CN102226342B

CN102226342B - 旋喷沉桩多功能桩机

Info

Publication number: CN102226342B
Application number: CN 201110095388
Authority: CN
Inventors: 卢秉恒; 宋义仲; 王庆军; 史维祥; 李正泉; 马凤生; 赵西久; 徐海波; 杜彦亭; 于克永
Original assignee: SHANDONG XINGUO HEAVY MACHINERY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANDONG XINGUO HEAVY MACHINERY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2031-04-15
Also published as: CN102226342A

Abstract

本发明专利属于基础工程施工设备领域，特别涉及一种旋喷沉桩多功能桩机，包括底盘、操作室、液压工作站、旋转立柱和卷扬机，主卷扬机、第二卷扬机分别悬挂旋喷钻机和液压锤，旋转立柱上设置水平夹角为90°的两纵向滑道，旋喷钻机和液压锤分别位于两纵向滑道中。本发明将水泥土桩与高强预应力管桩施工机综合于一体，外围水泥土桩施工后，桩机不动，旋转立柱原位旋转90°即可进行高强预应力管桩施工，不仅能确保高强预应力管桩(PHC)和外围水泥土桩二者中心重合，并且大幅度缩短吊桩就位时间，同时提高压入高强度预应力管桩的垂直精度。

Description

旋喷沉桩多功能桩机

技术领域

本发明涉及一种旋喷沉桩多功能桩机，属于基础工程施工设备领域。

背景技术

我国东南沿海及河流冲积平原地区分布着广阔的深厚软土，硬土层埋藏较深，软土基本呈软塑～流塑状态，承载力低、压缩性高。在这种地层条件中建筑基础若采用水泥土桩等柔性桩，存在侧阻力大而自身强度低的弱点；若采用灌注桩与预制桩等刚性桩，则存在自身强度高而侧阻力低的弱点，均会导致承载力低、材料浪费与环境污染等问题。因此单方面的应用柔性桩和刚性桩都无法满足上述地区的地质要求。针对这种地质，必须采用侧阻力高、桩身材料强度高的新型复合桩-管桩水泥土复合基桩。

目前管桩水泥土复合基桩的施工工艺需分两步进行：

第一步，采用长螺旋钻机和高压大流量泥浆泵系统及特制的钻具，施工外围水泥土桩。具体施工工艺流程如下：(1)长螺旋钻机就位，制备水泥浆并启动泥浆泵；(2)长螺旋钻机下钻至设计深度，下钻同步进行高压旋喷与深层搅拌；(3)长螺旋钻机钻具上提，钻具上提同步进行高压旋喷与深层搅拌；(4)关闭高压泥浆泵，长螺旋钻机移位至下一桩位。

第二步，采用额定压力680t的静压桩机，进行高强预应力管桩施工。具体施工工艺流程如下：(1)静压桩机就位；(2)吊高强预应力管桩(PHC)就位；(3)压桩。

由于目前建筑工程中所使用的桩机功能单一，单台机器只能实施一种打桩作业，因此涉及以上两种工艺时，必须由多台桩机的配套才能顺利施工，但现有的桩机不能将多种打桩方式集中在一台机器中进行，且打桩施工工程常常受工程地质、施工环境的制约。这对于提高施工效率、降低施工费用、减短施工周期特别是掌握高强预应力管桩压入时机是十分不利的。目前，虽然也有多功能压桩机投入使用，如专利号为CN 201020282554的专利中所提到的一种多功能桩机，但只是将多种桩机简单组合，使用时存在很多问题，比如吊装就位时间长导致高强预应力管桩的压入时机无法掌握、高强预应力管桩和外围水泥土桩二者中心不重合、压入高强预应力管桩的垂直精度差等，这些问题直接制约着管桩水泥土复合基桩的承载能力，但至今还没有很好的解决办法。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种将水泥土桩与高强预应力管桩施工机综合于一体、适用于管桩水泥土复合基桩施工的结构新颖的旋喷沉桩多功能桩机，不仅能确保高强预应力管桩(PHC)和外围水泥土桩二者中心重合，并且大幅度缩短吊桩就位时间，同时提高压入高强度预应力管桩的垂直精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种旋喷沉桩多功能桩机，包括底盘、设置在底盘下方的行走机构和设置在底盘上方的操作室，其特征在于：底盘上安装有旋转立柱、液压工作站和通过液压工作站驱动的主卷扬机、第二卷扬机、辅助卷扬机、变幅卷扬机，对应各卷扬机在旋转立柱顶部分别安装滑轮，主卷扬机、第二卷扬机分别通过卷扬钢丝绳悬挂旋喷钻机和液压锤，旋转立柱上设置水平夹角为90°的两纵向滑道，旋喷钻机和液压锤分别位于两纵向滑道中，旋喷钻机下部连接旋喷钻具。

