CN111560956B - 放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置及碎渣方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置及方法，该装置包括钢筋笼、注浆导管和牵引绳，该牵引绳上悬吊有筒体；筒体顶部设有横梁，横梁卡入注浆导管第一限位环的卡口；筒体内设有主电动机，主电动机的输出轴下端设有旋转体；旋转体包括上转盘和下转盘，两个转盘之间周向分布有至少三组组折叠刀；该方法的关键在于：下降注浆导管和碎渣装置，当装置的下转盘垫块触底后，上转盘继续下降，使得两弹片在注浆导管和装置自重下硬挤越过第二限位环，两弹片的弯折部与第二限位环钩挂固定，此时，折叠刀由于竖向被压缩而横向扩开，形成叶轮式刀面。该装置及方法施工大尺寸桩孔时，能在下放钢筋笼后将孔底的大土块破碎充分。

Description

放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置及碎渣方法

技术领域

本发明涉及桩基施工设备领域，具体讲是一种施工成孔灌注桩时向桩孔内放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置及利用该装置碎渣的方法。

背景技术

成孔灌注桩是常见的桩基形式，其施工步骤大致为：先用钻机等钻孔设备钻孔，同时采用泥浆护壁，钻进到孔底标高后，进行正循环或反循环的第一次清孔作业，再下放钢筋笼，然后下插导管，利用导管和泥浆进行正循环或反循环的第二次清孔作业，最后灌注混凝土。

上述工艺存在以下缺陷：由于孔深较大，相应的钢筋笼也较长，一般超过20米，下放钢筋笼的实际操作过程中，钢筋笼很容易与孔壁土体发生刮擦碰撞，导致孔壁大块土体掉落并滞留在孔底，但由于孔底的土块体积较大，不易吸取清除且会堵塞现有的清孔技术的排渣管如注浆导管，故无论正循环还是反循环都很难将滞留孔底的大块土体排出；从而导致大土块残留在桩底，注浆成桩后会降低桩端承载力，破坏整个桩基的力学性能，尤其是在上部建筑物的强大负载下，容易引发桩基的不均匀沉降，甚至会引发建筑物后期裂缝、倾斜甚至倒塌等一系列状况。

在论述本申请技术方案之前，还需要厘清一个尺寸概念，在施工大型桥梁、10层以上的高层建筑物时，需采用大尺寸桩孔，即桩径为800mm以上，而正常的注浆导管的管径为300mm左右，放置好钢筋笼并下插导管的过程中，导管不会与钢筋笼发生干涉碰撞。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种施工800mm以上的大尺寸的桩孔时，能在下放钢筋笼后将下放过程中被钢筋笼从孔壁刮擦碰撞掉的大土块破碎充分，以便于后期清孔排渣的放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置。

本发明的一个技术解决方案是，提供一种放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置，它包括放置于桩孔内的钢筋笼和插入到钢筋笼中心孔内的注浆导管，该装置还包括一根沿注浆导管管腔下放的牵引绳，该牵引绳上悬吊有筒体；

筒体顶部横向外凸有横梁，注浆导管下开口处设有径向内凸的第一限位环，第一限位环的上表面设有与每根横梁两端对应的卡口，横梁的每个端部搁置在对应的卡口内；注浆导管内可转动套合有一根内管，内管底端搁置在第一限位环上，内管内壁设有与每根横梁两端对应的导向槽；注浆导管顶端设有第一吊耳，内管顶端设有第二吊耳；

筒体内设有主电动机，主电动机的输出轴下端设有旋转体；

旋转体包括上转盘和下转盘，两个转盘之间周向分布有至少三组组折叠刀，每组折叠刀包括一根上端与上转盘铰接的上刀杆和一根下端与下转盘铰接的下刀杆；该下刀杆的上端与上刀杆中段经刀轴铰接，上刀杆中段设有台阶面，刀轴上设有撑开两个刀杆进而使得下刀杆上端与上刀杆台阶面抵靠的扭簧；

