CN104088271A - 一种用于深软基施工的砂桩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于深软基施工的砂桩机，包括平台、桅杆、沉管、沉管卷扬系统、位于沉管顶端的振动锤以及可向沉管内填砂的料斗，沉管卷扬系统包括设于平台上的主卷扬机和副卷扬机，主卷扬机通过第一钢丝绳绕过桅杆上端与振动锤连接，副卷扬机通过第一钢丝绳绕过桅杆下端与振动锤连接，还包括深度记录系统，深度记录系统包括设于桅杆上的深度传感器以及传动深度传感器的传动索，传动索的两端分别绕过桅杆的上端和下端后通过弹性件与振动锤连接。本发明依此设计，通过独立的深度记录系统，使深度传感器振动小，数据记录精准，零配件损耗低，避免现有技术施工过程中滑轮转动反应迟缓或不转动，导致深度传感器损毁严重无法采集数据等问题的发生。

Description

一种用于深软基施工的砂桩机

技术领域

本发明用于施工设备领域，特别是涉及一种用于深软基施工的砂桩机。

背景技术

在道路施工中，对于沿线地势平坦，河塘密布，地下水位较高，地表以下地质组成为黏土粒、砂、灰砂砾及带有植物残留的黏土，地质情况较差的道路施工时，需要采用大量的排水砂井、挤密砂桩进行软基处理。其中，挤密砂桩施工主要通过砂桩机来完成。现有的砂桩机一般包括平台、桅杆、沉管、沉管卷扬系统、振动锤以及可向沉管内填砂的料斗。施工时，先通过振动锤和沉管卷扬系统将沉管沉入目标砂桩位置，然后通过料斗向沉管内填砂，并同时将沉管拔出以完成砂桩的制作。整个施工中，需通过砂桩机记录仪监控挤密砂桩成桩过程，以保证挤密砂桩成桩质量。其主要记录参数有成桩深度、成桩砂量、施工起止时间、气压力值以及套管内砂面历时曲线、成桩过程中砂量历时曲线、成桩过程中套管路径实时曲线以及电流----时间曲线图等。砂桩机记录仪由两套系统组成，分别为深度记录系统及砂量砂面测量系统。深度记录系统用于记录实际施工过程中成桩深度和反压过程；砂量砂面测量系统用于测量加砂量和成桩过程中下砂量。

现有的砂桩机砂量砂面测量系统在测量加砂量时，采用测锤测量沉管内砂面的高度，即通过测锤测得管内砂面与上一次测砂的相对高差，然后再经过计算得出。但由于粗砂受沉管内气压的影响，砂面松散且不稳定，测锤不能准确的测出实际加砂方量。同时，测锤在每次加砂过程中需要人工提升至沉管顶部，等加满砂后再将测锤降至砂面，浪费宝贵施工时间，且工人稍不注意就会出现测锤被埋，钢丝绳被拉断等事故，浪费大量的钢丝绳和测锤，且重新更换新的砂面测量系统耗时需40～60分钟；同时牵引测锤的马达采用的传感器信号控制区间太大，使得马达控制反应迟钝，经常产生控制时间延误，不能及时准确的反应真实情况，对正常施工造成很大影响。

此外，现有的砂桩机深度记录系统在记录实际施工过程中成桩深度时，深度编码器直接通过沉管卷扬系统的钢丝绳传动，振动锤启动过程中震动较大，对深度编码器的寿命影响较大，同时在施工过程中，容易出现滑轮打滑导致不能准确记录深度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种改善加砂量和深度记录系统测量准确性，避免测锤被埋，延长深度编码器寿命的用于深软基施工的砂桩机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于深软基施工的砂桩机，包括平台、桅杆、沉管、沉管卷扬系统、位于沉管顶端的振动锤以及可向沉管内填砂的料斗，沉管卷扬系统包括设于平台上的主卷扬机和副卷扬机，主卷扬机通过第一钢丝绳绕过桅杆上端与振动锤连接，副卷扬机通过第一钢丝绳绕过桅杆下端与振动锤连接，还包括深度记录系统，深度记录系统包括设于桅杆上的深度传感器以及传动深度传感器的传动索，传动索的两端分别绕过桅杆的上端和下端后通过弹性件与振动锤连接。

