CN106368213B - 节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，包括底座、动力箱、动力头和钻头，所述底座上设有塔架和卷扬机，所述塔架的顶部设有滑轮组，所述卷扬机通过绕过所述滑轮组的钢丝绳与所述动力箱连接，所述动力头安装在所述动力箱内。本设备用一个动力头，利用机械自身构造实现多向、多次搅拌，一次下钻即可高效高质量搅拌成桩，节省能耗，降低施工成本；能有效穿透硬地层，适用地层范围广。

Description

节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备

技术领域

本发明涉及岩土工程施工机械设备，更具体地说，涉及一种节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备。

背景技术

由于水泥土搅拌桩经济、布置灵活、施工噪音低、污染小等优点，已经被广泛应用于软土地基加固以增强竖向承载力、软土地区基坑围护重力式挡墙以及软土地区基坑防渗止水帷幕施工中，以其经济简便的方式满足建设项目对竖向承载力提高、地基沉降控制、侧壁稳定增强及截水等不同类型的施工技术要求。传统的搅拌桩施工工艺和施工装备，在解决部分工程问题的同时，也存在搅拌不充分不均匀、搅拌体成为千层饼状、施工质量难以保证、需要多次复搅施工效率较低等等难以克服的问题，随着应用于工程建设的量越来越大，暴露出来的搅拌桩工艺缺陷导致的质量问题也越来越多。近年来因搅拌桩成桩质量问题导致的工程事故时有发生，不断受到设计、业主单位和建设主管部门的质疑，较大影响了搅拌桩的使用范围和其发展空间。

传统搅拌桩施工工艺存在的主要质量问题一是水泥和土搅拌不均匀，简单十字形钢片钻头在旋转提升工程中容易形成千层饼现象，水泥浆沿桩身纵向和横向都存在分布不均的问题，很容易出现夹泥层断桩现象；二是简单十字形钢片钻头遇到较硬地层时难以穿透，难以保证设计桩长。究其原因，除了搅拌桩施工队伍操作水平参差不齐、部分工程存在偷工减料等因素外，传统常用的单向搅拌桩机成桩方法及工艺设备是限制成桩质量的主要因素。

专利申请号为200810019933.X中所公布的一种双向搅拌桩机，设置有同轴套装在一起的内外钻杆、钻头，上部传动装置与内钻杆通过一根动力传动轴连接，底盘上的下部传动装置通过转盘与外钻杆之间法兰连接；上部传动装置带动内钻杆及钻头正向旋转、下部传动装置带动外钻杆及钻头反向旋转。从而可通过钻头一次钻进及提升实现双向搅拌成桩，节省了一定的成桩时间，并提升了搅拌质量。但该桩机实现双向搅拌需采用两套动力系统，能耗约为普通单向搅拌桩的两倍，使用成本较大；仅两组纯水平向的双向旋转叶片，对水泥土搅拌程度作用有限，且对水泥浆沿桩身方向的均匀分布无作用；该桩机一次施工仅能实现单根桩成桩，效率较低，也无法实现多根桩咬合成桩；另外该工艺及设备保持传统搅拌桩工艺的钻头设计，仍然无法穿透较硬地层，土层适用性受到一定的限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其能实现多向、多次充分搅拌，一次下钻提升即可高质量成桩，并可根据需求实现单根或同时多根搅拌桩成桩。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，包括底座、动力箱、动力头和钻头，所述底座上设有塔架和卷扬机，所述塔架的顶部设有滑轮组，所述卷扬机通过绕过所述滑轮组的钢丝绳与所述动力箱连接，所述动力头安装在所述动力箱内；

所述钻头包括钻杆、齿轮轴、行星齿轮、齿圈套筒、行星齿轮底座和限位板，所述动力头与钻杆连接，所述钻杆与齿轮轴固定连接，所述齿轮轴和行星齿轮位于所述齿圈套筒内，所述齿轮轴上的主齿轮与所述行星齿轮啮合，所述行星齿轮还与所述齿圈套筒的内齿啮合，所述行星齿轮通过转轴安装在所述行星齿轮底座上，所述齿轮轴的底部设有锥尖，所述钻杆外侧设有正切叶片，所述齿圈套筒的外侧设有反转叶片，所述限位板固定在所述行星齿轮底座上，所述限位板与所述齿圈套筒之间有间隙。

