CN110644551A - 打桩机及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种打桩机及其施工方法，该打桩机包括：筒体，其包括内筒体和外筒体，所述内筒体和外筒体在下压时连接为一整体，抬起时可拆分开；刀盘，其固定连接在内筒体内，跟随内筒体上下移动；夹紧装置，其连接在外筒体上，传递转矩或者传递作用力；顶推装置，其连接在夹紧装置上带动筒体移动。该打桩机适用于狭小空间的施工，且施工时能保证施工安全，提高施工效率，降低施工成本。

Description

打桩机及其施工方法

技术领域

本发明涉及桩基施工装备技术领域，特别涉及一种用于狭小空间施工的打桩机及其施工方法。

背景技术

目前，桩基的施工，因其所选护壁形成的不同，有两种传统施工方法，即泥浆护壁施工法和全套管施工法。泥浆护壁施工法即通过冲击钻孔，冲抓钻孔和回转钻削成孔，然后注入泥浆保护孔壁，防止孔壁坍塌和水土流失等。采用泥浆护壁施工法施工时，冲孔打桩机存在冲击作业，震动影响毗邻基建稳定性，对存在桥墩等敏感工况不适用；成桩尺寸无法控制，通常能建造比预制桩大的多的桩；施工质量的好坏对桩的承载力影响很大，施工风险高；费工费时，成孔速度慢，施工效率低；设备改进降低施工净空高度需求会降低设备施工效率；泥浆外露，污染环境，且存在噪音施工，扰民，无法满足城市文明施工要求；在遇到有流沙、溶洞等特殊地质情况下，容易造成护壁泥浆流失，孔壁坍塌。

全套管施工法又称为贝诺特(Benoto)工法，该工法是利用回转钻机，通过回转装置回转使钢套管与土层间的摩擦阻力大大减少，边回转边压入，同时利用冲抓斗挖掘取土。此工法由于冲抓斗取土需要冲程，需要辅助吊机，作业净空要求高；钢管内机械取土，欠压顶进，流砂等不稳定地层施工精度难以控制；设备改进降低施工净空高度需求，会降低设备施工效率；欠压顶进，对地层有扰动，对于存在敏感工况(如桥墩等)存在一定风险；在遇到有流沙、溶洞等特殊地质情况下，存在一定风险。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种打桩机及其施工方法，该打桩机适用于狭小空间的施工，且施工时能保证施工安全，提高施工效率，降低施工成本。

为了实现以上发明目的，一方面，本发明提出了一种打桩机，包括：

筒体，其包括内筒体和外筒体，所述内筒体和外筒体在下压时连接为一整体，抬起时可拆分开；

刀盘，其固定连接在内筒体内，跟随内筒体上下移动；

夹紧装置，其连接在外筒体上，传递转矩或者传递作用力；

顶推装置，其连接在夹紧装置上带动筒体移动。

在一种实施方案中，所述刀盘一端与筒体固定连接，刀盘的另一端通过连接法兰和紧固件与内筒体可拆式连接，所述内筒体与外筒体通过至少两个稳定器油缸连接，所述外筒体的下端连接有刀具。

在一种实施方案中，所述外筒体的内表面焊接有第一连接块，所述第一连接块与内筒体的外表面之间留有间隙，所述内筒体的内表面连接有第二连接块，所述稳定器油缸的缸体固定在第二连接块上，所述稳定器油缸的活塞杆自由端连接有与第一连接块内配合的嵌接块。

在一种实施方案中，所述稳定器油缸伸出时，嵌接块伸入外筒体连接的第一连接块内实现内外筒体连接；所述稳定器油缸缩回时，嵌接块脱离第一连接块从而内筒体与外筒体分离。

在一种实施方案中，两个所述第二连接块向下延伸形成为L型，第二连接块的中部连接从内筒体上端中部向下延伸的泥水环流装置。

在一种实施方案中，所述泥水环流装置包括环流回转筒体、回转密封件和回转轴承，所述环流回转筒体的一侧形成有进浆通道，另一侧形成有排浆通道，所述环流回转筒体的下端通过回转密封件和回转轴承与第二连接块连接且在中部连接块的阻挡下使进浆通道和排浆通道的开口相互远离。