进一步作为本发明技术方案的改进，还包括砂面测量系统，砂面测量系统包括马达、砂面传感器、第二钢丝绳以及垂入沉管内的测锤，第二钢丝绳分别绕过砂面传感器和桅杆上端将马达和测锤连接。

进一步作为本发明技术方案的改进，砂面测量系统还包括设于平台上的第一定滑轮、第二定滑轮，位于第一定滑轮和第二定滑轮间且设有竖向滑槽的滑座以及位于竖向滑槽内的动滑轮，动滑轮通过拉伸弹簧与滑座的顶端相连，滑座内在竖向滑槽的上、下两端均设有行程开关，第二钢丝绳由马达引出，并依次从砂面传感器、第一定滑轮下方、动滑轮上方、第二定滑轮下方、桅杆上端绕过后引入沉管且与测锤连接，第二钢丝绳在第一定滑轮、动滑轮和第二定滑轮间呈W形走向。

进一步作为本发明技术方案的改进，还包括填料系统，沉管上在桅杆的对侧设有入料接口，填料系统包括设于平台上的料斗卷扬机和由料斗卷扬机引出并绕过桅杆上端后与料斗连接的第三钢丝绳，第三钢丝绳上串接有称重传感器。

进一步作为本发明技术方案的改进，料斗包括上端敞口的箱体，箱体的底端侧壁形成出料口并在出料口处设置舱门，箱体上设有驱动舱门开合的气缸，箱体的底板向出料口一侧倾斜且在外部设有振动器。

进一步作为本发明技术方案的改进，还包括与平台分体设置的空压机，沉管的外壁设有若干竖向延伸至沉管下端的气道，各气道在沉管的下端管壁均形成出气口，空压机通过气管与各气道的上端端口气密接通。

进一步作为本发明技术方案的改进，气道共设置三条，三条气道在沉管的外壁均匀分布，三条气道的下端与沉管下端的距离分别为1m、3m和6m。

进一步作为本发明技术方案的改进，沉管为Q345B钢管。

进一步作为本发明技术方案的改进，桅杆在靠近振动锤的一侧设有导轨，振动锤上设有可沿导轨上下滑动的导轮。

进一步作为本发明技术方案的改进，桅杆的下端通过销轴与平台连接，平台上设有若干支腿油缸以及支撑桅杆的斜杆。 

本发明的有益效果：本用于深软基施工的砂桩机，专门设置用于传动深度传感器的传动索，传动索的两端通过弹性件固定在振动锤的上、下端，使深度传感器振动小，数据记录精准，零配件损耗低。本发明依此设计，通过独立的深度记录系统，避免现有技术中，利用第一钢丝绳的升降直接传动深度传感器转动，所带来的振动大、导致滑轮脱出第一钢丝绳，长期使用滑轮磨损严重，同时振动大导致紧固螺丝松动，导致施工过程中滑轮转动反应迟缓或不转动，导致深度传感器损毁严重无法采集数据等问题的发生。

此外，本发明还设有砂面测量系统，测锤在下降过程中，动滑轮下移，拉伸弹簧处于受拉状态，但是不会接触下方的行程开关。当加砂时，测锤受到加入砂子的冲击力，反馈在第二钢丝绳上的拉力增大，动滑轮触碰到下方的行程开关，使测锤提升，从而避免加砂时埋锤；当测锤在下降过程中接触到砂面时，第二钢丝绳松弛，拉伸弹簧回缩，此时动滑轮会触碰到上方的行程开关，使测锤提升。本发明通过加装行程开关，及时有效地控制测锤的升降，避免埋锤和断钢丝绳事故的发生，确保了记录数据的可靠性，有效地控制了施工质量，实践证明此种方案极大的提升了效率，故障率降低了90%，以完成一根31m的挤密砂桩为例，可节省时间5分钟，提高效率9.5％。

