CN109881675A - 一种沉桩装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基础工程施工领域，尤其是一种沉桩装置，包括：连接有行走机构的施工平台，在施工平台上设有钻孔装置；连接在施工平台上的沉桩装置，在沉桩装置一侧设有适于将桩体移动至沉桩装置的吊桩单元；以及与外部电源相连、且为施工平台上的行走机构、钻孔装置、沉桩装置、吊桩单元提供电力的电箱。本发明结构设计合理，将钻孔设备与沉桩设备有机结合后改进设计到同一施工平台上，避免了传统两套设备相互配合效率低的问题，使用简单方便，故障率低，有效提高了钻孔‑压桩效率，同时配合改进后的施工方法，避免出现钻杆移除后塌孔的情况，极大地提高了沉桩成功率，保证压桩施工高效有序进行，避免设备故障后延缓工期。

Description

一种沉桩装置及其施工方法

技术领域：

本发明涉及基础工程施工领域，尤其是一种沉桩装置及其施工方法。

背景技术：

目前，在工地进行前期的桩体预制时，大多采用先钻孔后压桩的施工方法，但采用这种施工方式往往需要两套设备配合使用，钻孔设备预先钻孔，钻孔后设备移动到下一钻孔位置，压桩机再配合移动将桩体压入到钻孔内，两套设备拆装运输成本较高，而且占用施工空间。在施工过程中，因为土质情况复杂，钻杆在钻孔时容易出现偏移、迟滞等问题，在钻杆移出后，钻孔也容易出现塌孔，导致压桩困难，延缓沉桩过程，大大降低压桩效率，增加设备功耗，而且在压桩过程中，容易出现桩体偏移较大的现象，施工后存在部分桩体承载能力达不到预期要求，影响后期施工质量。

发明内容：

本发明提供了一种沉桩装置及其施工方法，它结构设计合理，将钻孔设备与沉桩设备有机结合后改进设计到同一施工平台上，避免了传统两套设备相互配合效率低的问题，使用简单方便，故障率低，有效提高了钻孔-压桩效率，同时配合改进后的施工方法，避免出现钻杆移除后塌孔的情况，极大地提高了沉桩成功率，保证压桩施工高效有序进行，避免设备故障后延缓工期，保证了桩体进入钻孔后保持相对稳定的竖直状态，基本规避了桩体偏移较大的问题，保证压桩施工质量，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种沉桩装置，包括：

连接有行走机构的施工平台，在施工平台上设有钻孔装置；

连接在施工平台上的沉桩装置，在沉桩装置一侧设有适于将桩体移动至沉桩装置的吊桩单元；

以及与外部电源相连、且为施工平台上的行走机构、钻孔装置、沉桩装置、吊桩单元提供电力的电箱。

优选的，所述钻孔装置包括安装在施工平台上的立柱，在立柱一侧设有滑轨，在滑轨上设有钻杆动力单元，钻杆动力单元底部与钻杆相连，在施工平台上设有卷扬机，卷扬机的绳索绕过立柱顶部的滑轮架后与钻杆动力单元相连；

在卷扬机附近的施工平台上设有与立柱相连的支撑装置；

还包括用以操控行走机构、钻杆动力单元、支撑装置的驾驶室。

优选的，所述沉桩装置下沉的桩体与钻杆的轴心水平连线沿施工平台的水平位移方向平行设置。

优选的，在所述钻杆内设有上下贯穿的空腔，在钻杆表面设有若干均匀间隔分层设置的螺旋叶片，在每层螺旋叶片上设有断口，在钻杆的底部设有钻头。

优选的，在施工平台上设有高压空气泵，高压空气泵经管路与钻杆顶部的空腔相连，在钻杆上方还设有与其空腔相连的注浆管，注浆管外接注浆设备。

优选的，所述其中一层螺旋叶片的上下层相邻螺旋叶片上的断口相对应设置，两层相邻螺旋叶片上的断口沿钻杆的中心轴线两侧对称设置。

优选的，在螺旋叶片的边缘设有切除部，在钻头与螺旋叶片之间的钻杆表面设有搅拌臂，单个搅拌臂与钻杆轴线之间的角度在大于等于20度、且小于等于80度。

优选的，所述立柱包括支撑架，其底部与施工平台铰接，侧面为镂空设置，在支撑架顶部设有若干连接柱，支撑架与连接柱、相邻的连接柱之间均活动相连；所述支撑架为桁架，所述连接柱包括圆柱，所述支撑架与连接柱、相邻的连接柱之间法兰相连；立柱一侧与支撑杆铰接设置，在支撑杆的底端连接有液压缸，液压缸的杆端与施工平台上的万向座活动相连；在驾驶室内设有监测施工平台水平状态的水平仪，还包括有监测立柱倾斜角度的倾角传感器。

