CN1019323B - 顶桩设备 - Google Patents

Abstract

顶桩装置，包括底座、立柱、装桩装置及加力和传动装置。底座有支撑压块的平台，还有调平装置；立柱垂直于底座并用钢支腿支撑着，立柱顶部有起吊点；装桩装置包括在立柱下部与底座可旋转连结的转动臂及用来转动转动臂把桩装到设备上的千斤顶；加力传动装置包括一个液压千斤顶，其活塞对推板施加推力，通过传动装置推力可传到要顶的桩上，该设备还可附加一水平旋臂装桩装置，本装置可用长桩，大大提高顶桩的效率。

Description

本发明涉及顶桩设备，更具体是涉及千斤顶顶桩设备。

通常必须在不允许产生明显的震动和噪音的情况下把桩顶入地下时要使用千斤顶顶桩设备。以前已经提出过一些顶桩设备。其中有一些设备已发表在M.J.Tomlinson所著的“桩的设计及建造实践”一书中（第三版，1987年出版）。

以前使用的千斤顶顶桩设备使用一个千斤顶直接顶在要顶入地下的桩的顶部。这些设备通常称为“千斤顶顶桩设备”。这些设备主要用于托换基础，但是由于它们比较复杂，因而不能与普通的顶桩设备相竞争，也很少用在新桩的基础工作中。

以前使用的一种千斤顶顶桩设备包括在要托换的基础和要顶入地下的桩的顶部之间放入一个千斤顶。在这种设备中，基础本身提供了千斤顶的反作用力。

这些设备有很多缺点。特别，桩的安放及定位，和移动提供反作用力的压铁或压块很慢。一般，使用一个液压千斤顶，但是限于用短冲程的千斤顶。这意味着要求使用较多次垫桩，顶下一个桩至少要用6次垫桩。另外，必须用粗短的桩，也就是这些设备只适合用具更大承载能力的桩（如大于40吨的工作负载）。

这些设备的缺点还在接长桩的操作很慢，通常用焊接把相接的桩连接起来，因而效率是很低的。

这类千斤顶顶桩设备在一个工作日只能完成两个桩位。这样就使得扩大使用千斤顶枯桩设备甚至对于现有的桩基础市场来说是不经济的。

美国专利US455090公开了一种用于把栅栏的桩顶进地下的设备，该设备包括在该设备一侧施加作用力并通过传动装置把顶桩力传到要顶入的桩上的千斤顶装置，一个对顶桩力提供反作用力的反力装置，和支撑装置，桩的纵轴平行于但位置偏离开所述的加力方向，而设置的传动装置把加力方向的顶桩力传到桩上，因而允许至少部分千斤顶装置可与桩并排延伸。但是这种设备不能用在结构工程上，不能用以顶入具有承载能力为10吨到40吨的桩。

因此，本发明的目的是克服现在技术顶桩装置的缺点，提供一种能快速顶桩且简单的能用于结构工程的顶桩设备。

为达到本发明的上述目的，本发明提供了一种顶桩设备，包括：在该设备一侧施加作用力并通过传动装置把该顶桩力传到要顶入的桩上的千斤顶装置;和一个对顶桩力提供一个反作用力的反力装置;和支撑装置，桩的纵轴平行于但位置偏离开所述的加力方向，而设置的传动装置把加力方向的顶桩力传到桩上，因而允许至少部分千斤顶装置可与桩并排延伸，其特征在于：所述的支撑装置为能支撑整个设备的底座，所述底座还支撑着给千斤顶装置提供反作用力的压块，所述底座还包括用来调节底座以使桩能保持大体垂直的调平装置。该顶桩设备还包括一根可旋转地与设备相连结的长转动臂，该转动臂可在水平位置和垂直位置之间运动，和一个使转动臂绕枢轴点转动的千斤顶，该转动臂的结构使其在水平位置上能装上一根桩，并可被千斤顶转到垂直位置以使桩安放就位以便顶入地下。

