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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921190456.3 (22)申请日 2019.07.26 (73)专利权人 河南云平环保科技有限公司 地址 450001 河南省郑州市高新技术产业 开发区西四环东、 莲花街北7栋一单元 21层2109号 (72)发明人 贺伟娟李俊李佩齐王金鸽 李亮亮陈高强石楷时亚军 时鹏章 (74)专利代理机构 郑州豫开专利代理事务所 (普通合伙) 41131 代理人 王金 (51)Int.Cl. E21B 44/00(2006.01) E21B 17/22(2006.01) E21B。
2、 17/00(2006.01) E21B 17/042(2006.01) E21B 47/00(2012.01) E21B 47/12(2012.01) E02D 5/34(2006.01) E02D 15/04(2006.01) (54)实用新型名称 长螺旋钻机桩头控制机构 (57)摘要 本实用新型公开了一种长螺旋钻机桩头控 制机构， 包括钻杆， 钻杆内设有中心孔， 钻杆上设 有螺旋叶片， 螺旋叶片的顶端为裸杆部分； 裸杆 部分设有无线发射装置， 钻杆中下部间隔设有 上、 下混凝土传感器， 钻杆外壁沿钻杆长度方向 固定连接有保护管， 保护管穿过螺旋叶片的根 部； 保护管上端与无线发射装置相接。
3、， 保护管内 设有连接线束， 上、 下混凝土传感器均通过连接 线束与无线发射装置相连接； 长螺旋钻机外设有 第一无线接收装置。 本实用新型既能够防止提钻 速度过快导致拔空脱料， 又能防止提钻速度过慢 导致钻杆内混凝土过高， 保证了桩身质量， 更准 确地控制标高， 减少了材料浪费， 降低后期开挖 工作难度， 提高了桩顶标高的控制精度和施工效 率。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 210195730 U 2020.03.27 CN 210195730 U 1.长螺旋钻机桩头控制机构， 包括与动力输入装置相连接的钻杆， 钻杆内设有中心孔， 钻杆上设有螺旋叶片， 螺旋叶片的顶端低于钻杆顶端。
4、从而形成裸杆部分； 钻杆底端设有开 口， 其特征在于： 裸杆部分设有无线发射装置， 钻杆中下部间隔设有混凝土传感器， 钻杆外 壁沿钻杆长度方向固定连接有保护管， 保护管穿过螺旋叶片的根部； 保护管上端与无线发 射装置相接， 保护管下端与混凝土传感器相接； 保护管内设有连接线束， 混凝土传感器通过连接线束与无线发射装置相连接； 长螺旋钻机外设有第一无线接收装置。 2.根据权利要求1所述的长螺旋钻机桩头控制机构， 其特征在于： 所述混凝土传感器在 钻杆中下部上下间隔均匀设有两个， 分别为上混凝土传感器和下混凝土传感器。 3.根据权利要求2所述的长螺旋钻机桩头控制机构， 其特征在于： 所述无线发射装。
5、置包 括固定连接在钻杆的裸杆部分上的壳体， 壳体内设有无线发射器和与无线发射器相连接并 为无线发射器供电的蓄电池。 4.根据权利要求2所述的长螺旋钻机桩头控制机构， 其特征在于： 所述钻杆中下部间隔 设有上保护套和下保护套， 上保护套和下保护套均固定连接在钻杆上； 以指向钻杆中心孔内端的方向为内向， 上保护套的内端和下保护套的内端均与钻杆中 心孔的孔壁相平齐， 上保护套的外端和下保护套的外端均伸出钻杆外并均位于螺旋叶片外 端的内侧； 上保护套和下保护套均设有内螺纹， 上混凝土传感器螺纹连接在上保护套内且其内端 与钻杆中心孔的孔壁相平齐， 下混凝土传感器螺纹连接在下保护套内且其内端与钻杆中心 孔。
