CN110284502A - 土木工程打桩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种土木工程打桩机架体，属于土建工程技术领域，本发明的打桩机包括：打桩杆，打桩杆上部连接有弹性组件，弹性组件通过连接柱与架体连接，以及电机，电机转轴通过绳体与打桩杆上端固定连接，绳体穿过架体上方与打桩杆连接，其中，电机通过正反转控制绳体收紧/放松使打桩杆上/下移动，弹性组件对打桩杆上/下移动进行蓄能/释能。本发明通过高频振动冲击柱桩来实现快速沉桩，增大柱桩沉桩后与土壤的接触紧密性，柱桩沉桩效率、精准度高。

Description

土木工程打桩机

技术领域

本发明属于土建工程技术领域，具体涉及一种土木工程打桩机。

背景技术

落锤打桩机由桩锤、桩架及附属设备等组成。桩锤依附在桩架前部两根平行的竖直导杆之间，用提升吊钩吊升。桩架为一钢结构塔架，在其后部设有卷扬机，用以起吊桩锤，桩架前面有两根导杆组成的导向架，用以控制打桩方向，使桩锤按照设计方位准确地贯入地层，但是其效率偏低，可能存在柱桩打偏或柱桩打入土体后柱桩与四周土体可能存在不密集的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土木工程打桩机，通过高频振动冲击柱桩来实现快速沉桩，增大柱桩沉桩后与土壤的接触紧密性，柱桩沉桩效率、精准度高。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：土木工程打桩机，包括：

架体，

打桩杆，打桩杆上部连接有弹性组件，弹性组件通过连接柱与架体连接，以及

电机，电机转轴通过绳体与打桩杆上端固定连接，绳体穿过架体上方与打桩杆连接，

其中，电机通过正反转控制绳体收紧/放松使打桩杆上/下移动，弹性组件对打桩杆上/下移动进行蓄能/释能；

其中，架体底面连接有定位板，定位板上具有一通孔，打桩杆与定位板上的通孔同轴且可在通孔内上下移动。

本发明利用电机正转带带动绳体提动打桩杆向上移动，在打桩杆上提过程对对弹簧起到压缩作用，实现将机械能转化为势能，在打桩杆到达一定高度位置后，电机反转，打桩杆向下冲击，同时弹性势能转化为机械能打击打桩杆下方的柱桩，达到沉桩的目的，通过设置弹性元件来蓄能，在取消对打桩杆上提的力之后，弹性元件伸展，增大打桩杆的驱动力，短时间内形成上下高频振动对柱桩击打，这样不易使柱桩打偏，在上述冲击力下柱桩受到的打桩杆冲击力为往复冲击，柱桩产生相应的阶段性振动，而柱桩四周的土壤正好可以消除此冲击振动并逐步增大与柱桩的接触紧密性，同时上述设计的土木工程打桩机所使用元件较少，便于组装与搬运，具有便携的功能，选用的动力源为电能，相比于液压能容易获取，便于在施工场地快速使用电能为电机供电，将架体设置在定位板上可获得一个平整的平面对其底部的柱桩进行击打，依次避免击打角度产生偏差，通过在定位板上设通孔使打桩杆在其内部上下移动来实现精准定位，在打桩前将打桩杆与通孔、柱桩进行定轴心后进行打桩工作，避免柱桩打偏。

作为优选，定位板下方配合连接有两个对向设置用于夹紧柱桩的第一夹紧件，第一夹紧件滑动安装在限位组件上。在打桩之前，利用第一夹紧件对柱桩进行夹紧，使其在整个打桩过程中仅能进行Z轴向下移动，而其相对于X、Y轴方向的移动由两个第一夹紧件进行完全限位，这样用于实现精准打桩，每次打桩完成的柱桩均不会出现位置偏差，解决柱桩打偏问题后，即可省去调整柱桩的时间，进而提高了打桩效率。而限位组件用于限制在打桩过程中第一夹紧件的位移来保证精准打桩。

作为优选，第一夹紧件与限位组件之间设有第二夹紧件，第一夹紧件后方设有斜面，第二夹紧件具有与斜面相对应的夹紧面，第二夹紧件与限位组件之间设有用于填充满间隙的填充件。第二夹紧件底面具有第二滑槽与限位组件滑动配合，填充件底面具有第三滑动槽与限位组件滑动配合。通过设计斜面与夹紧面进行配合使在柱桩受打桩杆高频击打时产生的轴向振动传递至第一夹紧件，第一夹紧件所受的振动可斜向传递至第二夹紧件上，以此来减小第一夹紧件与第二夹紧件的位移，保证第一夹紧件对柱桩的限位效果。采用填充件将第二夹紧件与限位组件之间存在的间隙填满用于使第一夹紧件与限位组件的限位板之间无间隙存在，避免在打桩过程中第一夹紧件向后位移，导致柱桩的夹紧效果降低情况出现。

