CN115748654A - 一种双向振冲器及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向振冲器及其施工方法，双向振冲器由动力体、第一激振体、第二激振体、振冲头、减振器、动力管缆、水管和气管构成；第一激振体包括第一壳体、可转动且设有第一离合端面的主轴套、可转动的主轴、第一离合器、设于主轴套的第一偏心块；第一离合器通过第一控制管缆的操控完成离合动作；第二激振体包括第二壳体、可转动且设有第二离合端面的第一锥齿轮、与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮、可转动的转轴、中间轴、第一平齿轮、与第一平齿轮啮合的第二平齿轮、第二偏心块、第二离合器；第二离合器通过第二控制管缆的操控完成离合动作。双向振冲器可产生水平和垂直双向激振力、可控制激振力方向、可选择激振方向组合、施工效率高质量好。

Description

一种双向振冲器及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种在建筑工程中进行地基处理的振冲设备及工法，具体说涉及一种双向振冲器及其施工方法。

背景技术

振冲法是一种地基处理方法：它是在振冲器产生水平方向振动力和高压水或气的共同作用下，将松软地基土层振密，或在地基土层中振冲成孔后，回填碎石等填料，并将其振挤形成增强体(振冲桩)，使增强体和周围地基土组成复合地基，从而达到提高地基承载力、减少地基沉降量、增加地基稳定性、提高地基抗地震液化能力的地基处理目的。它广泛应用于水电站坝基基础、电站基础、港口码头基础、石化工程基础、公路铁路基础等软弱地基的加固。

振冲器是振冲法施工的关键设备，振冲器按照驱动动力不同主要分为二类：一类是以潜水电动机为动力的潜水电动振冲器，另一类则是以液压马达为动力的液压振冲器，目前我国普遍生产和使用的是电动振冲器。

电动振冲器主要由机体、减震器、电缆、水汽管路、潜水电动机、联轴器、主轴、偏心块、激振体组成。振冲器由潜水电机驱动主轴带动偏心块做高速旋转，产生径向循环的水平激振力，使激振体随之产生高频振动作用于土体进行作业。

振冲法的施工步骤一般是：以起重设备吊起带长导杆的振冲器，启动电动机使振冲器产生高频振动，同时起动水/气泵，通过喷嘴喷射高压水流/气流，在边振边冲的共同作用下，将振动器沉到土中的预定深度，经清孔后，从地面向孔内逐段填入碎石等填料，使其在振动作用下被振挤密实，达到要求的密实度后即可提升振动器；如此反复直至提升到地面，在地基中形成一个大直径的密实桩体与原地基构成复合地基；其主要工艺过程为振冲造孔、清孔、填料和振冲挤密。

上述现有技术的振冲器存在如下问题：

1、由于振冲器振动造孔时激振力是水平方向的，在造孔过程中遇到比较硬实的地层(如卵石层、硬质砂石层等)时，向下造孔的穿透力不足，施工效率不高，甚至无法顺利完成预定深度的振冲造孔；

2、当遇到比较硬实的地层时，虽然也可使用其它钻机先钻孔，然后再向孔中填料、振冲挤密成桩；但这种方法有悖于本来振冲法造孔成桩的机理，地基处理的综合效果及质量不佳。

为解决上述问题，实用新型专利202021636349.1公开了“一种水平加垂直振动的振冲器”的技术方案：在振冲器原有水平方向振动的基础上增加垂直方向的振动，增加了垂直激振力和地层的穿透力。

但这种技术方案仍然存在如下问题：

1、从其结构可以看到，两个偏心块是联动对称正反方向旋转的，两个偏心块产生激振力会相互抵消，使实际产生的轴向激振效果大幅降低；

2、由于该技术方案受结构限制，垂直激振偏心轮的可配置数量明显比水平激振偏心轮的数量少很多，造成实际产生的轴向激振力不足,使振冲器无法高效率地穿透硬实地层；

3、随地层深度变化地层条件也是变化的，当遇到较松软地层段时，水平方向的激振力更利于土层及孔壁的挤密；当遇到较硬实地层段时，垂直方向的激振力更利于快速穿透硬层高效率造孔；当造孔完成进入逐段填料成桩阶段时，水平与垂直方向同时作用的复合激振力更利于高效率振挤密实桩体，形成的桩体质量最好。由于该技术方案的水平和垂直激振偏心轮是同轴联动的，存在无法根据地层条件及施工作业阶段变化、无法主动选择和控制最佳激振力方向与组合、无法实现最高施工效率和最优施工效果的问题。

