CN105544511B - 一种成孔成桩设备及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成孔成桩设备及施工方法，能够使两种截然不同的设备及其工艺整合成一套新的机械设备及施工工艺，能够实现不取土成孔，能够效地避免成桩前的坍孔、缩孔，并且能够很好地实现振动沉管成孔和旋转成网筒的连续施工作业，使成桩质量和施工效率显著提高，且有效减少了弃土、外运、占地等环节和费用，经济和社会综合效益显著提高，是一种与现有设备和施工工艺截然不同的新思路。

Description

一种成孔成桩设备及施工方法

技术领域

本发明涉及公路、铁路、港口码头、市政民建等工程领域中土质地基条件下建筑基础和地基加固处理施工技术领域，具体地指一种成孔成桩设备及施工方法。

背景技术

传统的粘性土层地基成桩设备动力形式单一，如震动、旋转、静压等，一般只能完成较为单一的施工工艺，成孔工艺有振动沉管、冲积钻进、回旋钻进、旋挖、静压钻进、旋喷等，成桩工艺有搅拌、旋喷、挤密、灌注等，随着软弱土地基加固技术的不断发展，单一的动力形式和成桩工艺已经不能满足新技术的工艺要求，如水泥土搅拌劲芯桩要求先搅拌成水泥土桩再插预制砼芯，这就要求先回旋搅拌工艺，再静力或振动垂直压入工艺，通常由两套设备联合完成，由此带来了机械设备投入费用增加、施工组织难度增加、施工工序繁琐等许多不利因素。

目前，有一种软基加固桩—复合网筒粒料桩，它包括位于内层桩体及中层网筒构成，其中，外层网筒是由网片围成的轴向贯通的筒状结构，若采用传统施工设备和方法，则该桩体的施工过程为：先在预订施工位置机械打设施工用孔，再将制备好的网片机械或人工弯卷成轴向贯通的柱状网筒，之后将制备好的网筒放置施工用孔中，最后将预先制备好的颗粒料送入网筒内，并使填料密实，即可形成复合网筒粒料桩。此施工工艺中的第一步成孔有多种现成方法和设备，如采用振动(静压)沉管等设备成孔，该套施工工艺流程的最大弊端是成孔与成桩难以在不拔出沉管的条件连续实施作业，导致在拔出沉管之后在实施下一道网筒安放及成桩工艺之前，很容易引起缩孔和坍孔，难以确保下一道工序的顺利实施及施工质量。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种成孔成桩设备及施工方法，能够很好地实现振动沉管成孔和旋转成网筒的连续施工，以提高施工效率及施工质量。

本发明的技术方案为：一种成孔成桩设备，包括可移动的桩机底盘，所述桩机底盘上设置有操作台，其特征在于：所述桩机底盘上设置有牵引装置，所述桩机底盘上沿竖向设置有导轨，所述导轨外侧部设置有均与所述牵引装置连接并从上之下依次设置的网片成筒装置及振动成孔装置，所述网片成筒装置包括与所述牵引装置连接的旋转电机及与所述旋转电机输出端连接的套管；所述振动成孔装置包括与所述牵引装置连接的振动锤、与所述振动锤输出端连接的沉管、连接在所述沉管作用端的钻头，所述套管与所述沉管同轴设置，所述套管可在所述沉管内进行轴向移动。

进一步地，所述牵引装置包括牵引线、设置在所述导轨顶端并向所述桩机底盘内部延伸的顶架、设置在顶架两侧的天轮及设置在所述桩机底盘上的底轮，所述牵引线设有两根，所述牵引线一端缠绕在所述底轮上，所述牵引线另一端依次绕过内侧天轮、顶架及外侧天轮，所述牵引线另一端分别与所述网片成筒装置及振动成孔装置连接。

