CN113718757A - 一种基于现浇大直径管桩的扩底装置及扩底方法 - Google Patents

Abstract

本说明书一个或多个实施例提供一种基于现浇大直径管桩的扩底装置及扩底方法，先通过施工现浇大直径管桩，再沿管桩顶端一周铺设装配环状导轨，并将水刀切割机构顶端连接于环状导轨上，水刀切割机构底端竖直伸入管桩底端的扩大头部分，并连接有束流喷嘴，同时设置有泥浆吸出机构，泥浆吸出机构底端竖直伸入管桩底端的扩大头部分，并连接有泥浆泵，通过控制水刀切割机构沿环状导轨并贴近管桩内侧壁周向转动，以带动束流喷嘴环向行走切割，同时利用泥浆泵把切割产生的泥浆吸出，并通过调节部用于伸缩调节束流喷嘴不同竖向高度，以使桩底端形成满足设计要求的扩大头，从而大幅度提升管桩的承载能力。

Description

一种基于现浇大直径管桩的扩底装置及扩底方法

技术领域

本说明书一个或多个实施例涉及大直径管桩扩底技术领域，尤其涉及一种基于现浇大直径管桩的扩底装置及扩底方法。

背景技术

扩底桩是底部直径大于上部桩身直径的灌注桩，其单桩承载力比桩身直径相同的直桩的承载力有较大提高，按其成桩方式可分为钻孔扩底桩、爆破桩、震冲扩底桩。

其中，钻孔扩底灌注桩是一种比较新的施工方法，它是对钻孔灌注桩的一种改进和创新。它利用钻孔达到所要求的持力层后在桩端换用特殊钻头将桩端直径扩大，则桩的极限承载力比没有扩大头的灌注桩的极限承载力有较大幅度的增长。对于许多高层建筑，钻孔扩底灌注桩在强风化岩中就可以终孔，可以弥补其它桩型的不足，经济效益显著。

钻孔扩底灌注桩是对钻孔灌注桩的一种改进，通过扩底这种新的施工工艺，桩的承载力得到大幅度的提高，可充分利用覆盖层中各类力学性质较好的土层和风化岩层作为扩大头持力层，可以一定程度减少桩长、降低施工难度。在这种施工方法中，关键是注重扩大头的扩底直径是否达到设计要求。根据工程实际需要的扩底直径，在地而试验确定相应的扩底行程。扩底钻头入孔前，先进行整体强度检验，伸缩是否自如，当扩底钻头下到孔底后，在主动钻杆上安装好行程限位器，以便确定扩底直径。当主动钻杆标尺达到限位器位置时，桩端扩大头也扩大到了相应的直径，钻孔扩底灌注桩的桩端也就施工完毕。

然而，以上现有扩底技术有以下缺点：钻孔扩底灌注桩的桩端扩大头施工难度较大、扩大头的扩底直径不好控制；而人工挖孔扩底桩，需要人工开挖，为确保挖孔工人安全，使用条件受地质情况和桩长等因素限制。

发明内容

有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种基于现浇大直径管桩的扩底装置及扩底方法，以致力于解决背景技术中的全部问题或者之一。

基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种基于现浇大直径管桩的扩底装置，包括：

环状导轨，铺设装配于管桩顶端一周；

水刀切割机构，水刀切割机构顶端连接于环状导轨上，以可沿环状导轨并贴近管桩内侧壁周向转动，水刀切割机构底端竖直伸入管桩底端的扩大头部分，并连接有束流喷嘴，用于环向行走切割；

泥浆吸出机构，泥浆吸出机构底端竖直伸入管桩底端的扩大头部分，并连接有泥浆泵，用于吸出泥浆；

竖向调节部，设于水刀切割机构上，用于伸缩调节束流喷嘴竖向高度。

优选地，水刀切割机构包括有导向杆，导向杆竖向贯伸入管桩内，以贴近管桩内侧壁周向转动，导向杆内部设置有射流水管，射流水管一端连接有高压泵。

优选地，竖向调节部包括有液压油缸，液压油缸顶端连接于环状导轨上，液压油缸底端连接于导向杆顶端。

优选地，泥浆吸出机构包括有泥浆管，泥浆管竖向贯伸入管桩内，以连接于泥浆泵。

优选地，束流喷嘴包括有竖直段喷嘴、伸缩段喷嘴和喷嘴喷头，竖直段喷嘴连接于水刀切割机构底端，伸缩段喷嘴横向连接于竖直段喷嘴底端，用于横向伸缩调节，喷嘴喷头连接于伸缩段喷嘴头端，以朝向管桩底端径向方向喷射切割。