因此，如何解决上述技术问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有可产生水平和垂直双向激振力的、激振力大、可控制激振力方向、可选择激振方向组合、施工效率高质量好的双向振冲器及其施工方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双向振冲器，该双向振冲器由动力体、第一激振体、第二激振体、振冲头、减振器、动力管缆、水管和气管构成；

所述动力体包括：动力壳体、原动机、动力管缆；所述原动机的出力轴端设有联轴器；

所述第一激振体包括：第一壳体、轴承座、主轴套、主轴、第一离合器、第一偏心块；所述主轴套借助第一轴承和第一锁紧螺母可转动地固定在所述第一壳体上，所述主轴套上部设有第一离合端面；所述主轴的上端和下部各设有花键甲和花键乙，并借助第二轴承可转动地置于所述主轴套之中；所述第一离合器固定在所述第一壳体的所述轴承座上，通过第一控制管缆的操控完成离合动作；所述第一偏心块借助第一平键固定在所述主轴套上；

所述第二激振体包括：第二壳体、第一锥齿轮、第二锥齿轮、转轴、中间轴、第一平齿轮、第二平齿轮、第二偏心块、第二离合器；所述第一锥齿轮借助第四轴承、第二锁紧螺母和压盖可转动地固定在所述第二壳体上，所述第一锥齿轮上部设有第二离合端面；所述转轴借助第五轴承和端盖可转动地固定在所述第二壳体上，所述第二锥齿轮、所述第一平齿轮、成对的所述第二偏心块借助第二平键固定在所述转轴上，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮相啮合；所述中间轴固定在所述第二壳体上，所述第二平齿轮借助第六轴承可转动地被支撑在所述中间轴上，所述第二平齿轮与所述第一平齿轮相啮合；所述第二离合器固定在所述第二壳体上，通过第二控制管缆的操控完成离合动作；

所述振冲头上设有喷嘴；所述减振器连接于所述双向振冲器与导杆之间；所述动力管缆、所述水管和所述气管分别向所述双向振冲器提供动力和注入水及气。

一种双向振冲器的施工方法，具有如下步骤：

所述双向振冲器与导杆连接并搭载于振冲钻机之上，所述振冲钻机移动至桩位后，启动所述双向振冲器的原动机使所述双向振冲器产生高频振动，同时启动水泵和气泵，通过喷嘴喷射高压水流和气流；借助钢丝绳的牵引、所述导杆前端的所述双向振冲器随之进入地层，在所述双向振冲器的激振力、高压水流和气流及所述双向振冲器的自身重量的作用下，持续振冲造孔至设计深度；清孔后分次分段填入碎石料；借助所述钢丝绳的提升、所述导杆前端的所述双向振冲器随之边振动挤密碎石填料边向上提升、直至完成振冲碎石桩施工作业；

(1)在振冲造孔过程中，对一般较软的地层采用水平激振的方式造孔，具体方法为：所述双向振冲器的第一离合器闭合：即原动机通过联轴器、花键甲并借助第一离合器与主轴套上部的离合端面相结合，驱动主轴套上的第一偏心块水平旋转、产生水平激振力造孔；

(2)在振冲造孔过程中，遇到较硬的地层，所述双向振冲器造孔困难无法进尺时，改用垂直激振的方式造孔，具体方法为：所述双向振冲器的第一离合器打开：即第一离合器与主轴套上部的离合端面相脱离、第一偏心块水平旋转停止；第二离合器闭合：即原动机通过联轴器、驱动主轴旋转，借助第二离合器与第一锥齿轮上部的离合端面相结合，驱动第一锥齿轮旋转、与之啮合的第二锥齿轮带动同轴的第二偏心块垂直旋转、产生垂直激振力；同时，由于第一平齿轮与第二平齿轮的啮合则顺次带动下一组第二偏心块垂直旋转，产生垂直激振力造孔；