所述的旋喷钻机是全液压动力头旋喷钻机，其体积小、重量轻。体积小，其横向投影小于旋转立柱的直径，保证了液压锤的工作空间；重量轻，有利于增强旋转立轴的稳定性并增大安全裕度。

所述的旋喷钻机的工作中心与旋转立柱中轴的距离等于液压锤的工作中心与旋转立柱中轴的距离，从而能够确保高强预应力管桩(PHC)和外围水泥土桩二者中心重合。

所述旋转立柱的外壁上设置夹角为180°的两水平耳臂，对应水平耳臂设置旋转液压油缸，旋转液压油缸的缸体铰接在底盘上，旋转液压油缸的活塞杆连接水平耳臂。通过控制旋转液压油缸使旋转立柱进行±90°旋转，便于旋喷水泥土桩、压入高强度预应力管桩两种工艺的转化。

所述旋转立柱的下部安装两导向夹桩器，两导向夹桩器分别位于旋喷钻机和液压锤的正下方，从而确保旋喷钻孔和压入高强度预应力管桩(PHC)的垂直精度。

行走机构有两种优选方案：

方案一：所述的行走机构全液压步履机构；

方案二：所述的行走机构是履带式行走机构。

所述的旋喷钻具是常规或者可以实现的装置，其接头优选销轴式接头，有利于导向和密封。旋喷钻具内设注浆通道，注浆通道的进浆口连接高压注浆系统，旋喷钻具的底端设有向四周喷射浆料的喷射口。采用旋喷钻具直接钻入地基，下钻至设计深度后，旋喷一定时间后旋转上提；下钻和上提过程中都同步进行高压旋喷与深层搅拌。综合高压旋喷与深层搅拌两种方法的优点，施工出直径大、桩身质量均匀、低返浆量的水泥土桩。

通过旋喷钻机施工出大直径、桩身质量均匀、低返浆量的水泥土桩后，将旋转立柱旋转90°，直接吊高强预应力管桩(PHC)就位。然后启动液压锤，在水泥土初凝前，在水泥土桩中心位置压入尺寸匹配的高强预应力管桩(PHC)，形成管桩水泥土复合基桩。采用本多功能桩机施工形成的管桩水泥土复合基桩，既能充分发挥水泥土桩和高强预应力管桩(PHC)各自的性能优势，特别是水泥土桩桩周侧阻力大和高强预应力管桩(PHC)桩身强度高两大特色，使高强度预应力管桩与水泥土桩共同承担上部荷载，并且确保高强预应力管桩(PHC)和外围水泥土桩二者中心重合，缩短吊桩(PHC)就位时间，并控制压桩(PHC)垂直精度。

本旋喷沉桩多功能桩机的工作状态如下：操纵行走机构使桩机到达施工桩位，液压锤降至旋转立柱底部，启动主卷扬机提升旋喷钻机至设定高位。按操作规程下钻，下钻同步进行高压旋喷与深层搅拌，旋喷下钻至设计深度，按操作规程在该设计深度旋喷一定时间后，使旋喷钻具旋转上提，旋喷钻具上提同步进行高压旋喷与深层搅拌。外围水泥土桩施工结束后，关闭高压注浆系统。操纵装在底盘上的两个旋转液压油缸，控制旋转立柱逆时针旋转90°，让液压锤正对桩位。启动吊挂液压锤的第二卷扬机提升液压锤至设定高位，然后启动辅助卷扬机，通过设置在旋转立轴上的导向夹桩器将高强预应力管桩(PHC)就位，之后按操作规程将管桩(PHC)压至设计深度。操纵行走机构使桩机到达下一个施工桩位，操纵装在底盘上的两个旋转液压油缸，控制旋转立柱顺时针旋转90°，让旋喷钻机正对桩位，重复上述施工。

本发明所具有的有益效果是：

将水泥土桩与高强预应力管桩施工机综合于一体，提供一种结构新颖的旋喷沉桩多功能桩机，外围水泥土桩施工后，桩机不动，旋转立柱原位旋转90°即可进行高强预应力管桩施工，不仅能确保高强预应力管桩(PHC)和外围水泥土桩二者中心重合，并且大幅度缩短吊桩就位时间，同时提高压入高强度预应力管桩的垂直精度；采用全液压动力头旋喷钻机，体积小、重量轻，既保证了液压锤工作空间，又有利于旋转立轴稳定性并增大安全裕度。