进一步地，所述钻头包括沿轴向贯通的固定座，所述固定座顶端连接有轴向贯通的接头，所述接头套装在沉管底端上，所述固定座外壁与多个均匀布置的活瓣头上部铰接，所述活瓣头下端沿轴向向下延伸并伸出所述固定座。

进一步地，所述固定座内径大于所述接头内径，所述固定座内壁上部设有一圈沿径向向内延伸的挡圈，所述接头固定设置在所述挡圈上部。

进一步地，所述固定座外壁固定设置有多组与所述活瓣头对应的活瓣耳座，每组所述活瓣耳座包括两个并列设置的耳板，所述耳板沿水平向设置有耳孔；所述活瓣头上部设置有耳瓣，所述耳瓣位于每组活瓣耳座的两个耳板之间，所述耳瓣设置有耳孔，锚栓穿过每组耳板的耳孔及耳瓣的耳孔，以实现活瓣头与对应的活瓣耳座铰接。

优选地，所述导轨顶端和桩机底盘之间还设置有斜撑。

一种成孔成桩设备的施工方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)设备安装并就位到待施工地点，启动振动成孔装置，振动沉管挤土，并使沉管贯入地基土层中以形成桩孔，此时套管下端伸出沉管；

2)将网片上部挂设在钻杆下端，并调整网片的倾斜度，随后启动网片成筒装置，边旋转边使卷制好的网筒部分下放到沉管底部，再反转钻杆，网筒与套管脱离，逐渐边倒转边上提套管直至套管拔出沉管，沉管内的网筒即可形成；

3)、向沉管内的网筒填注桩体材料；

4)填筑满网筒后，震动沉管向上提拔出沉管，桩体材料留置在网筒内并被振动密实，即形成加固桩体。

本发明能够使振动沉管成孔、旋转网片成网筒两种施工工艺很好融合在一起，且能连续进行作业，该套设备的最大优势在于：能够实现不取土成孔，能够效地避免成桩前的坍孔、缩孔现象，能够实现成孔成桩的连续作业，使成桩质量和施工效率显著提高，且有效减少了弃土、外运、占地等环节和费用，经济和社会综合效益显著提高。

附图说明

图1为本发明的成孔成桩设备结构示意图；

图2为成孔成桩设备中的钻头结构示意图；

图3为施工后形成的桩体结构示意图；

图4为设备就位示意图；

图5为振动成孔装置施工桩孔示意图；

图6为网筒下放示意图；

图7为网筒形成示意图；

图8为网筒填注桩体材料示意图；

图9为沉管拔出示意图；

图10为桩体形成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本实施例主要是针对一种复合网筒粒料桩的施工进行设计的，该网筒粒料的结构如图3所示，它由外层网筒24及由粒料密实充填而成的内部桩体25构成，不仅可以给传统粒料桩体增加周边围护措施，以减弱或消除了传统桩体的应力消散效应，显著提升了桩体受力状态和受力能力，同时由于外层网筒24具有顺畅的排水通道，可使桩体同时兼具强大持久排水能力，显著提高软土体的固结速度、固结程度和继续维持并强化后期软土固结效果的能力。

参考图1，本实施例的一种成孔成桩设备，包括桩机底盘2，桩机底盘2底部设置有四个移动底轮3，以实现桩机底盘2的移动，桩机底盘2上设置有操作台4，以对成桩设备上的各种装置进行操作。本实施例在桩机底盘2上设置有牵引装置和沿竖向设置的导轨8，导轨8顶端和桩机底盘2之间还设置有用以保证结构稳定性的斜撑5，导轨8外侧部设置有均与牵引装置连接并从上之下依次设置的网片成筒装置及振动成孔装置。

本实施例的牵引装置包括牵引线6、设置在导轨8顶端并向桩机底盘2内部延伸的顶架23、设置在顶架23两侧的天轮7及设置在桩机底盘2上的底轮9，牵引线6设有两根，牵引线6一端缠绕在底轮9上，牵引线6另一端依次绕过内侧天轮7、顶架23及外侧天轮7，牵引线6另一端分别与所述网片成筒装置及振动成孔装置连接；牵引装置的作用在于：为网片成筒装置及振动成孔装置提供竖向一维的灵活运动，且这种运动是沿着固定的竖向导轨8顺畅的上下滑动的。

