能力 不够，对于需要打小角度倾斜孔(与铅垂线夹角在5°以内)的情形，现有的钻机由于没有精 准调平与测量装置，无法精准地控制所需的倾斜角度。
发明内容
本发明为了解决既有建筑物空间狭小，难以取出完整的灌注桩芯样的技术问题，提供一 种可调节角度、倾斜钻进、在狭小空间可取出完整芯样的对既有建筑物下大直径灌注桩进行 钻芯检测的成套设备及方法。
为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现：
本发明所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备，
包括底座、钻机和卷扬系统，其特征在于：所述钻机上设置有钻具，所述钻具包括主动 钻杆、进入钻孔内的若干从动钻杆、取芯筒和钻头，所述卷扬系统包括铰接在底座上的塔架 和卷扬机；所述底座上设置有调节其倾斜角度的调节机构，所述底座两侧设置有导轨，所述 底座上还设置有用于移动钻机的底座丝杆，所述底座丝杆一端连接有驱动电机，所述底座丝 杆驱动钻机沿导轨滑动。
进一步地，所述调节机构包括设置在底座上的调节螺栓孔、与调节螺栓孔配合的螺杆和 用于锁紧螺杆的锁紧机构；所述螺杆的底部为球形端，所述螺杆底部设置有与所述球形端配 合的底脚支座，所述底脚支座设置有与所述球形端配合的内凹球形槽。
进一步地，所述锁紧机构包括设置在底座上与调节螺栓孔对应的锁紧座和与所述锁紧座 配合的锁紧螺母，所述锁紧螺母上设置有安装螺杆的安装孔，所述螺杆与锁紧螺母的安装孔 配合的一端设置有锁紧平面，所述安装孔的截面与螺杆的截面相配合，所述锁紧座上设置有 定位齿，所述锁紧螺母上设置有与所述锁紧座的定位齿配合的固定齿，所述锁紧螺母径向设 置有螺栓孔，所述螺栓孔上设置有锁紧螺栓。
进一步地，所述钻机设置有低转速高扭矩反转档，所述钻机为立轴式回转钻机，带动钻 具回转。所述从动钻杆与钻头之间设置有钻铤、所述取芯筒设置在钻铤上；所述主动钻杆与 从动钻杆通过丝扣连接，所述主动钻杆上设置有通心孔，所述钻机上还设置有进水管，所述 进水管与主动钻杆的通心孔连接。钻具在钻铤的重力作用下，钻具重心下移，从而使钻头靠 于孔壁下方，迫使钻孔下垂,实现弯曲钻进。
进一步地，所述主动钻杆长度L₃≤U-L'₁-L₂，开孔时，开孔取芯筒长度与钻头长度之和 L₄≤L'₁；每个回次钻进深度K≤U-L₁-L₂，正常钻进时，所述取芯筒长度L₅≥K，所述从动 钻杆长度为设计正常钻进时回次进尺的整数倍，其中U为作业空间高度，L₁为钻机牛头顶部 离地高度，L₁'为钻机牛头底部离地的高度,L₂为进水管与主动钻杆接头距离。
进一步地，所述底座上设置有倾角仪，所述倾角仪用于检测钻机立轴的倾斜角度。
进一步地，所述底座上设置有圆水准器，用于检测底座的水平状态。
一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的方法，包括：
(1)安装钻机，使开孔位置尽量靠近桩顶上方的柱(墙)，确定钻孔所需倾角α，其最大 取值为其中D为桩直径，d为钻孔中心与桩边的距离，H为桩长，h 为承台高度；
(2)调节底座上的螺杆，使得底座水平设置，设此时主动钻杆的初始倾角为θ，其在通 过底座纵轴沿垂面内的投影θ₁，在通过底座横轴沿垂面内的倾角为θ₂；
(3)消除钻具在横轴沿垂面夹角θ₂，将倾角仪竖直安置在底座上位于所述钻机立轴侧面 位置，调节底座上的螺杆，直至倾角仪指示主动钻杆在通过底座横轴沿垂面内的倾角为0； 旋转支座c螺杆的圈数N₂可通过公式预估：其中δ为螺杆旋转1 圈时底座横轴面可调整的倾斜夹角，X为螺杆的螺距，B为底座横轴螺杆之间的距离；
(4)消除钻具在纵轴沿垂面夹角θ₁，并调整主动钻杆至所需倾角α；将倾角仪横向安置 在底座上位于所述钻机立轴正面位置，调节螺杆，直至倾角仪指示主动钻杆在通过底座纵轴 沿垂面内的倾角为α；旋转螺杆的圈数N₁可通过公式预估：其中α 的钻机最大的倾角，β为螺杆旋转1圈时底座纵轴面可调整的倾斜夹角，X为螺杆的螺距，L 为底座前后螺杆之间的距离；
(5)调整主动钻杆至指定倾斜角度α后，锁紧螺母与底座咬合固定，并通过径向螺栓锁 紧螺杆；
(6)安装从动主动钻杆、取芯筒和钻头，所述钻机驱动钻具倾斜钻进大直径灌注桩内；
(7)钻具钻进至芯样的长度为取芯筒的深度L₅后，停止钻进；通过卷扬系统上提钻具， 松卸主动钻杆与从动钻杆的连接，使用钻机低速高扭矩反转档完全卸开主动钻杆与从动钻杆； 钻机底座丝杆驱动钻机沿滑轨后移，卷扬系统将从动钻杆取出，取出芯样；
(8)利用卷扬机重新将合适长度的从动钻杆连接好放入钻孔内，丝杆驱动钻机沿滑轨前 移，连接主动钻杆与从动钻杆，开动钻机取芯样；
