CN109137897A - 控制模量素混凝土桩成桩设备与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种控制模量桩素混凝土桩成桩设备与方法，该设备的钻头的端部采用内置对开半圆活瓣，当给混凝土浆体施加触发力时即自动打开。在钻头的侧面安设一个压力传感器，压力传感器与数码转换器连接，再与钻机控制面板相连，实时控制钻杆内部混凝土的压力逐步提升或逐步减小到与传感器的压力相等。当钻进到设计深度后，停止钻进，上提钻头，给传输管内的混凝土浆液施加触发力自动打开钻头底端部的阀门，一边均匀提升钻杆一边压混凝土到钻孔中，直至地面标高，完成成桩。本发明所述方法确保控制模量素混凝土桩长桩成桩的均匀性与成桩质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制模量素混凝土桩成桩设备与方法，属于地基基础工程复合地基领域。
背景技术
岩土工程领域中复合地基是目前使用最广泛的一种软土地基，由于地基土层条件的复杂性，目前对复合地基的承载特性机理研究难以满足实际工程的要求，只能是半经验半简化的定量化，由于成桩设备不能满足实际的需求，导致长桩成桩不均或断桩的问题，严重制约了复合地基理论与实践深入发展。另外，发明人所在课题组早期的专利申请文件《控制模量桩成桩设备与成桩方法》（CN101435209A），是针对室内试验设计的一种试验装置，在此基础上发明人又申请了公开号为CN106120717A的专利申请文件《控制模量桩带压平衡成桩方法》，用于工程实践，但在实际使用过程中发现，控制模量桩带压平衡成桩方法所涉及的装置通过钻头侧面的喷孔把混凝土喷出到预成孔中，由于受侧面的限制，开孔直径较小，通常只有2cm。这样带来的问题：一是成孔后周边土层与钻头间基本上没有空隙，经常发生堵塞，混凝土喷浆不畅，影响成桩质量；二由于侧面开孔孔径较小，喷浆的速度较慢，工作效率较低；三受制于侧面开孔的孔径较小，混凝土浆液对石子粒径要求比较苛刻，对厂拌混凝土选料带来不便，并影响混凝土的强度。
发明内容
发明目的： 针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种控制模量素混凝土桩成桩设备与方法，通过调整桩土的应力比充分调动桩间土的作用，实现复合地基的变形控制和承载力控制的定量设计，确保控制模量素混凝土桩长桩成桩的均匀性与成桩质量，提高了成桩的功效。
技术方案：为了实现上述发明目的，本申请采用了以下技术方案：
控制模量素混凝土桩成桩设备，包括：钻头、马达、钻机控制平台、钻架、钻杆、传力链、混凝土输送管、混凝土泵、混凝土池、钻机控制面板、压力传感器、活瓣式混凝土浆体喷射阀、履带。
其中钻头和钻杆都设置有纵向通孔，混凝土泵的输出口通过输浆管与钻杆的上端通孔连通，钻杆的下部与控制平台相连接，控制平台固定在钻机底座，传力链有左右两根，其上部分别与钻架上部的横杆相连接，传动链的下部分别与控制平台的左右两侧相连接，马达固定在钻机的底座上，马达的传动轴与传力链和钻机控制平台相连接，钻头与钻机控制平台相连接，并通过钻机控制平台与钻杆相连接，控制平台控制钻杆行进的速度。
所述的钻头采用自转式螺旋钻头；
所述的钻头的端部采用内置对开半圆活瓣，当给混凝土浆体施加触发力时即自动打开。
在钻头的侧面安设一个压力传感器，是为了防止压入混凝土时的压力过大出现桩端底部沉底漏浆，该压力传感器与数码转换器连接，再与钻机控制面板相连，实时控制钻杆内部混凝土的压力逐步提升或逐步减小到与传感器的压力相等，误差控制在2kPa以内。
控制模量素混凝土桩成桩方法，包括如下步骤：