6、的孔壁相平齐。 5.根据权利要求2至4中任一项所述的长螺旋钻机桩头控制机构， 其特征在于： 所述第 一无线接收装置包括外壳， 外壳内设有电控装置和第一无线接收器， 电控装置连接有显示 屏、 第一声光报警器和第二声光报警器， 第一声光报警器和第二声光报警器具有不同的报 警音与不同颜色的报警灯； 显示屏位于外壳表面， 第一声光报警器和第二声光报警器或者 位于外壳表面或者位于外壳外部。 6.根据权利要求5所述的长螺旋钻机桩头控制机构， 其特征在于： 还包括有第二无线接 收装置， 第二无线接收装置包括笔记本电脑， 笔记本电脑通过USB连接线连接有USB接口模 块， USB接口模块通过信号线连接有第二无。
7、线接收器。 7.根据权利要求4所述的长螺旋钻机桩头控制机构， 其特征在于： 所述上保护套的外端 和下保护套的外端均螺纹连接有端盖。 权利要求书 1/1 页 2 CN 210195730 U 2 长螺旋钻机桩头控制机构 技术领域 0001 本实用新型涉及施工机械技术领域， 尤其涉及长螺旋钻机桩头控制技术。 背景技术 0002 灌注桩是一种就位成孔， 灌注混凝土或钢筋混凝土而制成的桩。 钻孔灌注桩施工 工艺根据成孔方法， 可以分为沉管灌注桩、 钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。 其中长螺旋钻 孔灌注桩技术操作简便， 既能钻孔又能压灌混凝土， 避免多种机械交叉作业， 混凝土灌注桩 速度快， 成桩质量好，。
8、 而且具有成本低， 噪音小的优点， 得到了广泛应用。 0003 虽然混凝土灌注桩在建筑工程上应用的越来越多， 但在建筑工程桩基施工过程 中， 准确控制桩头高度是灌注桩施工中的一项难点。 这是因为目前施工中工作人员对于桩 顶标高的精确控制没有有效的确定方法， 都是凭借工作人员的经验判定， 即凭借听混凝土 降落的声音确定钻杆内混凝土的高度， 同时由于工地现场环境的复杂， 这些方法受工地现 场作业环境影响较大， 使得判断精度进一步降低。 尤其施工螺杆桩时所选用钻杆的壁厚较 大时判断更加困难， 所以目前施工中的判断依据很模糊， 受环境影响较大， 很难精确控制。 对于混凝土的用量也是通过统计每车混凝土的。
9、载量来计算， 忽略了材料的损耗， 不够精确。 0004 针对上述上述问题， 大部分施工企业只能通过加大桩顶标高的方式来保证成桩质 量， 但这样一来， 增加了后续开挖工作的难度， 也增加了桩体被扰动导致浅层断桩的概率。 同时还增加了灌注成本， 也造成了资源的浪费， 废弃的桩头成为建筑垃圾， 污染环境。 0005 如果在钻杆的中下部安装无线传输信号的传感器， 则具有信号传输不稳定、 信号 失真甚至无信号的问题。 如果采用有线传感器， 则在钻进过程中连接线路极易被损坏， 而且 连接线路会随同钻杆和传感器一同旋转， 难以对外连接。 实用新型内容 0006 本实用新型的目的在于提供一种长螺旋钻机桩头控制。
10、机构， 便于工作人员精准监 测钻杆内混凝土的实时高度， 防止连接线路在转动中损坏。 0007 为实现上述目的， 本实用新型的长螺旋钻机桩头控制机构包括与动力输入装置相 连接的钻杆， 钻杆内设有中心孔， 钻杆上设有螺旋叶片， 螺旋叶片的顶端低于钻杆顶端从而 形成裸杆部分； 钻杆底端设有开口， 0008 裸杆部分设有无线发射装置， 钻杆中下部间隔设有混凝土传感器， 钻杆外壁沿钻 杆长度方向固定连接有保护管， 保护管穿过螺旋叶片的根部； 保护管上端与无线发射装置 相接， 保护管下端与混凝土传感器相接； 0009 保护管内设有连接线束， 混凝土传感器通过连接线束与无线发射装置相连接； 0010 长螺旋。
