CN116971719A - 门式桩机及灌注桩施工工法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种门式桩机及灌注桩施工工法,涉及桩基施工技术领域。该门式桩机包括门架、桩架平台、移动组件和举升组件;门架竖立于桩架平台的一侧,门架上安装有动力头;桩架平台设有上料位,动力头中心轴在桩架平台上的投影位于上料位延伸方向上;上料位的一侧或两侧设有移动组件,移动组件上水平分布有多个钻杆,且每个钻杆均与门架所在平面垂直;移动组件用于将多个钻杆依次运送至上料位处;举升组件包括拾取件,拾取件用于抓取钻杆,举升组件用于带动钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至动力头下方。该门式桩机通过移动组件与举升组件相互配合可以实现有序接杆,通过将多个钻杆水平分布在移动组件上可以对桩机进行配重而保证其稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及桩基施工技术领域,尤其是涉及一种门式桩机及灌注桩施工工法。
背景技术
桩基工程是建筑工程中的一种分项工程,其目的是在建筑地基自然土体的承载力中通过增加桩基以提高承载力,或通过桩基直接将建筑上部荷载传递到坚实有力的土层中,从而使建筑地基的承载力满足安全性要求。
桩基为混凝土、钢材及其他具有受力性能材料组成的杆件,通常为圆柱形或方柱形,但近年来也发展出了全长带螺纹、部分带螺纹及部分带扩大体的异形桩基。基于施工工艺,桩基分为预制桩和现浇灌注桩两类,预制桩是指在施工区域外预先制备的桩基,现浇灌注桩则是指在施工区域处通过钻孔再浇筑混凝土施工而成的桩基。
其中,用于施工形成现浇灌注桩的机械为桩工机械,桩工机械带有中空的钻具,该钻具用于在施工区域的土体中下钻成孔,以及用于在上提钻具的过程中作为浇筑混凝土的通道,通过该钻具可以一次成型浇筑混凝土(或者其它浇凝材料)形成桩基。而对于桩工机械,无论国外国内其皆归为两大类:一类是以桩机立柱及钻具长度满足桩基设计要求的传统桩机,在工作时,该类桩机的钻具需垂直于地面,然后通过钻具下钻成孔,再通过上提并现浇混凝土以成桩,此时用于支撑钻具的桩机立柱及钻具的整体长度均必须高于设计桩长;另一类是在桩机立柱一侧并列补充多个钻杆以满足桩基设计要求的桩机,具体的,将钻具中的带有钻头的钻杆设于桩机立柱上,并在桩机立柱上的原有钻杆的一侧并列竖立一根或一根以上的补充钻杆以用于在钻孔深度不足时与原有钻杆进行接杆。前者施工应用较为成熟,占据了广大市场,后者则是近十年来出现的新型桩机,如CN216381270U、CN105756060A、CN107023267B所公开的桩机。
其中,第一类传统桩机因受到桩机立柱及钻具总长度的限制,其上的立柱及钻具的高度还没有突破80米的先例,比如设计桩基长度为60米时,钻具总长度需大于60米以上,由于桩基上还需设置便于下钻和上提钻具的导轨,因而用于支撑导轨的立柱更长,且由于钻具工作时需垂直于地面,立柱上除钻具外还有重达10~20吨的动力头,因此传统的桩机在工作时会形成数十米以上的立柱高耸结构,当动力头处于立柱顶端时,整个桩机的重心极高,由此产生的倒塌现象屡见不鲜。基于此,立柱过高的传统桩机在一些地区已经开始禁止使用。
而第二类桩机虽然通过采用预先垂直并列多个钻杆及后接杆的工艺可以降低桩机立柱高度,从而降低倒塌风险,但目前该类桩机多用于轻型小直径桩基施工过程中,此时桩基上所采用的钻杆往往一人就可以拉起。而在施工直径为400毫米及以上的桩基时,钻具中的每根钻杆的长度和重量要求也相应增长(钻杆的重量是上述轻型小直径桩基施工中采用的钻杆的几十倍以上,重达3-6吨)。因此即使CN216381270U、CN105756060A、CN107023267B公开了将备用钻杆竖立待用的方案,但由于实际应用中钻杆为重型部件,每根竖立的钻杆均重达几吨,导致钻具重心高、稳定性差,钻具极易倒塌发生砸伤事故,且钻具对桩机立架机构强度要求更大,需用料更多、成本更高,因此现有的桩机仍旧难以满足大直径重型桩基的施工要求,并且因竖放时钻具与桩机本体接触面积小,导致集中受力区域压强大,配备重型钻具的桩机本身的结构强度也会经受增加极大考验。
此外,对于第二类桩机,CN202688997U公开了一种两用长螺旋全自动打桩机,其可以在不增加桩机高度的前提下增加打桩深度15米,但是其仅公开了可以轴心旋转以便于切换钻孔和下笼状态的立柱机构,并未公开钻具如何改进及备用钻杆如何与原有钻杆接杆。CN208950504U则公开了一种组合动力成孔桩机,其公开了沿立柱垂直方案布置两套动力头及钻具系统,当第一套钻具于动力头系统行程用尽后,钻具与动力头脱开,然后利用一道滑轨装置,将第一套钻具与第二套动力头及钻具系统连接以增加打桩深度;但其通过增加动力头及钻具系统的方式更会增加立柱顶端的重量,更容易产生倒机安全事故,且动力头通常是桩机造价最贵的部件,两套动力头无疑会极大增加桩机的制造成本。CN209556966U则公开了一种海上平台自动化修井机底座装置,其是通过上管机构将油管输送到机械臂上,然后通过机械臂举升油管送入井中,在此过程中,还需要其余附助设备来实现油管的不断供应,但由于油管属于轻质部件,而桩机上的一根6~8米长的钻具重约4~6吨,如果按照其所公开的油管输送方式,也即,以自由落体进入机械臂及井中的输送方式实现钻具的输送,将会对桩机的机械结构及钻具造成破坏,并且其所公开的输送方式还需要吊车等辅助机械及人工配合,也会极大增加成本,因此CN209556966U所公开的油管输送方式并不适用于重型桩机。此外,为保证桩机的平衡,CN110939132A提出了一种配重装置,其可以调节油缸的伸缩以改变配重外架的填充空间,同时增加或减少配重块,从而使机器的垂直度得到保证,但是增加或减少配重块的过程比较繁琐,不仅费时费力且需要其他辅助机械,从而极大影响打桩施工的连贯性以及增加成本。
基于此,出于安全及可靠性的考虑,目前还没有可靠的技术解决配备重型钻具的桩机如何在预先并列多个钻杆后仍旧可以实现稳定接杆且保证桩机稳定性的问题,由此,如何实现配备重型钻具的桩机中的平稳接杆和保持桩机稳定性仍然是难以攻克的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种门式桩机和灌注桩施工工法,以缓解现有技术中存在的现有一种桩机是在立柱一侧配备与原有钻杆并列的多个竖立钻杆,而当其应用于大直径重型桩基施工过程中时,每根钻杆的重量和长度也需相应提升,从而导致该桩机中的钻杆接杆过程难度较大且桩机稳定性也难以得到保证的技术问题。
第一方面,本发明提供一种门式桩机,包括门架、桩架平台、移动组件和举升组件;