1）依据上部结构变形控制和承载能力的要求，以及场地地质条件设计桩体的强度、桩长、桩径和桩间距，按桩体的强度配制素混凝土；
2）为防止钻头侧向喷孔易导致混凝土浆体被堵，钻头的端部采用内置对开半圆活瓣，当给混凝土浆体施加触发力时即自动打开；
3）当钻进到设计深度后，停止钻进，上提钻头15-20cm，给传输管内的混凝土浆液施加触发力，即自动打开钻头底端部的阀门，一边均匀提升钻杆一边压混凝土到钻孔中，提升速度1.0m/min左右，直至地面标高，完成成桩。
该触发力是在原来混凝土浆压力平衡的基础上施加的触发力，大小控制在5-10kPa，触发力的作用：（1）打开钻头底端的阀门，但触发力不能大，以避免混凝土浆冲击孔底，造成沉底漏浆；（2）触发力持续施加使得钻杆内的混凝土浆持续喷出并充满到钻孔中，持续施加的触发力有利于把混凝土浆从钻杆内均匀压出，否则混凝土压出的速度不均匀，这样有利于成桩的质量控制。
有益效果：本发明关键在于将原来钻头侧面喷浆改为钻头底部端头喷浆，通过一个较小的触发力打开阀门，使控制模量桩的成桩工效提高了2倍，并且在实践过程中再也没有出现堵浆、堵孔、断桩、成桩不匀和沉底漏浆等质量问题。
附图说明
图1是本发明控制模量素混凝土桩成桩设备的结构示意图；其中，插图为钻头1的结构示意图。
附图中主要标记说明：钻头-1、马达-2、钻机控制平台-3、钻架-4、钻杆-5、传力链-6、混凝土输送管-7、混凝土泵-8、混凝土池-9、钻机控制面板-10、压力传感器-11、活瓣式混凝土浆体喷射阀-12、履带-13。
具体实施方式
以下将结合实施例具体说明本发明的技术方案：
实施例1
如图1所示：一种控制模量桩成桩设备，包括：钻头1、马达2、钻机控制平台3、钻架4、钻杆5、传力链6、混凝土输送管7、混凝土泵8、混凝土池9、钻机控制面板10、压力传感器11、活瓣式混凝土浆体喷射阀12、履带13。其中钻头1和钻杆5都设置有纵向通孔，混凝土泵8的输出口通过输浆管7与钻杆5的上端通孔连通，钻杆5的下部与控制平台3相连接，控制平台3固定在钻机底座，传力链6有左右两根，其上部分别与钻架4上部的横杆相连接，传动链6的下部分别与控制平台3的左右两侧相连接，马达2固定在钻机的底座上，马达2的传动轴与传力链6和钻机控制平台3相连接，钻头1与钻机控制平台3相连接，并通过钻机控制平台与钻杆相连接，控制平台控制钻杆行进的速度。
如图1中插图所示，钻头的端部采用内置对开半圆活瓣，当给混凝土浆体施加触发力时即自动打开。为防止压入混凝土时的压力过大出现桩端底部沉底漏浆，在钻头的侧面安设一个压力传感器11，该压力传感器与数码转换器连接，再与钻机控制面板相连，实时控制钻杆内部混凝土的压力逐步提升或逐步减小到与传感器的压力相等，误差控制在2kPa以内。
实施例2
控制模量桩带压平衡成桩方法，包括如下步骤：
1）依据上部结构变形控制和承载能力的要求，以及场地地质条件设计桩体的混凝土强度为C25、桩长27m、桩径40cm和桩间距2.8m，素混凝土由混凝土拌和站提供；
2）成桩采用自转式螺旋钻头1由地表向下钻进,同时根据钻头出的压力传感器监测到的压力，以便给钻杆内泵送混凝土浆；
3）当钻进到27m深度后，停止钻进，反旋转上提钻头15cm，给传输管内的混凝土浆液施加一个10kPa的触发力，即自动打开钻头底端部的阀门（阀门打开时间18秒），该触发力持续施加实现一边均匀提升钻杆一边压混凝土到钻孔中，提升速度基本上在1.0-1.1m/min之间，喷浆顺利，一直到地面标高，并完成成桩，使用的混凝土浆方量与理论计算值误差小于1.5%。
实施例3
1）依据上部结构变形控制和承载能力的要求，以及场地地质条件设计桩体的混凝土强度为C25、桩长16m、桩径40cm和桩间距2.5m，素混凝土由混凝土拌和站提供；
