CN103526758B - 液压动力静力协同沉管灌注桩机 - Google Patents

Abstract

一种液压动力静力协同沉管灌注桩机，其将液压振动装置和沉管（桩）由串联改为并联，取消桩架，桩与机二者的传力机构是并联门架—压桩油缸—夹桩箱。本发明将夹桩油缸安装在夹桩油缸抽屉中，4个抽屉可方便的调节在所需的大圆周上，方便夹住沉管，同时在并联门架的立柱上各安装2ⁿ(n=0、1、2)个振动装置，合成为大的激振力，改变投入振动工作的振动装置的个数及转速，可以大范围的调节激振动力，使沉管的直径可以或大或小，突破现行φ700的上限。为了突破沉管长度的限额，用4支倒装的压桩油缸付出大的拔桩合力，使沉管长度达到100米仍可拔出，沉管的长度可用主吊机和辅吊机配合接长或拆短。本机既能用于所有管桩、方桩，又能用于各种口径的沉管灌注桩。

Description

液压动力静力协同沉管灌注桩机

技术领域

本发明涉及桩工机械，具体涉及一种振动沉管灌注桩机，尤其涉及一种液压动力静力协同沉管灌注桩机。

背景技术

桩工机械中有锤击桩机（柴油、液压）、静力压桩机、螺旋钻孔机、振动沉管灌注机，现在使用的预应力高强混凝土管桩性能优越，但没有压入土中的桩尾必须切除，预应力优越性跟着失去了。现在研发的“液压动力静力协同压桩机”桩身在振动力的作用下，桩周土体从上至下都被液化，摩阻力大为降低，动力和静力主要集中在桩尖上使其穿贯力大增，尾桩的出现率会大为减小，在主机架上不要加铸铁配重，节约了不可再生的钢铁资源，节约了转运成本。但只能用于预制的圆型、方型桩，无法用于沉管灌注的施工，因此在桩机的基础上，利用振动装置应用于振动沉管灌注桩机。但是，现行的振动沉管灌注桩机的振动装置（电动、液压）都是按串联方式用螺栓连接在沉管（桩）的上方，桩架与沉管平行竖立，并向振动装置提供上下滑动轨道，振动箱则在桩架的最上面，沉管固定在振动箱之下，因此沉管的长度受到很大的限制，沉管的长度一般为14-20米，管径最大为 Ф700mm。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述现有技术的不足，提供一种沉管管径和长度方便调整的液压动力静力协同沉管灌注桩机。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种液压动力静力协同灌注桩机，其包括主机架、主吊机、吊机操作室、带夹桩油缸的夹桩箱、压桩油缸、液压振动装置及沉管，该液压振动装置装设于夹桩箱的并联门架的4根平行立柱上，其特点是，还包括辅吊机，该辅吊机设于主机架上相对于主吊机的一侧，并由该吊机操作室操作主吊机和辅吊机动作以便沉管通过速接接长或拆短；该沉管由夹桩箱的夹桩油缸夹住；所述每根立柱上装设的液压振动装置为偶数个，每两个液压振动装置的旋转方向相反，使横向振动力互相抵消，竖向振动力叠加向下，竖向振动力通过压桩油缸经夹桩箱的夹桩油缸传递给沉管。

上述夹桩箱包括箱体，箱体四边分别设有调节手轮，该调节手轮连接有调节螺杆，该调节螺杆穿过箱体后通过固定于调节螺杆另端的球头与手轮球头座连接，该手轮球头座固定于可以径向移动的夹桩油缸抽屉上，该夹桩油缸抽屉内设有活塞杆伸出长度为30-50mm的夹桩油缸，夹桩油缸靠外侧固定有夹桩球头座，该夹桩球头座与夹桩球头连接，该夹桩球头与钳口连接。上述夹桩油缸抽屉外设有缸套。上述夹桩油缸抽屉两侧设有起导向作用的燕尾槽。

上述沉管由顶管、底管、及数根设于顶管及底管之间的标准节组成，该顶管包括外管，该外管内壁上端设有内套管，该外管下端内壁上另设有内套管，该内套管部分露出于该顶管，且该内套管外露于该顶管的管壁上开有接口；该标准节包括外管，该标准节的外管内壁上端设有内套管，该标准节的外管于内套管上端的管壁上开有接口，该标准节的外管下端内壁上另设有内套管，该标准节的内套管部分露出于该标准节，且该标准节的内套管外露于该标准节的管壁上开有接口；该底管包括外管和固定于该外管内壁上端的内套管，该底管的外管于内套管上端的管壁上开有接口，使得顶管和标准节之间、标准节和标准节之间、以及标准节与底管之间通过接口采用所述速接而连接成沉管。上述内套管和内套管之间设置有防止渗水的橡胶圈。上述速接由截头锥螺栓和锥形螺母组成。