11、钻机外设有第一无线接收装置。 0011 所述混凝土传感器在钻杆中下部上下间隔均匀设有两个， 分别为上混凝土传感器 和下混凝土传感器。 0012 所述无线发射装置包括固定连接在钻杆的裸杆部分上的壳体， 壳体内设有无线发 说明书 1/5 页 3 CN 210195730 U 3 射器和与无线发射器相连接并为无线发射器供电的蓄电池。 0013 所述钻杆中下部间隔设有上保护套和下保护套， 上保护套和下保护套均固定连接 在钻杆上； 0014 以指向钻杆中心孔内端的方向为内向， 上保护套的内端和下保护套的内端均与钻 杆中心孔的孔壁相平齐， 上保护套的外端和下保护套的外端均伸出钻杆外并均位于螺旋叶 片外端的。
12、内侧； 0015 上保护套和下保护套均设有内螺纹， 上混凝土传感器螺纹连接在上保护套内且其 内端与钻杆中心孔的孔壁相平齐， 下混凝土传感器螺纹连接在下保护套内且其内端与钻杆 中心孔的孔壁相平齐。 0016 所述第一无线接收装置包括外壳， 外壳内设有电控装置和第一无线接收器， 电控 装置连接有显示屏、 第一声光报警器和第二声光报警器， 第一声光报警器和第二声光报警 器具有不同的报警音与不同颜色的报警灯； 显示屏位于外壳表面， 第一声光报警器和第二 声光报警器或者位于外壳表面或者位于外壳外部。 0017 还包括有第二无线接收装置， 第二无线接收装置包括笔记本电脑， 笔记本电脑通 过USB连接线连接。
13、有USB接口模块， USB接口模块通过信号线连接有第二无线接收器。 0018 所述上保护套的外端和下保护套的外端均螺纹连接有端盖。 0019 本实用新型具有如下的优点： 0020 本实用新型通过上混凝土传感器和下混凝土传感器可以准确获取钻杆内混凝土 的高度。 本实用新型中无线发射装置位于钻杆的螺旋叶片上方 （位于裸杆部分） ， 因而其位 置高于地面， 相较从钻杆底部直接发射无线信号相比， 能够更稳定地与操作人员操作的第 一无线接收装置进行通信， 避免通信不可靠导致不实用的缺陷， 且通信距离提高十倍以上， 进一步提高了技术的实用性。 0021 本实用新型既能够防止提钻速度过快导致拔空脱料， 又能。
14、防止提钻速度过慢导致 钻杆内混凝土过高， 保证了桩身质量， 又能更加准确的控制标高， 减少了材料的浪费， 降低 了后期开挖工作的难度， 并且整个过程更加规范自动化， 受人为因素影响小， 从而提高了桩 顶标高的控制精度和施工效率。 0022 上保护套的外端和下保护套的外端均位于螺旋叶片外端的内侧， 使得上保护套和 下保护套均不会接触未经螺旋叶片旋转钻进的地下物质， 从而保护上保护套、 下保护套及 其内部的混凝土传感器。 0023 上混凝土传感器和下混凝土传感器的内端均与钻杆中心孔的孔壁相平齐， 既使上 混凝土传感器和下混凝土传感器均不会受到钻杆内混凝土的冲击， 也使上混凝土传感器和 下混凝土传感。
15、器直接与钻杆内的混凝土相接触， 从而准确感知钻杆内混凝土带来的压力。 附图说明 0024 图1是去掉第一和第二无线接收装置后本实用新型的结构示意图； 0025 图2是第一无线接收装置的结构示意图； 0026 图3是第二无线接收装置的结构示意图； 0027 图4是上保护套与钻杆相连接的结构示意图； 0028 图5是本实用新型的电控原理图； 说明书 2/5 页 4 CN 210195730 U 4 0029 图6是下保护套与钻杆相连接的结构示意图。 具体实施方式 0030 如图1至图6所示， 本实用新型的长螺旋钻机桩头控制机构包括与动力输入装置1 （俗称动力头） 相连接的钻杆2， 钻杆2内设有中心。
16、孔3， 钻杆2上设有螺旋叶片4， 螺旋叶片4的 顶端低于钻杆2顶端从而形成裸杆部分5； 钻杆2底端设有开口， 开口处设有活门。 0031 裸杆部分5设有无线发射装置， 钻杆2中下部间隔设有混凝土传感器， 本实施例中， 所述混凝土传感器在钻杆中下部上下间隔均匀设有两个， 分别为上混凝土传感器6和下混 凝土传感器7。 钻杆2外壁沿钻杆2长度方向固定连接 （如焊接） 有保护管8， 保护管8穿过螺旋 叶片4的根部； 保护管8上端与无线发射装置相接， 保护管8下端与下混凝土传感器7相接； 0032 保护管8内设有连接线束9， 上混凝土传感器6和下混凝土传感器7均通过连接线束 9与无线发射装置相连接； 0。
