CN113216188A - 超灌混凝土处理装置及水下混凝土灌注桩施工工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种超灌混凝土处理装置及水下混凝土灌注桩施工工艺，涉及灌注桩技术领域，其中超灌混凝土处理装置包括内部中空、一端敞口的安装壳，所述安装壳远离敞口的一端开设有进料口，所述安装壳靠近进料口的部位安装有用于启闭进料口的切割机构，所述安装壳安装有用于驱动切割机构的驱动机构；施工工艺包括钻孔并放置钢筋笼；安装超灌混凝土处理装置；灌注混凝土超过灌注桩的设计标高位置；切割混凝土：通过驱动机构带动切割机构工作切割混凝土；拆除超灌混凝土处理装置。该申请具有减小破除灌注桩桩头难度以提高施工质量和效率的优点。

Description

超灌混凝土处理装置及水下混凝土灌注桩施工工艺

技术领域

本申请涉及灌注桩技术领域，尤其是涉及一种超灌混凝土处理装置及水下混凝土灌注桩施工工艺。

背景技术

混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇筑混凝土而成的桩。在一些工程施工中，由于桩位可能位于河流或湖泊区域，此时混凝土灌注桩需要在水下作业。

由于水下灌注桩工艺的缺陷，导致上部混凝土不可避免与泥浆和部分沉渣混合。因此水下灌注混凝土的过程中，一般会超灌0.5-1m，后期再将超灌混凝土破除，破除一般采用桩头凿除法施工。发明人认为目前的施工方式存在以下缺陷：由于混凝土将钢筋笼包覆并硬化，凿除过程中若位置处理不当很容易对桩体钢筋造成损伤，影响施工质量。

发明内容

为了改善目前凿除法去除超灌部分的桩头影响灌注桩质量的问题，本申请提供一种超灌混凝土处理装置及水下混凝土灌注桩施工工艺。

第一方面，本申请提供一种超灌混凝土处理装置采用如下的技术方案：

一种超灌混凝土处理装置，包括内部中空、一端敞口的安装壳，所述安装壳远离敞口的一端开设有进料口，所述安装壳靠近进料口的部位安装有用于启闭进料口的切割机构，所述安装壳安装有用于驱动切割机构的驱动机构。

通过采用上述技术方案，钻孔后将安装壳放入到灌注桩的设计标高位置，将灌注管从进料口中插入并进行混凝土灌注作业。当混凝土灌注超过设计标高线后，超灌的混凝土通过进料口进入到安装壳内部的空腔中，拔出灌注管，通过驱动机构电动切割机构将进料口封闭，切割机构把超灌的混凝土与桩体混凝土分开，待桩体混凝土初步硬化后，取出安装壳即可。形成后的灌注桩高度与设计标高相符，减小了破除桩头的工作量，提高灌注桩桩体质量并提高施工效率。

可选的，所述切割机构包括安装盘和多个刀片，所述安装盘环形设置于进料口处并与安装壳转动连接，所述安装盘上设有多个限位槽，刀片与限位槽一一对应，所述刀片上设有伸入限位槽的限位柱，限位柱能够在限位槽中滑移并自转；多个所述刀片靠近安装盘的中心一端角度和为2π。

通过采用上述技术方案，安装盘转动时，限位槽带动限位柱移动，由于刀片之间接触时互相抵压，使得刀片绕限位柱转动，从而多个刀片靠近安装盘中心的一端抵接将进料口封闭。安装盘反向转动时，多个刀片互相远离使得进料口打开。