附图说明

图1是本发明全液压步履式旋喷状态的结构示意图；

图2是本发明全液压步履式压桩状态的结构示意图；

图3是本发明履带式旋喷状态的结构示意图；

图4是本发明履带式压桩状态的结构示意图；

图5是旋转立轴的结构原理示意图；

图6是全液压动力头旋喷钻机的结构示意图。

图中：1、底盘；2、液压工作站；3、操作室；4、主卷扬机；5、第二卷扬机；6、变幅卷扬机；7、辅助卷扬机；8、旋转立柱；9、旋喷钻机；10、旋喷钻具；11、液压锤；12、全液压步履机构；13、导向夹桩器；14、高强预应力管桩；15、履带式行走机构；16、水平耳臂；17、活塞杆；18、旋转液压油缸；19、柱塞马达；20、回转减速机；21、动力头；22、接头；23、导向架；24、水龙头；25、联接滑轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1～4所示，旋喷沉桩多功能桩机包括底盘1，底盘1下方设置行走机构，上方设有液压工作站2、操作室3和旋转立柱8、液压工作站2和通过液压工作站2驱动的主卷扬机4、第二卷扬机5、辅助卷扬机6、变幅卷扬机7，对应各卷扬机在旋转立柱8顶部分别安装滑轮，主卷扬机4、第二卷扬机5分别通过卷扬钢丝绳悬挂旋喷钻机9和液压锤11，旋转立柱8上设置水平夹角为90°的两纵向滑道，旋喷钻机9和液压锤11分别位于两纵向滑道中，旋喷钻机9下部连接旋喷钻具10。

底盘1下方设置的行走机构可选用成熟的全液压步履机构12(如图1、2所示)，也可选用履带式行走机构15(如图3、4所示)。全液压步履机构主要包括四套液压支腿及一套行走油缸以辅助行走及回转，同时增加施工时的整机稳定性，前进时四个支腿液压缸支地撑起，下盘离地通过液压系统驱动行走油缸实现桩机履靴前行，然后收起支腿落下，通过液压缸收缩拉动底盘前行，经过如此反复操作实现桩机前行，其自动化程度高，可自行前进、后退及行走。

液压工作站2由柴油发动机、变量柱塞泵、油箱、控制阀组、仪表和管线组成，负责向各工作油缸提供动力。操作室3采用全透明，使操作人员不易疲劳，操作室3中还配置有电感载荷角度监测仪、深层搅拌桩监测仪和计算机自动检测记录仪，操作轻松、便捷，数据准确备查，确保施工质量。

底盘1上配置的四套卷扬机：主卷扬机4负责吊挂旋喷钻机9；第二卷扬机5负责吊挂液压锤11；变幅卷扬机6负责旋转立柱8的安装调整；辅助卷扬机7在施工中负责提吊钻具等辅助工作。旋转立柱8采用回转支承固定在底盘1上，旋转立柱上错位90°分别悬挂旋喷钻机9和液压锤11，旋喷钻机9的工作中心与旋转立柱中轴的距离等于液压锤11的工作中心与旋转立柱中轴的距离，从而能够确保高强预应力管桩(PHC)和外围水泥土桩二者中心重合。旋喷钻机是全液压动力头旋喷钻机，体积小且重量轻，体积小使其横向投影小于旋转立柱的直径，保证了液压锤的工作空间，重量轻有利于增强旋转立轴的稳定性并增大安全裕度。液压锤11选用高频液压振动锤，作业效率高、适用范围广，工作时振感小，噪声低，无污染。旋转立柱8的下部安装两导向夹桩器13，两导向夹桩器13分别位于旋喷钻机9和液压锤11的正下方，能够确保旋喷钻孔和压入管桩(PHC)的垂直精度。

旋转立柱8采用回转支承固定在底盘1上，旋转立柱8上错位90°分别悬挂旋喷钻机9和液压锤11，左、右两套旋转液压油缸13的缸体绞接在底盘1上，活塞杆分别连接在旋转立柱8的两水平耳臂16上，如图5所示。操纵旋转液压油缸13的液压控制阀，将左面旋转液压油缸18的活塞杆17前推，右面旋转液压油缸18的活塞杆17后拉，则图中旋转立柱8将顺时针旋转。控制旋转液压油缸18前推后拉的位移，可准确控制旋转立柱8顺时针旋转90°，旋喷钻机9正对桩位。同理可知，操纵液压控制阀将左面旋转液压油缸18的活塞杆17后拉，右面旋转液压油缸18的活塞杆17前推，则旋转立柱8将逆时针旋转。控制旋转液压油缸18前推后拉的位移，可准确控制旋转立柱8逆时针旋转90°，让液压锤11正对桩位。