所述门架竖立于所述桩架平台的一侧,所述门架上安装有能够升降的动力头,所述动力头能够与移动至其下方的任一钻杆的一端可拆卸连接;
所述桩架平台的位于所述门架一侧的位置设有上料位,所述动力头的中心轴在所述桩架平台上的投影位于所述上料位的延伸方向上;
所述上料位的一侧或两侧设有所述移动组件,所述移动组件上水平分布有多个钻杆,且每个所述钻杆均与所述门架所在平面垂直;所述移动组件用于在水平面上沿平行于所述门架所在平面的方向移动,以将多个所述钻杆依次运送至所述上料位处;
所述举升组件包括拾取件,所述拾取件用于抓取所述上料位处的钻杆,所述举升组件用于相对所述桩架平台旋转,以在旋转的过程中带动所述拾取件抓取的钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至所述动力头下方。
在可选的实施方式中,所述移动组件包括多个滑动机构,多个所述滑动机构沿垂直于所述门架所在平面的方向间隔分布,多个所述滑动机构用于支撑多个所述钻杆并带动多个所述钻杆移动;
沿垂直于所述门架所在平面的方向,所述上料位处的拾取件和多个所述滑动机构交错分布。
在可选的实施方式中,所述滑动机构为伸缩结构,所述滑动机构用于在伸缩的过程中带动其所支撑的钻杆升降。
在可选的实施方式中,所述桩架平台上设有多个导轨,多个所述导轨沿垂直于所述门架所在平面的方向间隔分布,且每个所述导轨均沿平行于所述门架所在平面的方向延伸;
多个所述滑动机构与多个所述导轨一一对应滑动连接。
在可选的实施方式中,每个所述滑动机构上均设有间隔分布的第一卡位和第二卡位,多个所述滑动机构的第一卡位分布于同一直线上以用于支撑同一钻杆,多个所述滑动机构的第二卡位分布于同一直线上以用于支撑同一钻杆。
在可选的实施方式中,所述举升组件包括机械臂和顶升驱动机构,所述拾取件为机械夹爪;
所述机械臂包括铰接端和悬空端,所述机械臂的铰接端与所述桩架平台铰接,所述机械臂的悬空端悬空;
所述机械夹爪安装于所述机械臂上,所述顶升驱动机构的输出端与所述机械臂连接,所述顶升驱动机构用于驱动所述机械臂相对所述桩架平台旋转以使所述机械臂在水平状态和竖立状态之间切换。
在可选的实施方式中,所述机械臂的铰接端位于所述门架和所述上料位之间,所述机械夹爪安装于所述机械臂的背对所述桩架平台的臂面上,或者,所述机械夹爪安装于所述机械臂的面对所述桩架平台的臂面上,且所述桩架平台上安装有转盘机构,所述机械臂的铰接端铰接于所述转盘机构上,所述转盘机构用于驱动所述机械臂以所述机械臂的中心轴为转轴自转。
在可选的实施方式中,所述桩架平台的设有所述门架的一侧连接有延展架,所述机械臂的铰接端铰接于所述延展架上,且所述机械臂能够在相对所述桩架平台旋转的过程中穿过所述门架后竖立于所述门架的背对所述上料位的一侧;
所述机械夹爪安装于所述机械臂的面对所述桩架平台的臂面上。
在可选的实施方式中,还包括自调节配重组件、监测系统和控制系统;
所述自调节配重组件安装于所述桩架平台的远离所述门架的一侧,且所述自调节配重组件包括能够沿垂直所述门架所在平面方向移动的移动部;
所述自调节配重组件和所述监测系统均与所述控制系统连接,所述监测系统用于监测所述门式桩机的所述门架处的重量变化,所述控制系统用于根据所述监测系统监测到的重量变化计算所述移动部的移动量,并驱动所述移动部按照所述移动量沿垂直所述门架所在平面方向移动。
第二方面,本发明提供一种灌注桩施工工法,应用如前述实施方式任一项所述的门式桩机,包括:
S1:启动所述移动组件以将所述移动组件上的其中一根钻杆运送至所述上料位处;
S2:启动所述举升组件,使所述拾取件抓取所述上料位处的钻杆,并在所述移动组件远离所述上料位后使所述举升组件旋转,以驱动所述拾取件抓取的钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至所述动力头下方;
S3:将所述拾取件抓取的钻杆的顶端与所述动力头连接,再使所述拾取件松开其所抓取的钻杆;
S4:驱动所述动力头下降,将所述动力头下方连接的钻杆移动至灌注桩的设计桩位处埋设的钻杆的顶端处,再将所述动力头下方连接的钻杆的底端与埋设钻杆的顶端连接:
S5:继续驱动所述动力头下降并启动所述动力头,以使所述动力头下方连接的钻杆旋转钻入灌注桩的设计桩位处的土体内;
S6:将所述动力头与其下方连接的钻杆分离,再驱动所述动力头上升;
S7:重复步骤S1-S6,以将所述移动组件上的多个钻杆依次连接并下钻至灌注桩的设计桩位处的土体内。
本发明提供的门式桩机包括门架、桩架平台、移动组件和举升组件;门架竖立于桩架平台的一侧,门架上安装有能够升降的动力头,动力头能够与移动至其下方的任一钻杆的一端可拆卸连接;桩架平台的位于门架一侧的位置设有上料位,动力头的中心轴在桩架平台上的投影位于上料位的延伸方向上;上料位的一侧或两侧设有移动组件,移动组件上水平分布有多个钻杆,且每个钻杆均与门架所在平面垂直;移动组件用于在水平面上沿平行于门架所在平面的方向移动,以将多个钻杆依次运送至上料位处;举升组件包括拾取件,拾取件用于抓取上料位处的钻杆,举升组件用于相对桩架平台旋转,以在旋转的过程中带动拾取件抓取的钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至动力头下方。本发明提供的门式桩机用于施工现浇灌注桩,尤其适用于施工长度较高的现浇灌注桩,为降低桩机高度,该门式桩机所适配的钻具可以分为多个钻杆,其中一个钻杆带有钻头,该带有钻头的钻杆视为原有钻杆,其余钻杆则为备用钻杆。在施工灌注桩之前,可以先将原有钻杆连接于门架上的动力头下方,以及将多个备用钻杆依次水平分布于移动组件上。需要说明的是,虽然门架竖立于桩架平台的一侧且其上安装的动力头下方连接有原有钻杆,但由于桩架平台上还设有移动组件,且移动组件上的多个备用钻杆均水平分布,因而此时桩架平台上的门架处不会堆积大量竖立的钻杆,桩机的重心不会向门架偏移,同时水平分布的多个备用钻杆可以起到配重平衡作用,从而有效保证门式桩机的平衡稳定性。而在施工灌注桩的过程中,需将备用钻杆与原有钻杆依次接杆以连接形成钻具,具体的,需先使得动力头在门架上下降并启动动力头,从而利用动力头带动原有钻杆旋转钻入设计桩位处的土体内,然后将动力头与原有钻杆分离并使得动力头在门架上升至原位以备与下一备用钻杆连接;动力头带动原有钻杆移动过程中,还需使得移动组件在桩架平台上沿平行于门架所在平面的方向水平移动,以将其中一个备用钻杆运送至上料位。备用钻杆移动至上料位后,启动举升组件的拾取件,使得拾取件抓取上料位处的备用钻杆,然后启动举升组件,使得举升组件相对桩架平台旋转,由于动力头的中心轴在桩架平台上的投影位于上料位的延伸方向上,因此通过旋转举升组件即可使得拾取件抓取的备用钻杆由水平状态切换至竖立状态,同时使得备用钻杆竖立后即位于动力头下方。