作为优选，限位组件包括配重底板，配重底板一侧面具有限位板，配重底板表面具有与第一夹紧件配合的滑杆。滑杆与第一夹紧件的第一滑槽滑动配合，滑杆与第二夹紧件的第二滑槽滑动配合，滑杆与填充件的第三滑槽滑动配合。配重板采用金属件制造，优选为铁制品，在考虑经常在工地或湿寒地区使用时选用不锈钢材质，所设置的滑杆用于装配第一夹紧件、第二夹紧件以及填充件，使其的移动路径基本沿滑杆位移，保证在打桩过程中限位组件上的第一夹紧件、第二夹紧件以及填充件不出现分散或分离现象。

作为优选，第一夹紧件一侧面具有对柱桩X、Y轴方向限位的夹紧面，第一夹紧件上下表面具有水平设置的贯通槽体，第一夹紧件下表面具有与限位组件滑动配合的第一滑槽，第一夹紧上表面具有与定位板配合的定位槽孔，槽体内放置有机油。定位板下方具有与定位槽孔配合的定位块，定位块可在定位槽孔内相对滑移。利用夹紧面对柱桩进行X、Y轴方向限位，具体的夹紧面为两个，呈倒三角状态设于第一夹紧件一侧，通过在第一夹紧件上下面设槽体并放置机油，使第一夹紧件与第二夹紧之间的接触面内存在机油，在第一夹紧件出现振动情况时，其振动力作用于第二夹紧件过程中由机油作为缓冲吸收振动，机油将冲击振动力转化为热能消散，以此来减小第一夹紧件在打桩过程中松动，保证较高精准度地进行打桩工作。

作为优选，定位板上的通孔内设滑动套，打桩杆在滑动套内上下移动，用于使打桩杆在滑动套内上下滑移运动，降低打桩杆的滑移磨损和打桩杆向下冲击的能量损失。

作为优选，弹性组件包括弹性件，弹性件上下端连接有第一圆板，弹性件上下端的第一圆板分别与连接柱、打桩杆固定连接，第一圆板之间连接有环绕于弹性件外围的遮挡布。通过设置弹性元件来蓄能，在取消对打桩杆上提的力之后，弹性元件伸展，增大打桩杆的驱动力，短时间内形成上下高频振动对柱桩击打。设有的遮挡布用于防止泥土等杂物与弹性件接触，降低弹性件的蓄能效果。

作为优选，架体上开设有一槽孔，槽孔内设可旋转的滚轮，绳体通过槽孔以及滚轮穿过架体上方。滚轮与打桩杆上端位置的绳体上具有可形变伸缩的海绵套。利用绳体与打桩杆上端连接并穿过架体上端用于实现在电机正转时可带动打桩杆向上移动，而在绳体上设海绵套用于限定绳体上移动的距离，避免电机过载，对设备起到保护作用。

与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明利用电机正转带带动绳体提动打桩杆向上移动，在打桩杆上提过程对对弹簧起到压缩作用，实现将机械能转化为势能，在打桩杆到达一定高度位置后，电机反转，打桩杆向下冲击，同时弹性势能转化为机械能打击打桩杆下方的柱桩，达到沉桩的目的；通过设置弹性元件来蓄能，在取消对打桩杆上提的力之后，弹性元件伸展，增大打桩杆的驱动力，短时间内形成上下高频振动对柱桩击打，这样不易使柱桩打偏，在上述冲击力下柱桩受到的打桩杆冲击力为往复冲击，柱桩产生相应的阶段性振动，而柱桩四周的土壤正好可以消除此冲击振动并逐步增大与柱桩的接触紧密性，同时上述设计的土木工程打桩机所使用元件较少，便于组装与搬运，具有便携的功能，选用的动力源为电能，相比于液压能容易获取，便于在施工场地快速使用电能为电机供电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明土木工程打桩机的结构示意图；