在一种实施方案中，所述内筒体位于进浆通道、排浆通道与刀盘之间设有搅拌棒，所述搅拌棒一端固定连接内筒体跟随内筒体转动，搅拌棒的自由端以一定角度向下倾斜。

在一种实施方案中，所述外筒体的外表面固定连接有定位装置，所述定位装置包括框架结构和配重块，且所述框架结构套接在外筒体且环绕钻取位置设有密封机构。

在一种实施方案中，所述外筒体的外部连接有夹紧装置，所述顶推装置包括顶推油缸，所述夹紧装置固定连接顶推油缸的缸体，所述顶推油缸的一端通过固定端连接到与外筒体连接的定位装置上，所述定位装置位于夹紧装置下方。

在一种实施方案中，所述顶推油缸为双作用油缸，所述双作用缸连接有驱动装置，在所述驱动装置作用下推动顶推油缸的缸体移动从而带动筒体移动。

在一种实施方案中，所述顶推油缸为双作用油缸，所述双作用缸连接有驱动装置，在所述驱动装置作用下推动顶推油缸的缸体移动从而带动筒体移动。

另一方面，本发明提出了一种用于狭小空间的施工方法，该方法采用前所述的打桩机，并包括以下步骤：

场地准备，安装洞门密封；

整机定位，调试设备；

主机掘进；

主机回退，沉孔形成；

放钢筋笼，注浆，回退外筒体，形成第一根桩基；

切换钻孔位置，重复以上步骤，完成全部桩基施工。

在一种实施方案中，主机掘进前，连接内筒体和外筒体的稳定器油缸伸出使得内外筒体固定连接；夹紧装置夹紧筒体后，启动驱动装置和顶推装置使筒体旋转和向下推进，带动刀盘随筒体一起旋转和推进。

在一种实施方案中，刀盘开挖土体，搅拌棒搅拌渣土，通过泥水环流装置中的进浆机构将泥浆打入泥水仓，通过泥水环流装置中的排浆机构排出泥水仓的渣土混合液。

在一种实施方案中，向下顶进一定距离后，夹紧装置松开筒体，推进装置中的推进油缸回升，下放筒体；然后再继续夹紧和顶进，如此循环，直至顶进到目标位置后停止顶进。

在一种实施方案中，主机回退前，连接内筒体和外筒体的稳定器油缸缩回，内筒体与外筒体分离，通过取出装置将内筒体和刀盘拖回到井洞外，沉孔作业完成；拆除顶推装置和夹紧装置。

在一种实施方案中，沉孔作业完成后，往沉孔内放置钢筋笼，注浆，根据地层稳固情况，逐步将外筒体拖回到井洞外，完成一根桩基施工。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

鉴于传统施工方法存在安全性低、效率低、作业空间大的缺陷，本发明提出了一种适用于狭小空间的打桩机。该打桩机采用顶管法全断面刀盘带压顶进，同时利用周边回转驱动原理，将刀盘驱动设置在地面，采用护盾钢管传动，设备施工占用空间小，可有效地保持挖掘面的稳定，对管节周围的土体扰动小。机头带压快速顶进，并具备超前地质探测功能，能应对流沙、溶洞等特殊地质，降低了施工风险。同时，主机可实现可回退，外套钢管留在沉孔内起临时支护作用，更好的防止地面沉降和周边地层失稳，待下钢筋笼、注浆使地层稳固后，可将外筒体的钢管回拖至洞外并回收，保证了施工安全，提高了施工效率，降低了施工成本。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本发明的打桩机的整机结构示意图。

图2所示为图1中内外筒体以及连接的稳定器的结构示意图。

图3所示为图1中的夹紧器、驱动装置、顶推装置、定位装置的连接结构示意图。

图4所示为图1中的筒体下部包括泥水环流装置和刀盘的连接结构示意图。

图5所示为本发明的施工方法中的安装洞门密封后的结构示意图。

图6所示为本发明的施工方法中整机定位并进行调试时的结构示意图。

图7所示为本发明的施工方法中主机掘进中的某个阶段的结构示意图。

图8所示为本发明的施工方法中主机顶进至预设位置的结构示意图。

图9所示为本发明的施工方法中主机回退、沉孔形成的结构示意图。

图10所示为本发明的施工方法中一根桩基形成时的结构示意图。

图11所示为本发明的施工方法全部桩基施工完成时的结构示意图。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

发明人在发明过程中注意到，传统打桩施工方法存在安全性低、效率低、作业空间大的缺陷。

针对以上不足，本发明的实施例提出了一种打桩机及其施工方法，下面进行详细说明。

图1至图4显示了本发明的打桩机的其中一种实施例的结构示意图。在该实施例中，本发明的打桩机主要包括：筒体2、刀盘1、夹紧装置4和顶推装置6。其中，筒体2包括内筒体2.2和外筒体2.1。内筒体2.2和外筒体2.1在下压时连接为一整体，抬起时可拆分开。刀盘1固定连接在内筒体2.2内，跟随内筒体2.2上下移动。夹紧装置4连接在外筒体2.1上，传递转矩或者传递作用力。顶推装置6连接在夹紧装置4上带动筒体2移动。一般顶推装置6设置有多个，环绕筒体2对称设置以实现均匀施力。