此时可以将动力头和其下方的备用钻杆进行连接,然后松开拾取件并使得举升组件回到原位,同时下降动力头,直至将动力头下方连接的备用钻杆移动至原有钻杆的顶端处,然后将备用钻杆的底端与原有钻杆的顶端连接,再启动动力头以带动备用钻杆和原有钻杆同时旋转,从而使得备用钻杆也下钻至设计桩位处的土体内。重复上述移动备用钻杆、旋转备用钻杆、连接备用钻杆和动力头、下降动力头、对备用钻杆接杆和使得备用钻杆下钻至土体内的过程,即可将多个备用钻杆依次进行接杆和下钻,最终使得灌注桩的设计桩位处的土体内钻入由多个钻杆接杆形成的钻具,该钻具可以满足灌注桩的设计长度要求,能够用于施工现浇灌注桩。需要说明的是,在对多个备用钻杆依次进行接杆的过程中,桩架平台上还未移动至上料位的水平分布的备用钻杆可以继续起到配重作用而保证门式桩机的平衡和稳定,同时,由于每个备用钻杆均会在接杆后下钻而进入土体内,因此门架处的重量不会随着接杆作业的进行而持续增加,即使接杆作业进入后期,桩架平台上不再分布有水平备用钻杆,此时门式桩机的重心仍旧不会超向门架偏移,门式桩机的稳定性仍旧可以得到保证。
与现有技术相比,本发明提供的门式桩机通过将多个钻杆水平放置在有序运动的移动组件上,以及通过举升组件对每个钻杆进行点对点有序拾取和抬升,可以将不同工位水平放置的多个钻杆以举升组件单一行程路线有序送入门架内同一位置(动力头下方),从而使得运送钻杆、接杆和下钻过程可以完整有序进行。同时,该门式桩机通过将多个钻杆水平分布在移动组件上可以对桩机进行配重而保证门式桩机的稳定性,在接杆过程中,则可以利用接杆后即下钻的过程和还未接杆的水平分布的钻杆继续保证门式桩机的重心不过于向门架处偏移,从而继续保证该门式桩机的使用稳定性。
本发明提供的灌注桩施工工法应用上述门式桩机,包括:S1:启动所述移动组件以将所述移动组件上的其中一根钻杆运送至所述上料位处;S2:启动所述举升组件,使所述拾取件抓取所述上料位处的钻杆,并在所述移动组件远离所述上料位后使所述举升组件旋转,以驱动所述拾取件抓取的钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至所述动力头下方;S3:将所述拾取件抓取的钻杆的顶端与所述动力头连接,再使所述拾取件松开其所抓取的钻杆;S4:驱动所述动力头下降,将所述动力头下方连接的钻杆移动至灌注桩的设计桩位处埋设的钻杆的顶端处,再将所述动力头下方连接的钻杆的底端与埋设钻杆的顶端连接:S5:继续驱动所述动力头下降并启动所述动力头,以使所述动力头下方连接的钻杆旋转钻入灌注桩的设计桩位处的土体内;S6:将所述动力头与其下方连接的钻杆分离,再驱动所述动力头上升;S7:重复步骤S1-S6,以将所述移动组件上的多个钻杆依次连接并下钻至灌注桩的设计桩位处的土体内。
本发明提供的灌注桩施工工法应用上述门式桩机,其可以达到与上述门式桩机相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式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,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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为本发明实施例提供的门式桩机的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的门式桩机和其中一个备用钻杆移动至上料位时的结构示意图;
图3为图2中的桩架平台和多个备用钻杆的俯视图;
图4为图2中的移动组件回到原位后桩架平台和多个备用钻杆的俯视图;
图5为本发明实施例提供的举升组件旋转时门式桩机的结构示意图;
图6为本发明实施例提供的举升组件旋转时门式桩机的侧视图;
图7为本发明实施例提供的举升组件旋转至竖立时门式桩机的侧视图;
图8为本发明实施例提供的备用钻杆竖立于动力头下方时门式桩机的结构示意图;
图9为本发明实施例提供的备用钻杆连接于动力头下方时门式桩机的结构示意图;
图10为本发明实施例提供的动力头带动备用钻杆下降时门式桩机的结构示意图;
图11为本发明实施例提供的移动组件、举升组件和备用钻杆的剖视图;
图12为图11中的移动组件、举升组件和备用钻杆的俯视图;
图13为本发明实施例提供的其中一个备用钻杆移动至上料位时移动组件、举升组件和备用钻杆的剖视图;
图14为图13中的移动组件、举升组件和备用钻杆的俯视图;
图15为本发明实施例提供的移动组件、举升组件和备用钻杆的另一剖视图;
图16为图15中的移动组件、举升组件和备用钻杆的俯视图;
图17为本发明实施例提供的移动组件、举升组件和备用钻杆的又一剖视图;
图18为图17中的移动组件、举升组件和备用钻杆的俯视图;
图19为本发明实施例提供的移动组件、举升组件和备用钻杆的再一剖视图;
图20为图19中的移动组件、举升组件和备用钻杆的俯视图;
图21为本发明实施例提供的移动组件、举升组件和桩架平台的俯视图;
图22为本发明实施例提供的门式桩机的另一结构示意图;
图23为图22中的门式桩机的局部侧视图;
图24为图22中的门式桩机中的其中一个备用钻杆移动至上料位时门式桩机的局部侧视图;
图25为图22中的门式桩机中的上料位处的滑动机构下降时门式桩机的局部侧视图;
图26为本发明实施例提供的门式桩机的又一结构示意图;
图27为图26中的门式桩机中的举升组件旋转至竖立状态时门式桩机的结构示意图;
图28为图26中的门式桩机中的备用钻杆下钻时门式桩机的结构示意图;
图29为图26中的门式桩机中的备用钻杆下钻后门式桩机的结构示意图;
图30为图26中的门式桩机中的备用钻杆下钻后且举升组件反向旋转至水平状态时门式桩机的结构示意图;
图31为本发明实施例提供的包括转盘机构的门式桩机的结构示意图;
图32为图31中的门式桩机中的举升组件旋转至水平状态时门式桩机的结构示意图;
图33为图31中的门式桩机中的举升组件带动其中一个备用钻杆旋转至竖立状态时门式桩机的结构示意图;
图34为图31中的门式桩机中的转盘机构驱动机械臂自转后门式桩机的结构示意图;
图35为本发明实施例提供的灌注桩施工工法的流程图。
图标:1-门架;10-动力头;100-定位件;11-固定杆;12-升降杆;2-桩架平台;20-导轨;21-转盘机构;22-延展架;3-移动组件;30-滑动机构;300-第一卡位;301-第二卡位;302-滑轮;303-剪式机构;304-滑动支架;4-举升组件;40-拾取件;41-机械臂;5-原有钻杆;6-备用钻杆;7-行走组件;8-自调节配重组件;9-控制系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例:
如图1-图10所示,本实施例提供的门式桩机包括门架1、桩架平台2、移动组件3和举升组件4;门架1竖立于桩架平台2的一侧,门架1上安装有能够升降的动力头10,动力头10能够与移动至其下方的任一钻杆的一端可拆卸连接;桩架平台2的位于门架1一侧的位置设有上料位,动力头10的中心轴在桩架平台2上的投影位于上料位的延伸方向上;上料位的一侧或两侧设有移动组件3,移动组件3上水平分布有多个钻杆,且每个钻杆均与门架1所在平面垂直;移动组件3用于在水平面上沿平行于门架1所在平面的方向移动,以将多个钻杆依次运送至上料位处;举升组件4包括拾取件40,拾取件40用于抓取上料位处的钻杆,举升组件4用于相对桩架平台2旋转,以在旋转的过程中带动拾取件40抓取的钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至动力头10下方。
本实施例提供的门式桩机用于施工现浇灌注桩,尤其适用于施工长度较高的现浇灌注桩,为降低桩机高度,该门式桩机所适配的钻具可以分为多个钻杆,其中一个钻杆带有钻头,该带有钻头的钻杆视为原有钻杆5,其余钻杆则为备用钻杆6。在施工灌注桩之前,可以先按照灌注桩的设计长度要求选用满足钻孔深度的钻具,然后将钻具中的带有钻头的原有钻杆5连接于门架1上的动力头10下方,并将钻具中的多个备用钻杆6平行且水平放置于移动组件3上。需要说明的是,虽然门架1竖立于桩架平台2的一侧且其上安装的动力头10下方连接有原有钻杆5,但由于桩架平台2上还设有移动组件3,且移动组件3上的多个备用钻杆6均水平分布,因而此时桩架平台2上的门架1处不会堆积大量竖立的钻杆,桩机的重心不会向门架1偏移,同时水平分布的多个备用钻杆6可以起到配重平衡作用,从而有效保证门式桩机的平衡稳定性。
而在施工灌注桩的过程中,需将原有钻杆5与多个备用钻杆6依次接杆以形成能够满足灌注桩设计长度要求的钻具。具体的,先将该门式桩机移动至灌注桩的施工区域处,并使得动力头10位于灌注桩的设计桩位上方,然后如图1和图2所示,使得动力头10在门架1上下降并启动动力头10,从而利用动力头10带动原有钻杆5旋转钻入设计桩位处的土体内,然后如图5和图6所示,将动力头10与原有钻杆5分离并使得动力头10在门架1上升至原位以备与下一备用钻杆6连接。动力头10带动原有钻杆5移动过程中,如图2和图3所示,还需使得移动组件3在桩架平台2上沿平行于门架1所在平面的方向水平移动,以将其中一个备用钻杆6运送至上料位。备用钻杆6移动至上料位后,启动举升组件4的拾取件40,使得拾取件40抓取上料位处的备用钻杆6,然后如图6和图7所示,在使得动力头10上升至原位的过程中启动举升组件4,使得举升组件4相对桩架平台2旋转,由于动力头10的中心轴在桩架平台2上的投影位于上料位的延伸方向上,因此通过旋转举升组件4即可使得拾取件40抓取的备用钻杆6由水平状态切换至竖立状态,同时使得备用钻杆6竖立后即位于动力头10下方,如图7和图8所示。当备用钻杆6处于竖立状态时,动力头10也上升至原位,此时如图8和图9所示,使得动力头10下降,并使得动力头10和其下方的备用钻杆6进行连接。当动力头10和其下方的备用钻杆6连接后,松开拾取件40并使得举升组件4回到原位,同时如图10所示,使得动力头10继续下降,直至将动力头10下方连接的备用钻杆6移动至原有钻杆5的顶端处,然后将备用钻杆6的底端与原有钻杆5的顶端连接,再启动动力头10以带动备用钻杆6和原有钻杆5同时旋转,从而使得备用钻杆6也下钻至设计桩位处的土体内。
重复上述移动备用钻杆6、旋转备用钻杆6、连接备用钻杆6和动力头10、下降动力头10、对备用钻杆6接杆和使得备用钻杆6下钻至土体内的过程,即可将多个备用钻杆6依次进行接杆和下钻,最终使得灌注桩的设计桩位处的土体内钻入由多个钻杆接杆形成的钻具,该钻具可以满足灌注桩的设计长度要求,能够用于施工现浇灌注桩。
其中,拾取件40抓取上料位处的备用钻杆6后,为防止举升组件4和移动组件3在后续移动备用钻杆6的过程中相互干涉,如图4和图5所示,可以先使得移动组件3反向移动回原位,再启动举升组件4以使得举升组件4相对桩架平台2旋转。
需要说明的是,在对多个备用钻杆6依次进行接杆的过程中,桩架平台2上还未移动至上料位的水平分布的备用钻杆6可以继续起到配重作用而保证门式桩机的平衡和稳定,同时,由于每个备用钻杆6均会在接杆后下钻而进入土体内,因此门架1处的重量不会随着接杆作业的进行而持续增加,即使接杆作业进入后期,桩架平台2上不再分布有水平备用钻杆6,此时门式桩机的重心仍旧不会超向门架1偏移,门式桩机的稳定性仍旧可以得到保证。
还需要说明的是,无论是原有钻杆5与动力头10之间的连接过程、备用钻杆6与动力头10之间的连接过程,还是相邻两个钻杆之间的连接过程,均可以采用手动连接方式或自动连接方式。
其中,自动连接方式可以采用带有弹性插销的接头组件实现,具体的,接头组件包括公接头和母接头,公接头和母接头中的一个设有弹性插销,另一个设有插槽,当公接头和母接头对接时,弹性插销可以自动插接于插槽内;当弹性插销在外力作用下受压后即可从插槽内退出,此时公接头和母接头之间即可相互分离。进一步的,动力头10处和每个备用钻杆6的底端均可以设有母接头,母接头每个钻杆的顶端则可以采用公接头。当备用钻杆6水平放置于移动组件3上时,与门架1所在平面相垂直的备用钻杆6的公接头可以靠近门架1设置,备用钻杆6的母接头则远离门架1设置。
此外,为提升动力头10和备用钻杆6之间的连接准确性,动力头10上可以设有定位件100,该定位件100用于在备用钻杆6竖立于动力头10下方时与备用钻杆6的周向侧壁相抵接以对备用钻杆6进行限位,从而使得备用钻杆6稳定位于动力头10下方。
与现有技术相比,本实施例提供的门式桩机通过将多个钻杆水平放置在有序运动的移动组件3上,以及通过举升组件4对每个钻杆进行点对点有序拾取和抬升,可以将不同工位水平放置的多个钻杆以举升组件4单一行程路线有序送入门架1内同一位置(动力头10下方),从而使得运送钻杆、接杆和下钻过程可以完整有序进行。同时,该门式桩机通过将多个钻杆水平分布在移动组件3上可以对桩机进行配重而保证门式桩机的稳定性,在接杆过程中,则可以利用接杆后即下钻的过程和还未接杆的水平分布的钻杆继续保证门式桩机的重心不过于向门架1处偏移,从而继续保证该门式桩机的使用稳定性。