最好，该顶桩设备还包括一根立柱，在其一侧沿其长度方向安放桩，因而，桩的长度大体上相当于立柱的长度。

最好，所述的千斤顶装置可以固定在立柱一侧的柱的顶端，该侧与安放桩这一侧相对。

所述的传动装置最好包括一个用来安放千斤顶装置的一个活塞的第一推力元件，一个用来在桩的自由端加力的第二推力元件，和一个通过沿着立柱长度方向延伸的一条槽缝把第一推力元件和第二推力元件连接起来的传动装置。

最好，所述的千斤顶装置的活塞在一个冲程中能沿着大体上为立柱一半的长度推进第一推力元件，因而可用两个冲程把桩顶入地下。

本发明的顶桩设备，最好设置有在最接近转动臂的枢轴端的桩端导向的，导向装置，以便把该桩端放在前一根已顶入的桩的露出的端上。

最好该设备还设置了垫桩，能放在一根已部分顶入的桩上。

本发明的设备比以前使用的千斤顶顶桩设备有更明显的优点。

本发明顶桩设备的一个重要优点是由于千斤顶装置间接地对桩施加顶桩力。

这些优点如下：可顶入具有承载能力为10吨到40吨（工作负载）的更长但更细一些的桩;可简单而快速地移动压块或压铁;不用更多的手工劳动而可快速地进行桩接长的操作;可简单且便宜地将桩连结在一起;液压千斤顶可以仅用两个冲程把一根桩顶入地下，因而减少使用垫桩的次数（这导致了加速整个顶桩过程）;并且由于至少一部分千斤顶装置与桩并排设置，桩元件的长度就可相应于可用的头部空间，也使顶桩时更稳定。

本发明的设备可有更长的顶桩冲程和更快的接长桩的操作。本发明的设备在一个工作日内可完成20个桩位的安装。

本发明的设备和一般不是设计用于托换工作的现有顶桩设备相比是有竞争力的。另外，本发明的设备也可用两个或多个液压千斤顶来提供顶桩力。

本发明的设备可用于顶各种横截面形状的预应力混凝土构件，例如V形，方形，圆形，六角形或管形的构件。预应力混凝土构件最好使用沿着桩的中心轴的一根预应力丝预拉伸的。也可以用多根预应力丝。可以用125mm-252mm横向尺寸的桩。

本发明的设备可使用有效预应力低于2MPa的预应力混凝土桩构件。由其它材料例如木材或钢制成的桩也可用本发明的设备顶入地下。桩元件的长度可为例如3-6米长。

下面将参照附图结合实施例来进一步说明本发明，附图中：

图1是本发明的一个顶桩设备沿图2的A-A线截取的一个横截面图;

图2是本发明的一个顶桩设备沿图1的B-B线截取的纵截面图;

图3是本发明顶桩设备部分结构的横截面详细图;

图4是沿图3中B-B线截取的本发明顶桩设备的部分结构的纵剖面图;

图5是用一个活动底座装置支撑着的本发明顶桩设备的一个示意图;

图6是安放在用一个活动吊车来定位的固定底座上的本发明的顶桩设备;

图7a及图7b分别示出把相邻接的桩夹在一起的夹头的纵剖面图;

图8示出了本发明顶桩设备的水平旋臂桩装置。

图1及图2示出了本发明的一个顶桩设备，包括具有支撑压块或压铁5的一个平台3的一个底座1。底座1最好由钢型材或钢板制成，在顶桩时受到作用力这些材料具有足够的刚性来防止产生明显的变形。