优选的，所述沉桩装置包括与施工平台相连的静压桩机，所述吊桩单元包括与施工平台相连的吊机。

一种沉桩装置的施工方法，包括以下步骤：

S1：启动钻杆动力单元带动钻杆转动，操控卷扬机使钻杆动力单元沿着滑轨缓慢下降，配合钻杆的转动向下钻孔，钻孔过程中，根据水平仪与倾角传感器的监测结果实时调整行走机构和液压缸，以保持施工平台处于水平状态、立柱处于竖直状态；

S2：当钻杆旋转至预设深度后，外部的注浆设备将提前搅拌好的水泥浆经注浆管输送至钻杆空腔，水泥浆从钻杆空腔下落，从钻杆底部流处到钻孔内，在注入水泥浆的同时，高压空气泵工作，向钻杆空腔喷射高压空气，整个注浆过程钻杆进行原地搅拌；

S3：钻孔内的水泥浆与土质充分混合且注满后，转动钻杆上移，钻杆移出钻孔；

S4：行走机构带动施工平台位移，使静压桩机沉桩位置对应到钻孔位置；吊机吊取桩体移动至静压桩机上方，静压桩机夹取桩体后吊机与桩体脱离，桩体在静压桩机作用下竖直向下进入充满水泥浆的钻孔；

S5：桩体进入钻孔脱离静压桩机后，静压桩机夹取下一根桩体下移至钻孔内存留的桩体位置，使两根桩体抵接，利用静压桩机夹取的第二根桩体将第一根桩体继续压入钻孔内；

S6：在每根桩体上设有标记，标记位置与桩体下沉到地面以下深度一致，通过红外线基准仪水平对准第二根桩体上的标记位置，确定第一根桩体下沉到预设位置，完成沉桩动作，静压桩机控制第二根桩体上移脱离钻孔，施工平台移动至下一沉桩位置进行打孔。

本发明采用上述结构的有益效果是，结构设计合理，将钻孔设备与沉桩设备有机结合后改进设计到同一施工平台上，避免了传统两套设备相互配合效率低的问题，使用简单方便，故障率低，有效提高了钻孔-压桩效率，同时配合改进后的施工方法，避免出现钻杆移除后塌孔的情况，极大地提高了沉桩成功率，保证压桩施工高效有序进行，避免设备故障后延缓工期，保证了桩体进入钻孔后保持相对稳定的竖直状态，基本规避了桩体偏移较大的问题，保证压桩施工质量。

附图说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明钻杆的结构示意图。

图3为本发明的立柱的结构示意图。

图4为本发明的桁架的立体结构示意图。

图5为本发明的桁架的侧视结构示意图。

图6为本发明的支撑杆与液压缸部分的结构示意图。

图7为图1中A部的局部放大结构示意图。

图8为图2中B部的局部放大结构示意图。

图中，1、施工平台；2、电箱；3、立柱；4、滑轨；5、钻杆动力单元；6、钻杆；7、卷扬机；8、滑轮架；9、驾驶室；10、空腔；11、螺旋叶片；12、断口；13、钻头；14、高压空气泵；15、切除部；16、搅拌臂；17、支撑架；18、连接柱；19、法兰；20、支撑杆；21、液压缸；22、万向座；23、吊机；24、静压桩机。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-8所示，一种沉桩装置，包括：

连接有行走机构的施工平台1，在施工平台1上设有钻孔装置；

连接在施工平台1上的沉桩装置，在沉桩装置一侧设有适于将桩体移动至沉桩装置的吊桩单元；

以及与外部电源相连、且为施工平台1上的行走机构、钻孔装置、沉桩装置、吊桩单元提供电力的电箱2。

所述钻孔装置包括安装在施工平台1上的立柱3，在立柱3一侧设有滑轨4，在滑轨4上设有钻杆动力单元5，钻杆动力单元5底部与钻杆6相连，在施工平台1上设有卷扬机7，卷扬机7的绳索绕过立柱3顶部的滑轮架8后与钻杆动力单元5相连；