再者，本发明通过在提升料斗的第三钢丝绳上加装称重传感器，料斗提升后称重传感器受拉，从而直接将质量信号转变为可测量的电信号输出，通过内部程序反馈出质量，通过实验测得的砂石比重系数，即可转换为加砂方量。本发明通过上述设计，避免了现有技术中使用测锤测砂导致测量方量不准确的情况，同时缩短了测锤因升降测砂面所耗的时间，以完成一根31m的挤密砂桩为例，可节省时间7分钟，提高效率13.5％。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例整体结构示意图；

图2是本发明实施例深度记录系统结构示意图；

图3是本发明实施例砂面测量系统结构示意图；

图4是图3中A处局部放大图；

图5是本发明实施例沉管结构示意图；

图6是图5中B-B处剖视图；

图7是本发明实施例料斗结构示意图。

具体实施方式

参照图1～图7，本发明提供了一种用于深软基施工的砂桩机，包括平台1、桅杆2、沉管3、沉管卷扬系统、位于沉管3顶端的振动锤4以及可向沉管3内填砂的料斗5，桅杆2的下端通过销轴与平台1连接，平台1上设有若干支腿油缸11以及支撑桅杆2的斜杆12，桅杆2在靠近振动锤4的一侧设有导轨，振动锤4上设有可沿导轨上下滑动的导轮41。沉管卷扬系统包括设于平台1上的主卷扬机13和副卷扬机14，主卷扬机13通过第一钢丝绳15绕过桅杆2上端与振动锤4连接，副卷扬机14通过第一钢丝绳15绕过桅杆2下端与振动锤4连接，还包括深度记录系统，深度记录系统包括设于桅杆2上的深度传感器61以及传动深度传感器61的传动索62，传动索62的两端分别绕过桅杆2的上端和下端后通过弹性件63与振动锤4连接。

施工前，将平台1放置于目标砂桩工作位置并通过支腿油缸11支撑，竖起桅杆2，准备施工。施工时，先通过振动锤4和副卷扬机14将沉管3沿桅杆2导轨沉入目标砂桩位置，然后通过料斗5向沉管3内填砂，并同时通过主卷扬机13将沉管3向上拔出以完成砂桩的制作。

本用于深软基施工的砂桩机，专门设置用于传动深度传感器61的传动索62，传动索62可选用4mm的钢丝绳，深度传感器61为圆光栅编码器。传动索62的两端通过弹簧固定在振动锤4的上、下端，振动锤4在上下移动过程中，通过传动索62带动圆光栅编码器转动，从而实现将转动轴上的位移量转换为脉冲或数字量。本发明依此设计，通过独立的深度记录系统，避免现有技术中，利用第一钢丝绳15的升降直接传动深度传感器61转动，所带来的振动大、导致滑轮脱出第一钢丝绳15，长期使用滑轮磨损严重，同时振动大导致紧固螺丝松动，导致施工过程中滑轮转动反应迟缓或不转动，导致深度传感器损毁严重无法采集数据等问题的发生。整个施工过程深度传感器61振动小，数据记录精准，零配件损耗低。

作为本发明优选的实施方式，本发明还包括砂面测量系统，砂面测量系统包括马达71、砂面传感器72（同样选用圆光栅编码器）、第二钢丝绳73以及垂入沉管3内的测锤74，第二钢丝绳73分别绕过砂面传感器72和桅杆2上端将马达71和测锤74连接。砂面测量系统还包括设于平台1上的第一定滑轮75、第二定滑轮76，位于第一定滑轮75和第二定滑轮76间且设有竖向滑槽77的滑座78以及位于竖向滑槽77内的动滑轮79，动滑轮79通过拉伸弹簧70与滑座78的顶端相连，滑座78内在竖向滑槽77的上、下两端均设有行程开关771，第二钢丝绳73由马达71引出，并依次从砂面传感器72、第一定滑轮75下方、动滑轮79上方、第二定滑轮76下方、桅杆2上端绕过后引入沉管3且与测锤74连接，第二钢丝绳73在第一定滑轮75、动滑轮79和第二定滑轮76间呈W形走向。