上转盘设有辅助电动机，上转盘下端面凸出有相互背靠的两个弹片，每个弹片下端为外凸的弯折部，两弹片上端共同连接有由辅助电动机驱动的内转盘；下转盘上设有用于卡接两弹片弯折部的第二限位环，该第二限位环内环面设有两个缺口，每个缺口的宽度大于弯折部的宽度；第二限位环下端设有用于垫高第二限位环以防止弹片弯折部与桩孔孔底触碰的垫块。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种施工800mm以上的大尺寸的桩孔时，能在下放钢筋笼后将下放过程中被钢筋笼从孔壁刮擦碰撞掉的大土块破碎充分，以便于后期清孔排渣的放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的方法。

本发明的另一个技术解决方案是，利用本发明的放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置碎渣的方法，其步骤如下：

初始状态下，注浆导管上端被导管架的夹具夹持固定在桩孔孔口，内管搁置在注浆导管第一限位环上且导向槽与卡口正对，而折叠刀为径向内收状态；碎渣装置的外径小于内管，由牵引绳缓慢下放，且下放过程中横梁端部顺着导向槽降至卡口内而折叠刀伸出下开口；用吊机经第二吊耳起吊并小幅度旋转内管，使得导向槽与卡口错开，再松开第二吊耳，使得内管将横梁端部压紧在卡口内，进而实现碎渣装置与注浆导管的临时固定；然后用吊机经第一吊耳下降注浆导管，进而带动碎渣装置下降，当装置的下转盘垫块触底后，上转盘继续下降，使得两弹片在注浆导管和装置自重下硬挤越过第二限位环，两弹片的弯折部与第二限位环钩挂固定，此时，折叠刀由于竖向被压缩而横向扩开，形成叶轮式刀面；小幅上提注浆导管使得垫块不再抵紧桩孔孔底，驱动主电动机带动叶轮式刀面旋转，从而切削破碎孔底的大块土体，以便于后期二次清孔排渣；

大块土体被破碎充分后，驱动辅助电动机从而经内转盘带动两弹片旋转90度，使得两弹片的弯折部正对第二限位环的两个缺口，失去了第二限位环的卡接限制后，折叠刀的两个刀杆在扭簧作用下竖向复位，横向收缩，导致碎渣装置的外径重新内缩至小于内管孔径，再用吊机将内管从注浆导管内提出，最后将碎渣装置由牵引绳沿注浆导管上提出桩孔孔口回收。

采用以上的放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置及碎渣方法与现有技术相比，具有以下优点。

该装置和方法实现了碎渣装置在横向内收和外扩两种状态下自由切换，这样，可以经注浆导管管腔下放或上提回收，且确保除渣装置升降过程与钢筋笼无接触，避免意外刮擦破坏钢筋笼；而折叠刀下放桩孔孔底后，旋转内管就能将碎渣装置的横梁端部卡紧限制在卡口内，方便快捷的实现碎渣装置与注浆导管的临时固定，再利用吊机整体下放注浆导管，通过导管自重下压折叠两个刀杆，实现横向外扩，同时利用导管自重将两弹片卡入第二限位环实现外扩状态锁定；这样的设计存在以下亮点，按照常规思路，会利用液压缸作为驱动实现刀杆横向外扩，但由于该申请针对的是超过800mm的大尺寸桩孔，孔径是导管管径的3倍左右，实现如此大的横向外扩幅度必须配备多个大行程的油缸，而大型油缸的尺寸也大，会加大筒体的整体外径和自重，使得该装置很难在导管内顺畅升降；所以，采用上述结构完美解决了上述难题，在不配备大型油缸的前提下满足了3倍左右的横向外扩幅度，且使得整个装置轻便灵活，体积紧凑，确保穿越导管平顺方便，无刮擦；而且，内管和注浆导管底部的第一限位环及卡口的设计也颇具巧思，内管既能利用导向槽起导向作用，确保碎渣装置的横梁刚好落入卡口，且下落平稳、折叠刀与内管无刮擦，又能旋转后与卡口一起抵住横梁防止其轴向移动，从而为下压折叠提供反作用力；况且，上述碎渣装置回收过程也灵活方便，驱动辅助电动机，就可以旋转两弹片正对第二限位环缺口，使得折叠刀自动横向内缩，确保从注浆导管顺畅上提。综上，该装置能在下放钢筋笼后将桩孔孔底的大土块破碎充分，以便于后期清孔排渣。