在卷扬机7附近的施工平台1上设有与立柱3相连的支撑装置；

还包括用以操控行走机构、钻杆动力单元5、支撑装置的驾驶室9。

所述沉桩装置下沉的桩体与钻杆6的轴心水平连线沿施工平台1的水平位移方向平行设置。

在所述钻杆6内设有上下贯穿的空腔10，在钻杆6表面设有若干均匀间隔分层设置的螺旋叶片11，在每层螺旋叶片11上设有断口12，在钻杆6的底部设有钻头13。当钻杆6上提时，钻孔内的土壤能够从螺旋叶片11上设计的断口12漏下，有效避免螺旋叶片11携带大量土壤，相邻螺旋叶片11的断口12位置不相对设置，提高断口12的漏土效果。断口12沿钻杆6中心轴线的位置设计，保证钻杆6表面螺旋叶片11的均匀对称，提高整个钻杆6的稳定性。

在钻头13底部设有钻齿，钻齿与钻杆中心轴线成小于150度统一角度，钻齿呈锥形布置。在立柱3外侧还设有扶梯，在连接柱与支撑架连接处、相邻连接柱连接处的位置上均设有维修架，所述扶梯穿过维修架并与维修架相连。

在施工平台1上设有高压空气泵14，高压空气泵14经管路与钻杆6顶部的空腔10相连，在钻杆6上方还设有与其空腔10相连的注浆管，注浆管外接注浆设备。高压空气泵14与钻杆6的空腔10相连的管路、注浆管及注浆设备的具体结构是公知常识，具体原理和具体设备结构也是市售产品。

所述其中一层螺旋叶片11的上下层相邻螺旋叶片11上的断口12相对应设置，两层相邻螺旋叶片11上的断口12沿钻杆6的中心轴线两侧对称设置。

在螺旋叶片11的边缘设有切除部15，在钻头13与螺旋叶片11之间的钻杆6表面设有搅拌臂16，单个搅拌臂16与钻杆6轴线之间的角度在大于等于20度、且小于等于80度。所述搅拌臂是上下层设置的十字型搅拌臂，所述单个搅拌臂16与钻杆6轴线呈30度设置。切除部15的设计在螺旋叶片11边缘保留的凸缘保证钻地能力同时，有效减小钻杆6螺旋叶片11的工作阻力，减小设备负荷，避免设备耗电增多。倾斜设置的搅拌臂16能够增加搅拌臂16与水泥浆的接触面积，搅拌臂16能够增加钻杆6原地搅拌的效果，有利于对钻杆6空腔10流入的水泥浆进行搅拌，增强搅拌效果，提高搅拌效率，其中十字型搅拌臂的形状设计能够最大程度发挥搅拌臂16的搅拌效果，其中呈30度设置的搅拌臂16使钻杆6阻力与搅拌效率达到一个稳定的平衡，使搅拌臂16高效率进行搅拌的同时，保证设备低耗电量。

所述立柱3包括支撑架17，其底部与施工平台1铰接，侧面为镂空设置，在支撑架17顶部设有若干连接柱18，支撑架17与连接柱18、相邻的连接柱18之间均活动相连；所述支撑架17为桁架，所述连接柱18包括圆柱，所述支撑架17与连接柱18、相邻的连接柱18之间法兰19相连；在所述立柱3一侧设有与其铰接的支撑杆20，在支撑杆20的底端连接有液压缸21，液压缸21的杆端与施工平台1上的万向座22活动相连；在驾驶室9内设有监测施工平台1水平状态的水平仪，还包括有监测立柱3倾斜角度的倾角传感器。桁架由直杆组成的具有三角形单元的平面或空间结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻立柱整体自重和增大刚度，能够避免对驾驶员视野产生遮挡，使驾驶员能够透过桁架的镂空部分看到桩体的工作位置，准确注桩。支撑杆20与立柱3铰接设置。控制液压缸21伸缩，带动支撑杆20对立柱3实现角度调整，使立柱3与施工平台1保持相对垂直状态。水平仪用来监测施工平台1的水平度，倾角传感器用来监测施工平台1上立柱3的垂直状态。驾驶室9内的施工人员观察水平仪与倾角传感器的显示屏，对施工平台1的水平度与立柱3的垂直度进行实时监测，方便施工人员安装调整，方便驾驶员操作控制立柱3的角度。