可选的，所述驱动机构包括穿设于安装壳并转动连接的传动轴，传动轴靠近进料口的一端固定有与安装盘啮合的齿轮，传动轴的另一端连接有驱动传动轴正反转的动力源。

通过采用上述技术方案，动力源工作带动传动轴正转或反转，从而传动轴带动齿轮转动，与齿轮啮合的安装盘转动。驱动机构的结构相对简单，传动稳定。

可选的，所述传动轴远离进料口的一端伸出安装壳，所述动力源为正反转电机，传动轴与电机之间带传动连接。

通过采用上述技术方案，放置安装壳时，传动轴能够露出水面，这样露出水面的一端能够通过带传动与外部的电机连接，减小了整个装置的重量。

可选的，所述安装壳连接有排料机构，所述排料机构包括连通的主管道和支管道，支管道的进口伸入至安装壳内部的空腔中。

通过采用上述技术方案，主管道能够连接外部的固定泵，固定泵工作通过主管道和支管道将安装壳空腔内的物料如泥浆和混凝土抽排出，在拔出安装壳时重量减轻，同时便于后续对安装壳清理维护。

可选的，所述安装壳包括固定连接的外筒和内筒，外筒和内筒之间形成封闭的容置腔，所述切割机构安装于容置腔内。

通过采用上述技术方案，切割机构可以先安装在外筒中，然后套设安装内筒，整个装置安装和拆卸相对方便，有利于维护。

可选的，所述安装壳的外壁安装有用于将安装壳固定于桩孔侧壁的固定机构。

通过采用上述技术方案，安装壳放置到桩孔后，固定机构能够将安装壳与桩孔侧壁固定，保持后续操作装置的稳定性。

可选的，所述固定机构包括至少一个弹性的第一限位部和/或至少一个弹性的第二限位部。

通过采用上述技术方案，第一限位部和第二限位部为弹性，能够在一定程度上适应桩孔的大小，方便现场施工。

可选的，所述第一限位部和第二限位部为橡胶管，第一限位部和第二限位部连通，第一限位部连接有进气管。

通过采用上述技术方案，开始安装时橡胶管呈自然状态，安装壳能够在重力作用下进入到桩孔中，然后通过进气管对橡胶管进行充气使得橡胶管膨胀抵接至桩孔侧壁。当需要取出安装壳时，可以通过进气管放气，使得橡胶管恢复，橡胶管的轮廓外径减小，安装壳与桩孔内壁能够容易分开，从而安装壳方便取出。

第二方面，本申请提供一种水下混凝土灌注桩施工工艺采用如下的技术方案：

一种水下混凝土灌注桩施工工艺，应用有上述的超灌混凝土处理装置，包括以下步骤：

钻孔并放置钢筋笼；

安装超灌混凝土处理装置；

灌注混凝土超过灌注桩的设计标高位置；

切割混凝土：通过驱动机构带动切割机构工作切割混凝土；

拆除超灌混凝土处理装置。

通过采用上述技术方案，超灌部分的混凝土被切割机构与桩体部分的混凝土分离，桩体部分的混凝土初步硬化后，超灌部分的混凝土不会与桩体连接，减小了后续破除桩头的工作量，提高桩体质量。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、在进行混凝土灌注桩的施工中，可以利用超灌混凝土处理装置对超灌部分的混凝土进行切割分离，减小了后续桩头破除处理的工作，提高桩体质量的同时提升施工效率；

2、在对超灌部分的混凝土切割分离后，排料机构能够将超灌部分的混凝土抽送排放，再将安装壳取出后能够方便的清理和维护，可重复使用。

附图说明

图1为本申请实施例超灌混凝土处理装置的整体结构示意图；

图2为图1中A-A面的剖视图；

图3为显示安装壳内部结构局部切除后的结构示意图；

图4为驱动机构与切割机构连接关系的结构示意图；

图5为本申请实施例导流装置在修复过程中应用状态的示意图。

附图标记说明：1、安装壳；11、外筒；112、铰接孔；12、内筒；121、翻边；1211、通孔；122、支撑板；1221、穿孔；13、容置腔；14、进料口；2、固定机构；21、第一限位部；22、第二限位部；23、进气管；3、排料机构；31、主管道；32、支管道；4、驱动机构；41、电机；42、传动轴；43、齿轮；5、切割机构；51、安装盘；511、限位槽；52、刀片；521、限位柱；522、第一导向面；523、第二导向面；6、基土层；7、桩体；71、钢筋；711、支撑部；8、护筒。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种超灌混凝土处理装置。