作为优选，主电动机安装在筒体底壁，主电动机的输出轴伸出底壁中心孔且该输出轴与底壁间设有轴承；这样，将主电动机内置在筒体内，隔绝了桩孔内的泥浆，保护了主电动机。

作为进一步优选，上转盘内设有隔板，辅助电动机安装在隔板上且辅助电动机的输出轴穿过隔板，该输出轴下端设有主动齿轮，隔板还可转动安装有从动轴，从动轴上固定有与主动齿轮啮合的从动齿轮，内转盘固定在从动轴下端；这样，将辅助电动机内置在隔板上方的转盘内腔中，同样隔绝了桩孔内的泥浆，保护了辅助电动机。

作为又进一步优选，垫块下端为锥形；这样，可以将位于碎渣装置下方的大块土体压碎或向周边推开，使其位于叶轮式刀面的破碎范围，消减破碎死角。

附图说明

图1是本发明放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置去掉注浆导管部分且横向展开后的结构示意图。

图2是图1偏转一定角度后的结构示意图。

图3是本发明放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置去掉注浆导管部分且横向收缩后的结构示意图。

图4是图3偏转一定角度后的结构示意图。

图5是本发明放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置去掉注浆导管部分、筒体的上半部分以及上转盘侧壁后的结构示意图。

图6是图5偏转一定角度后的结构示意图。

图7是本发明放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置去掉注浆导管上段和中段后的结构示意图。

图8是本发明放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置的注浆导管及内管顶端的结构示意图。

图9是本发明放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置的注浆导管及内管剖掉一半后的结构示意图。

图10是图9去掉内管后的结构示意图。

图中所示1、筒体，1.1、底壁，2、主电动机，3、上转盘，4、下转盘，5、上刀杆，6、下刀杆，7、刀轴，8、辅助电动机，9、弹片，10、弯折部，11、内转盘，12、第二限位环，13、台阶面，14、缺口，15、垫块，16、注浆导管，17、横梁，18、第一限位环，19、卡口，20、内管，21、隔板，22、主动齿轮，23、从动轴，24、从动齿轮，25、吊环，26、导向槽，27、第一吊耳，28、第二吊耳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1～图10所示，本发明放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置，它包括放置于桩孔内的钢筋笼和插入到钢筋笼中心孔内的注浆导管16。上述钢筋笼属于常规现有技术，在桩孔孔口位置搭设有导管架，注浆导管16固定时，由导管架的夹具夹持，而注浆导管16顶端设有第一吊耳27，注浆导管16的升降时则由吊机经第一吊耳27牵引。桩孔孔口还设有一根钢管横跨梁，钢筋笼由吊筋悬吊在钢管横跨梁上且钢筋笼底端与桩孔孔底存在一定间隙，如全笼式桩基的钢筋笼离桩孔底端间隔30～50cm。

本发明放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置还包括一根沿注浆导管16管腔下放的牵引绳，该牵引绳上悬吊有筒体1；即筒体1顶端设有一个系住牵引绳的吊环25。

筒体1顶部横向外凸有十字交叉的两根横梁17，注浆导管16下开口处设有径向内凸的第一限位环18，第一限位环18的上表面设有与每根横梁17两端对应的卡口19，即设有四个卡口，两根横梁17的四个端部搁置在对应的卡口19内。注浆导管16内可转动套合有一根内管20，内管20底端搁置在第一限位环18上，内管20内壁设有与每根横梁17两端对应的导向槽26；即内管20内壁设有四个导向槽26。初始状态下，四个导向槽26与四个卡口19正对且连通。内管20顶端略高于注浆导管16顶端，且内管20顶端设有第二吊耳28。

筒体1内设有主电动机2，具体的说，主电动机2安装在筒体1底壁1.1，主电动机2的输出轴伸出底壁1.1中心孔且该输出轴与底壁1.1间设有轴承。主电动机2的输出轴下端设有旋转体。