图2是本发明土木工程打桩机的正视图；

图3是本发明土木工程打桩机的仰视图；

图4是本发明土木工程打桩机的拆分示意图；

图5是本发明的定位板上的部件结构示意图；

图6是本发明的定位板上的部件正视图；

图7是本发明的定位板与滑动套以及打桩杆连接状态下的仰视图；

图8是本发明的定位板上的部件另一视角下结构示意图；

图9是本发明的第一夹紧件结构示意图；

图10是本发明的第二夹紧件结构示意图；

图11是本发明的填充件结构示意图；

图12是本发明的限位组件结构示意图；

图13是本发明的限位组件与第一夹紧件、第二夹紧件、填充件的装置状态示意图；

图14是图13的组装件的拆分示意图；

图15是本发明的弹性组件结构示意图；

图16是图15的A-A剖视图；

图17是实施例2中限位组件与第一夹紧件、第二夹紧件、填充件的装置状态示意图；

图18是实施例3中土壤的应力-应变关系曲线图；

图19是实施例3中五个点位的应力时间历程曲线。

附图标记说明：10-架体；11-电机；12-绳体；13-滚轮；14-连接柱；15-海绵套；16-定位块；20-弹性组件；201-第一圆板；202-遮挡布；203-弹性件；30-打桩杆；40-第一夹紧件；401-定位槽孔；402-槽体；403-夹紧面；404-第一滑槽；41-第二夹紧件；411-夹紧面；412-第二滑槽；42-填充件；421-第三滑槽；50-限位组件；51-限位板；52-配重底板；53-滑杆；60-定位板；70-滑动套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见图1-16所示，土木工程打桩机，包括：

架体10，

打桩杆30，打桩杆30上部连接有弹性组件20，弹性组件20通过连接柱14与架体10连接，以及

电机11，电机11转轴通过绳体12与打桩杆30上端固定连接，绳体12穿过架体10上方与打桩杆30连接，

其中，电机11通过正反转控制绳体12收紧/放松使打桩杆30上/下移动，弹性组件20对打桩杆30上/下移动进行蓄能/释能；

其中，架体10底面连接有定位板60，定位板60上具有一通孔，打桩杆30与定位板60上的通孔同轴且可在通孔内上下移动。

本发明利用电机11正转带带动绳体12提动打桩杆30向上移动，在打桩杆30上提过程对对弹簧起到压缩作用，实现将机械能转化为势能，在打桩杆30到达一定高度位置后，电机11反转，打桩杆30向下冲击，同时弹性势能转化为机械能打击打桩杆下方的柱桩，达到沉桩的目的，通过设置弹性元件20来蓄能，在取消对打桩杆30上提的力之后，弹性元件20伸展，增大打桩杆30的驱动力，短时间内形成上下高频振动对柱桩击打，这样不易使柱桩打偏，在上述冲击力下柱桩受到的打桩杆30冲击力为往复冲击，柱桩产生相应的阶段性振动，而柱桩四周的土壤正好可以消除此冲击振动并逐步增大与柱桩的接触紧密性，同时上述设计的土木工程打桩机所使用元件较少，便于组装与搬运，具有便携的功能，选用的动力源为电能，相比于液压能容易获取，便于在施工场地快速使用电能为电机11供电。将架体10设置在定位板60上可获得一个平整的平面对其底部的柱桩进行击打，依次避免击打角度产生偏差，通过在定位板60上设通孔使打桩杆30在其内部上下移动来实现精准定位，在打桩前将打桩杆30与通孔、柱桩进行定轴心后进行打桩工作，避免柱桩打偏。

定位板60下方配合连接有两个对向设置用于夹紧柱桩的第一夹紧件40，第一夹紧件40滑动安装在限位组件50上。在打桩之前，利用第一夹紧件40对柱桩进行夹紧，使其在整个打桩过程中仅能进行Z轴向下移动，而其相对于X、Y轴方向的移动由两个第一夹紧件40进行完全限位，这样用于实现精准打桩，每次打桩完成的柱桩均不会出现位置偏差，解决柱桩打偏问题后，即可省去调整柱桩的时间，进而提高了打桩效率。而限位组件50用于限制在打桩过程中第一夹紧件40的位移来保证精准打桩。

第一夹紧件40与限位组件50之间设有第二夹紧件41，第一夹紧件40后方设有斜面，第二夹紧件41具有与斜面相对应的夹紧面403，第二夹紧件41与限位组件50之间设有用于填充满间隙的填充件42。第二夹紧件41底面具有第二滑槽412与限位组件50滑动配合，填充件42底面具有第三滑动槽421与限位组件50滑动配合。通过设计斜面与夹紧面403进行配合使在柱桩受打桩杆30高频击打时产生的轴向振动传递至第一夹紧件40，第一夹紧件40所受的振动可斜向传递至第二夹紧件41上，以此来减小第一夹紧件40与第二夹紧件41的位移，保证第一夹紧件40对柱桩的限位效果。采用填充件42将第二夹紧件41与限位组件50之间存在的间隙填满用于使第一夹紧件40与限位组件50的限位板51之间无间隙存在，避免在打桩过程中第一夹紧件40向后位移，导致柱桩的夹紧效果降低情况出现。