旋喷沉桩多功能桩机的旋喷钻机9由柱塞马达19、回转减速机20、动力头21、接头22、导向架23、水龙头24和联接滑轮25等部件组成，如图6所示。旋喷钻机9通过联接滑轮25由主卷扬机4吊挂在旋转立柱8上，导向架23保证旋喷钻机9工作中心与旋转立柱8中轴线平行，其间距和液压锤11工作中心与旋转立柱8中轴间距相同，柱塞马达19由液压工作站2的压力油驱动，通过回转减速机20和动力头21两次减速，获得需要的低速大转矩，提供给旋喷钻具10。旋喷钻具10内设注浆通道，注浆通道的进浆口连接高压注浆系统，旋喷钻具的底端设有向四周喷射浆料的喷射口，采用旋喷钻具直接钻入地基，下钻至设计深度后旋喷一定时间后旋转上提，下钻和上提过程中都同步进行高压旋喷与深层搅拌，综合高压旋喷与深层搅拌两种方法的优点，施工出大直径、桩身质量均匀、低返浆量的水泥土桩，除此之外，旋喷钻具是销轴式接头，有利于导向和密封。

工作原理及过程：

操纵行走机构使桩机到达施工桩位，让旋喷钻机9正对桩位。通过液压工作站2启动第二卷扬机5下降液压锤11至旋转立柱8的底部，启动主卷扬机4提升旋喷钻机9至设定高位。启动旋喷钻机9，旋喷钻具10按操作规程下钻，下钻同步进行高压旋喷与深层搅拌。旋喷钻具10下钻至设计深度后，在原深度按操作规程旋喷一定时间，之后启动主卷扬机4，旋喷钻具10一边缓慢旋转一边上提，旋喷钻具10上提同步进行高压旋喷与深层搅拌。旋喷钻具10上提至设计高度，外围水泥土桩施工结束，关闭旋喷钻机9和高压注浆系统。然后操纵装在底盘上的两个旋转液压油缸18，控制旋转立柱8逆时针旋转90°，让液压锤11正对桩位。启动吊挂液压锤11的第二卷扬机5，提升液压锤11至设定高位。再启动辅助卷扬机7，通过设置在旋转立轴8上的导向夹桩器13将高强预应力管桩14(如图2、4中虚线所示)就位。然后启动液压锤11，按操作规程将高强预应力管桩(PHC)压至设计深度。高强预应力管桩施工结束，关闭液压锤11。操纵行走机构使桩机到达下一个施工桩位，操纵装在底盘1上的两个旋转液压油缸18，控制旋转立柱8顺时针旋转90°，让旋喷钻机9正对桩位，重复上述施工。

Claims

1.一种旋喷沉桩多功能桩机，包括底盘、设置在底盘下方的行走机构和设置在底盘上方的操作室，其特征在于：底盘上安装有旋转立柱、液压工作站和通过液压工作站驱动的主卷扬机、第二卷扬机、变幅卷扬机、辅助卷扬机，变幅卷扬机负责旋转立柱的安装调整，辅助卷扬机用于悬挂辅助工具，对应各卷扬机在旋转立柱顶部分别安装滑轮，主卷扬机、第二卷扬机分别通过卷扬钢丝绳悬挂旋喷钻机和液压锤，旋转立柱上设置水平夹角为90°的两纵向滑道，旋喷钻机和液压锤分别位于两纵向滑道中，旋喷钻机下部连接旋喷钻具，旋喷钻机的工作中心与旋转立柱中轴的距离等于液压锤的工作中心与旋转立柱中轴的距离，旋转立柱的下部安装两导向夹桩器，两导向夹桩器分别位于旋喷钻机和液压锤的正下方。

2.根据权利要求1所述的旋喷沉桩多功能桩机，其特征在于：所述的旋喷钻机是全液压动力头旋喷钻机。

3.根据权利要求1所述的旋喷沉桩多功能桩机，其特征在于：所述旋转立柱的外壁上设置夹角为180°的两水平耳臂，对应每个水平耳臂各设置一旋转液压油缸，旋转液压油缸的缸体铰接在底盘上，旋转液压油缸的活塞杆连接水平耳臂。

4.根据权利要求1所述的旋喷沉桩多功能桩机，其特征在于：所述的行走机构是全液压步履机构。

5.根据权利要求1所述的旋喷沉桩多功能桩机，其特征在于：所述的行走机构是履带式行走机构。