上述方案中，所述塔架上设有竖直轨道，所述动力箱沿所述竖直轨道移动。

上述方案中，所述动力箱内设有水平轨道，所述动力头沿所述水平轨道移动。

上述方案中，所述塔架底部与所述底座铰接，所述塔架顶部与斜支撑架连接，所述斜支撑架的两端分别铰接在底座和塔架上。

上述方案中，所述钻杆上还固定有搅拌叶片，所述搅拌叶片位于所述正切叶片上方。

上述方案中，所述钻头还包括第一双螺旋叶片和第二双螺旋叶片，所述第一双螺旋叶片、第二双螺旋叶片呈双螺旋形布设于锥尖上。

上述方案中，所述第一双螺旋叶片和第二双螺旋叶片为半圆型板叶片。

上述方案中，所述锥尖上设有喷射口，所述钻杆为空心钢管，所述齿轮轴内设喷射通道。

上述方案中，所述喷射通道与输送管连接，所述输送管连接水泥浆泵送箱。

上述方案中，所述底座下方设有行走系统，所述行走系统与液压站连接，所述液压站固定在底座上。

实施本发明的节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，具有以下有益效果：

1、仅用一个动力头，利用机械自身构造实现多向搅拌，相比采用双动力头实现双向搅拌桩机，大幅节省功耗，并节省多动力头改造成本。

2、通过设置多组正反向旋转叶片，形成多层、多次、多向搅拌工艺，大幅提升搅拌质量；

3、锥尖螺旋叶片能有效钻进硬夹层，保证成桩长度；同时锥形大角度倾斜叶片可对水泥土沿桩身横向从内至外逐渐扩散进行搅拌，促进水泥浆沿桩身横向均匀分布，并与纵向布设的多层次正、反向搅拌叶片组成多向搅拌，大幅提升搅拌质量。

4、进行一次下钻提升，即可高效、高质量完成单根水泥土搅拌桩成桩，效率高、能耗低。

5、可实现多根单桩桩不同间距同时成桩，成倍提升施工速度；也可通过动力头间距调整完成咬合桩施工，桩机适用范围更广。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备侧视图；

图2是节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备单钻杆正视图；

图3是节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备大间距双钻杆正视图；

图4是节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备咬合双钻杆正视图；

图5是节能强力自反力多向水泥土搅拌桩钻头的结构示意图；

图6是齿轮轴、齿圈套筒和行星齿轮底座的安装示意图；

图7是图6去掉齿圈套筒后的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-图4所示，本发明节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备包括底座2、动力箱9、动力头10、钻杆11和钻头12，底座上设有塔架7和卷扬机4，塔架7的顶部设有滑轮组6，卷扬机4通过绕过滑轮组6的钢丝绳8与动力箱9连接，动力头10安装在动力箱9内，动力头10可以是电机等驱动装置。

塔架7上设有竖直轨道，通过卷扬机4拉动动力箱9沿竖直轨道移动。动力箱9内设有水平轨道，动力头10可以沿水平轨道移动。塔架7底部与底座铰接，塔架7顶部与斜支撑架5连接，斜支撑架5的两端分别铰接在底座2和塔架7上。底座2下方设有行走系统1，行走系统1与液压站3连接，液压站3固定在底座2上。

如图5-图7所示钻头12包括齿轮轴1204、行星齿轮1207、齿圈套筒1206、行星齿轮底座1208和限位板1209。

钻杆11与齿轮轴1204固定连接，齿轮轴1204和行星齿轮1207位于齿圈套筒1206内，齿轮轴1204上的主齿轮与行星齿轮1207啮合，行星齿轮1207还与齿圈套筒1206的内齿啮合，行星齿轮1207通过转轴安装在行星齿轮底座1208上，本发明并没有对行星齿轮1207的数量做限制。齿轮轴1204的底部设有锥尖1212，钻杆11外侧设有正切叶片1203，齿圈套筒1206的外侧设有反转叶片1205，限位板1209固定在行星齿轮底座1208上，限位板1209与齿圈套筒1206之间有间隙。

钻杆11为固接于上部旋转电机上的水泥土搅拌桩钻杆11，钻杆11外侧固定有搅拌叶片1202。正切叶片1203设置于搅拌叶片1202下方，并与钻杆11、齿轮轴1204可拆卸连接。搅拌叶片1202和正切叶片1203切削齿数和切削角度按最优切削、搅拌效果设计。齿轮轴1204上端与正切叶片1203和钻杆11可拆卸固定连接。

进一步的，钻头12还包括第一双螺旋叶片1210和第二双螺旋叶片1211，第一双螺旋叶片1210、第二双螺旋叶片1211呈双螺旋形布设于锥尖1212上。第一双螺旋叶片1210、第二双螺旋叶片1211与钻杆11的垂直平面成一定的角度，并设置为螺旋向下布置。第一双螺旋叶片1210和第二双螺旋叶片1211为半圆型板叶片。锥尖1212上设有一个或多个喷射口1213，钻杆11为空心钢管，齿轮轴1204内设喷射通道，喷射口1213喷射水泥浆或水泥粉。喷射通道与输送管13连接，输送管13连接水泥浆泵送箱14。锥尖1212上的双螺旋设计，能使钻头12强力有效穿透较硬土层，且双螺旋叶片的对称设计，使钻进方向能得到稳定控制，实现钻头12快速切削、不排土、稳定钻进土层；第一双螺旋叶片1210、第二双螺旋叶片1211为特制含半圆型板叶片，在向下旋转钻进过程中能有效防止下方喷浆喷粉口所喷出水泥浆向上冒浆或水泥粉向上飘移。