限位组件50包括配重底板52，配重底板52一侧面具有限位板51，配重底板52表面具有与第一夹紧件40配合的滑杆53。滑杆53与第一夹紧件40的第一滑槽404滑动配合，滑杆53与第二夹紧件41的第二滑槽412滑动配合，滑杆53与填充件42的第三滑槽421滑动配合。配重板52采用金属件制造，优选为铁制品，在考虑经常在工地或湿寒地区使用时选用不锈钢材质，所设置的滑杆53用于装配第一夹紧件40、第二夹紧件41以及填充件42，使其的移动路径基本沿滑杆53位移，保证在打桩过程中限位组件50上的第一夹紧件40、第二夹紧件41以及填充件42不出现分散或分离现象。

第一夹紧件40一侧面具有对柱桩X、Y轴方向限位的夹紧面403，第一夹紧件40上下表面具有水平设置的贯通槽体402，第一夹紧件40下表面具有与限位组件50滑动配合的第一滑槽401，第一夹紧40上表面具有与定位板60配合的定位槽孔401，槽体402内放置有机油。定位板60下方具有与定位槽孔401配合的定位块16，定位块16可在定位槽孔401内相对滑移。利用夹紧面403对柱桩进行X、Y轴方向限位，具体的夹紧面403为两个，呈倒三角状态设于第一夹紧件40一侧，通过在第一夹紧件40上下面设槽体402并放置机油，使第一夹紧件40与第二夹紧41之间的接触面内存在机油，在第一夹紧件40出现振动情况时，其振动力作用于第二夹紧件41过程中由机油作为缓冲吸收振动，机油将冲击振动力转化为热能消散，以此来减小第一夹紧件40在打桩过程中松动，保证较高精准度地进行打桩工作。

定位板60上的通孔内设滑动套70，打桩杆30在滑动套70内上下移动，用于使打桩杆30在滑动套70内上下滑移运动，降低打桩杆30的滑移磨损和打桩杆30向下冲击的能量损失。

弹性组件20包括弹性件203，弹性件203上下端连接有第一圆板201，弹性件203上下端的第一圆板201分别与连接柱14、打桩杆30固定连接，第一圆板201之间连接有环绕于弹性件203外围的遮挡布202。通过设置弹性元件20来蓄能，在取消对打桩杆30上提的力之后，弹性元件20伸展，增大打桩杆30的驱动力，短时间内形成上下高频振动对柱桩击打。设有的遮挡布202用于防止泥土等杂物与弹性件203接触，降低弹性件203的蓄能效果。

架体10上开设有一槽孔，槽孔内设可旋转的滚轮13，绳体12通过槽孔以及滚轮13穿过架体10上方。滚轮13与打桩杆30上端位置的绳体12上具有可形变伸缩的海绵套15。利用绳体12与打桩杆30上端连接并穿过架体10上端用于实现在电机11正转时可带动打桩杆30向上移动，而在绳体12上设海绵套15用于限定绳体12向上移动的距离，避免电机11过载，对设备起到保护作用。

实施例2：

参见图1-16所示，本发明的架体10为“ㄇ”状，其底部与定位板60相连接，连接柱14连接于其上端内面，连接柱14与第一圆板201同轴心，第一圆板201的直径均大于连接柱14、打桩杆30直径，电机11固定于定位板60上方，绳体30一端部与打桩杆30上端固定连接，另一端穿过架体10上的通槽与滚轮13相接触再经过架体10的一侧壁与电机11输出轴连接。定位板60上设有两个对向设置的电机11，两电机11上连接的绳体12分别连接于打桩杆30上端的两对向面。擦肩图17所示，定位槽孔401为双头半圆槽，定位块16为圆柱状，其直径小于或等于双头半圆槽宽。

海绵套15与绳体12为套接，海绵套15底端部与绳体12固定连接，上端部与绳体12不采用固定连接，这样在绳体12收紧时，海绵套15上端部可相对产生形变。本发明的填充快42为铜片，其为片状用于填充限位板51与第二夹紧件41之间的间隙弹性件203为弹簧。