    上述辅吊机包括回转支承、驱动电机组、辅吊架及电葫芦，该回转支承设于辅吊架与主机架之间，该驱动电机组设于辅吊架上以驱动回转支承带动辅吊架转动，使辅吊机与主吊机配合使用，该辅吊架的吊臂为水平设置，该电葫芦设置于该吊臂下端。

上述沉管顶端安装有一活动支架，该活动支架上安装有一台提升提料斗的提料卷扬机及二台导向卷扬机，该提料卷扬机连接有一根提料钢绳，该提料钢绳的另端与提料斗连接，该二台导向卷扬机分别连接有一根导向钢绳，该二导向钢绳的另一端穿过该提料斗后分别与固定于主机架上的二钢绳活动卡连接。

如此，本发明通过夹桩箱将沉管夹住，液压振动装置装在和夹桩箱之间的传力机构是并联的，并联门架和压桩油缸工作时夹桩油缸将沉管夹紧，将振动力传给沉管。松开夹桩油缸时，可用辅吊机和主吊机将沉管接长或拆短，使沉管的长度变成自由配制了。另外，本发明改变了夹桩油缸固定的旧况，将它安装在可以径向移动的夹桩油缸抽屉中，使被夹沉管的直径可在大幅度上改变；夹桩油缸的活塞杆伸出的长度仅要满足吊装管桩工艺的要求（30-50mm），钳口只要满足被夹管直径的要求，厚度则可以只满足夹桩力的强度，不必去弥补夹桩（沉管）行程了，夹桩油缸活塞杆伸出后所承受的径向剪切力矩减小了，对增大沉管直径提供了条件，本发明的夹桩箱能应用于各种管桩、方桩；又能用于各种口径的沉管灌注桩。再者，沉管采用分节结构，可在几米至几十米内调整，只要拔桩力足够大，可长达一百米；灌桩时采用卷扬机进行提料和导向，可确保将混凝土准确倒入沉管之中。   

附图说明

图1是本发明的总机结构图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明的夹桩箱的结构示意图。

图4是沿图3中A-A线的剖示图。

图5是本发明的夹桩油缸抽屉带燕尾槽示意图。

图6a是本发明顶管的示意图。

图6b是本发明的底管的示意图。

图6c是本发明标准节的示意图。

图7是底管/顶管与标准节之间、标准节与标准节之间的连接示意图。

图8是本发明的辅助吊机的示意图。

图9是本发明采用混凝土垂直浇灌原理图。

图10是图9的侧示图。

具体实施方式

参见图1及图2，本发明为液压动力静力协同灌注桩机，其主要包括主机架1、主吊机2、辅吊机3、吊机操作室4、夹桩箱5、压桩油缸6、液压振动装置7、行走和转向机构8及沉管9等。该主吊机2和吊机操作室4设于主机架1的一侧，该辅吊机3、夹桩箱5及压桩油缸6设于主机架1另一侧，该行走和转向机构8设于主机架1中部下方；该吊机操作室4操作主吊机3和辅吊机4动作，承担沉管9的接长和拆短工作；该压桩油缸6设置于该夹桩箱5的二根横梁上，两根横梁上各安装有2个压桩油缸6，其作用有三个：一是均匀地传递振动力，二是将沉管压下，三是浇灌混凝土时将沉管连续拔升，此拔桩力大于压桩力，因此压桩油缸6采用倒置装设：与夹桩箱5相接的缸筒61运动，与横梁连接的活塞杆端部固定。该液压振动装置7装设于夹桩箱5的四个角的并联门架10的4根平行直立立柱上，每根立柱上各装2ⁿ(n=0、1、2)个液压振动装置，每两个液压振动装置7的旋转方向相反，使横向振动力互相抵消，竖向振动力叠加向下。由于本桩机是将液压振动装置7和沉管9由串联改为并联，取消桩架，通过夹桩箱5将沉管9夹住，在并联门架10和压桩油缸6工作时通过夹桩油缸将竖向振动力传给沉管9，松开夹桩油缸时，可用辅吊机和主吊机将沉管接长或拆短，使沉管的长度变成自由配制。因此，本发明主要是对夹桩箱5和沉管9进行改进，下面就本发明的改进之处进行详细说明。