节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备的工作原理及过程为：由液压站驱动行走系统1移动，将钻头12对准拟施工桩位；开启动力头10，带动钻杆11及钻头12向下正向旋转钻进。当钻头12向下正向旋转钻进土层时，齿轮轴1204正向旋转，带动行星齿轮底座1208上的行星齿轮1207和齿圈套筒1206有绕齿轮轴1204轴心整体正向旋转趋势，当限位板1209随着钻头12持续钻进沉入土层中时，由于行星齿轮底座1208受刚接的限位板1209前侧土反力作用而无法转动，进而限制行星齿轮1207空间位置的移动，此时齿轮轴1204的持续正向旋转，带动行星齿轮1207绕自身轴心反向旋转，行星齿轮1207反向旋转的作用力促使齿圈套筒1206反向旋转，固定于齿圈套筒1206上的反转叶片1205实现反向搅拌；与钻杆11刚接的搅拌叶片1202和正切叶片1203正向搅拌；固定于锥尖1212外侧的第一双螺旋叶片1210、第二双螺旋叶片1211正向钻进搅拌。

实施正向搅拌的搅拌叶片1202、正切叶片1203、第一双螺旋叶片1210、第二双螺旋叶片1211和实施反向搅拌的反转叶片1205只通过一台电动机提供动力，体现节能特性。正向、反向搅拌完全通过单一电机提供动力后靠机械传动设计实现，显示自反力特性，无需设置其它的换向装置。搅拌、正切叶片1203和反转叶片1205的数量可根据电机功率和工程实际需要设置，可实现双向或多向搅拌。

当加设多套动力头及配套钻杆、钻头，如图3所示，采用电动液压装置调整多个动力头间距至设计要求桩间距的整数倍，将两个钻头同时对准拟施工桩位，同时各自重复上述钻进提钻步骤，即可一次完成多根多向搅拌水泥土桩施工。如图4所示，调整动力头间距至设计要求咬合桩间距，将两个钻头对准拟施工桩位，同时各自重复上述钻进提钻步骤，即可一次完成多根多向搅拌咬合水泥土桩施工。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其特征在于，包括底座、动力箱、动力头和钻头，所述底座上设有塔架和卷扬机，所述塔架的顶部设有滑轮组，所述卷扬机通过绕过所述滑轮组的钢丝绳与所述动力箱连接，所述动力头安装在所述动力箱内；

所述钻头包括钻杆、齿轮轴、行星齿轮、齿圈套筒、行星齿轮底座和限位板，所述动力头与钻杆连接，所述钻杆与齿轮轴固定连接，所述齿轮轴和行星齿轮位于所述齿圈套筒内，所述齿轮轴上的主齿轮与所述行星齿轮啮合，所述行星齿轮还与所述齿圈套筒的内齿啮合，所述行星齿轮通过转轴安装在所述行星齿轮底座上，所述齿轮轴的底部设有锥尖，所述钻杆外侧设有正切叶片，所述齿圈套筒的外侧设有反转叶片，所述限位板固定在所述行星齿轮底座上，所述限位板与所述齿圈套筒之间有间隙；当限位板（9）随着钻具持续钻进沉入土层中时，由于行星齿轮底座（8）受刚接的限位板（9）前侧土反力作用而无法转动，进而限制行星齿轮（7）空间位置的移动。

2.根据权利要求1所述的节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其特征在于，所述塔架上设有竖直轨道，所述动力箱沿所述竖直轨道移动。

3.根据权利要求1所述的节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其特征在于，所述动力箱内设有水平轨道，所述动力头沿所述水平轨道移动。

4.根据权利要求1所述的节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其特征在于，所述塔架底部与所述底座铰接，所述塔架顶部与斜支撑架连接，所述斜支撑架的两端分别铰接在底座和塔架上。

5.根据权利要求1所述的节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其特征在于，所述钻杆上还固定有搅拌叶片，所述搅拌叶片位于所述正切叶片上方。

6.根据权利要求1所述的节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其特征在于，所述钻头还包括第一双螺旋叶片和第二双螺旋叶片，所述第一双螺旋叶片、第二双螺旋叶片呈双螺旋形布设于锥尖上。

7.根据权利要求6所述的节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其特征在于，所述第一双螺旋叶片和第二双螺旋叶片为半圆型板叶片。

8.根据权利要求6所述的节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其特征在于，所述锥尖上设有喷射口，所述钻杆为空心钢管，所述齿轮轴内设喷射通道。

9.根据权利要求8所述的节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其特征在于，所述喷射通道与输送管连接，所述输送管连接水泥浆泵送箱。

10.根据权利要求8所述的节能高效自反力多向搅拌桩成桩设备，其特征在于，所述底座下方设有行走系统，所述行走系统与液压站连接，所述液压站固定在底座上。