可以看出,本实施例提供的门式桩机可以实现备用钻杆6的有序平放,从而使得备用钻杆6可以安全、平稳可靠的位于门式桩机上,不会导致门式桩机重心偏移而倾覆。同时,由于移动组件3可以在桩架平台2上沿简单路线有序移动,使每根备用钻杆6均可以自动位移到上料位处并与举升组件4的拾取件40对齐,然后通过举升组件4的旋转动作即可使得备用钻杆6由水平状态切换至竖立状态并位于动力头10下方,因此本实施例提供的门式桩机还可以通过有序水平放置钻杆、水平移动钻杆和旋转钻杆三个简单的连续动作即完成钻杆的取、运和接杆工作,克服了现有桩机稳定性差且接杆不顺畅的问题。
在本实施例中,门架1上可以安装有用于驱动动力头10上升或下降的竖向加力机构。其中,竖向加力机构可以采用气缸、油缸等伸缩驱动装置。需要说明的是,竖向加力机构的结构没有限制,其可以采用任何能够驱动动力头10升降的装置,例如,竖向加力机构还可以采用链条装置或卷扬装置。
如图1所示,本实施例提供的门式桩机中的门架1采用门式结构,该门架1由两个平行设置的立柱以及垂直连接于两立柱之间的横梁组成。前述门架1所在平面即为两个立柱和横梁所在平面。
进一步的,门架1的每个立柱均可以由固定杆11和升降杆12滑动连接形成,动力头10与升降杆12固定连接;竖向加力机构可以安装于门架1上,但竖向加力机构的输出端与动力头10连接,竖向加力机构用于驱动动力头10上升或下降,同时可以通过动力头10带动升降杆12在固定杆11上沿竖向滑动。此时固定杆11和升降杆12可以形成滑轨结构,从而有效提升动力头10在门架1上的升降稳定性。
在本实施例中,为便于移动门式桩机,桩架平台2的底部还可以安装有行走组件7。进一步的,本实施例优选行走组件7为履带式行走机构或步履式行走机构。为提升门式桩机中的桩架平台2的支撑强度,本实施例优选桩架平台2包括外壳和安装于外壳内的支撑结构体,该支撑结构体由多个受力杆件连接形成。
如图1、图11、图12和图21所示,移动组件3包括多个滑动机构30,多个滑动机构30沿垂直于门架1所在平面的方向间隔分布,多个滑动机构30用于支撑多个钻杆并带动多个钻杆移动;沿垂直于门架1所在平面的方向,上料位处的拾取件40和多个滑动机构30交错分布。
如图11、图12、图13和图14所示,滑动机构30可以在外力驱动下在桩架平台2上沿平行于门架1所在平面的方向移动,此时通过调节滑动机构30的移动行程即可使得滑动机构30将其上的待接杆的备用钻杆6准确运送至上料位处。
需要说明的是,当滑动机构30为多个且每个滑动机构30均支撑有多个备用钻杆6时,通过调节滑动机构30的移动行程可以使得每个备用钻杆6均能够准确移动至上料位处。
还需要说明的是,上料位处的拾取件40和多个滑动机构30沿垂直于门架1所在平面的方向交错分布,可以有效防止拾取件40和滑动机构30相互阻碍而导致备用钻杆6难以移动到位。
此外,为防止移动至上料位处的滑动机构30上的备用钻杆6和拾取件40之间相互阻碍,如图11所示,张开状态下的拾取件40的顶部低于上述备用钻杆6。如图13所示,当滑动机构30带动备用钻杆6移动至上料位后,拾取件40再闭合以抓取位于其上方的备用钻杆6。
如图13和图15所示,滑动机构30为伸缩结构,滑动机构30用于在伸缩的过程中带动其所支撑的钻杆升降。其中,滑动机构30可以在支撑和运送备用钻杆6的过程中处于伸长状态,当滑动机构30将备用钻杆6运送至上料位且拾取件40抓取备用钻杆6后,如图15和图16所示,滑动机构30可以缩短下降,此时滑动机构30与拾取件40所抓取的备用钻杆6之间产生间隙,易于滑动机构30反向滑动回到原位。可以看出,滑动机构30为伸缩结构时,便于滑动机构30将备用钻杆6运动到位后回到原位。
如图17和图18所示,在滑动机构30反向移动以回到原位时,滑动机构30可以仍旧保持缩短状态。而当滑动机构30移动至原位后,如图19和图20所示,滑动机构30还需伸长以待运送下一备用钻杆6。
如图1和图21所示,桩架平台2上设有多个导轨20,多个导轨20沿垂直于门架1所在平面的方向间隔分布,且每个导轨20均沿平行于门架1所在平面的方向延伸;多个滑动机构30与多个导轨20一一对应滑动连接。
导轨20不仅可以限制滑动机构30的移动方向,且可以减小滑动机构30与桩架平台2之间的摩擦,从而提升滑动机构30的移动顺畅性。
进一步的,移动组件3的数量为偶数,且偶数个移动组件3分为两组,两组移动组件3对称分布于上料位的两侧。移动组件3的数量为偶数且对称分布时,不仅可以使得移动组件3分布刚加有序和均匀,且可以使得备用钻杆6分布也更加有序和均匀,从而有效提升门式桩机的配重平衡性。
如图1所示,每个滑动机构30上均设有间隔分布的第一卡位300和第二卡位301,多个滑动机构30的第一卡位300分布于同一直线上以用于支撑同一钻杆,多个滑动机构30的第二卡位301分布于同一直线上以用于支撑同一钻杆。
多个滑动机构30上的第一卡位300用于支撑一根备用钻杆6,多个滑动机构30上的第二卡位301用于支撑另一根备用钻杆6,此时每个移动组件3均可以支撑两根钻杆。
如图1所示,滑动机构30可以采用底部设有滑轮302的滑块,滑轮302与导轨20滑动连接,滑块用于支撑备用钻杆6。进一步的,第一卡位300和第二卡位301均可以为设于滑动机构30顶部的卡槽。
若此时滑动机构30为伸缩结构,则滑块可以为底部设有开口的罩体,且滑动机构30还包括底板和剪式机构303,底板设于滑块的底部,滑轮302安装于底板的底面,剪式机构303则连接于底板的顶面和滑块的内壁之间,该剪式机构303由多个连杆铰接形成,可以伸长或缩短,从而可以带动中空的滑块相对底板上升或下降。
进一步的,第一卡位300和第二卡位301均为卡槽时,第一卡位300和第二卡位301可以位于同一高度,此时第一卡位300和第二卡位301可以沿滑动机构30的移动方向间隔分布于滑动机构30顶部。
或者,如图22所示,滑动机构30可以采用相邻设置的两个滑动支架304组成,此时每个导轨20均可以包括平行设置的两个分支轨道,两个滑动支架304与两个分支轨道一一对应滑动连接。
如图22所示,滑动支架304的底部可以设有穿孔,滑动支架304通过该穿孔滑动连接于导轨20的分支轨道上。第一卡位300和第二卡位301均可以采用支撑板制成,此时第一卡位300固定连接于滑动机构30中的其中一个滑动支架304一侧,第二卡位301固定连接于滑动机构30中的另一个滑动支架304的一侧。
为防止第一卡位300和第二卡位301相互干涉,如图22所示,第一卡位300与桩架平台2之间的垂直距离不等于第二卡位301与桩架平台2之间的垂直距离。进一步的,第一卡位300与桩架平台2之间的垂直距离可以大于第二卡位301与桩架平台2之间的垂直距离,此时多个滑动机构30的第一卡位300上支撑的备用钻杆6的离地高度大于多个滑动机构30的第二卡位301上支撑的备用钻杆6的离地高度。