参见图3及图4，夹桩箱5包括箱体51，箱体51四边分别设有调节手轮52，该调节手轮52连接有调节螺杆521，该调节螺杆521穿过固定于箱体51上的焊接螺母53、箱体51后通过固定于调节螺杆521另端的球头522与手轮球头座523连接，该手轮球头座523固定于可以径向移动的夹桩油缸抽屉54上，该夹桩油缸抽屉54外设有缸套55，缸套55起到保护和导向夹桩油缸抽屉54及支承箱体51的作用，该夹桩油缸抽屉54内设有夹桩油缸56，夹桩油缸56靠外侧固定有夹桩球头座57，该夹桩球头座57与夹桩球头58连接，该夹桩球头58与可夹住沉管9的钳口59连接，随沉管直径的改变，不同半径大小的钳口59可随之更换。

在本实施例中，夹桩油缸56的活塞杆伸出的长度仅仅30-50mm，即夹桩油缸56的活塞杆不负责调整夹桩行程，只提供夹桩力。因此，由于行程小，夹桩油缸56的活塞杆伸出后，压桩和拔桩时所产生径向剪切力矩减小了，对增大沉管直径提供了条件。

如此，当更换沉管的直径变化在60-100mm时，液压振动装置7的竖向振动力在压桩油缸6的缸筒61的作用下，通过夹桩箱的箱体51传递给缸套55，再经夹桩油缸抽屉54传给夹桩油缸56，夹桩油缸56运动，其活塞杆伸缩，带动夹桩球头座57、夹桩球头58及钳口59微移。当更换沉管的直径变化超过此范围时，就需调节手轮来进行调节，在调节手轮52的转动下，调节螺杆521转动，带动夹桩油缸抽屉54径向移动，在夹桩油缸抽屉54的移动作用下，夹桩油缸56、夹桩球头座57、夹桩球头58及钳口59同时移动。

在一较佳实施例中，该夹桩油缸抽屉54两侧设有燕尾槽541，起导向作用，参见图5，可方便的将4个夹桩油缸56径向移到所需的圆周上，使4块钳口59都能接触所夹的沉管9。

上述的调节螺杆521除调节夹桩油缸抽屉54的移动外，还承受了夹桩反力，夹桩油缸抽屉位置的调节精度要求不高，因为夹桩油缸活塞杆有足够的行程储备。

参见图6a、图6b、图6c及图7，本发明的沉管9由顶管91、底管92、及数根设于顶管91及底管92之间的标准节93组成，可结合参见图1或图9，两图分别显示了沉管的分节结构。该顶管91、底管92和标准节93皆包括外管94和内套管951，该内套管951固定于该外管94内壁上端，不同的是，该顶管91的外管94上端管壁上未开有接口，而底管92和标准节93的外管94于内套管951上端的管壁上皆开有接口96，且顶管91和标准节93的外管94下端内壁上设有内套管952，该内套管952部分露出于该顶管91和标准节93，且该内套管952外露于该顶管91和标准节93的管壁上开有接口96，使得顶管和标准节之间、标准节和标准节之间、以及标准节与底管之间可通过内套管951上端的接口96和内套管952的接口96采用速接97而连接成沉管9（速接由人工操作），在本实施例中，该速接97由截头锥螺栓和锥形螺母组成，锥形螺栓主要用于连接和防渗，以免渗水改变混凝土中的“水灰比”，而降低强度；同时，于相连接的内套管952和内套管951之间设置橡胶圈98，一则可免受管外土体对橡胶圈98的磨损，二则沉管在接长时采用了多个截头锥螺栓，在拧紧过程中，会向下施加压力，使上下两节间有微量的压缩，将密封圈压得更紧一些，使密封圈更好的防止渗水，增大防渗性。