(3)在振冲造孔及振动挤密碎石填料的过程中，为了提高施工效率和成桩的质量，同时采用水平激振和垂直激振的方式施工，具体方法为：所述双向振冲器的第一离合器和第二离合器同时闭合、原动机经传动同时驱动第一偏心块和第二偏心块旋转、同时产生水平激振力和垂直激振力，同时进行双方向的振动挤密作业。

本发明提供的一种双向振冲器及其施工方法，具有如下积极效果及优点：

1、按照本发明，双向振冲器的水平激振力和垂直激振力可以分别控制和选择不同方向的激振力组合，灵活机动，适应性强。

2、按照本发明，同轴的成对的第二偏心块同相位旋转，两个第二偏心块产生激振力方向一致相互叠加，不同轴的成对的第二偏心块也是同相位旋转，各个第二偏心块产生激振力方向一致，相互叠加，可产生足够大的垂直激振力。

3、按照本发明，由于双向振冲器的激振力大、且根据施工需求可主动选择和控制最佳激振力方向与组合，可适应各种软硬地质条件，实现最高效率施工和最优质量成桩。

例如：当遇到较松软地层段时，采用水平激振方式，更有利于土层及孔壁的挤密；当遇到较硬实地层段时，采用垂直激振方式，更利于快速穿透硬层高效率造孔；当造孔完成进入逐段填料成桩阶段时，采用水平与垂直方向同时作用的复合激振力更利于高效率振挤密实桩体，形成的桩体质量更好。

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，还可以根据提供的附图获得其它的附图。

图1是本发明的实施例1：双向振冲器的主视图。

图2是图1所示双向振冲器的K向视图。

图3是图1所示双向振冲器的A-A剖视图；

图4为图3中D的局部放大图；

图5为图3中E的局部放大图；

图6是图3所示双向振冲器的B-B剖视图。

图7是图3所示双向振冲器的C-C剖视图。

图8是图1所示双向振冲器搭载于振冲钻机之上的施工状态示意图。

图1至图8中的附图标记如下：

1为双向振冲器、2为动力体、2a为动力壳体、2b为原动机、2c为联轴器、3为第一激振体、3a为第一壳体、3b为轴承座、3c为主轴套、3d为主轴、3e为第一离合器、3f为第一偏心块、3g为第一轴承、3h为第一锁紧螺母、3i为第一离合端面、3j为花键甲、3k为花键乙、3m为第二轴承、3n为第三轴承、3p为第一控制管缆、3q为第一平键；4为第二激振体、4a为第二壳体、4b为第一锥齿轮、4c为第二锥齿轮、4d为转轴、4e为中间轴、4f为第一平齿轮、4g为第二平齿轮、4h为第二偏心块、4i为第二离合器、4j为第四轴承、4k为第二锁紧螺母、4m为压盖、4n为第二离合端面、4p为第五轴承、4r为端盖、4s为第二平键、4t为第六轴承、4u为第二控制管缆、5为振冲头、5a为第一喷嘴、5b为第二喷嘴、6为减振器、7为动力管缆、8为水管、9为气管、20为振冲钻机、21为导杆、22为钢丝绳。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种具有可产生水平和垂直双向激振力的、激振力大、可控制激振力方向、可选择激振方向组合、施工效率高质量好的双向振冲器及其施工方法。

实施例1：一种双向振冲器。

请参照图1-图7。

一种双向振冲器，该双向振冲器1由动力体2、第一激振体3、第二激振体4、振冲头5、减振器6、动力管缆7、水管8和气管9构成；

所述动力体2包括：动力壳体2a、原动机2b、动力管缆7；所述原动机2b除了是电动机之外还可以是液压马达或气动马达，原动机2b的出力轴端设有联轴器2c；

所述第一激振体3包括：第一壳体3a、轴承座3b、主轴套3c、主轴3d、第一离合器3e、第一偏心块3f；所述主轴套3c借助第一轴承3g和第一锁紧螺母3h可转动地固定在第一壳体3a上，主轴套3c上部设有第一离合端面3i；所述主轴3d的上部和下部各设有花键甲3j和花键乙3k、借助第二轴承3m和第三轴承3n可转动地置于主轴套3c之中；所述第一离合器3e固定在第一壳体3a的轴承座3b上，通过第一控制管缆3p的操控完成离合动作；所述第一偏心块3f借助第一平键3q固定在主轴套3c上；第一偏心块3f的数量根据激振力需求设定；

