山西中北大學　　梁偉　龐俊忠

旋挖鉆桿方頭連接結(jié)構(gòu)的改進

山西中北大學梁偉龐俊忠

旋挖鉆桿是旋挖鉆機的關(guān)鍵零部件，在旋挖鉆機的鉆進過程中鉆桿的受力狀況比較復雜，因此鉆桿扭曲變形、折斷、掉鉆頭等事故發(fā)生是在所難免的，尤以鉆斗的掉落對施工造成的影響最大。本文針對機鎖式鉆桿方頭與芯桿連接處斷裂造成的掉斗這一情況，結(jié)合工廠實際對方頭的連接結(jié)構(gòu)做了改進，并對焊接工藝做了簡單的闡述，希望起到一定的借鑒作用。

旋挖鉆機；機鎖鉆桿；方頭；焊接工藝

旋挖鉆機是一種用于旋挖灌注樁成孔作業(yè)的樁工機械，廣泛應用于市政建設(shè)、公路橋梁、高層建筑等施工工程中。和傳統(tǒng)的鉆孔機械相比具有適用范圍廣、噪聲低、工作效率高、施工質(zhì)量好等特點。隨著我國近年來經(jīng)濟、政治、文化的發(fā)展，旋挖鉆機的應用也越來越廣泛。

1　旋挖鉆機的結(jié)構(gòu)和工作原理

旋挖鉆機一般以柴油機為動力，全液壓驅(qū)動履帶行走360°回轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)主要由鉆桿、隨動架、轉(zhuǎn)臺、變幅機構(gòu)和鉆桅、鉆頭、動力頭、加壓油缸和底盤組成。鉆機配合不同的鉆具，可以適用于干式（短螺旋）或濕式（回轉(zhuǎn)斗）及巖層（巖心鉆）等的成孔作業(yè)，在旋挖灌注樁的施工過程中，旋挖鉆機通過底部帶有活門的桶式鉆頭的回轉(zhuǎn)破碎巖土并直接將其裝入鉆頭內(nèi)，然后利用自身的提升裝置和伸縮鉆桿裝置取土和卸土、循環(huán)往復，直至達到設(shè)計要求的深度。

2　機鎖式鉆桿結(jié)構(gòu)和受力特點

鉆桿是旋挖鉆機最重要的部件之一，可分為摩阻桿和機鎖桿兩種。機鎖式鉆桿的每節(jié)鉆桿由無縫鋼管及焊接在其上的內(nèi)外驅(qū)動鍵組成。外驅(qū)動鍵有3鍵式和6鍵式兩種，外鍵沿軸線設(shè)有2或3個加壓臺，動力頭的內(nèi)鍵端部可“卡”在鉆桿外鍵的加壓臺上。在施工過程中，動力頭給鉆桿和鉆頭提供扭矩，使鉆頭做旋轉(zhuǎn)切削；與此同時，加壓油缸通過動力頭傳遞加壓力給鉆桿和鉆頭，實現(xiàn)鉆頭的加壓鉆進，這樣在鉆進較硬地層時鉆桿要承受較大的扭矩和鉆壓，同時還要克服很大的彎矩，使得鉆桿的受力條件變得非常復雜。常常出現(xiàn)內(nèi)層鉆桿扭曲變形、斷裂、鉆桿內(nèi)外鍵撕裂等失效問題，而方頭連接著鉆桿與鉆具，是輸出扭矩給鉆具的橋梁。機鎖式鉆桿方頭處是彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓縮三種變形的組合。對鉆桿方頭處進行有限元分析得出機鎖式鉆桿整體應力分布的最大應力出現(xiàn)在方頭處，方頭處的受力情況就機鎖式鉆桿整體而言屬于應力集中點，這就使得方頭圓截面處極易折斷。從而造成掉鉆頭事故的發(fā)生。從工廠的維修數(shù)據(jù)看，因芯桿與方頭連接處斷裂而造成的掉鉆頭事故也占多數(shù)，因此方頭連接結(jié)構(gòu)的改進就變得比較有意義了。

3　掉鉆的危害

由于鉆桿是旋挖鉆機的主要傳輸動力的裝置，因此鉆桿的失效造成的經(jīng)濟損失非常大，其中最為可怕的故障是管體斷裂導致鉆斗掉落在樁井中，如果不將掉鉆打撈出來，將導致這根樁全部廢棄，但是由于建筑施工時，每根樁的位置都是事先計算好，都是建筑物承受力的支柱，如果一根樁位改變，將導致所有的樁位重新進行計算，因此將嚴重影響工程進度。

4　方頭連接結(jié)構(gòu)的改進

從工程實際出發(fā)，并結(jié)合工人的經(jīng)驗，對方頭連接結(jié)構(gòu)做如下改進，如下圖所示。

圖中，1是芯桿，2、7是擋板，3是蝶形彈簧，4是心軸，5是擋環(huán)，6是方頭，8是銷軸。其中，芯桿內(nèi)焊接的擋環(huán)要高于芯桿與方頭焊接的焊縫一定的距離。當方頭連接結(jié)構(gòu)在5和6之間斷裂后（這也是實際中斷裂較多的部位），芯桿與方頭就通過其內(nèi)部的心軸連接起來，提升鉆桿從而取出鉆斗。改進后在實際施工中起到了比較好的效果，大大節(jié)約了撈鉆的成本。當然這種改進也有其自身的局限性，由于實際情況復雜，當鉆桿在其他部位斷裂時，這種結(jié)構(gòu)就發(fā)揮不了作用了，但因其生產(chǎn)成本低，實際效果好，也不失為一種防止掉鉆的保障。

5　結(jié)語

在實際施工過程中，旋挖鉆桿的受力情況往往比較復雜，考慮到一些潛在不確定因素的影響，這就要求相關(guān)技術(shù)人員對工程的水文地質(zhì)資料、地質(zhì)的勘測報告以及樁基施工圖進行充分收集整理，根據(jù)不同地層掌握好各種鉆進參數(shù)，特別是在堅硬地層，不要急于進尺；操作人員應及時檢查鉆頭銷子的磨損程度及銷子的垂直度，及時補焊被磨損的鉆頭、鉆桿、方接頭等，以減少鉆桿的故障率和后期的維修工作量。

［1］葉遠林，秦四成.ZY-200型旋挖鉆機鉆桿應力的有限元分析［J］.工程機械，2004.

［2］王平，趙永生，趙政.旋挖鉆機選型及其在成孔施工中存在問題的探討［J］.探礦工程，2001，4：18～20.

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梁偉，1987年11月出生，河南周口人，碩士，研究方向：深孔加工。