旋转体包括上转盘3和下转盘4，两个转盘之间周向均匀分布有四组组折叠刀，每组折叠刀包括一根上端与上转盘3铰接的上刀杆5和一根下端与下转盘4铰接的下刀杆6；该下刀杆6的上端与上刀杆5中段经刀轴7铰接，上刀杆5中段设有台阶面13，刀轴7上设有竖向撑开两个刀杆进而使得下刀杆6上端与上刀杆5台阶面13抵靠的扭簧。

上转盘3内设有辅助电动机8，上转盘3下端面凸出有相互背靠的两个弹片9，每个弹片9下端为外凸的弯折部10，两弹片9上端共同连接有由辅助电动机8驱动的内转盘11。具体的说，上转盘3内设有隔板21，辅助电动机8安装在隔板21上且辅助电动机8的输出轴经轴承穿过隔板21，该输出轴下端设有主动齿轮22，隔板21还可转动安装有从动轴23，从动轴23上固定有与主动齿轮22啮合的从动齿轮24，内转盘11固定在从动轴23下端。

下转盘4上设有用于卡接两弹片9弯折部10的第二限位环12，该第二限位环12内环面设有两个缺口14，每个缺口14的宽度大于弯折部10的宽度。第二限位环12下端设有用于垫高第二限位环12以防止弹片9弯折部10挤入并越过第二限位环12后与桩孔孔底触碰的垫块15。垫块15下端为锥形。

如图1～图10所示，利用本发明放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置碎渣的方法，其步骤如下。

初始状态下，注浆导管16上端被导管架的夹具夹持固定在桩孔孔口，内管20搁置在注浆导管16第一限位环18上且导向槽26与卡口19正对，而折叠刀为径向内收状态；碎渣装置的外径小于内管20，由牵引绳缓慢下放，且下放过程中横梁17端部顺着导向槽26降至卡口19内而折叠刀伸出下开口；用吊机经第二吊耳28起吊并小幅度旋转内管20，使得导向槽26与卡口19错开，再松开第二吊耳28，使得内管20将横梁17端部压紧在卡口19内，进而实现碎渣装置与注浆导管16的临时固定；换句话说，卡口19限制了横梁17端部的周向运动，而横梁17端部的轴向运动被第一限位环18和内管20卡死。

然后用吊机经第一吊耳27下降注浆导管16，进而带动碎渣装置下降，当装置的下转盘4垫块15触底后，上转盘3继续下降，使得两弹片9在注浆导管16和装置自重下硬挤越过第二限位环12，两弹片9的弯折部10与第二限位环12钩挂固定，此时，折叠刀由于竖向被压缩而横向扩开，形成叶轮式刀面；小幅上提注浆导管16使得垫块15不再抵紧桩孔孔底，驱动主电动机2带动叶轮式刀面旋转，从而切削破碎孔底的大块土体，以便于后期二次清孔排渣。

大块土体被破碎充分后，驱动辅助电动机8从而经内转盘11带动两弹片9旋转90度，使得两弹片9的弯折部10正对第二限位环12的两个缺口14，失去了第二限位环12的卡接限制后，折叠刀的两个刀杆在扭簧作用下竖向复位，横向收缩，导致碎渣装置的外径重新内缩至小于内管20孔径，再用吊机将内管20从注浆导管16内提出，最后将碎渣装置由牵引绳沿注浆导管16上提出桩孔孔口回收。

Claims (5)

1.一种放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置，它包括放置于桩孔内的钢筋笼和插入到钢筋笼中心孔内的注浆导管(16)，其特征在于：该装置还包括一根沿注浆导管(16)管腔下放的牵引绳，该牵引绳上悬吊有筒体(1)；

筒体(1)顶部横向外凸有横梁(17)，注浆导管(16)下开口处设有径向内凸的第一限位环(18)，第一限位环(18)的上表面设有与每根横梁(17)两端对应的卡口(19)，横梁(17)的每个端部搁置在对应的卡口(19)内；注浆导管(16)内可转动套合有一根内管(20)，内管(20)底端搁置在第一限位环(18)上，内管(20)内壁设有与每根横梁(17)两端对应的导向槽(26)；注浆导管(16)顶端设有第一吊耳(27)，内管(20)顶端设有第二吊耳(28)；