所述第二激振体4包括：第二壳体4a、第一锥齿轮4b、第二锥齿轮4c、转轴4d、中间轴4e、第一平齿轮4f、第二平齿轮4g、第二偏心块4h、第二离合器4i；所述第一锥齿轮4b借助第四轴承4j、第二锁紧螺母4k和压盖4m可转动地固定在第二壳体4a上，第一锥齿轮4b上部设有第二离合端面4n；所述转轴4d借助第五轴承4p和端盖4r可转动地固定在第二壳体4a上，第二锥齿轮4c、第一平齿轮4f、成对的第二偏心块4h借助第二平键4s固定在转轴4d上，第二锥齿轮4c与第一锥齿轮4b相啮合；所述中间轴4e固定在第二壳体4a上，所述第二平齿轮4g借助第六轴承4t可转动地被支撑在中间轴4e上，第二平齿轮4g与第一平齿轮4f相啮合；所述第二离合器4i固定在第二壳体4a上，通过第二控制管缆4u的操控完成离合动作；所述成对的第二偏心块4h的数量根据激振力需求设定；

所述振冲头5上设有第一喷嘴5a和第二喷嘴5b；所述减振器6连接于双向振冲器1与导杆21之间；所述动力管缆7、水管8和气管9分别向双向振冲器1提供动力和注入水及气。

实施例2：一种双向振冲器的施工方法。

请参照图1-图8。

该双向振冲器的施工方法具有如下步骤：

双向振冲器1与导杆21连接并搭载于振冲钻机20之上；振冲钻机20移动至桩位；启动原动机2b使双向振冲器1产生高频振动，同时起动水/气泵，通过喷嘴5a、5b喷射高压水流/气流；借助导杆21顶部钢丝绳22的牵引、导杆21前端的双向振冲器1随之进入地层，在双向振冲器激振力、高压水流/气流及自身重量的作用下，持续向下振冲造孔至设计深度；清孔后分次分段填入碎石料；借助钢丝绳22的提升、导杆21前端的双向振冲器1随之边振动挤密碎石填料边向上提升、直至完成振冲碎石桩施工作业。

(1)在振冲造孔过程中，对一般较软的地层的采用水平激振的方式造孔，具体方法为：双向振冲器1的第一离合器3e闭合：即原动机2b通过联轴器2c、花键甲3j并借助第一离合器3e与主轴套3c上部的离合端面3i相结合，驱动主轴套3c上的第一偏心块3f水平旋转、产生水平激振力造孔；

(2)在振冲造孔过程中，遇到较硬的地层振冲器向下造孔困难或进尺缓慢时，改用垂直激振的方式造孔，具体方法为：双向振冲器1的第一离合器3e打开，即第一离合器3e与主轴套3c上部的离合端面3i相脱离、第一偏心块3f水平旋转停止；第二离合器4i闭合：即原动机2b通过联轴器2c、驱动主轴3d旋转，借助第二离合器4i与第一锥齿轮4b上部的离合端面4n相结合，驱动第一锥齿轮4b旋转、与之啮合的第二锥齿轮4c带动同轴的第二偏心块4h垂直旋转、产生垂直激振力；同时，由于第一平齿轮4f与第二平齿轮4g的啮合则顺次带动下一组第二偏心块4h垂直旋转，产生垂直激振力造孔；

(3)在振冲造孔及振动挤密碎石填料的过程中，为了提高施工效率和成桩的质量可以同时采用水平激振和垂直激振的方式施工，具体方法为：双向振冲器1的第一离合器3e和第二离合器4i同时闭合、原动机2b经传动链同时驱动第一偏心块3f组和第二偏心块4n组同时旋转、同时产生水平激振力和垂直激振力，同时进行双方向的振动挤密作业。