整根沉管中仅有一节底管和一节顶管（受料管），其余均为标准节，标准节外表上打了明显的长度号码，给操作人员提供沉入深度的信息。

    参见图8，为本发明的辅吊机的结构示意图，为便于沉管9的接长和拆短工作，于主机架1上相对于主吊机2的一侧另设有辅吊机3。该辅吊机3包括回转支承31、驱动电机组32、辅吊架33及电葫芦34，该回转支承31设于辅吊架33与主机架1之间，该驱动电机组32设于辅吊架33上，以驱动回转支承31带动辅吊架33转动，以与主吊机2配合使用。该辅吊架33的吊臂35为水平设置，该电葫芦34设置于该吊臂35下端，以对吊接的底管92或标准节93进行幅度调节。

虽然，该主吊机3和辅吊机4装设在主机架1的不同位置上，但二者皆在主吊机的吊机操作室4操作，可确保操作及时、准确、安全，使沉管9的长度可在几米到几十米内调整，可长达一百米，随施工需要而改变，打破了现有桩机沉管长度的限制。

参见图9和图10，为本发明的混凝土垂直运输浇灌原理图。现有技术中，用混凝土浇灌沉管的方式有几种，如用泵车泵送、用料斗垂直运输灌入等，但都不能确保混凝土准确地倒入沉管中。本发明对此进行改进，于沉管9的顶管91上安装有一活动支架11，该活动支架11上安装有一台提升提料斗14的提料卷扬机12及二台导向卷扬机13，该提料卷扬机12连接有一根提料钢绳121，该提料钢绳121的另端与提料斗14连接，该二台导向卷扬机13分别连接有一根导向钢绳131，该二导向钢绳131的另一端穿过该提料斗14后分别与固定于主机架上的二钢绳活动卡15连接。该二导向卷扬机13动作时，将两根导向钢绳131垂直拉紧，给提料斗14提供轨道，使其安全准确地将混凝土倒入沉管之中。

如此，本发明的沉管灌注桩施工工艺如下：

    1、做好施工准备：测定桩位，调好夹桩油缸有效的分布直径，放好混凝土预制的桩尖。

    2、吊入“底管”沉管压入1米左右后灌入适量的含有缓凝剂的砂浆，阻止桩尖四周渗水。

    3、在工地上组装包括“顶管”（受料管）的沉管，用主吊机吊在“底管”之上，用“速接”连接好。

    4、继续振动沉管，当“顶管”（受料管）快进入夹桩箱时，即停止沉桩及时接长沉管，此时主吊机将“顶管”吊住，松开“顶管”下的接口“速接”，再向上吊起一段标准节的高度。

    5、用辅吊机将待接的“标准节”吊到夹桩箱上方，用“速接”将“顶管”和 吊入的“标准节”接好。

    6、继续振动沉管，达到设计长度或插入持力层时，停止沉管。

    7、用泵车或垂直运输系统将混凝土灌入沉管中，达到设定的立方数后停止浇灌，用于压桩油缸反向拔升沉管，同时开动振动装置，减小拔升力，同时对混凝土进行振动搅拌，迅速充填沉管拨出后的空间，使桩径不缩反扩。拔升到设定的高度后停止拔升。

    8、浇灌混凝土——振动拔升，几个回合后，观察“底管“的上端露出地面时,停止循环施工，用主吊机将已预制的钢筋笼吊入沉管之中。

    9、浇灌混凝土——振动拔升，当“底管“的底面露出地面时，检查钢筋笼是否全部埋入混凝土桩身之中，沉桩完成，移机向另一个桩位行走。

    以上工艺是在总个过程中主吊机臂长都能满足要求的前提下提出的。当主吊机吊臂不够长时，要进行多次将沉管接长，（浇灌混凝土时要多次拆短沉管）。在接长和拆短的过程中，只要拆除两个连接在主机架上的钢丝绳活动卡，使主吊机吊起活动支架与其连接的沉管，就能顺利作业。

    振动沉管灌注桩与同直径的钻孔灌注桩比较，其承载力前者比后者大，如果在同一承载力的情况下前者消耗的混凝土比后者要少。这样的桩机沉桩直径大，深度大、承载力大、节约混凝土、操作方便、又能多功能化。

Claims (9)