砂面测量系统工作时，测锤74在下降过程中，动滑轮79下移，拉伸弹簧70处于受拉状态，但是不会接触下方的行程开关771。当加砂时，测锤74受到加入砂子的冲击力，反馈在第二钢丝绳73上的拉力增大，动滑轮79触碰到下方的行程开关771，马达71使测锤74提升，从而避免加砂时埋锤；当测锤74在下降过程中接触到砂面时，第二钢丝73绳松弛，拉伸弹簧70回缩，此时动滑轮79会触碰到上方的行程开关771，马达71使测锤74提升。本发明通过加装行程开关771，及时有效地控制测锤74的升降，避免埋锤和断钢丝绳事故的发生，确保了记录数据的可靠性，有效地控制了施工质量，实践证明此种方案极大的提升了效率，故障率降低了90%，以完成一根31m的挤密砂桩为例，可节省时间5分钟，提高效率9.5％。

作为本发明优选的实施方式，本发明还包括填料系统，沉管3上在桅杆2的对侧设有入料接口31，填料系统包括设于平台1上的料斗卷扬机81和由料斗卷扬机81引出并绕过桅杆2上端后与料斗5连接的第三钢丝绳82，第三钢丝绳82上串接有S型拉压式称重传感器83。

施工中，料斗卷扬机81通过第三钢丝绳82牵引料斗5源源不断的将砂料填入沉管3内。本发明在提升料斗5的第三钢丝绳82上加装S型拉压式称重传感器83，料斗卷扬机81带动料斗5提升后称重传感器受拉，内部电阻应变片将应力变化转换为电压变化，从而直接将质量信号转变为可测量的电信号输出，通过内部程序反馈出质量，通过实验测得的砂石比重系数，即可转换为加砂方量。本发明通过上述设计，避免了现有技术中使用测锤74测砂导致测量方量不准确的情况，同时缩短了测锤74因升降测砂面所耗的时间，以完成一根31m的挤密砂桩为例，可节省时间7分钟，提高效率13.5％。

现有设备中的料斗为卧式料斗，料斗舱门为手动开启，需要两名工人配合操作，一名工人操作料斗的升降，另一名工人采取手动的方法开启和关闭料斗舱门，操作方面过于繁杂且效率低下，料斗舱门在开启时，容易发生料斗门无法打开或者只能半开，无法关闭等状况。为解决上述问题，作为本发明提出如下技术方案，料斗5包括上端敞口的箱体51，箱体51的底端侧壁形成出料口52并在出料口52处设置舱门53，箱体51上设有驱动舱门53开合的气缸54，箱体51的底板向出料口52一侧倾斜且在外部设有振动器55。

通过上述设计，舱门53由原来的手动改成气动门，为加快下砂，并在料斗出料口52位置加装了附着式的振动器55。在开启舱门53的同时，振动器55会同时开启，对料斗5产生较大的震动，以加快下砂，并防止砂在出料口52产生堵塞现象。对比原有的卧式料斗，改进后的立式料斗5实现了半自动化控制，并具有下砂快，操作方便简单，节省人工，故障发生率比较低，施工效率比原有卧式料斗提高近一倍。

现有技术中，空压机9设在平台1上，由于砂桩机震动过大，空压机9经常出现传感器动作停机，空压机9冷却液金属油管爆管导致漏油，电路部分控制面板及接触器烧掉，从而造成砂桩机无法正常施工。为减少砂桩机震动过大对空压机9造成的故障，本发明将将空压机9与平台1分体设置，使其远离振动源，同时考虑到将输出气管和电源线加长到利于施工的长度考虑到将空压机9卸下来后可能造成砂桩机9的前后重量会产生不平衡的问题，在平台上原空压机9的安装位置加装容积为1m3的铁箱16，在铁箱16中装砂作为配重。经过施工实践，砂桩机所配置的空压机9由于没有震动，均未发生任何故障，砂桩机的前后平衡问题也得到了很好的解决。 

为了保证砂在沉管3里可以顺利下到桩孔里的同时，密实度能达到设计要求，沉管3的外壁设有三条竖向延伸至沉管3下端的气道32，各气道32的管径均为32mm，各气道32在沉管3的下端管壁均形成出气口33，空压机9通过气管91与各气道32的上端端口气密接通。三条气道32在沉管3的外壁均匀分布，三条气道32的下端与沉管3下端的距离分别为1m、3m和6m。