17、033 长螺旋钻机外设有第一无线接收装置。 0034 当然， 混凝土传感器除了设置两个， 也可以设置一个或3个以上。 0035 由于混凝土高于混凝土传感器的高差越大， 混凝土传感器检测到的压力也越大， 因此可以只设置一个混凝土传感器， 并通过混凝土传感器所检测到的压力值来计算钻杆内 混凝土的高度， 这样有利于节约设备成本。 0036 根据待监测点数量的多少， 设置在钻杆内相应位置对应设置与监测点数量相同的 混凝土传感器， 无须根据压力值进行高度值的换算， 检测结果更加直接准确。 0037 所述无线发射装置包括固定连接在钻杆2的裸杆部分5上的壳体10， 壳体10内设有 无线发射器11和与无线发射。
18、器11相连接并为无线发射器11供电的蓄电池12。 0038 所述钻杆2中下部间隔设有上保护套13和下保护套14， 上保护套13和下保护套14 均固定连接在钻杆2上； 0039 以指向钻杆中心孔3内端的方向为内向， 上保护套13的内端和下保护套14的内端 均与钻杆中心孔3的孔壁相平齐， 上保护套13的外端和下保护套14的外端均伸出钻杆2外并 均位于螺旋叶片4外端的内侧； 0040 上保护套13和下保护套14均设有内螺纹， 上混凝土传感器6螺纹连接在上保护套 13内且其内端与钻杆中心孔3的孔壁相平齐， 下混凝土传感器7螺纹连接在下保护套14内且 其内端与钻杆中心孔3的孔壁相平齐。 0041 上保护。
19、套13的外端和下保护套14的外端均位于螺旋叶片4外端的内侧， 使得上保 护套13和下保护套14均不会接触未经螺旋叶片4旋转钻进的地下物质， 从而保护上保护套 13、 下保护套14及其内部的混凝土传感器。 0042 上混凝土传感器6和下混凝土传感器7的内端均与钻杆中心孔3的孔壁相平齐， 既 使上混凝土传感器6和下混凝土传感器7均不会受到钻杆2内混凝土的冲击， 也使上混凝土 传感器6和下混凝土传感器7直接与钻杆2内的混凝土相接触， 从而准确感知钻杆2内混凝土 带来的压力。 0043 所述第一无线接收装置包括外壳16， 外壳16内设有电控装置17和第一无线接收器 18， 电控装置17连接有显示屏19。
20、、 第一声光报警器20和第二声光报警器21， 电控装置17或者 接入外部电源， 或者自带蓄电池。 第一声光报警器20和第二声光报警器21具有不同的报警 说明书 3/5 页 5 CN 210195730 U 5 音与不同颜色的报警灯， 从而便于区分； 显示屏19位于外壳16的表面， 第一声光报警器20和 第二声光报警器21或者位于外壳16的表面或者位于外壳16的外部。 0044 其中， 电控装置17优选采用单片机， 如51或52单片机。 混凝土传感器采用防水型且 零敏度较高的压力传感器。 0045 蓄电池12优选采用可充电锂电池。 所述无线发射器11可以采用wifi发射模块或 zigbee发射模。
21、块或蓝牙发射模块， 其中zigbee模块具有相对较远的通信距离。 第一无线接 收器18采用相应的wifi接收模块或zigbee接收模块或蓝牙接收模块。 0046 第二无线接收装置包括笔记本电脑22， 笔记本电脑22通过USB连接线23连接有USB 接口模块24， USB接口模块24通过信号线25连接有第二无线接收器26。 0047 在泵送混凝土的过程中， 工作人员可以通过笔记本电脑22接收信号， 将每根桩的 混凝土用量以动态图的形式展示出来， 非常直观。 0048 所述上保护套13的外端和下保护套14的外端均螺纹连接有端盖15。 0049 使用时， 根据桩顶标高的需要将钻杆2的进尺标记固定到长。