本实施例的网片成筒装置包括与牵引装置连接的旋转电机21及与旋转电机21输出端连接的套管22，旋转电机21驱动套管22旋转下放或提升，进行桩体网筒的卷制；而振动成孔装置包括与牵引装置连接的振动锤11、与振动锤11输出端连接的沉管12、连接在沉管12作用端的钻头13，在振动锤的作用下，沉管12与钻头13相互配合，只能沿导轨8进行竖向移动，进行施工用孔的成孔。本实施例的套管22与沉管12同轴设置，套管22可在沉管12内进行轴向转动和上下移动。

参考图2，本实施例的钻头13包括沿轴向贯通的固定座13.2，固定座13.2内壁上部设有一圈沿径向向内延伸的挡圈，在挡圈上部焊接固定设置有内径小于固定座13.2内径的接头13.1，接头13.1轴向贯通，用以套装在沉管12底端，固定座13.2外壁与多个均匀布置活瓣头13.4上部铰接，活瓣头13.4下端沿轴向向下延伸并伸出固定座13.2，活瓣头13.4在外力的作用下可以闭合形成锥形钻头，在外力的作用下也可以打开，以供桩体材料通过。

本实施例的固定座13.2外壁固定设置有多组与所述活瓣头13.4对应的活瓣耳座13.3，每组活瓣耳座13.3包括两个并列设置的耳板，耳板沿水平向设置有耳孔；活瓣头13.4上部设置有耳瓣，耳瓣位于每组活瓣耳座13.3的两个耳板之间，耳瓣也设置有一个耳孔，装配时，将耳瓣置入每一组耳板之间，并使3个耳孔对齐，之后用锚栓穿过耳孔，以实现活瓣头13.4与对应的活瓣耳座13.3铰接，最后再用插销锁定即可。

一种上述成孔成桩设备的施工方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)如图4、图5所示，设备安装并就位到待施工地点，启动振动成孔装置，振动挤土沉管12依次穿过硬壳层、深厚软土层，并贯入至可塑～硬塑土层，以形成桩孔，在此过程中，活瓣头13.4遇土受阻闭合成椎体，在振动压力下实现挤土贯入成孔；

2)如图6及图7所示，将网片头挂设在套管22下端，并将网片设置有一定的倾斜角度，该角度最好为45°，随后启动网片成筒装置，边旋转边将卷成轴向贯通的柱状网筒24(旋转成网筒的过程中始终使网片重叠搭接，上下边缘累计搭接10cm)下放到沉管12底部，再反转套管22，网筒与套管脱离，逐渐上提套管22直至套管22脱离沉管23，沉管12内的网筒24即可形成；

3)、如图8所示，向沉管内的网筒填注碎石粒料等桩体材料，在填料过程中，沉管12由于还在桩孔中，可以起到很好保护孔壁的作用，有效避免了缩孔坍孔现象；

4)如图9所示，填筑满网筒后，震动沉管向上提拔出沉管12，活瓣头13.4在桩体填料自重力作用下灵活打开，以使沉管12顺利拔出，在拔出沉管12过程中，始终边拔边振动，使桩体填料更加密实，桩体材料留置在网筒内最终形成如图10所示的桩体。

本实施例所描述施工方法的优点在于：能够使两种截然不同的设备及其工艺整合成一套新的机械设备及施工工艺，能够实现不取土成孔，能够效地避免成桩前的坍孔、缩孔，并且能够很好地实现振动沉管成孔和旋转成网筒的连续施工作业，使成桩质量和施工效率显著提高，且有效减少了弃土、外运、占地等环节和费用，经济和社会综合效益显著提高，是一种与现有设备和施工工艺截然不同的新思路。