底座1的四个角设置了具千斤顶形式的调平装置7。每个千斤顶可独立地调节，以使底座保持基本水平，并且特别使要顶入地下的桩8（见图3）与地面垂直。

压铁或压块5总重约40吨。在底座1的每个角上的千斤顶7上可放10吨重的压块。

顶桩设备包括一根立柱11，其大体上垂直于底座1放置，并用钢支腿13支撑定位。在底座1上设置了加固梁元件15以提高设备的刚性。

下面将参照图3和图4详细说明立柱11。在立柱11的顶部设置了一个起吊点17，该起吊点可与钩，例如活动吊车的钩相连以移动安放该设备。

顶桩设备包括一个装桩装置，其包括一根转动臂19，在立柱11的下端该转动臂19可转动地安装到底座1上位置21处。在底座1上安装了液压千斤顶23，其包括联接到转动臂19上的一个液压活塞25。转动臂的操作特在下面叙述。

图3及图4示出了顶桩设备的立柱11的细节。立柱11由H型的钢柱制成，其具有足够的强度可把作用力从千斤顶装置传送到压铁上。顶桩千斤顶装置具有液压缸27和液压活塞29。液压缸27固定连接到立柱11一侧的顶端。立柱11的这一侧形成顶桩设备的液压千斤顶区。

立柱11的另一侧形成顶桩设备的装桩区31。装桩区31接收准备顶入地下的桩8。

一个传动装置把液压缸27的顶桩力传给在装桩区31中的桩8。传动装置包括一个千斤顶推板33，在该板上承受着液压活塞29的顶桩负荷。用焊接到传动板上的切边板37千斤顶推板33刚性连接到传动板35上。传动板35的上端用另一块切边板41刚性地联到一块顶桩板39上。在立柱11上的腹部43上设置了沿纵向长度开设的长缝，用来安放传动板35，允许传动板沿立柱长度方向移动。由图4可见，当液压活塞29以箭头A的方向往下推着千斤顶推板33，一个相应的向下推力经过传动板35传到顶桩板39。

传动装置的结构使得液压缸27和液压活塞29可沿平行于要顶进地下的桩延伸。因而，长度大体相应于立柱11高度的桩可用本发明的设备顶入地下。

为了增加立柱的刚性，沿着立柱11的腹部43焊上加强板45。在立柱11的液压千斤顶区中，设置了一个槽缝部分47，用作运动板35的一个导沟。槽缝部分47也减少了传动装置在腹部43中形成的缝中产生扭弯的可能性。

顶桩板39的横截面相应于桩8的横截面。所述的顶桩板29同要顶入地下的桩相接触。

液压活塞29可以延伸大体上是桩8的一半长度，因而在每一冲程下可将一半长度的桩顶入地下。

本顶桩设备设置了装桩装置，包括转动臂19，该转动臂19在点21的位置可转动地安装在立柱11的下端的底座1上。装桩装置的操作如下：

借助于液压千斤顶23和活塞25，把转动臂19降到图2所示的水平位置。然后，靠人工或用吊车升起桩元件8并把它水平地放到转动臂19上。然后缩回液压千斤顶活塞25使转动臂19与要装入立柱11的装桩区31的桩元件一起转到一个垂直位置。在转动臂19上设置了一个导向套49，保证桩元件的最下端正确地放置在地上的正确位置，或者如果桩元件是一根接长桩，导向套49保证该接长桩的最下端正确地放置在已被打入地下的桩元件的顶部。

导向套49可以调节以适应各种形状和尺寸的桩。

图5示出了安装在活动底座装置50上的本发明的顶桩设备。借助于图5所示的活动底座装置50可以运送顶桩设备。立柱11用一个空心钢柱51支撑在活动底座装置50上，空心钢柱51可旋转地支撑在活动底座装置50的位置点53上。用液压臂55可调配顶桩设备。在调配时，可用稳定千斤顶57把活动底座装置50稳定住。

图6示出了安放在一个固定底座上的顶桩设备，固定底座1可用活动吊车52来安放就位。活动吊车也用来把压铁放到底座上。用钩钩在立柱11上的提升点17。可用活动吊车52吊起立柱11。底座1可用由活动吊车52控制的一个位置调平装置59来调节水平位置。