优选地，束流喷嘴上装设有雷达测距仪，用于自动感应与切割土体的距离。

优选地，还设置有控制系统，控制系统分别与水刀切割机构、泥浆吸出机构、竖向调节部、束流喷嘴电连接，用于控制调节切割作业。

一种基于现浇大直径管桩的扩底方法，其特征在于，包括：

a：施工现浇大直径管桩；

b：待管桩桩身混凝土达到一定强度后，沿管桩顶端一周装设环状导轨；

c：在环状导轨上配置有水刀切割机构，水刀切割机构底端配置有直角可伸缩的束流喷嘴；

d：水刀切割机构沿竖向贯伸入管桩底端的扩大头部分，通过控制水刀切割机构沿环状导轨周向转动，以使束流喷嘴贴近管桩内侧壁环向行走，以对管桩底端土体进行切割；

e：管桩内竖向贯伸有泥浆吸出机构，以将切割产生的泥浆吸出；

f：对切割形成的扩大头浇筑混凝土成形。

优选地，还包括g：配置有控制系统，事先将管桩底端扩大头设计尺寸数据输入于控制系统内，通过控制系统自动控制束流喷嘴行走速度、切割压力、竖向移动和横向伸缩，以使束流喷嘴与切割土体始终保持固定距离，以达到相应的切割形状尺寸要求。

从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的一种基于现浇大直径管桩的扩底装置及扩底方法，具备如下优点：能严格控制桩底端扩大头的扩底直径，提升扩大头的施工质量；先施工的现浇大直径管桩兼做护壁措施，能确保孔壁稳定，使扩底施工不受地质条件和桩长等因素限制，从而提高扩底施工安全性和保证扩底施工质量；通过在管桩顶端安装环状导轨，使水刀切割机构沿固定轨道运行，有效提升扩底效率；根据地层变化情况和实际切割效果，控制系统能自动调节水刀切割机构绕环状导轨的运行速度和水压大小，以保证扩底施工效率和质量；事先把管桩底端扩大头设计尺寸数据输入控制系统，根据扩大头形状尺寸，通过雷达测距仪，使束流喷嘴与土体始终保持固定距离，以达到最佳切割效果；水刀切割机构利用高压水射流切割土体，是一种冷切割技术，对土体的物理力学性质影响较小；保持束流喷嘴悬空切割的条件下，由于贴合切割土体环绕切割，无需很大的切割冲击力，即不会对束流喷嘴造成很强的后座反力，以利于稳定高效切割作业。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书一个或多个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说明书一个或多个实施例，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为本发明实施例扩底装置的立面剖视图；

图2为本发明实施例扩底装置的俯视图；

图3为本发明实施例的束流喷嘴的结构示意图。

图中：1、环状导轨；2、管桩；3、水刀切割机构；31、导向杆；32、射流水管；33、高压泵；4、束流喷嘴；41、竖直段喷嘴；42、伸缩段喷嘴；43、喷嘴喷头；5、泥浆吸出机构；51、泥浆管；6、泥浆泵；7、竖向调节部；8、控制系统。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

一种基于现浇大直径管桩的扩底装置及扩底方法，如图1至图3所示，包括环状导轨1，环状导轨1铺设装配于管桩2顶端一周，设置有水刀切割机构3，水刀切割机构3顶端连接于环状导轨1上，以可沿环状导轨1并贴近管桩2内侧壁周向转动，水刀切割机构3底端竖直伸入管桩2底端的扩大头部分，并连接有束流喷嘴4，用于环向行走切割，设置有泥浆吸出机构5，泥浆吸出机构5底端竖直伸入管桩2底端的扩大头部分，并连接有泥浆泵6，用于吸出泥浆，水刀切割机构3上设有竖向调节部7，用于伸缩调节束流喷嘴4竖向高度。