2）成桩采用自转式螺旋钻头1由地表向下钻进,同时根据钻头出的压力传感器监测到的压力，以便给钻杆内泵送混凝土浆；
3）当钻进到16m深度后，停止钻进，反旋转上提钻头20cm，给传输管内的混凝土浆液施加一个6kPa的触发力，即自动打开钻头底端部的阀门（阀门打开时间25秒），该触发力持续施加实现一边均匀提升钻杆一边压混凝土到钻孔中，提升速度基本上在0.8-1.0m/min之间，喷浆顺利，一直到地面标高，并完成成桩，使用的混凝土浆方量与理论计算值误差小于1.3%。
对比例1
按照实施例2操作至第（2）步，然后当钻进到16m深度后，停止钻进，反旋转上提钻头20cm，没有施加触发力，钻头底端部的阀门打开的速度比较慢（阀门打开时间1分30秒），虽均速提升钻杆，但仅靠平衡力由混凝土自重压到钻孔中，喷浆的速度时快时慢。后来检测发现成桩不均，存在质量问题。
对比例2
按照对比例操作至上提阶段，施加的触发力为20kPa，即自动打开钻头底端部的阀门（阀门瞬间打开），该触发力持续施加实现一边均匀提升钻杆一边压混凝土到钻孔中，提升速度基本上在1.0-1.2m/min之间，喷浆顺利，一直到地面标高，并完成成桩，使用的混凝土浆用量明显增加，与理论计算值相比超了10%，已发生沉底漏浆问题。
Claims (5)
1.控制模量素混凝土桩成桩设备，包括：钻头、马达、钻机控制平台、钻架、钻杆、传力链、混凝土输送管、混凝土泵、混凝土池、钻机控制面板、压力传感器、活瓣式混凝土浆体喷射阀、履带；
其中钻头和钻杆都设置有纵向通孔，混凝土泵的输出口通过输浆管与钻杆的上端通孔连通，钻杆的下部与控制平台相连接，控制平台固定在钻机底座，传力链有左右两根，其上部分别与钻架上部的横杆相连接，传动链的下部分别与控制平台的左右两侧相连接，马达固定在钻机的底座上，马达的传动轴与传力链和钻机控制平台相连接，钻头与钻机控制平台相连接，并通过钻机控制平台与钻杆相连接，控制平台控制钻杆行进的速度；
其特征在于，所述的钻头的底端部采用内置对开半圆活瓣，当给混凝土浆体施加触发力时自动打开；在钻头的侧面安设一个压力传感器，该压力传感器与数码转换器连接，再与钻机控制面板相连。
2.根据权利要求1所述的控制模量素混凝土桩成桩设备，其特征在于：钻头采用自转式螺旋钻头。
3.基于权利要求1所述的控制模量素混凝土桩成桩设备的控制模量素混凝土桩成桩方法，包括如下步骤：
1）依据上部结构变形控制和承载能力的要求，以及场地地质条件设计桩体的强度、桩长、桩径和桩间距，按桩体的强度配制素混凝土；
2）为防止钻头侧向喷孔易导致混凝土浆体被堵，钻头的底端部采用内置对开半圆活瓣，当给混凝土浆体施加触发力时即自动打开；
3）当钻进到设计深度后，停止钻进，上提钻头15-20cm，给传输管内的混凝土浆液施加触发力，打开钻头底端部的阀门，一边均匀提升钻杆一边压混凝土到钻孔中，提升速度1.0m/min左右，直至地面标高，完成成桩。
4.权利要求3所述的控制模量素混凝土桩成桩方法，其特征在于所述的触发力的不大于20kPa。
5.权利要求4所述的控制模量素混凝土桩成桩方法，其特征在于所述的触发力的大小控制在5-10kPa。
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| CN112987599A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-06-18 | 湖南颢山智能科技有限公司 | Cfg桩机智能打桩控制系统、控制方法及cfg桩机 |
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