在一个实施例中，如图1、图2和图4所示，刀盘1的一端与筒体2固定连接，刀盘1的另一端通过连接法兰和紧固件与内筒体2.2可拆式连接。内筒体2.2与外筒体2.1通过至少两个稳定器油缸3连接。外筒体2.1的下端连接有刀具2.3。

在一个实施例中，如图1、图2和图4所示，外筒体2.1的内表面焊接有第一连接块2.4。第一连接块2.4与内筒体2.2的外表面之间留有间隙，该间隙可保证内外筒体分离时内筒体2.2可顺利被拖出。内筒体2.2的内表面连接有第二连接块2.5。稳定器油缸3的缸体3.1固定在第二连接块2.5上，稳定器油缸3的活塞杆3.2的自由端连接有与第一连接块2.4内配合的嵌接块3.3。

在一个实施例中，如图1、图2和图4所示，稳定器油缸3的活塞杆3.2伸出时，连接在活塞杆3.2自由端的嵌接块3.3伸入外筒体2.1连接的第一连接块2.4内实现内外筒体2.2、2.1连接。内外筒体2.2、2.1连接为一整体时可以承载向下作用力和转动力矩，从而使得内外筒体2.2、2.1一起转动和向下钻进。稳定器油缸3缩回时，嵌接块3.3脱离第一连接块2.4，内筒体2.2与外筒体2.1分离。

在一个实施例中，如图1、图2和图4所示，内筒体2.2内表面连接有两个或多块第二连接块2.5，两个第二连接块2.5均向下延伸形成为L型，第二连接块2.5的中部连接从内筒体2.2上端中部向下延伸的泥水环流装置7。在另一种实施例中，也可以采用截面为L型的环形结构的第二连接块2.5来替代。

在一个实施例中，如图1和图4所示，泥水环流装置7包括环流回转筒体7.1、回转密封件7.2和回转轴承7.3。回转密封件7.2连接在第二连接块2.5与环流回转筒体7.1连接处，也可以在第二连接块2.5的下部直接采用可密封材料制作，然后与环流回转筒体7.1连接。环流回转筒体7.1的一侧形成有进浆通道7.4，另一侧形成有排浆通道7.5。

在一种未示出的实施例中，环流回转筒体7.1的下端通过回转密封件7.2和回转轴承7.3与第二连接块2.5连接。环流回转筒体7.1的中部设有中部连接块7.6，在中部连接块7.6的阻挡下使进浆通道7.4和排浆通道7.5的开口相互远离。

在一个实施例中，如图1和图4所示，位于进浆通道7.4、排浆通道7.5与刀盘1之间的内筒体2.2内设有搅拌棒1.1。搅拌棒1.1的一端固定连接内筒体2.2并可跟随内筒体2.2一起转动，搅拌棒1.1的自由端以一定角度向下倾斜。

在一个实施例中，如图1和图3所示，外筒体2.1的外表面固定连接有定位装置8。该定位装置8主要包括框架结构8.1、配重块8.2和密封机构8.3。其中，框架结构8.1连接在外筒体2.1外且环绕钻取位置设有密封机构8.3以阻挡钻进时泥水等向上渗出。配重块8.2对称连接在框架结构8.1上，起到防止定位装置8倾斜和倾翻的作用。

在一个实施例中，如图1和图3所示，外筒体2.2的外部连接有夹紧装置4。夹紧装置4位于定位装置8的上方。顶推装置6包括顶推油缸，夹紧装置4固定连接顶推油缸的缸体，顶推油缸的一端通过固定端连接到定位装置8上。

在一个实施例中，如图1和图3所示，顶推装置6为双作用油缸。该双作用缸连接有驱动装置5。驱动装置5包括驱动马达5.1、减速器5.2和连接轴承5.3。夹紧装置4包括夹紧连接机构4.1和夹紧油缸4.2，例如采用夹紧油缸4.2夹紧外筒体2.1，夹紧连接机构4.1采用与夹紧油缸4.2连接的伸缩臂形式，夹紧油缸4.2带动筒体2伸出时，夹紧连接机构4.1的伸缩臂式结构展开；反之则夹紧连接机构4.1的伸缩臂式缩回。在驱动装置5的作用下通过夹紧装置4推动顶推油缸的缸体移动从而带动筒体2以及整机移动。