本发明通过设置环状导轨1，先通过施工现浇大直径管桩2，待桩身混凝土达到一定强度后，再沿管桩2顶端一周铺设装配环状导轨1，并将水刀切割机构3顶端连接于环状导轨1上，水刀切割机构3竖直贯伸入管桩2内并贴近管桩2内侧壁设置，其中水刀切割机构3底端竖直伸入管桩2底端的扩大头部分，并连接有束流喷嘴4，同时设置有泥浆吸出机构5，泥浆吸出机构5底端竖直伸入管桩2底端的扩大头部分，并连接有泥浆泵6，且水刀切割机构3上设有竖向调节部7，从而通过控制水刀切割机构3沿环状导轨1并贴近管桩2内侧壁周向转动，以带动束流喷嘴4环向行走，并贴合朝向底端扩大头部分喷射高压水柱切割扩底，同时利用泥浆泵6把切割产生的泥浆吸出，并通过竖向调节部7用于伸缩调节束流喷嘴4不同竖向高度，以使桩底端形成满足设计要求的扩大头，从而大幅度提升管桩2的承载能力，从而能严格控制桩底端扩大头的扩底直径，提升扩大头的施工质量，先施工的现浇大直径管桩2兼做护壁措施，能确保孔壁稳定，使扩底施工不受地质条件和桩长等因素限制，从而提高扩底施工安全性和保证扩底施工质量，通过在管桩2顶端安装环状导轨1，使水刀切割机构3沿固定轨道运行，有效提升扩底效率，根据地层变化情况和实际切割效果，自动调节水刀切割机构3绕环状导轨1的运行速度和水压大小，以保证扩底施工效率和质量，水刀切割机构3利用高压水射流切割土体，是一种冷切割技术，对土体的物理力学性质影响较小，且保持束流喷嘴4悬空切割的条件下，由于贴合切割土体环绕切割，无需很大的切割冲击力，即不会对束流喷嘴4造成很强的后座反力，以利于稳定高效切割作业。

在本发明的实施例中，水刀切割机构3包括有导向杆31，导向杆31竖向贯伸入管桩2内，以贴近管桩2内侧壁周向转动，导向杆31内部设置有射流水管32，射流水管32一端连接有高压泵33，以实现超高压水射流切割。

在本发明的实施例中，竖向调节部7包括有液压油缸，液压油缸顶端连接于环状导轨1上，液压油缸底端连接于导向杆31顶端，以实现竖向伸缩调节不同切割高度。

在本发明的实施例中，泥浆吸出机构5包括有泥浆管51，泥浆管51竖向贯伸入管桩2内，以连接于泥浆泵6。

在本发明的实施例中，束流喷嘴4包括有竖直段喷嘴41、伸缩段喷嘴42和喷嘴喷头43，竖直段喷嘴41连接于水刀切割机构3底端，伸缩段喷嘴42横向连接于竖直段喷嘴41底端，用于横向伸缩调节，喷嘴喷头43连接于伸缩段喷嘴42头端，以朝向管桩2底端径向方向喷射切割，从而束流喷嘴4呈90度直角形状，以定向朝向底端径向方向切割，且不仅可以通过导向杆31自由升降调节高度，还可通过伸缩段喷嘴42横向伸缩调节水平距离，以保持定向稳定的切割距离。

在本发明的实施例中，束流喷嘴4上装设有雷达测距仪，用于自动感应与切割土体的距离，从而通过雷达测距仪测距，以控制伸缩段喷嘴42伸缩，与土体始终保持固定距离，以达到最佳切割效果以及严格控制桩底端扩大头的扩底直径尺寸。

在本发明的实施例中，还设置有控制系统8，控制系统8分别与水刀切割机构3、泥浆吸出机构5、竖向调节部7、束流喷嘴4电连接，从而根据具体地层情况，通过控制系统8设置合适的水刀切割机构3绕环状导轨1的运行速度和水压力，以及竖向和横向的距离，以实现控制调节切割作业，以保证扩底施工效率和质量。