用本发明实施例的设备来顶桩的过程特在下面说明。

活动底座装置或活动吊车可以提升10吨重的载荷。而桩的承载能力可为16吨的工作载荷，每单元桩的长度约为5米。在顶桩时，首先把立柱11和底座1升起，然后安放在要求的位置上。然后把四块10吨重的压铁块安放到底座1安放压铁的位置上。接着可调平底座1以保证立柱11垂直放置。

在上述步骤完成后，把转动臂19降到水平位置准备接收桩元件。然后液压千斤顶23和25把带着桩元件的转动臂19提升到装桩区31中，再把顶桩板39 安放在桩的顶端。

采用本发明的间接施加顶桩力的方法，液压缸27和活塞29可顶下桩元件直到半根桩元件顶入到地下。然后，液压活塞29缩回到它的原始位置。在液压活塞29退回时，转动臂19再降到水平位置去接收一个钢垫桩。然后转动臂19把钢垫桩（未示出）提升到装桩区31中，垫桩的端头平放在半埋入的桩元件上。

然后再操作液压活塞29，垫桩把剩下的半根桩元件往下推。接着可用转动臂移掉垫桩，使用上面的步骤可把另外的桩元件顶入地下。

一当顶入足够的桩或到达要求的承载能力，可用适当的专用切割器把突出在地面上的桩元件都切掉。然后从底座上移去压铁，把顶桩设备移到另外的下桩位置进行同样的操作。

接长桩的相邻的端头可用本发明的“夹头”连结装置连结在一起。该连结装置的实例将在下面说明。

图7a和7b示出了本发明的夹头连结装置的一个实施例。该装置包括一块大体上呈V形或三角形的板61，该板的横截面与要顶入地下的桩元件的横截面一样。在板61的三边各开有一条槽63以安放一个大体上为U形或C形的夹头67的连杆部分65。在板61的每一槽63处焊上一块板69，提供一个用来安放夹头67的夹头腿73的槽沟或孔71。连接杆75焊接到每一块板69上。

混凝土桩的头浇在连接杆75的周围，因此把板61与桩元件很牢固地联接起来。

由于上述的连接关系合成的拉应力从混凝土桩元件传到连接杆75。这些应力又依次传到焊接在连接杆75上的槽形板69和V形或三角形板61。通过接触应力，由夹头67把这些合成拉应力传给另一个相同的构件的邻近的桩端上。

而压应力通过相邻桩元件V形板61之间的直接接触应力来传递。

在顶入桩元件时，一当两根桩元件已经头对头放置好，可以很简单方便地把夹头67的两腿73插入槽沟71中。

在制造时，控制夹头67的尺寸，以使它们在插入接头处时稍微提供一点过盈配合或压配合。

使用三个或更多的夹头67，以便把桩端头牢固地固定住，因此限制了它们的六个自由度（三个转动，三个直线运动）方面的相对运动。

图8示出了本发明顶桩设备的水平旋臂装桩装置80，该装置带有夹具84，在该装置装上桩后用来夹紧桩83，并在顶桩时将其松开。该装桩装置用铰链81连到立柱11上以使该装置能从装桩位置A转到顶桩位置B。该装置可方便地用手工操作，该装置也可用来装垫桩82以便转到顶桩位置，把已顶下一半的桩继续往下顶。

与现有的千斤顶桩设备相比本发明的顶桩设备所提供的优点如下：

现有的顶桩设备只限于用比较短的桩元件，典型的如0.76-1.2米长，这由人力能操纵桩元件的能力所决定。这导致在打桩时要有大量的接头。本发明的顶桩设备由于用机械代替人工，因而可使用比较长的桩元件，例如3-6米长，也只需要少量的接头。

本发明的顶桩设备也可用中等程度的横向尺寸的桩，例如100mm-200mm，而在现有的设备使用300mm的预制混凝土桩。

在现有的设备中，常用现有的基础给顶桩力提供了反作用力。但是，本发明的顶桩设备可把压铁放到活动底座或设备本身的底座上。当需要的时候，压铁可很容易地移到新的位置，并不限止在现有基础的位置上。