(9)重复步骤(7)，(8)，直至完成整根桩的抽芯取样。
进一步地，所述步骤(5)中，所述锁紧螺母底部设置有固定齿，所述底座安装螺杆的位 置设置有与锁紧螺母的固定齿配合的锁紧座。
进一步地，所述步骤(3)中消除横轴沿垂面夹角θ₂，通过悬空支座b，调节支座c的螺 杆，使得倾角仪指示主动钻杆在通过底座横轴沿垂面内的倾角为0；所述步骤(4)中消除纵 轴沿垂面夹角θ₁，通过悬空支座b，调节支座a的螺杆，使得倾角仪指示主动钻杆在通过底 座纵轴沿垂面内的倾角为α。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用螺杆调节钻机的倾斜角度，底脚支座的球形凹槽与螺栓底部球形端配合，对 场地适应性强，能高精度调节钻杆的倾斜角度，底座丝杆的应用，驱动钻机沿导轨前后移动， 使钻机既能充分靠近柱(墙)，又便于装卸钻杆，塔架高度适应于地下室等低矮空间，使用灵 活，能适应狭小的空间，通过钻铤重量迫使钻杆小角度弯曲钻杆，改变钻孔的方向，使本发 明在低矮的空间也能完成灌注桩基础完整的芯样抽取。本发明结构简单，操作安装方便，安 全可靠，能很好地进行既有建筑物灌注桩的抽取芯样工作。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备的主视图；
图2是本发明所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备的俯视图；
图3是本发明所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备的主动钻杆倾 角示意图；
图4本发明所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备的底座结构示意 图。
图5是本发明所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备的钻具弯曲示 意图；
图6是本发明所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备倾斜时的结构 示意图。
图中：1-钻机牛头，2-塔架，21-支架，22-支撑杆，3-底座，31-锁紧座，4-底座丝杆， 5-导轨，6-锁紧螺母，61-固定齿，62-螺栓孔，7-螺杆，71-球型端，72-锁紧平面，8-底脚 支座，81-内凹球型槽，9-锁紧螺栓，10-倾角仪，11-圆水准器，12-卷扬系统，13-钢丝绳， 14-钻具，141-主动钻杆，142-从动钻杆，143-钻铤，144-取芯筒，145-钻头，15-灌注桩， 16-墙壁，17-进水管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅 用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～图6所示，本发明所述对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的成套设备， 包括底座3、设置在底座3上的钻机和卷扬系统12，所述卷扬系统12包括设置在钻机上的卷 扬机和铰接在底座上的塔架2，卷扬机的钢丝绳13通过塔架2上的定滑轮与钻机的钻具14 连接。
所述钻机设置有低转速高扭矩反转档；所述钻机为立轴式回转钻机，带动钻具回转。
如图6所示，所述钻具14包括主动钻杆141、进入钻孔内的若干从动钻杆142，用于增 加钻具系统自重的钻铤143，所述钻铤143上连接有取芯筒144，所述取芯筒144与钻头145 连接，所述主动钻杆141与从动钻杆142通过丝扣连接，所述主动钻杆141由所述钻机立轴 驱动，所述主动钻杆141上设置有通心孔，所述钻机上还设置有进水管17，所述进水管17 与主动钻杆的通心孔连接。在钻铤143在重力作用下，钻具重心下移，从而使钻头靠于孔壁 下帮，迫使钻孔下垂,实现弯曲钻进。所述主动钻杆141的长度L₃≤U-L'₁-L₂，在开孔时， 所述取芯筒长度与钻头长度之和L₄≤L'₁；每个回次钻进深度K≤U-L₁-L₂，正常钻进取芯时， 所述取芯筒的长度L₅≥K，所述从动钻杆长度为设计正常钻进时回次进尺的整数倍，其中U 为作业空间高度，L₁为钻机牛头顶部离地高度，L₁'为钻机牛头底部离地的高度,L₂为进水管 与主动钻杆接头距离。
如图4所示，所述底座3设置有调节底座3倾斜角度的调节机构，所述调节机构包括设 置在底座3上的螺栓孔、与螺栓孔配合的螺杆7和用于固定螺杆7的锁紧机构，所述螺杆7 底部为球形端71，其另一端设置有锁紧平面72，其截面为多边形，所述螺杆7底部设置有与 其球形71配合安装的底脚支座8，所述底脚支座8上设置有与螺杆7底部球形71配合的内 凹球形槽81。