施工平台1底部的行走机构采用步履式结构，步履式行走机构属于现有技术，其中包括四个竖直设置的液压缸，通过控制四个液压缸的伸缩，调整施工平台1处于水平状态。

所述沉桩装置包括与施工平台1相连的静压桩机24，所述吊桩单元包括与施工平台1相连的吊机23。

一种沉桩装置的施工方法，包括以下步骤：

S1：启动钻杆动力单元5带动钻杆6转动，操控卷扬机7使钻杆动力单元5沿着滑轨4缓慢下降，配合钻杆6的转动向下钻孔，钻孔过程中，根据水平仪与倾角传感器的监测结果实时调整行走机构和液压缸，以保持施工平台1处于水平状态、立柱3处于竖直状态；

S2：当钻杆6旋转至预设深度后，外部的注浆设备将提前搅拌好的水泥浆经注浆管输送至钻杆6空腔10，水泥浆从钻杆6空腔10下落，从钻杆6底部流处到钻孔内，在注入水泥浆的同时，高压空气泵14工作，向钻杆6空腔10喷射高压空气，整个注浆过程钻杆6进行原地搅拌；

S3：钻孔内的水泥浆与土质充分混合且注满后，转动钻杆6上移，钻杆6移出钻孔；

S4：行走机构带动施工平台1位移，使静压桩机沉桩位置对应到钻孔位置；吊机23吊取桩体移动至静压桩机上方，静压桩机夹取桩体后吊机23与桩体脱离，桩体在静压桩机作用下竖直向下进入充满水泥浆的钻孔；

S5：桩体进入钻孔脱离静压桩机24后，静压桩机24夹取下一根桩体下移至钻孔内存留的桩体位置，使两根桩体抵接，利用静压桩机24夹取的第二根桩体将第一根桩体继续压入钻孔内；

S6：在每根桩体上设有标记，标记位置与桩体下沉到地面以下深度成线性相关，通过第二根桩体上的标记位置，确定第一根桩体下沉到预设位置，完成沉桩动作，静压桩机24控制第二根桩体上移脱离钻孔，施工平台1移动至下一沉桩位置进行打孔。

使用时，驾驶室9内的驾驶员在施工时，能够通过支撑架17上的镂空间隙观察到钻杆6及桩体动作，保证沉桩顺利进行，驾驶室9中的驾驶员通过观察水平仪，操控施工平台1保持相对水平的稳定状态，然后控制液压缸21工作，液压缸21的杆端向外伸出，推动支撑杆20向立柱3方向移动，对立柱3产生支撑作用，支撑杆20与立柱3铰接，液压缸21与施工平台1铰接，保证了液压缸21在伸长过程中，立柱3能够顺利向垂直状态调整，驾驶员通过观察倾角传感器，对立柱3的角度状态进行监测，调整至满足施工要求的相对垂直状态后液压缸21停止伸长，液压缸21保持暂定状态，在施工过程中，立柱3受力会发生角度倾斜，驾驶员能够通过水平仪与倾角传感器及时操控，使立柱在施工平台1上始终保持相对竖直状态，并对立柱3的倾斜角度进行实时监测；钻孔结束后，施工平台在行走机构带动下移动，使静压桩机24沉桩位置对应钻孔，随后吊机23吊取桩体至静压桩机24，桩体在静压桩机24作用下进入钻孔，根据上述施工方法完成沉桩工作。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种沉桩装置，其特征在于,包括：

连接有行走机构的施工平台，在施工平台上设有钻孔装置；

连接在施工平台上的沉桩装置，在沉桩装置一侧设有适于将桩体移动至沉桩装置的吊桩单元；

以及与外部电源相连、且为施工平台上的行走机构、钻孔装置、沉桩装置、吊桩单元提供电力的电箱。

2.根据权利要求1所述的一种沉桩装置，其特征在于,所述钻孔装置包括安装在施工平台上的立柱，在立柱一侧设有滑轨，在滑轨上设有钻杆动力单元，钻杆动力单元底部与钻杆相连，在施工平台上设有卷扬机，卷扬机的绳索绕过立柱顶部的滑轮架后与钻杆动力单元相连；