1.一种液压动力静力协同灌注桩机，其包括主机架（1）、主吊机（2）、吊机操作室（4）、带夹桩油缸（56）的夹桩箱（5）、压桩油缸（6）、液压振动装置（7）及沉管（9），该液压振动装置（7）装设于夹桩箱（5）的并联门架（10）的4根平行立柱上，其特征在于，还包括辅吊机（3），该辅吊机（3）设于主机架（1）上相对于主吊机（2）的一侧，并由该吊机操作室（4）操作主吊机（2）和辅吊机（3）动作以便沉管（9）通过速接（97）接长或拆短；该沉管（9）由夹桩箱（5）的夹桩油缸（56）夹住；所述每根立柱上装设的液压振动装置为偶数个，每两个液压振动装置（7）的旋转方向相反，使横向振动力互相抵消，竖向振动力叠加向下，竖向振动力通过压桩油缸（6）经夹桩箱（5）的夹桩油缸（56）传递给沉管（9）。

2.如权利要求1所述的液压动力静力协同灌注桩机，其特征在于，所述夹桩箱（5）包括箱体（51），箱体（51）四边分别设有调节手轮（52），该调节手轮（52）连接有调节螺杆（521），该调节螺杆（521）穿过箱体（51）后通过固定于调节螺杆（521）另端的球头（522）与手轮球头座（523）连接，该手轮球头座（523）固定于可以径向移动的夹桩油缸抽屉（54）上，该夹桩油缸抽屉（54）内设有上述夹桩油缸（56），该夹桩油缸的活塞杆伸出长度为30-50mm，且该夹桩油缸（56）靠外侧固定有夹桩球头座（57），该夹桩球头座（57）与夹桩球头（58）连接，该夹桩球头（58）与可夹住沉管（9）的钳口（59）连接。

3.如权利要求2所述的液压动力静力协同灌注桩机，其特征在于，所述夹桩油缸抽屉（54）外设有缸套（55）。

4.如权利要求2所述的液压动力静力协同灌注桩机，其特征在于，所述夹桩油缸抽屉（54）两侧设有起导向作用的燕尾槽（541）。

5.如权利要求1所述的液压动力静力协同灌注桩机，其特征在于，所述沉管（9）由顶管（91）、底管（92）、及数根设于顶管（91）及底管（92）之间的标准节（93）组成，该顶管（91）包括外管（94），该外管（94）内壁上端设有内套管（951），该外管（94）下端内壁上另设有内套管（952），该内套管（952）部分露出于该顶管（91），且该内套管（952）外露于该顶管（91）的管壁上开有接口（96）；该标准节（93）包括外管（94），该标准节的外管（94）内壁上端设有内套管（951），该标准节的外管（94）于内套管（951）上端的管壁上开有接口（96），该标准节的外管（94）下端内壁上另设有内套管（952），该标准节的内套管（952）部分露出于该标准节（93），且该标准节的内套管（952）外露于该标准节的管壁上开有接口（96）；该底管（92）包括外管（94）和固定于该外管（94）内壁上端的内套管（951），该底管（92）的外管（94）于内套管（951）上端的管壁上开有接口（96），使得顶管和标准节之间、标准节和标准节之间、以及标准节与底管之间通过内套管（952）的接口96和内套管（951）上端的接口（96）采用所述速接（97）而连接成沉管（9）。

6.如权利要求5所述的液压动力静力协同灌注桩机，其特征在于，所述内套管（952）和内套管（951）之间设置有防止渗水的橡胶圈（98）。

7.如权利要求5所述的液压动力静力协同灌注桩机，其特征在于，所述速接（97）由截头锥螺栓和锥形螺母组成。

8.如权利要求1所述的液压动力静力协同灌注桩机，其特征在于，所述辅吊机（3）包括回转支承（31）、驱动电机组（32）、辅吊架（33）及电葫芦（34），该回转支承（31）设于辅吊架（33）与主机架（1）之间，该驱动电机组（32）设于辅吊架（33）上以驱动回转支承（31）带动辅吊架（33）转动，使辅吊机与主吊机（2）配合使用，该辅吊架（33）的吊臂（35）为水平设置，该电葫芦（34）设置于该吊臂（35）下端。

9.如权利要求1所述的液压动力静力协同灌注桩机，其特征在于，所述沉管（9）顶端安装有一活动支架（11），该活动支架（11）上安装有一台提升提料斗（14）的提料卷扬机（12）及二台导向卷扬机（13），该提料卷扬机（12）连接有一根提料钢绳（121），该提料钢绳（121）的另端与提料斗（14）连接，该二台导向卷扬机（13）分别连接有一根导向钢绳（131），该二导向钢绳（131）的另一端穿过该提料斗（14）后分别与固定于主机架（1）上的二钢绳活动卡（15）连接。

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