所述锁紧机构包括设置在底座3上与螺栓孔相对应的锁紧座31和与锁紧座31配合的锁 紧螺母6，所述锁紧座31上设置有定位齿，所述锁紧螺母6上设置有与定位齿配合的固定齿 61，所述锁紧螺母6上设置有用于螺杆通过的安装孔，所述安装孔的截面与螺杆7的截面相 配合，所述锁紧螺母6上径向设置有螺栓孔62，螺栓孔62上设置有锁紧螺栓9，锁紧螺栓9 压紧螺杆7的锁紧平面72，防止螺杆7径向转动。由于安装孔截面与螺杆7截面相配合，旋 转锁紧螺母6调节螺杆7旋转，从而令底座倾斜或水平，不调节螺杆时，向下压紧锁紧螺母 6，使固定齿61与锁紧座31上的定位齿啮合，再通过径向的锁紧螺栓9锁紧螺杆7。
所述底座3上设置有导轨5，底座3上还设置有底座丝杆4，底座丝杆4连接有驱动电机， 底座丝杆4与钻机牛头1连接，在驱动电机的作用下，底座丝杆4带动钻机牛头1沿导轨5 前后移动。
所述底座3上还水平设置有圆水准器11，用于检测底座3的水平状态。
所述塔架2包括支架21和支撑杆22，所述支架21一端铰链连接于底座3，另一端设置 有定滑轮，所述支架21的两端形成一个90度～170度的夹角，所述支撑杆22的铰接于底座 3，另一端与支架21铰接。
一种对既有建筑物下大直径灌注桩进行钻芯检测的方法，包括以下步骤：
(1)安装钻机，使开孔位置尽量靠近桩顶上方的柱(墙)，确定钻孔所需倾角α最大值， 其中D为桩直径，d为钻孔中心与桩边的距离，H为桩长，h为承台 高度，为获取整根桩的完整芯样，宜选取接近maxα的角度钻进，当钻孔位于桩顶面以内时， 则可酌情减小钻进倾斜角度。
(2)调节底座上的各螺杆7，同时观察圆水准器11，使其气泡居中，从而达到整平底 座的目的，设此时主动钻杆的初始倾角为θ，其在通过底座纵轴铅垂面内的倾角为θ₁，在通 过底座横轴铅垂面内的倾角为θ₂。
(3)首先消除钻具14在横轴铅垂面夹角θ₂，将倾角仪10竖直安置在底座位于钻机立轴 侧面位置上，悬空支座b，调节支座c螺杆7，直至倾角仪10指示主动钻杆在通过底座横轴 铅垂面内的倾角为0。旋转支座c螺杆的圈数N₂可通过公式预估：其中δ为螺杆旋转1圈时底座横轴面可调整的倾斜夹角，X为螺杆的螺距，B为底座横轴螺 杆之间的距离。
(4)其次消除钻具在纵轴铅垂面夹角θ₁，并调整主动钻杆14至所需倾角α，将倾角仪 10横向安置在底座位于钻机立轴正面的位置上，悬空支座b，调节支座a螺杆7，直至倾角 仪10指示主动钻杆在通过底座纵轴铅垂面内的倾角为α。旋转支座a螺杆的圈数N₁可通过公 式预估：其中α的钻机牛头1最大的倾角，β为螺杆旋转1圈时底 座纵轴面可调整的倾斜夹角，X为螺杆7的螺距，L为底座前后螺杆之间的距离。
(5)调整主动钻杆至指定倾斜角度α后，通过锁紧螺母6锁紧螺杆7，锁紧螺母6底部 的固定齿61与锁紧座31的定位齿啮合，所述锁紧螺母6上设置有用于与螺杆7配合的安装 孔，该安装孔的截面与螺杆7截面配合，所述螺杆7与锁紧螺母6配合的一端设置有锁紧平 面72，锁紧螺母6底部设置有固定齿61，所述底座3上设置有与固定齿61配合的锁紧座31， 通过锁紧螺母6径向螺栓孔62上的锁紧螺栓9将螺杆7固定，防止螺杆7径向转动；
(6)安装主动钻杆141、取芯筒144、钻头145，所述钻机牛头1驱动钻具倾斜钻进大 直径灌注桩15内。
(7)钻具钻进至芯样的长度取芯筒的深度L₅后，停止钻进，主动钻杆行程到达K后，使 用钻机液压上提钻具14，采用棘轮扳手松卸主动钻杆与从动钻杆的连接，然后使用钻机牛头 1低速高扭矩反转档完全卸开主动钻杆与从动钻杆。钻机底座丝杆4驱动钻机牛头1沿滑轨 后移，卷扬系统12将钻具14取出，取出芯样。
(8)利用卷扬机重新将合适长度的钻具连接好放入钻孔内，丝杆4驱动钻机牛头1沿滑 轨前移，连接主动钻杆与从动钻杆，开动钻机钻取芯样。
(9)重复步骤(7)，(8)，直至完成整根桩的抽芯取样工作。
本发明通过从动钻杆上钻铤重量，改变钻孔的轴线角度，能在较小的空间抽取芯样，结 构小而且简单，操作安装方便，安全可靠，能很好地进行既有建筑物灌注桩的抽芯工作。
本实施例所述在既有建筑物灌注桩抽取芯样的系统的其它结构参见现有技术。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是 未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变 化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。