本发明的实施例还提供一种基于现浇大直径管桩的扩底方法，包括以下步骤：

a：施工现浇大直径管桩2；

b：待管桩2桩身混凝土达到一定强度后，沿管桩2顶端一周装设环状导轨1；

c：在环状导轨1上配置有水刀切割机构3，水刀切割机构3底端配置有直角可伸缩的束流喷嘴4；

d：水刀切割机构3沿竖向贯伸入管桩2底端的扩大头部分，通过控制水刀切割机构3沿环状导轨1周向转动，以使束流喷嘴4贴近管桩2内侧壁环向行走，以对管桩2底端土体进行切割；

e：管桩2内竖向贯伸有泥浆吸出机构5，以将切割产生的泥浆吸出；

f：对切割形成的扩大头浇筑混凝土成形。

在本发明的实施例中，还包括g：配置有控制系统8，事先将管桩2底端扩大头设计尺寸数据输入于控制系统8内，通过控制系统8自动控制束流喷嘴4行走速度、切割压力、竖向移动和横向伸缩，以使束流喷嘴4与切割土体始终保持固定距离，以达到相应的切割形状尺寸要求，以保证扩底施工效率和质量。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于现浇大直径管桩的扩底装置，其特征在于，包括：

环状导轨，铺设装配于管桩顶端一周；

水刀切割机构，所述水刀切割机构顶端连接于所述环状导轨上，以可沿所述环状导轨并贴近所述管桩内侧壁周向转动，所述水刀切割机构底端竖直伸入所述管桩底端的扩大头部分，并连接有束流喷嘴，用于环向行走切割；

泥浆吸出机构，所述泥浆吸出机构底端竖直伸入所述管桩底端的扩大头部分，并连接有泥浆泵，用于吸出泥浆；

竖向调节部，设于所述水刀切割机构上，用于伸缩调节所述束流喷嘴竖向高度。

2.根据权利要求1所述的一种基于现浇大直径管桩的扩底装置，其特征在于，所述水刀切割机构包括有导向杆，所述导向杆竖向贯伸入所述管桩内，以贴近所述管桩内侧壁周向转动，所述导向杆内部设置有射流水管，所述射流水管一端连接有高压泵。

3.根据权利要求2所述的一种基于现浇大直径管桩的扩底装置，其特征在于，所述竖向调节部包括有液压油缸，所述液压油缸顶端连接于所述环状导轨上，所述液压油缸底端连接于所述导向杆顶端。

4.根据权利要求1所述的一种基于现浇大直径管桩的扩底装置，其特征在于，所述泥浆吸出机构包括有泥浆管，所述泥浆管竖向贯伸入所述管桩内，以连接于所述泥浆泵。

5.根据权利要求1所述的一种基于现浇大直径管桩的扩底装置，其特征在于，所述束流喷嘴包括有竖直段喷嘴、伸缩段喷嘴和喷嘴喷头，所述竖直段喷嘴连接于所述水刀切割机构底端，所述伸缩段喷嘴横向连接于所述竖直段喷嘴底端，用于横向伸缩调节，所述喷嘴喷头连接于所述伸缩段喷嘴头端，以朝向所述管桩底端径向方向喷射切割。

6.根据权利要求1所述的一种基于现浇大直径管桩的扩底装置，其特征在于，所述束流喷嘴上装设有雷达测距仪，用于自动感应与切割土体的距离。

7.根据权利要求1所述的一种基于现浇大直径管桩的扩底装置，其特征在于，还包括有控制系统，所述控制系统分别与所述水刀切割机构、所述泥浆吸出机构、所述竖向调节部、所述束流喷嘴电连接，用于控制调节切割作业。

8.一种基于现浇大直径管桩的扩底方法，其特征在于，包括：

a：施工现浇大直径管桩；

b：待所述管桩桩身混凝土达到一定强度后，沿所述管桩顶端一周装设环状导轨；

c：在所述环状导轨上配置有水刀切割机构，所述水刀切割机构底端配置有直角可伸缩的束流喷嘴；

d：所述水刀切割机构沿竖向贯伸入所述管桩底端的扩大头部分，通过控制所述水刀切割机构沿所述环状导轨周向转动，以使所述束流喷嘴贴近所述管桩内侧壁环向行走，以对所述管桩底端土体进行切割；

e：所述管桩内竖向贯伸有泥浆吸出机构，以将切割产生的泥浆吸出；

f：对切割形成的扩大头浇筑混凝土成形。

9.根据权利要求8所述的一种基于现浇大直径管桩的扩底方法，其特征在于，还包括：

g：配置有控制系统，事先将所述管桩底端扩大头设计尺寸数据输入于所述控制系统内，通过所述控制系统自动控制所述束流喷嘴行走速度、切割压力、竖向移动和横向伸缩，以使所述束流喷嘴与切割土体始终保持固定距离，以达到相应的切割形状尺寸要求。

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