结合上述实施例，对本发明进行了说明，但通过对双向振冲器的部件结构和组合方式及施工方法步骤作一些适当的改变调整，就可以在本发明的范围内，派生出不同的双向振冲器类型，可以广泛应用于各类工程的基础施工。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的双向振冲器及其施工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种双向振冲器，其特征在于：该双向振冲器由动力体、第一激振体、第二激振体、振冲头、减振器、动力管缆、水管和气管构成；

所述动力体包括：动力壳体、原动机、动力管缆；所述原动机的出力轴端设有联轴器；

所述第一激振体包括：第一壳体、轴承座、主轴套、主轴、第一离合器、第一偏心块；所述主轴套借助第一轴承和第一锁紧螺母可转动地固定在所述第一壳体上，所述主轴套上部设有第一离合端面；所述主轴的上端和下部各设有花键甲和花键乙，并借助第二轴承可转动地置于所述主轴套之中；所述第一离合器固定在所述第一壳体的所述轴承座上，通过第一控制管缆的操控完成离合动作；所述第一偏心块借助第一平键固定在所述主轴套上；

所述第二激振体包括：第二壳体、第一锥齿轮、第二锥齿轮、转轴、中间轴、第一平齿轮、第二平齿轮、第二偏心块、第二离合器；所述第一锥齿轮借助第四轴承、第二锁紧螺母和压盖可转动地固定在所述第二壳体上，所述第一锥齿轮上部设有第二离合端面；所述转轴借助第五轴承和端盖可转动地固定在所述第二壳体上，所述第二锥齿轮、所述第一平齿轮、成对的所述第二偏心块借助第二平键固定在所述转轴上，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮相啮合；所述中间轴固定在所述第二壳体上，所述第二平齿轮借助第六轴承可转动地被支撑在所述中间轴上，所述第二平齿轮与所述第一平齿轮相啮合；所述第二离合器固定在所述第二壳体上，通过第二控制管缆的操控完成离合动作；

所述振冲头上设有喷嘴；所述减振器连接于所述双向振冲器与导杆之间；所述动力管缆、所述水管和所述气管分别向所述双向振冲器提供动力和注入水及气。

2.一种双向振冲器的施工方法，具有如下步骤：

所述双向振冲器与导杆连接并搭载于振冲钻机之上，所述振冲钻机移动至桩位后，启动所述双向振冲器的原动机使所述双向振冲器产生高频振动，同时启动水泵和气泵，通过喷嘴喷射高压水流和气流；借助钢丝绳的牵引、所述导杆前端的所述双向振冲器随之进入地层，在所述双向振冲器的激振力、高压水流和气流及所述双向振冲器的自身重量的作用下，持续振冲造孔至设计深度；清孔后分次分段填入碎石料；借助所述钢丝绳的提升、所述导杆前端的所述双向振冲器随之边振动挤密碎石填料边向上提升、直至完成振冲碎石桩施工作业；

其特征在于：

(1)在振冲造孔过程中，对一般较软的地层采用水平激振的方式造孔，具体方法为：所述双向振冲器的第一离合器闭合：即原动机通过联轴器、花键甲并借助第一离合器与主轴套上部的离合端面相结合，驱动主轴套上的第一偏心块水平旋转、产生水平激振力造孔；

(2)在振冲造孔过程中，遇到较硬的地层，所述双向振冲器造孔困难无法进尺时，改用垂直激振的方式造孔，具体方法为：所述双向振冲器的第一离合器打开：即第一离合器与主轴套上部的离合端面相脱离、第一偏心块水平旋转停止；第二离合器闭合：即原动机通过联轴器、驱动主轴旋转，借助第二离合器与第一锥齿轮上部的离合端面相结合，驱动第一锥齿轮旋转、与之啮合的第二锥齿轮带动同轴的第二偏心块垂直旋转、产生垂直激振力；同时，由于第一平齿轮与第二平齿轮的啮合则顺次带动下一组第二偏心块垂直旋转，产生垂直激振力造孔；

(3)在振冲造孔及振动挤密碎石填料的过程中，为了提高施工效率和成桩的质量，同时采用水平激振和垂直激振的方式施工，具体方法为：所述双向振冲器的第一离合器和第二离合器同时闭合、原动机经传动同时驱动第一偏心块和第二偏心块旋转、同时产生水平激振力和垂直激振力，同时进行双方向的振动挤密作业。

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