另一方面，本发明还提出了一种用于狭小空间的施工方法，参考图5至图11所示，该方法采用如前面所述的打桩机，并包括以下步骤：

场地准备，安装洞门密封；

整机定位，调试设备；

打桩机的主机掘进；

主机回退，沉孔形成；

放钢筋笼，注浆，回退外筒体，形成第一根桩基11；

切换钻孔位置，重复以上步骤，完成全部桩基施工。

在一个实施例中，如图5所示，场地准备时，先将工作面进行平整，然后将定位装置8布置在工作面上，并将用于洞门密封的密封机构8.3安装在定位装置8的框架结构8.1的密封处实现洞门密封。这些准备工作做好后，准备安装打桩机的主机。将包括筒体2、刀盘1、夹紧装置4和顶推装置6的主机部分按照打桩机的连接结构进行连接和安装，安装完成后，如图6所示，整机定位然后进行设备调试。

在一个实施例中，如图6所示，打桩机的主机掘进前，连接内筒体2.2和外筒体2.1的稳定器油缸3伸出使得内外筒体固定连接。夹紧装置4夹紧筒体2后，启动驱动装置5和顶推装置6使筒体2旋转和向下推进，带动刀盘1随筒体一起旋转和推进。

在一个实施例中，如图7所示，刀盘1开挖土体，搅拌棒1.1搅拌渣土，通过泥水环流装置7中的进浆机构将泥浆打入泥水仓，通过泥水环流装置7中的排浆机构排出泥水仓的渣土混合液。

在一个实施例中，如图7所示，向下顶进一定距离后，夹紧装置4松开筒体2，推进装置6中的推进油缸回升，下放筒体2。然后再继续夹紧筒体2并顶进，如此循环，直至将筒体顶进到目标位置后停止顶进，如图8所示。

在一个实施例中，如图8所示，当打桩机钻进到目标位置后，主机回退前连接内筒体2.2和外筒体2.1的稳定器油缸3缩回，内筒体2.2与外筒体2.1分离，通过取出装置将内筒体2.2和刀盘1一起拖回到井洞外，沉孔作业完成。然后，拆除连接在外筒体2.2上的顶推装置6和夹紧装置4，拆除后的结构如图9所示。

在一个实施例中，沉孔作业完成后，往沉孔内放置钢筋笼，注浆，根据地层稳固情况，逐步将外筒体2.2拖回到井洞外，完成一根桩基11的施工，如图10所示。

在一个优选的实施例中，该用于狭小空间的施工方法主要包括以下步骤：

1)场地准备、安装洞门密封：如图5所示，施工场地准备，确定钻孔位置；安装定位装置8，安装洞门止水密封机构8.3并确保该密封机构8.3能承受预期水压、土压；

2)整机定位，调试设备：如图6所示，完成主机安装定位，将主机与洞门密封机构8.3相连，确保能形成有效密封；调试打桩机设备的各系统，使其具备始发条件；

3)主机掘进：如图7所示，稳定器油缸3处于伸出状态，内外筒体2.2、2.1固结在一起，利用夹紧装置4夹紧筒体2，启动驱动装置5和顶推装置6使筒体2旋转和推进，带动刀盘1随筒体2一起旋转和推进。刀盘1开挖土体，搅拌棒1.1起到搅拌渣土作用，有效改善渣土的流塑性。同时通过泥水环流装置7中的进浆装置将泥浆打入泥水仓，通过泥水环流装置7中的排浆装置排出泥水仓的渣土混合液。顶进一定距离后，夹紧装置4松开筒体2，推进油缸6回升，下放延伸内外筒体2，继续循环顶进，直至机头顶进至如图8所示的目标位置，停止顶进。值得提出的是，遇到溶洞10、流沙9等不良地质时，由于主机带压快速顶进，能有效降低施工风险；

4)主机回退、沉孔形成：如图9所示，缩回稳定器油缸3，使内外筒体2.2、2.1分离，将内筒体2.2及刀盘1等拖回至井洞外，沉孔作业完成，并拆除顶推装置6等；

5)放钢筋笼、注浆、回退外筒体，第一根桩基11形成：如图10所示，往沉孔内放置钢筋笼，并注浆，根据地层稳固情况，将外筒体2.1同步拖回至洞外，第一根桩基11施工完成；