参考图1和图2，超灌混凝土处理装置包括安装壳1和安装于安装壳1上的固定机构2、排料机构3、切割机构5以及驱动切割机构5工作的驱动机构4，安装壳1的底部设有进料口14，使用时通过固定机构2将安装壳1固定于桩孔位置，安装壳1的底壁与待灌注的桩体设计标高相同，在灌注混凝土过程中，上部含有泥浆的混凝土通过进料口14移动到安装壳1中，排料机构3工作将含有泥浆的混凝土抽排到外部，待混凝土的桩体灌注达到设计标高后，继续灌注混凝土超过设计标高位置，驱动机构4工作带动切割机构5将超过设计标高的混凝土与桩体切割分离，减小了桩体硬化后破除超过标高的桩头难度，提高施工效率。

参考图1和图2，安装壳1包括外筒11和内筒12，外筒11和内筒12均为两端敞口的管体结构，内筒12同轴放置于外筒11中使得两者之间形成容置腔13，进料口14为外筒11和内筒12的一端均朝向中心轴线收缩口径形成。内筒12远离进料口14的一端侧壁远离中心轴线延伸至外筒11侧壁形成翻边121，内筒12与外筒11之间可以卡接固定，为了减小水进入容置腔13的可能，翻边121处设有密封圈。在本申请实施例的其他实施方式中，内筒12与外筒11之间可以通过在翻边121的接缝处焊接固定。

参考图1和图2，固定机构2包括固定于外筒11外壁的第一限位部21和第二限位部22，第一限位部21和第二限位部22为弹性件，此处第一限位部21和第二限位部22为熔固或粘接在外筒11的橡胶管。第一限位部21和第二限位部22位于外筒11的两端。由于橡胶管具有弹性，在放置安装壳1时，安装壳1能够通过橡胶管与桩孔侧壁卡紧固定位置。

为了放置安装壳1更加顺利，第一限位部21和第二限位部22之间连接有通气管，第一限位部21连接有进气管23。这样安装时橡胶管发生变形，轮廓小于桩孔的内径，安装壳1能够在重力作用下顺利放入桩孔中，待安装壳1放置到所需位置时，通过进气管23连接外部的气源如鼓风机或气泵等对橡胶管进行充气，橡胶管膨胀将安装壳1紧固在桩孔中。

在本申请实施例其他实施方式中，第一限位部21和第二限位部22还可以只保留一个，或者第一限位部21和第二限位部22的数量分别为2个及以上。

参考图2和图3，排料机构3包括连通的主管道31和支管道32，主管道31的一端伸出内筒12外部且另一端沿着内筒12内壁伸入到内筒12靠近进料口14的一端，支管道32的一端与主管道31连通且另一端抵接至内筒12底壁。主管道31伸出内筒12的一端可以连接固定泵，固定泵工作将位于内筒12底部的混凝土抽排至安装壳1外。

参考图2和图3，在内筒12的翻边121上开设有通孔1211，在外筒11的底部内壁开设有铰接孔112，铰接孔112与通孔1211的中心连线平行于内筒12的中心轴线。驱动机构4包括电机41、传动轴42和齿轮43，传动轴42穿过通孔1211且端部铰接于铰接孔112中，传动轴42与通孔1211之间通过密封轴承转动连接，齿轮43同轴固定于传动轴42靠近铰接孔112的一端，电机41通过螺栓固定于翻边121上，传动轴42与电机41的输出轴固定连接，电机41为正反转电机。为了提高传动轴42运转稳定性，内筒12的外壁固定有支撑板122，支撑板122上开设有与传动轴42外径相适配的穿孔1221，传动轴42穿过穿孔1221并与支撑板122转动连接。在本申请实施例其他实施方式中，传动轴42还可以与支撑板122通过轴承转动连接。