当第一卡位300和第二卡位301均采用支撑板时,移动组件3中的多个滑动机构30中的滑动支架304可以分批先后移动。具体的,如图23和24所示,可以先利用外力仅推动滑动机构30中设有第一卡位300的滑动支架304沿平行于门架1所在平面的方向移动,直至将第一卡位300上的备用钻杆6移动至上料位处,然后启动拾取件40,使得拾取件40抓取上料位处的备用钻杆6,再使得设有第一卡位300的滑动支架304均移动回原位。
设有第一卡位300的滑动支架304均移动回原位后,才可将滑动支架304的第二卡位301上的备用钻杆6移动至上料位处,需要说明的是,由于移动组件3中的多个滑动机构30沿垂直于门架1所在平面的方向间隔分布,因此滑动支架304的第一卡位300上不再支撑有备用钻杆6时,设有第二卡位301的滑动支架304的移动过程不再受到第一卡位300上的备用钻杆6的阻碍,此时可以利用外力仅推动滑动机构30中设有第二卡位301的滑动支架304沿平行于门架1所在平面的方向移动,直至将第二卡位301上的备用钻杆6移动至上料位处。
此外,当第一卡位300和第二卡位301均采用支撑板且滑动机构30为伸缩结构时,滑动支架304可以采用可伸缩的支架。具体的,滑动支架304包括设有穿孔的水平杆和与水平杆垂直连接的竖杆,竖杆上滑动连接有滑杆,第一卡位300或第二卡位301设于滑杆的一侧,此时通过在竖杆上滑动滑杆即可实现滑动支架304的伸缩,从而带动第一卡位300或第二卡位301升降。
如图24和图25所示,当设有第一卡位300的滑动支架304将其所支撑的备用钻杆6运送至上料位且拾取件40抓取该备用钻杆6后,可以驱动滑杆在竖杆上向下滑动,从而带动第一卡位300下降,使得第一卡位300和备用钻杆6之间存在间隔,进而易于反向移动滑动支架304以使得滑动支架304回到原位。
在本实施例中,桩架平台2上还可以设有移动驱动机构,该移动驱动机构用于为移动组件3施加外力以推动移动组件3在桩架平台2上移动。进一步的,移动驱动机构可以采用气缸、油缸等伸缩驱动装置,也可以采用由电机和传送链组成的运送装置。
需要说明的是,本实施例提供的移动组件3中的滑动机构30不限于仅设置第一卡位300和第二卡位301,可以根据实际需要,增设第三卡位、第四卡位等多个卡位。并且,滑动机构30的结构形式也不限于上述两种,任何能够以简单路线有序将备用钻杆6运送至上料位处的结构均可被采用。
如图5和图6所示,举升组件4包括机械臂41和顶升驱动机构,拾取件40为机械夹爪;机械臂41包括铰接端和悬空端,机械臂41的铰接端与桩架平台2铰接,机械臂41的悬空端悬空;机械夹爪安装于机械臂41上,顶升驱动机构的输出端与机械臂41连接,顶升驱动机构用于驱动机械臂41相对桩架平台2旋转以使机械臂41在水平状态和竖立状态之间切换。
其中,顶升驱动机构可以采用气缸或油缸等伸缩驱动装置。机械夹爪的开合可以通过电动或气动方式实现,对应的,机械夹爪可以采用电动夹爪,也可以采用气动夹爪。
本实施例提供举升组件4中的机械臂41用于在顶升驱动机构的驱动下在水平状态和竖立状态之间切换,从而带动备用钻杆6在水平状态和竖立状态之间切换,由于备用钻杆6旋转至竖立状态时即可准确位于动力头10下方,因此机械臂41可以仅在0-90度范围内转动。
为提升机械臂41的使用灵活性,本实施例优选机械臂41的长度小于备用钻杆6的长度,此时拾取件40可以安装于机械臂41的悬空端。
如图5和图6所示,机械臂41的铰接端位于门架1和上料位之间,机械夹爪安装于机械臂41的背对桩架平台2的臂面上,或者,如图31-图34所示,机械夹爪安装于机械臂41的面对桩架平台2的臂面上,且桩架平台2上安装有转盘机构21,机械臂41的铰接端铰接于转盘机构21上,转盘机构21用于驱动机械臂41以机械臂41的中心轴为转轴自转。
当机械臂41的铰接端位于门架1和上料位之间时,为使得备用钻杆6旋转至竖立状态时即可准确位于动力头10下方,需使得机械臂41上的机械夹爪抓取备用钻杆6后,备用钻杆6位于机械臂41的靠近门架1的一侧。因此可以直接将机械夹爪安装于机械臂41的背对桩架平台2的臂面上,或者,将机械夹爪安装于机械臂41的面对桩架平台2的臂面上且增设转盘机构21以使得竖立后的机械臂41可以自转而带动备用钻杆6转向。
具体的,对于直接将机械夹爪安装于机械臂41的背对桩架平台2的臂面上的方式,如图3、图5和图6所示,在上料位处,机械夹爪会由下至上抓取备用钻杆6,且抓取后的备用钻杆6会位于机械臂41的上方。
对于将机械夹爪安装于机械臂41的面对桩架平台2的臂面上的方式,如图31和图32所示,在上料位处,机械夹爪会由上至下抓取备用钻杆6,且抓取后的备用钻杆6会位于机械臂41的下方,而当机械臂41带动备用钻杆6旋转至竖立状态后,如图33所示,备用钻杆6会位于机械臂41的背对门架1的一侧,此时为使得备用钻杆6可以位于机械臂41的面对门架1的一侧并位于动力头10下方,需利用转盘机构21带动机械臂41自转180度而将备用钻杆6移动至动力头10下方。
其中,转盘机构21可以采用包括电机的旋转驱动装置。
在本实施例中,还可以通过调整机械臂41的位置使得机械夹爪抓取备用钻杆6后,备用钻杆6可以位于机械臂41的靠近门架1的一侧。具体的,如图26-图30所示,桩架平台2的设有门架1的一侧连接有延展架22,机械臂41的铰接端铰接于延展架22上,且机械臂41能够在相对桩架平台2旋转的过程中穿过门架1后竖立于门架1的背对上料位的一侧;机械夹爪安装于机械臂41的面对桩架平台2的臂面上。
如图26所示,在上料位处,机械夹爪会由上至下抓取备用钻杆6,且抓取后的备用钻杆6会位于机械臂41的下方。而当机械臂41带动备用钻杆6旋转至竖立状态的过程中,由于机械臂41的铰接端铰接于延展架22上,因此机械臂41会带动备用钻杆6穿过门架1,如图27所示,此时备用钻杆6会位于机械臂41的面对门架1的一侧并位于动力头10下方。
此外,为防止机械臂41对备用钻杆6的接杆过程造成阻碍,如图28和图29所示,在接杆和接杆后动力头10上升的过程中,机械臂41均需保持竖立状态。当需要拾取下一备用钻杆6时,如图30所示,再使得机械臂41旋转至水平状态。
需要说明的是,为防止延展架22阻碍钻杆的接杆和下钻过程,延展架22的与动力头10相对的位置需设有能够穿过动力头10和钻杆的通孔。
为进一步的提升门式桩机的平衡性,本实施例优选门式桩机还包括配重结构,该配重结构安装于桩架平台2的与门架1相对的一侧,用于防止桩机重心向门架1一侧偏移。本实施例优选上述配重结构为自调节配重组件8,进一步的,门式桩机还包括监测系统和控制系统9;自调节配重组件8安装于桩架平台2的远离门架1的一侧,且自调节配重组件8包括能够沿垂直门架1所在平面方向移动的移动部;自调节配重组件8和监测系统均与控制系统9连接,监测系统用于监测门式桩机的门架1处的重量变化,控制系统9用于根据监测系统监测到的重量变化计算移动部的移动量,并驱动移动部按照移动量沿垂直门架1所在平面方向移动。