实施例3：

本发明的土木工程打桩机实际使用时：选定打桩位置，先对定位点进行钻孔处理，钻孔直径小于柱桩直径，完成钻孔后将第一夹紧件40、第二夹紧件41、填充件42与限位组件50进行组装，放置到打桩位置附近，将柱桩竖直放置到打桩位置，调整组装完成的第一夹紧件40等对柱桩进行X、Y轴方向限位，完成上述工作后，运用吊机将定位板60放置到第一夹紧件40上，同时安装其余部件，如电机11与绳体12与打桩杆30的连接。完成安装后，利用电机11正转带带动绳体12提动打桩杆30向上移动，在打桩杆30上提过程对对弹簧起到压缩作用，实现将机械能转化为势能，在打桩杆30到达一定高度位置后，电机11反转，打桩杆30向下冲击，同时弹性势能转化为机械能打击打桩杆下方的柱桩，实现沉桩工作。

打桩试验：

在打桩试验前首先测试得出土壤在冲击振动作用下的形变主要包括两种变形，一种是弹性变形，一种是塑性变形，在冲击振动的作用力比较小的时候，土壤的结构变形主要是弹性变形，当冲击作用力较大的时候，土壤结构的变形主要是塑性变形，土壤的应力-应变关系曲线具体参见图18所示。

打桩试验中选用的打桩杆为45号钢，柱桩选用木桩，本次试验是用于模拟防汛抢险环境下打桩工作，在防汛抢险中木桩使用数量高于混凝土预制桩。木桩直径范围在160mm-180mm范围内，长度为1.6m-1.7m之间，预设打桩深度为1米-1.5米之间，打桩试验中所设计的土层中含有塑性黏土、硬性黏土、较硬黏土、松砂、粗实砂、砾石、软岩石、硬岩石这几种土壤材料组成，并且将其配置成较为松软的砂质土壤，用于模拟在防汛抢险过程中打桩工作。打桩步骤参照上述实施例3的打桩步骤，打桩过程中对柱桩上的五个点位进行获取应力时间历程曲线，五个点位在柱桩上分别由上至下排布A（25毫米）、B（250毫米）、C（500毫米）、D（750毫米）、E（1000毫米），具体的每个节点的应力时间历程曲线参见图19，通过图19可知柱桩在打击力下，桩顶受到的冲击与桩底的应力传播基本差不多，这表示柱桩四周的土壤消除了柱桩上部的冲击振动，同时代表柱桩未出现打偏问题这才可实现桩顶受到的冲击与桩底的应力传播基本差不多的结果。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.土木工程打桩机，包括：

架体，

打桩杆，所述打桩杆上部连接有弹性组件，所述弹性组件通过连接柱与架体连接，以及

电机，所述电机转轴通过绳体与打桩杆端部固定连接，所述绳体穿过架体与打桩杆连接，

其中，所述电机通过正反转控制绳体收紧/放松使打桩杆上/下移动，所述弹性组件对打桩杆上/下移动进行蓄能/释能；

其中，所述架体底面连接有定位板，所述定位板上具有一通孔，所述打桩杆与定位板上的通孔同轴且可在通孔内上下移动。

2.根据权利要求1所述的土木工程打桩机，其特征在于：所述定位板下方配合连接有两个对向设置用于夹紧柱桩的第一夹紧件，所述第一夹紧件滑动安装在限位组件上。

3.根据权利要求2所述的土木工程打桩机，其特征在于：所述第一夹紧件与限位组件之间设有第二夹紧件，所述第一夹紧件后方设有斜面，所述第二夹紧件具有与斜面相对应的夹紧面，所述第二夹紧件与限位组件之间设有用于填充满间隙的填充件。

4.根据权利要求2所述的土木工程打桩机，其特征在于：所述限位组件包括配重底板，所述配重底板一侧面具有限位板，所述配重底板表面具有与第一夹紧件配合的滑杆。

5.根据权利要求2所述的土木工程打桩机，其特征在于：所述第一夹紧件一侧面具有对柱桩X、Y轴方向限位的夹紧面，所述第一夹紧件上下表面具有水平设置的贯通槽体，所述第一夹紧件下表面具有与限位组件滑动配合的第一滑槽，所述第一夹紧上表面具有与定位板配合的定位槽孔，所述槽体内放置有机油。

6.根据权利要求1所述的土木工程打桩机，其特征在于：所述定位板上的通孔内设滑动套，所述打桩杆在滑动套内上下移动。

7.根据权利要求1所述的土木工程打桩机，其特征在于：所述弹性组件包括弹性件，所述弹性件上下端连接有第一圆板，所述弹性件上下端的第一圆板分别与连接柱、打桩杆固定连接，所述第一圆板之间连接有环绕于弹性件外围的遮挡布。

8.根据权利要求1所述的土木工程打桩机，其特征在于：所述架体上开设有一槽孔，所述槽孔内设可旋转的滚轮，所述绳体通过槽孔以及滚轮穿过架体上方。