本发明顶桩设备的另外优点是它们可用长的顶桩冲程，例如1.5-4米，因而可用两次冲程把整根桩元件顶入地下。相反地，普通的顶桩设备顶桩冲程很短，例如只有0.25米，因而要用多次冲程才能打进一根桩元件。

本发明的顶桩装置还可与上述的夹头连接装置相配合，这种连接装置可快速地把邻近的桩端头连接起来。这一点跟现有技术不一样，在现有技术中，桩头的纵向中心孔插有短的钢棒，然后用水泥把它们粘结起来的方法把预制混凝土元件连接在一起。

本发明的顶桩设备可充分利用可用的头部空间该头部空间大体上相当于所用的每根桩元件的长度。例如，一根3米长的杆元件可装在约3.1米高的头部空间中。这一点与现有技术不同，现有技术的头部空间要求能安放桩元件和液压千斤顶的长度再加上一个衬垫的长度。例如约为1.8米高的头部空间只可安放约1.2米长的开端的钢管。

现有技术的设备的缺点是在把另一根桩元件加在已被打入地中的前一根桩元件上时，必须移去液压千斤顶和衬垫。然后再把液压千斤顶安置就位。 相反地，在本发明的顶桩设备中，一直到整个桩都已顶入要求的深度或者建立了要求的承载能力，都可以把液压千斤顶27和29保持在原位。

现有技术的设备限止在用在托换现有的基础。但是，本发明的顶桩设备在用于新的建筑的地基时有竞争力的。在用来托换现有的基础时，本发明的顶桩设备不仅便宜而且操作迅速，但是它们不限于托换现有的基础而对于新的建筑的基础也有实质性的应用。

本发明的设备还可以用两个或三个液压千斤顶来提供顶桩力。

Claims (7)

1、一种顶桩设备，包括：在该设备一侧施加作用力并通过传动装置把该顶桩力传到要顶入的桩上的千斤顶装置；和一个对顶桩力提供一个反作用力的反力装置；和支撑装置，桩的纵轴平行于但位置偏离开所述的加力方向，而设置的传动装置把加力方向的顶桩力传到桩上，因而允许至少部分千斤顶装置可与桩并排延伸，其特征在于：所述的支撑装置为能支撑整个设置的底座，所述底座还支撑着给千斤顶装置提供反应作用力的压块，所述底座还包括用来调节底座以使桩能保持大体垂直的调平装置，

该顶桩设备还包括一根可旋转地与设备相连结的长转动臂，该转动臂可在水平位置和垂直位置之间运动，和一个使转动臂绕枢轴点转动的千斤顶，该转动臂的结构使其在水平位置上能装上一根桩，并可被千斤顶转到垂直位置以使桩安放就位以便顶入地下。

2、根据权利要求1的顶桩设备，其特征在于包括一根立柱，在其一侧沿其长度方向安放桩，桩的长度大体上相当于立柱的长度。

3、根据权利要求1或2的顶桩设备，其特征在于千斤顶装置固定在立柱一侧的柱的顶端，该侧与安放桩这一侧相对。

4、根据权利要求1或2的顶桩设备，其特征在于所述的传动装置包括一个用来安放千斤顶装置的一个活塞的第一推力元件，一个用来在桩的自由端加力的第二推力元件，和一个通过沿着立柱长度方向延伸的一条槽缝把第一推力元件和第二推力元件连结起来的传动装置。

5、根据权利要求4的顶桩设备，其特征在于所述的千斤顶装置的活塞在一个冲程中能沿着大体上为立柱一半的长度推进第一推力元件，因而可用两个冲程把桩顶入地下。

6、根据权利要求1的顶桩设备，其特征在于设置了在最接近转动臂的枢轴端的桩端导向的，导向装置，以便把该桩端放在前一根已顶入的桩的露出的端上。

7、根据权利要求1或6的顶桩设备，其特征在于该设备还设置了垫桩，能放在一根已部分顶入的桩上。

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