为了对电机41起到保护作用，电机41外部安装有防水壳，防水壳可以通过螺栓固定在翻边121上且密封处理。在本申请实施例其他实施方式中，传动轴42也可以高出翻边121一段距离，使得传动轴42能够露出在水面上部，传动轴42远离齿轮43的一端可以固定有带轮，传动轴42通过带传动连接外部的电机41，减小电机41进水的可能。

参考图3和图4，切割机构5包括安装盘51和多个刀片52，安装盘51同轴转动连接于内筒12底壁，安装盘51与内筒12之间可以通过轴承连接，此处轴承最好采用密封轴承；安装盘51呈环形且其边缘沿周向设有轮齿，安装盘51与齿轮43啮合。安装盘51的一面沿周向开设有多个限位槽511，限位槽511与刀片52一一对应。刀片52整体为四边形板，刀片52在四边形板的其中相邻两面为平面，两个平面分别为第一导向面522和第二导向面523，第一导向面522与第二导向面523之间形成锐角夹角，刀片52上固定有限位柱521，限位柱521的一端伸入到限位槽511内且另一端抵接外筒11的底壁，限位柱521可以位于刀片52远离锐角的一端设置。限位槽511可以为弧形，当安装盘51转动时，安装盘51通过限位槽511带动限位柱521移动，同时由于相邻两个刀片52的平面抵接，相邻的刀片受压后绕着限位柱521的中心轴线转动，从而所有刀片52朝向内筒12的中心轴线移动并贴合，所有刀片52的锐角一端抵接后将进料口14封闭。

安装盘51顺时针转动时，多个刀片52远离内筒12的中心轴线移动使得进料口14打开，安装盘51逆时针转动时，多个刀片52朝向内筒12的中心轴线移动使得进料口14封闭。

本申请实施例还公开一种水下混凝土灌注桩施工工艺。参考图5，灌注桩施工工艺包括以下步骤：

钻孔并安装护筒8：在桩体7设计位置钻孔，然后再桩孔的孔口位置安装护筒8，增加桩孔孔口位置的光洁度和硬度。

放置预制的钢筋笼：钢筋笼竖向设置的钢筋71靠近桩孔孔口的一端远离中心轴线弯折形成支撑部711，支撑部711在桩孔内的位置与桩体7的设计标高一致。

安装超灌混凝土处理装置：使用工具将超灌混凝土处理装置吊放到桩孔内，使得安装壳1的底壁支撑在支撑部711上。此时查验安装壳1底壁的位置，若安装壳1的底壁低于桩体7的设计标高，则向上吊拉安装壳1使得安装壳1底壁与设计标高一致。通过进气管23向第一限位部21和第二限位部22充气将安装壳1固定到护筒8上。

灌注混凝土：将混凝土灌注管从进料口14插入，然后进行混凝土灌注作业。混凝土灌注一段距离后，启动连接在主管道31上的固定泵将内筒12中的物质向外抽排，当抽排物质中开始看到混凝土时表示上层的混凝土超过设计标高进入到内筒12，此时混凝土中混有泥浆。当抽排的物质中全部是混凝土且不含有泥浆时，停止固定泵的抽送。在灌注混凝土过程中保持振捣作业。

切割混凝土：拔出灌注管，启动电机41工作，电机41通过传动轴42带动齿轮43转动，与齿轮43啮合的安装盘51转动，安装盘51带动多个刀片52朝向进料口14中心部位移动并切割混凝土。切割作业可以在灌注完成后等待15-30S进行，以便内筒12中的混凝土能够对下方的桩体进行补缩。当多个刀片52对进料口14进行封堵后，可以重启排料机构3对内筒12中的混凝土进行抽排，方便后续安装壳1的清理。