22、螺旋钻机塔身上的预 定位置。 打开无线发射装置和第一无线接收装置， 进入工作状态。 0050 当钻杆2钻进到达预定标高时， 开始向钻孔内泵送混凝土， 混凝土由钻杆2底端开 口进入钻杆2的中心孔3； 当中心孔3内混凝土到达下混凝土传感器7时， 下混凝土传感器7通 过连接线束9中的连接线向无线发射装置发出信号， 无线发射装置将信号发射至钻孔外。 由 于本实用新型中无线发射装置位于钻杆2的螺旋叶片4上方 （位于裸杆部分5） ， 因而其位置 高于地面， 相较从钻杆2底部直接发射无线信号相比， 能够更稳定地与操作人员操作的第一 无线接收装置进行通信， 避免通信不可靠导致不实用的缺陷， 且通信距离提高十倍。
23、以上， 进 一步提高了技术的实用性。 0051 第一无线接收装置收到钻杆2的中心孔3内的混凝土到达下混凝土传感器7时， 电 控装置17控制第一声光报警器20发出声光报警。 由于第一声光报警器20和第二声光报警器 21具有不同的报警音与不同颜色的报警灯， 因此工作人员非常容易就能识别出此时的声光 报警意味着混凝土到达下混凝土传感器7。 此时工作人员开始进行提钻 （拔钻） 操作， 即将钻 杆2向上提升； 一边提钻一边继续泵送混凝土， 提钻过程中保持第一声光报警器20持续工 作。 0052 如果提钻时第一声光报警器20停止工作， 意味着提钻过快， 需要立刻停止提钻， 直 到第一声光报警器20重新发出。
24、声光报警后再进行提钻， 此时应注意相较此前放慢提钻速 度， 从而避免拔空脱料现象。 如果提钻时第二声光报警器21也开始工作， 则意味着提钻过 慢， 需要立刻提高提钻速度， 使第二声光报警器21停止工作。 提钻过程中， 注意保持提钻速 度与泵送混凝土的速度相匹配。 0053 当钻杆2提升至预定的进尺标记时， 停止提钻操作， 继续泵送混凝土， 当混凝土到 达上混凝土传感器6时， 上混凝土传感器6通过连接线束9中的连接线向无线发射装置发出 信号， 无线发射装置将信号发射至钻孔外的第一无线接收装置， 第二声光报警器21开始工 作， 此时工作人员立即停止泵送混凝土， 将钻杆2完全提升出钻孔外， 结束成桩。
25、作业。 0054 本发明通过混凝土传感器检测到钻杆2内混凝土不同高度时的压力值， 进而得出 钻杆2内混凝土的成桩高度， 通过声光报警器的指示， 提醒工作人员达到特定标高后停止泵 送混凝土， 确保钻杆2内的混凝土达到设计标高。 这样一来， 根据下混凝土传感器7的指示预 说明书 4/5 页 6 CN 210195730 U 6 防了拔钻速度过快导致的拔空脱料， 保证了桩身质量， 又能更加准确的控制标高， 减少了材 料的浪费， 降低了后期开挖工作的难度， 并且整个过程更加规范自动化， 受人为因素影响 小， 从而提高了桩顶标高的控制精度和施工效率。 同时， 实时监测混凝土灌注量可为后期桩 检提供有效的。
26、数据做综合桩检分析。 0055 以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案， 尽管参照上述实施例对 本实用新型进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 依然可以对本实用新型进 行修改或者等同替换， 而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换， 其均应 涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。 说明书 5/5 页 7 CN 210195730 U 7 图 1 说明书附图 1/5 页 8 CN 210195730 U 8 图 2 图 3 说明书附图 2/5 页 9 CN 210195730 U 9 图 4 说明书附图 3/5 页 10 CN 210195730 U 10 图 5 说明书附图 4/5 页 11 CN 210195730 U 11 图 6 说明书附图 5/5 页 12 CN 210195730 U 12 。