自调节配重组件8可以采用伸缩结构,此时移动部为自调节配重组件8的伸缩端,监测系统用于感应门式桩机的门架1处的重量变化,控制系统9则可以根据监测系统的监测结果控制自调节配重组件8的伸缩量,从而使得自调节配重组件8根据门架1处的重量变化而自动伸长或缩短以调节桩架平台2远离门架1一侧的力矩,进而可以改变门式桩机的重心位置,维持门式桩机的平衡。
进一步的,自调节配重组件8可以采用油缸。在实际应用中,自调节配重组件8还可以采用滑动连接于桩架平台2上的滑动块。监测系统可以采用重量传感器组成,控制系统9可以采用可编程逻辑控制器或单片机。其中,控制系统9还可以与移动组件3连接,此时可以通过控制系统9控制移动组件3预设路径移动,门式桩机不需设置驾驶室。
综上,本实施例提供的门式桩机通过将备用钻杆6平行放置于移动组件3上,再通过有序横向移动备用钻杆6以将多个备用钻杆6先后运送至上料位,再依靠举升组件4的转动过程即可将多个备用钻杆6先后以简单路线有序送入门架1内的动力头10下方以便于接杆,该门式桩机可以通过简单动作完成对钻杆的抓取及接杆过程,而通过接杆不仅可以满足超长桩的施工要求,且门架1的高度不需设置过高,因此本实施例提供的门式桩机可以在使用低矮门架1的前提下通过水平放置、有序组合钻杆,自动、高度、安全的进行接杆作业以在不同高度的空间(包括隧道等低矮空间)实现各种桩长的灌注桩施工。
可以看出,本实施例提供的门式桩机打破了目前主流重型桩机中立柱高度及钻具长度必须满足设计桩长的传统设计观念,解决了竖向预固定备用重型钻具往往使桩机重心偏移、导致桩机前端过重的问题,本实施例提供的门式桩机是对现有桩机的一项颠覆性技术,且可以实现降低门架1、平放钻杆及自动接杆,是一种高效、节能、安全、自动化高、低成本的桩工机械。
还需要说明的是,现有的桩机门架1立柱一侧竖向预固定备用重型钻具时,为保证桩机重心平衡,不得不增加配重,从而出现了打70米的桩,桩机重量往往由150吨加重到达300吨以上的现象,不仅会提高施工成本,且为保证桩安全,工地上还需大面积铺设钢板才能施工,会进一步的增加施工成本。而本实施例提供的门式桩机通过平放钻杆,可以使得钻具钻孔深度不再受限于单根钻具长度,且不需要大量增加配重以保证桩机重心平衡,仅此一项,本实施例提供的门式桩机桩机的重量比现有的桩机可降低30~40%,从而有效降低了桩机制造成本。此外,本实施例提供的门式桩机通过在门架1处采用竖向加力机构与动力头10相互配合,可以使得钻杆下钻过程中挤压土体而旋挖出桩孔,从而实现不取土施工,达到节能减排的目的。
还需要说明的是,相较于CN202688997U,本实施例提供的门式桩机提出了具体的降低门架1高度和重心并增加施工桩长的技术方案。
相较于CN208950504U只能增加一倍打桩深度且会增加桩机重心不稳隐患的技术方案,本实施例提供的门式桩机可以在不增加桩机高度、加强桩机稳定性的情况下,实现更多倍打桩深度(本实施例提供的门式桩机不需考虑竖立钻杆造成的重心不稳,可以增加备用钻杆6的数量或长度以增加打桩深度)。
相较于CN203851446U,本实施例提供的门式桩机通过门架1上的竖向加力机构和动力头10,以及通过带有弹性插销的接头组件,使得门式桩机还具备旋转钻具、下钻、上提钻具、自动接杆等农业技术领域无法联想到的复杂功能,此外,本实施例提供的门式桩机使用门式门架1代替传统桩机的单柱式立柱,使得备用钻杆6可以直接移动至门式门架1内或穿过门架1,而无需绕过单柱式立柱走复杂路线。
相较于CN209556966U,本实施例提供的门式桩机可以通过拾取件40先抓取钻杆再撤走移动组件3,全程不发生使钻杆自由落体的情况,且在工作过程中,可以通过在门式桩机的控制系统9上预先编制程序而将多个钻杆自动先后运送至上料位处并使得拾取件40可以自动先后拾取多个钻杆,无需人力或其他辅助机械运送钻杆。
相较于CN110939132A,本实施例提供的门式桩机的自调节配重组件8可以与控制系统9和监测系统相互配合而具有快速调整的特点,本实施例提供的门式桩机通过改变力矩调整水平方向重心位置的方式,更加符合本实施例提供的门式桩机的要求。
而CN216381270U、CN105756060A、CN107023267B所公开的桩工机械,因其传统单立柱结构的限制,导致其相应的钻杆抓取、移动过程均需绕过单立柱,继而导致桩工机械上的机构复杂,难以简化,虽然其将备用钻杆6竖放有利于钻杆的输送、对接,但会导致桩基失稳问题。而本实施例提供的门式桩机采用平放备用钻杆6的方式,结合完善整机结构,可以在采用低矮门式门架1的同时实现平稳抓取、移动钻杆的过程,相较于立放钻杆的桩工机械,本实施例提供的门式桩机更加安全、稳定,同时,本实施例通过平放钻杆,还可以增加钻杆与桩架平台2的接触面积,从而将立放时的点荷载变成了平放后压强更小的面荷载,可以有效降低桩机的强度要求,从而降低桩机制造成本。
如图35所示,本实施例还提供一种灌注桩施工工法,该灌注桩施工工法应用上述门式桩机,其包括:
步骤S1:启动移动组件3以将移动组件3上的其中一根钻杆运送至上料位处;
步骤S2:启动举升组件4,使拾取件40抓取上料位处的钻杆,并在移动组件3远离上料位后使举升组件4旋转,以驱动拾取件40抓取的钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至动力头10下方;
步骤S3:将拾取件40抓取的钻杆的顶端与动力头10连接,再使拾取件40松开其所抓取的钻杆;
步骤S4:驱动动力头10下降,将动力头10下方连接的钻杆移动至灌注桩的设计桩位处埋设的钻杆的顶端处,再将动力头10下方连接的钻杆的底端与埋设钻杆的顶端连接:
步骤S5:继续驱动动力头10下降并启动动力头10,以使动力头10下方连接的钻杆旋转钻入灌注桩的设计桩位处的土体内;
步骤S6:将动力头10与其下方连接的钻杆分离,再驱动动力头10上升;
步骤S7:重复步骤S1-S6,以将移动组件3上的多个钻杆依次连接并下钻至灌注桩的设计桩位处的土体内。
本实施例提供的灌注桩施工工法中的步骤S1-S7,均为桩架平台2上平放钻杆的接杆过程,也即,均为前述备用钻杆6的接杆过程。而带有钻头的原有钻杆5,通常是直接连接于动力头10下方以待下钻的,因此本实施例提供的灌注桩施工工法还可以包括在步骤S1前的步骤S01和步骤S02:
步骤S01:将门式桩机移动至灌注桩施工区域,并使得门式桩机中的门架1上的动力头10位于灌注桩的设计桩位的上方;
步骤S02:在门式桩机的门架1上的动力头10下方连接带有钻头的钻杆,使动力头10下降并启动动力头10,以驱动带有钻头的钻杆旋转钻入灌注桩的设计桩位处的土体内。
本实施例提供的灌注桩施工工法应用上述门式桩机,因此该灌注桩施工工法同样可以通过将多个钻杆水平分布在移动组件3上而对桩机进行配重以保证门式桩机的稳定性,在接杆过程中,也可以利用接杆后即下钻的过程和还未接杆的水平分布的钻杆继续保证门式桩机的重心不过于向门架1处偏移,从而继续保证该门式桩机的使用稳定性。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种门式桩机,其特征在于,包括门架(1)、桩架平台(2)、移动组件(3)和举升组件(4);
所述门架(1)竖立于所述桩架平台(2)的一侧,所述门架(1)上安装有能够升降的动力头(10),所述动力头(10)能够与移动至其下方的任一钻杆的一端可拆卸连接;
所述桩架平台(2)的位于所述门架(1)一侧的位置设有上料位,所述动力头(10)的中心轴在所述桩架平台(2)上的投影位于所述上料位的延伸方向上;
所述上料位的一侧或两侧设有所述移动组件(3),所述移动组件(3)上水平分布有多个钻杆,且每个所述钻杆均与所述门架(1)所在平面垂直;所述移动组件(3)用于在水平面上沿平行于所述门架(1)所在平面的方向移动,以将多个所述钻杆依次运送至所述上料位处;
所述举升组件(4)包括拾取件(40),所述拾取件(40)用于抓取所述上料位处的钻杆,所述举升组件(4)用于相对所述桩架平台(2)旋转,以在旋转的过程中带动所述拾取件(40)抓取的钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至所述动力头(10)下方。
2.根据权利要求1所述的门式桩机,其特征在于,所述移动组件(3)包括多个滑动机构(30),多个所述滑动机构(30)沿垂直于所述门架(1)所在平面的方向间隔分布,多个所述滑动机构(30)用于支撑多个所述钻杆并带动多个所述钻杆移动;
沿垂直于所述门架(1)所在平面的方向,所述上料位处的拾取件(40)和多个所述滑动机构(30)交错分布。
3.根据权利要求2所述的门式桩机,其特征在于,所述滑动机构(30)为伸缩结构,所述滑动机构(30)用于在伸缩的过程中带动其所支撑的钻杆升降。
4.根据权利要求3所述的门式桩机,其特征在于,所述桩架平台(2)上设有多个导轨(20),多个所述导轨(20)沿垂直于所述门架(1)所在平面的方向间隔分布,且每个所述导轨(20)均沿平行于所述门架(1)所在平面的方向延伸;
多个所述滑动机构(30)与多个所述导轨(20)一一对应滑动连接。
5.根据权利要求2所述的门式桩机,其特征在于,每个所述滑动机构(30)上均设有间隔分布的第一卡位(300)和第二卡位(301),多个所述滑动机构(30)的第一卡位(300)分布于同一直线上以用于支撑同一钻杆,多个所述滑动机构(30)的第二卡位(301)分布于同一直线上以用于支撑同一钻杆。
6.根据权利要求1-5任一项所述的门式桩机,其特征在于,所述举升组件(4)包括机械臂(41)和顶升驱动机构,所述拾取件(40)为机械夹爪;
所述机械臂(41)包括铰接端和悬空端,所述机械臂(41)的铰接端与所述桩架平台(2)铰接,所述机械臂(41)的悬空端悬空;
所述机械夹爪安装于所述机械臂(41)上,所述顶升驱动机构的输出端与所述机械臂(41)连接,所述顶升驱动机构用于驱动所述机械臂(41)相对所述桩架平台(2)旋转以使所述机械臂(41)在水平状态和竖立状态之间切换。
7.根据权利要求6所述的门式桩机,其特征在于,所述机械臂(41)的铰接端位于所述门架(1)和所述上料位之间,所述机械夹爪安装于所述机械臂(41)的背对所述桩架平台(2)的臂面上,或者,
所述机械夹爪安装于所述机械臂(41)的面对所述桩架平台(2)的臂面上,且所述桩架平台(2)上安装有转盘机构(21),所述机械臂(41)的铰接端铰接于所述转盘机构(21)上,所述转盘机构(21)用于驱动所述机械臂(41)以所述机械臂(41)的中心轴为转轴自转。
8.根据权利要求6所述的门式桩机,其特征在于,所述桩架平台(2)的设有所述门架(1)的一侧连接有延展架(22),所述机械臂(41)的铰接端铰接于所述延展架(22)上,且所述机械臂(41)能够在相对所述桩架平台(2)旋转的过程中穿过所述门架(1)后竖立于所述门架(1)的背对所述上料位的一侧;
所述机械夹爪安装于所述机械臂(41)的面对所述桩架平台(2)的臂面上。
9.根据权利要求1-5任一项所述的门式桩机,其特征在于,还包括自调节配重组件(8)、监测系统和控制系统(9);
所述自调节配重组件(8)安装于所述桩架平台(2)的远离所述门架(1)的一侧,且所述自调节配重组件(8)包括能够沿垂直所述门架(1)所在平面方向移动的移动部;
所述自调节配重组件(8)和所述监测系统均与所述控制系统(9)连接,所述监测系统用于监测所述门式桩机的所述门架(1)处的重量变化,所述控制系统(9)用于根据所述监测系统监测到的重量变化计算所述移动部的移动量,并驱动所述移动部按照所述移动量沿垂直所述门架(1)所在平面方向移动。
10.一种灌注桩施工工法,应用如权利要求1-9任一项所述的门式桩机,其特征在于,包括:
S1:启动所述移动组件(3)以将所述移动组件(3)上的其中一根钻杆运送至所述上料位处;
S2:启动所述举升组件(4),使所述拾取件(40)抓取所述上料位处的钻杆,并在所述移动组件(3)远离所述上料位后使所述举升组件(4)旋转,以驱动所述拾取件(40)抓取的钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至所述动力头(10)下方;
S3:将所述拾取件(40)抓取的钻杆的顶端与所述动力头(10)连接,再使所述拾取件(40)松开其所抓取的钻杆;
S4:驱动所述动力头(10)下降,将所述动力头(10)下方连接的钻杆移动至灌注桩的设计桩位处埋设的钻杆的顶端处,再将所述动力头(10)下方连接的钻杆的底端与埋设钻杆的顶端连接:
S5:继续驱动所述动力头(10)下降并启动所述动力头(10),以使所述动力头(10)下方连接的钻杆旋转钻入灌注桩的设计桩位处的土体内;
S6:将所述动力头(10)与其下方连接的钻杆分离,再驱动所述动力头(10)上升;
S7:重复步骤S1-S6,以将所述移动组件(3)上的多个钻杆依次连接并下钻至灌注桩的设计桩位处的土体内。
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