6)切换钻孔位置，重复步骤1)至步骤5)，全部桩基施工完成：切换至下一预设钻孔位置，重复步骤1)至步骤5)的钻孔与桩基施工作业，直至全部桩基11施工完毕，如图11所示。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种打桩机，其特征在于，包括：

筒体，其包括内筒体和外筒体，所述内筒体和外筒体在下压时连接为一整体，抬起时可拆分开；

刀盘，其固定连接在内筒体内，跟随内筒体上下移动；

夹紧装置，其连接在外筒体上，传递转矩或者传递作用力；

顶推装置，其连接在夹紧装置上带动筒体移动。

2.根据权利要求1所述的打桩机，其特征在于，所述刀盘一端与筒体固定连接，刀盘的另一端通过连接法兰和紧固件与内筒体可拆式连接，所述内筒体与外筒体通过至少两个稳定器油缸连接，所述外筒体的下端连接有刀具。

3.根据权利要求1或2所述的打桩机，其特征在于，所述外筒体的内表面焊接有第一连接块，所述第一连接块与内筒体的外表面之间留有间隙，所述内筒体的内表面连接有第二连接块，所述稳定器油缸的缸体固定在第二连接块上，所述稳定器油缸的活塞杆自由端连接有与第一连接块内配合的嵌接块。

4.根据权利要求3所述的打桩机，其特征在于，所述稳定器油缸伸出时，嵌接块伸入外筒体连接的第一连接块内实现内外筒体连接；所述稳定器油缸缩回时，嵌接块脱离第一连接块从而内筒体与外筒体分离。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的打桩机，其特征在于，两个所述第二连接块向下延伸形成为L型，第二连接块的中部连接从内筒体上端中部向下延伸的泥水环流装置。

6.根据权利要求5所述的打桩机，其特征在于，所述泥水环流装置包括环流回转筒体、回转密封件和回转轴承，所述环流回转筒体的一侧形成有进浆通道，另一侧形成有排浆通道，所述环流回转筒体的下端通过回转密封件和回转轴承与第二连接块连接且在中部连接块的阻挡下使进浆通道和排浆通道的开口相互远离。

7.根据权利要求6所述的打桩机，其特征在于，所述内筒体位于进浆通道、排浆通道与刀盘之间设有搅拌棒，所述搅拌棒一端固定连接内筒体跟随内筒体转动，搅拌棒的自由端以一定角度向下倾斜。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的打桩机，其特征在于，所述外筒体的外表面固定连接有定位装置，所述定位装置包括框架结构和配重块，且所述框架结构套接在外筒体且环绕钻取位置设有密封机构。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的打桩机，其特征在于，所述外筒体的外部连接有夹紧装置，所述顶推装置包括顶推油缸，所述夹紧装置固定连接顶推油缸的缸体，所述顶推油缸的一端通过固定端连接到与外筒体连接的定位装置上，所述定位装置位于夹紧装置下方。

10.根据权利要求9所述的打桩机，其特征在于，所述顶推油缸为双作用油缸，所述双作用缸连接有驱动装置，在所述驱动装置作用下推动顶推油缸的缸体移动从而带动筒体移动。

11.一种用于狭小空间的施工方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1至10中任一项所述的打桩机，并包括以下步骤：

场地准备，安装洞门密封；

整机定位，调试设备；

主机掘进；

主机回退，沉孔形成；

放钢筋笼，注浆，回退外筒体，形成第一根桩基；

切换钻孔位置，重复以上步骤，完成全部桩基施工。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，主机掘进前，连接内筒体和外筒体的稳定器油缸伸出使得内外筒体固定连接；夹紧装置夹紧筒体后，启动驱动装置和顶推装置使筒体旋转和向下推进，带动刀盘随筒体一起旋转和推进。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，刀盘开挖土体，搅拌棒搅拌渣土，通过泥水环流装置中的进浆机构将泥浆打入泥水仓，通过泥水环流装置中的排浆机构排出泥水仓的渣土混合液。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，向下顶进一定距离后，夹紧装置松开筒体，推进装置中的推进油缸回升，下放筒体；然后再继续夹紧和顶进，如此循环，直至顶进到目标位置后停止顶进。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，主机回退前，连接内筒体和外筒体的稳定器油缸缩回，内筒体与外筒体分离，通过取出装置将内筒体和刀盘拖回到井洞外，沉孔作业完成；拆除顶推装置和夹紧装置。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，沉孔作业完成后，往沉孔内放置钢筋笼，注浆，根据地层稳固情况，逐步将外筒体拖回到井洞外，完成一根桩基施工。

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