本申请实施例的其他实施方式中，多个刀片52移动时也可以不封闭进料口14，只是减小进料口14的通道直径，比如从400mm减小到80mm，这样内筒12中的混凝土一方面能够对下方的桩体进行补缩，另一方面待混凝土初步硬化凝固后，刀片52复位后使得混凝土桩在设计标高上方1-5cm位置形成环形的切口，便于破除后不损坏桩体。

拆除超灌混凝土处理装置并对桩体后处理：待桩体混凝土初步硬化后，通过进气管23放气使得第一限位部21和第二限位部22变形，使用工具将安装壳1拔出，对安装壳1进行冲洗。桩体顶端根据设计要求局部处理。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超灌混凝土处理装置，包括内部中空、一端敞口的安装壳(1)，其特征在于：所述安装壳(1)远离敞口的一端开设有进料口(14)，所述安装壳(1)靠近进料口(14)的部位安装有用于启闭进料口(14)的切割机构(5)，所述安装壳(1)安装有用于驱动切割机构(5)的驱动机构(4)。

2.根据权利要求1所述的超灌混凝土处理装置，其特征在于：所述切割机构(5)包括安装盘(51)和多个刀片(52)，所述安装盘(51)环形设置于进料口(14)处并与安装壳(1)转动连接，所述安装盘(51)上设有多个限位槽(511)，刀片(52)与限位槽(511)一一对应，所述刀片(52)上设有伸入限位槽(511)的限位柱(521)，限位柱(521)能够在限位槽(511)中滑移并自转；多个所述刀片(52)靠近安装盘(51)的中心一端角度和为2π。

3.根据权利要求2所述的超灌混凝土处理装置，其特征在于：所述驱动机构(4)包括穿设于安装壳(1)并转动连接的传动轴(42)，传动轴(42)靠近进料口(14)的一端固定有与安装盘(51)啮合的齿轮(43)，传动轴(42)的另一端连接有驱动传动轴(42)正反转的动力源。

4.根据权利要求3所述的超灌混凝土处理装置，其特征在于：所述传动轴(42)远离进料口(14)的一端伸出安装壳(1)，所述动力源为正反转电机(41)，传动轴(42)与电机(41)之间带传动连接。

5.根据权利要求1所述的超灌混凝土处理装置，其特征在于：所述安装壳(1)连接有排料机构(3)，所述排料机构(3)包括连通的主管道(31)和支管道(32)，支管道(32)的进口伸入至安装壳(1)内部的空腔中。

6.根据权利要求1所述的超灌混凝土处理装置，其特征在于：所述安装壳(1)包括固定连接的外筒(11)和内筒(12)，外筒(11)和内筒(12)之间形成封闭的容置腔(13)，所述切割机构(5)安装于容置腔(13)内。

7.根据权利要求1-6任一所述的超灌混凝土处理装置，其特征在于：所述安装壳(1)的外壁安装有用于将安装壳(1)固定于桩孔侧壁的固定机构(2)。

8.根据权利要求7所述的超灌混凝土处理装置，其特征在于：所述固定机构(2)包括至少一个弹性的第一限位部(21)和/或至少一个弹性的第二限位部(22)。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的超灌混凝土处理装置，其特征在于：所述第一限位部(21)和第二限位部(22)为橡胶管，第一限位部(21)和第二限位部(22)连通，第一限位部(21)连接有进气管(23)。

10.一种水下混凝土灌注桩施工工艺，应用有权利要求1-9任一所述的超灌混凝土处理装置，其特征在于：包括以下步骤：

钻孔并放置钢筋(71)笼；

安装超灌混凝土处理装置；

灌注混凝土超过灌注桩的设计标高位置；

切割混凝土：通过驱动机构(4)带动切割机构(5)工作切割混凝土；

拆除超灌混凝土处理装置。

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