筒体(1)内设有主电动机(2)，主电动机(2)的输出轴下端设有旋转体；

旋转体包括上转盘(3)和下转盘(4)，两个转盘之间周向分布有至少三组折叠刀，每组折叠刀包括一根上端与上转盘(3)铰接的上刀杆(5)和一根下端与下转盘(4)铰接的下刀杆(6)；该下刀杆(6)的上端与上刀杆(5)中段经刀轴(7)铰接，上刀杆(5)中段设有台阶面(13)，刀轴(7)上设有撑开两个刀杆进而使得下刀杆(6)上端与上刀杆(5)台阶面(13)抵靠的扭簧；

上转盘(3)设有辅助电动机(8)，上转盘(3)下端面凸出有相互背靠的两个弹片(9)，每个弹片(9)下端为外凸的弯折部(10)，两弹片(9)上端共同连接有由辅助电动机(8)驱动的内转盘(11)；下转盘(4)上设有用于卡接两弹片(9)弯折部(10)的第二限位环(12)，该第二限位环(12)内环面设有两个缺口(14)，每个缺口(14)的宽度大于弯折部(10)的宽度；第二限位环(12)下端设有用于垫高第二限位环(12)以防止弹片(9)弯折部(10)与桩孔孔底触碰的垫块(15)。

2.利用权利要求1所述的放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置碎渣的方法，其特征在于：

初始状态下，注浆导管(16)上端被导管架的夹具夹持固定在桩孔孔口，内管(20)搁置在注浆导管(16)第一限位环(18)上且导向槽(26)与卡口(19)正对，而折叠刀为径向内收状态；碎渣装置的外径小于内管(20)，由牵引绳缓慢下放，且下放过程中横梁(17)端部顺着导向槽(26)降至卡口(19)内而折叠刀伸出下开口；用吊机经第二吊耳(28)起吊并小幅度旋转内管(20)，使得导向槽(26)与卡口(19)错开，再松开第二吊耳(28)，使得内管(20)将横梁(17)端部压紧在卡口(19)内，进而实现碎渣装置与注浆导管(16)的临时固定；然后用吊机经第一吊耳(27)下降注浆导管(16)，进而带动碎渣装置下降，当装置的下转盘(4)垫块(15)触底后，上转盘(3)继续下降，使得两弹片(9)在注浆导管(16)和装置自重下硬挤越过第二限位环(12)，两弹片(9)的弯折部(10)与第二限位环(12)钩挂固定，此时，折叠刀由于竖向被压缩而横向扩开，形成叶轮式刀面；小幅上提注浆导管(16)使得垫块(15)不再抵紧桩孔孔底，驱动主电动机(2)带动叶轮式刀面旋转，从而切削破碎孔底的大块土体，以便于后期二次清孔排渣；

大块土体被破碎充分后，驱动辅助电动机(8)从而经内转盘(11)带动两弹片(9)旋转90度，使得两弹片(9)的弯折部(10)正对第二限位环(12)的两个缺口(14)，失去了第二限位环(12)的卡接限制后，折叠刀的两个刀杆在扭簧作用下竖向复位，横向收缩，导致碎渣装置的外径重新内缩至小于内管(20)孔径，再用吊机将内管(20)从注浆导管(16)内提出，最后将碎渣装置由牵引绳沿注浆导管(16)上提出桩孔孔口回收。

3.根据权利要求1所述的放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置，其特征在于：主电动机(2)安装在筒体(1)底壁(1.1)，主电动机(2)的输出轴伸出底壁(1.1)中心孔且该输出轴与底壁(1.1)间设有轴承。

4.根据权利要求1所述的放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置，其特征在于：上转盘(3)内设有隔板(21)，辅助电动机(8)安装在隔板(21)上且辅助电动机(8)的输出轴穿过隔板(21)，该输出轴下端设有主动齿轮(22)，隔板(21)还可转动安装有从动轴(23)，从动轴(23)上固定有与主动齿轮(22)啮合的从动齿轮(24)，内转盘(11)固定在从动轴(23)下端。

5.根据权利要求1所述的放置钢筋笼后对大尺寸桩孔孔底碎渣的装置，其特征在于：垫块(15)下端为锥形。

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