另外，本实施例利用了施工环节中所产生的挤土应力和填料自重应力，实现了贯入成孔时钻头自动闭合和提钻成桩时钻头自动张开，以提高成桩质量，并避免了分开施工时引起的质量病害。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种成孔成桩设备，包括可移动的桩机底盘(2)，所述桩机底盘(2)上设置有操作台(4)，其特征在于：所述桩机底盘(2)上设置有牵引装置，所述桩机底盘(2)上沿竖向设置有导轨(8)，所述导轨(8)外侧部设置有均与所述牵引装置连接并从上之下依次设置的网片成筒装置及振动成孔装置，所述网片成筒装置包括与所述牵引装置连接的旋转电机(21)及与所述旋转电机(21)输出端连接的套管(22)；所述振动成孔装置包括与所述牵引装置连接的振动锤、与所述振动锤输出端连接的沉管(12)、连接在所述沉管(12)作用端的钻头(13)，所述套管(22)与所述沉管(12)同轴设置，所述套管(22)可在所述沉管(12)内进行轴向移动；所述牵引装置包括牵引线(6)、设置在所述导轨(8)顶端并向所述桩机底盘(2)内部延伸的顶架(23)、设置在顶架(23)两侧的天轮(7)及设置在所述桩机底盘(2)上的底轮(9)，所述牵引线(6)设有两根，所述牵引线(6)一端缠绕在所述底轮(9)上，所述牵引线(6)另一端依次绕过内侧天轮(7)、顶架(23)及外侧天轮(7)，所述牵引线(6)另一端分别与所述网片成筒装置及振动成孔装置连接；所述钻头(13)包括沿轴向贯通的固定座(13.2)，所述固定座(13.2)顶端连接有轴向贯通的接头(13.1)，所述接头(13.1)套装在沉管(12)底端上，所述固定座(13.2)外壁与多个均匀布置的活瓣头(13.4)上部铰接，所述活瓣头(13.4)下端沿轴向向下延伸并伸出所述固定座(13.2)。

2.根据权利要求1所述的一种成孔成桩设备，其特征在于：所述固定座(13.2)内径大于所述接头(13.1)内径，所述固定座(13.2)内壁上部设有一圈沿径向向内延伸的挡圈，所述接头(13.1)固定设置在所述挡圈上部。

3.根据权利要求1所述的一种成孔成桩设备，其特征在于：所述固定座(13.2)外壁固定设置有多组与所述活瓣头(13.4)对应的活瓣耳座(13.3)，每组所述活瓣耳座(13.3)包括两个并列设置的耳板，所述耳板沿水平向设置有耳孔；所述活瓣头(13.4)上部设置有耳瓣，所述耳瓣位于每组活瓣耳座(13.3)的两个耳板之间，所述耳瓣设置有耳孔，锚栓穿过每组耳板的耳孔及耳瓣的耳孔，以实现活瓣头(13.4)与对应的活瓣耳座(13.3)铰接。

4.根据权利要求1所述的一种成孔成桩设备，其特征在于：所述导轨(8)顶端和桩机底盘(2)之间还设置有斜撑(5)。

5.一种采用权利要求1所述的成孔成桩设备的施工方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)设备安装并就位到待施工地点，启动振动成孔装置，振动沉管挤土，并使沉管贯入地基土层中以形成桩孔，此时套管下端伸出沉管；

2)将网片上部挂设在钻杆下端，并调整网片的倾斜度，随后启动网片成筒装置，边旋转边使卷制好的网筒部分下放到沉管底部，再反转钻杆，网筒与套管脱离，逐渐边倒转边上提套管直至套管拔出沉管，沉管内的网筒即可形成；

3)向沉管内的网筒填注桩体材料；

4)填筑满网筒后，震动沉管向上提拔出沉管，桩体材料留置在网筒内并被振动密实，即形成加固桩体。