通过料斗5向沉管3内加砂时，空压机9工作，气体通过沉管3下端的出气口33进入沉管3，使沉管3内的砂处于翻腾状态，从而保证沉管3拔出后，能够形成密实的砂桩。

作为本发明优选的实施方式，沉管3为Q345B钢管。Q345B钢管屈服值达到345MPa，比现有材质高一倍，大大改善了沉管的耐磨性、强度以及抗冲击性。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种用于深软基施工的砂桩机，其特征在于：包括平台、桅杆、沉管、沉管卷扬系统、位于沉管顶端的振动锤以及可向沉管内填砂的料斗，所述沉管卷扬系统包括设于平台上的主卷扬机和副卷扬机，所述主卷扬机通过第一钢丝绳绕过桅杆上端与振动锤连接，副卷扬机通过第一钢丝绳绕过桅杆下端与振动锤连接，还包括深度记录系统，所述深度记录系统包括设于桅杆上的深度传感器以及传动所述深度传感器的传动索，所述传动索的两端分别绕过桅杆的上端和下端后通过弹性件与振动锤连接。

2.根据权利要求1所述的用于深软基施工的砂桩机，其特征在于：还包括砂面测量系统，所述砂面测量系统包括马达、砂面传感器、第二钢丝绳以及垂入沉管内的测锤，所述第二钢丝绳分别绕过砂面传感器和桅杆上端将马达和测锤连接。

3.根据权利要求2所述的用于深软基施工的砂桩机，其特征在于：所述砂面测量系统还包括设于平台上的第一定滑轮、第二定滑轮，位于所述第一定滑轮和第二定滑轮间且设有竖向滑槽的滑座以及位于所述竖向滑槽内的动滑轮，所述动滑轮通过拉伸弹簧与滑座的顶端相连，所述滑座内在竖向滑槽的上、下两端均设有行程开关，所述第二钢丝绳由马达引出，并依次从砂面传感器、第一定滑轮下方、动滑轮上方、第二定滑轮下方、桅杆上端绕过后引入沉管且与测锤连接，第二钢丝绳在第一定滑轮、动滑轮和第二定滑轮间呈W形走向。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于深软基施工的砂桩机，其特征在于：还包括填料系统，所述沉管上在桅杆的对侧设有入料接口，所述填料系统包括设于平台上的料斗卷扬机和由料斗卷扬机引出并绕过桅杆上端后与料斗连接的第三钢丝绳，所述第三钢丝绳上串接有称重传感器。

5.根据权利要求4所述的用于深软基施工的砂桩机，其特征在于：所述料斗包括上端敞口的箱体，所述箱体的底端侧壁形成出料口并在出料口处设置舱门，箱体上设有驱动舱门开合的气缸，所述箱体的底板向出料口一侧倾斜且在外部设有振动器。

6.根据权利要求1、2或3所述的用于深软基施工的砂桩机，其特征在于：还包括与平台分体设置的空压机，所述沉管的外壁设有若干竖向延伸至沉管下端的气道，各气道在沉管的下端管壁均形成出气口，所述空压机通过气管与各气道的上端端口气密接通。

7.根据权利要求6所述的用于深软基施工的砂桩机，其特征在于：所述气道共设置三条，三条气道在沉管的外壁均匀分布，三条气道的下端与沉管下端的距离分别为1m、3m和6m。

8.根据权利要求1、2或3所述的用于深软基施工的砂桩机，其特征在于：所述沉管为Q345B钢管。

9.根据权利要求1、2或3所述的用于深软基施工的砂桩机，其特征在于：所述桅杆在靠近振动锤的一侧设有导轨，所述振动锤上设有可沿所述导轨上下滑动的导轮。

10.根据权利要求8所述的用于深软基施工的砂桩机，其特征在于：所述桅杆的下端通过销轴与平台连接，所述平台上设有若干支腿油缸以及支撑桅杆的斜杆。