在卷扬机附近的施工平台上设有与立柱相连的支撑装置；

还包括用以操控行走机构、钻杆动力单元、支撑装置的驾驶室。

3.根据权利要求1或2所述的一种沉桩装置，所述沉桩装置下沉的桩体与钻杆的轴心水平连线沿施工平台的水平位移方向平行设置。

4.根据权利要求3所述的一种沉桩装置，其特征在于,在所述钻杆内设有上下贯穿的空腔，在钻杆表面设有若干均匀间隔分层设置的螺旋叶片，在每层螺旋叶片上设有断口，在钻杆的底部设有钻头。

5.根据权利要求4所述的一种沉桩装置，其特征在于,在施工平台上设有高压空气泵，高压空气泵经管路与钻杆顶部的空腔相连，在钻杆上方还设有与其空腔相连的注浆管，注浆管外接注浆设备。

6.根据权利要求5所述的一种沉桩装置，其特征在于,所述其中一层螺旋叶片的上下层相邻螺旋叶片上的断口相对应设置，两层相邻螺旋叶片上的断口沿钻杆的中心轴线两侧对称设置。

7.根据权利要求6所述的一种沉桩装置，其特征在于,在螺旋叶片的边缘设有切除部，在钻头与螺旋叶片之间的钻杆表面设有搅拌臂，单个搅拌臂与钻杆轴线之间的角度在大于等于20度、且小于等于80度。

8.根据权利要求4至7任一项所述的一种沉桩装置，其特征在于,所述立柱包括支撑架，其底部与施工平台铰接，侧面为镂空设置，在支撑架顶部设有若干连接柱，支撑架与连接柱、相邻的连接柱之间均活动相连；所述支撑架为桁架，所述连接柱包括圆柱，所述支撑架与连接柱、相邻的连接柱之间法兰相连；在所述立柱一侧设有与其铰接的支撑杆，在支撑杆的底端连接有液压缸，液压缸的杆端与施工平台上的万向座活动相连；在驾驶室内设有监测施工平台水平状态的水平仪，还包括有监测立柱倾斜角度的倾角传感器。

9.根据权利要求8所述的一种沉桩装置，其特征在于,所述沉桩装置包括与施工平台相连的静压桩机，所述吊桩单元包括与施工平台相连的吊机。

10.一种根据权利要求9所述的沉桩装置的施工方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1：启动钻杆动力单元带动钻杆转动，操控卷扬机使钻杆动力单元沿着滑轨缓慢下降，配合钻杆的转动向下钻孔，钻孔过程中，根据水平仪与倾角传感器的监测结果实时调整行走机构和液压缸，以保持施工平台处于水平状态、立柱处于竖直状态；

S2：当钻杆旋转至预设深度后，外部的注浆设备将提前搅拌好的水泥浆经注浆管输送至钻杆空腔，水泥浆从钻杆空腔下落，从钻杆底部流处到钻孔内，在注入水泥浆的同时，高压空气泵工作，向钻杆空腔喷射高压空气，整个注浆过程钻杆进行原地搅拌；

S3：钻孔内的水泥浆与土质充分混合且注满后，转动钻杆上移，钻杆移出钻孔；

S4：行走机构带动施工平台位移，使静压桩机沉桩位置对应到钻孔位置；吊机吊取桩体移动至静压桩机上方，静压桩机夹取桩体后吊机与桩体脱离，桩体在静压桩机作用下竖直向下进入充满水泥浆的钻孔；

S5：桩体进入钻孔脱离静压桩机后，静压桩机夹取下一根桩体下移至钻孔内存留的桩体位置，使两根桩体抵接，利用静压桩机夹取的第二根桩体将第一根桩体继续压入钻孔内；

S6：在每根桩体上设有标记，标记位置与桩体下沉到地面以下深度成线性相关，通过第二根桩体上的标记位置，确定第一根桩体下沉到预设位置，完成沉桩动作，静压桩机控制第二根桩体上移脱离钻孔，施工平台移动至下一沉桩位置进行打孔。