CN207891870U - 一种智能化植桩施工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能化植桩施工设备，包括桩架，桩架上设置有钻杆，钻杆顶部设置有动力装置，钻杆设置有上下喷浆口，下喷浆口位于钻杆底部，上喷浆口位于钻杆中部，钻杆内部设置有连接上下喷浆口的喷浆管，喷浆管连接有用于控制上下喷浆口转换开闭的换向阀，换向阀连接外部供浆的输浆管。采用本方案的设备加固处理软土基础，具有均匀的强度、均匀的密度、较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低，施工过程中粉尘污染被控制，无环境污染，绿色环保。

Description

一种智能化植桩施工设备

技术领域

本实用新型涉及土木工程技术领域，具体的来说涉及一种智能化植桩的施工设备。

背景技术

在土木工程领域中，传统的预制桩施工，主要有锤击法和静压法，这两种方式均存在沉桩阻力大、速度慢、挤土严重等问题，在预制桩施工过程中对周边的建筑物、管线和构筑物产生危害。虽然采取一些应力释放措施可以缓解挤土的危害，但实践证明这种挤土的危害难以消除。此外，地层阻力越大，需沉桩的压力就越大，导致沉桩过程对桩身的损害就越大。为了保护桩身在施工过程不受损害，就需要采用较高承载力的桩材，使得桩基的成本增大很多。另一种方法是引孔减阻，这不仅增加了施工成本，而且引孔虽然减阻，但也降低了地基土的侧向摩擦力，导致桩基承载力的降低，从而增加了工程造价。

在淤泥类软弱土层中，由于土体的摩阻力较低，导致桩体的侧向承载力较小，使得桩身材料的强度发挥不了作用，不能充分应用，产生较大浪费。

预制桩入风化岩和穿过密实砂层目前是不可能，从而限制了预制桩的应用范围。

对于周边环境复杂的区域，只能采用钻孔灌注桩，钻孔灌注桩在施工过程中将产生大量的护壁泥浆和成孔造浆，对环境将产生污染。同时，由于水下浇筑混凝土的质量难以保证和钻孔灌注桩身周边的泥皮导致桩体承载力下降，使得钻孔灌注桩的造价比预制桩的造价高40％以上。

在砂砾层中钻孔，清孔十分困难，使钻孔灌注桩的施工时间和造价增加较多。

基于预制桩基础和钻孔灌注桩基础存在的问题和各自的优点，工程界迫切希望将这二种桩基础的优点发扬光大，克服其存在的缺点，需要创新一种桩基施工设备。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种智能化植桩施工设备。

智能化植桩施工设备，包括桩架，桩架上设置有钻杆，钻杆顶部设置有动力装置，钻杆设置有上下喷浆口，下喷浆口位于钻杆底部，上喷浆口位于钻杆中部，钻杆内部设置有连接上下喷浆口的喷浆管，喷浆管连接有用于控制上下喷浆口转换开闭的换向阀，换向阀连接外部供浆的输浆管；

所述动力装置内设置有可调速电机，电机连接变频器，变频器连接一可编程控制器，可编程控制器控制变频器进而控制变频电机从而达到控制钻杆转速和转向的目的；

所述动力装置通过钢丝绳连接卷扬机，钢丝绳上设置三滑轮组，三滑轮组上设置编码器，编码器通过记录滑轮转动圈数监控钻杆上提下钻速度和施工桩长，所述编码器连接所述可编程控制器，可编程控制器通过编码器记录滑轮转动圈数进而监控钻杆上提下钻速度和深度，从而达到控制钻杆上提下钻速度和深度的目的；

所述换向阀连接所述可编程控制器，可编程控制器通过控制换向阀的开闭转向，进而控制钻杆的上下喷浆口转换开闭，从而达到钻杆施工上下喷浆的目的；

所述可编程控制器连接一施工参数输入模块；所述可编程控制器根据输入参数自动控制钻杆的升降、转速、喷浆，形成流态固化土的搅拌桩；

所述智能化植桩施工设备，还包括一用于向搅拌桩植入预制桩的辅助设备。

所述的钻杆上设置有叶片，上喷浆口位于叶片中间的钻杆上。

所述叶片为搅拌叶片。

所述叶片为螺旋叶片。

所述叶片为搅拌叶片与螺旋叶片混合布置，搅拌叶片位于钻杆的下部，螺旋叶片上部；搅拌叶片用于将土体与固化剂浆液充分混合；螺旋叶片用于将桩孔上部取土。

所述钻杆中部设置多个上喷浆口，多个上喷浆口在叶片附近呈高低位布置。

钻杆内部设置有喷气管，钻杆上对应设置有连接喷气管的喷气口。

所述可编程控制器连接一用于显示和控制的触摸屏，并通过触摸屏输入参数对施工设备进行施工控制。

可编程控制器连接一远程监控终端，远程监控终端通过网络连接智能施工控制系统，远程监控终端为计算机或手持设备。

桩架上设置有倾角仪；所述可编程控制器连接倾角对桩架垂直度进行监控。

所述变频电机内设置有温度传感器，所述可编程控制器连接温度传感器并对变频电机温度进行监控。

输浆管连接后台供浆系统，包括水泥斗、储水斗、搅拌罐、储浆罐，水泥斗、储水斗分别连接搅拌罐，搅拌罐连接储浆罐，储浆罐通过浆泵连接输浆管，输浆管连接钻杆的换向阀；

水泥斗、储水斗上分别设置称重控制系统，浆泵上设置流量计，称重控制系统、流量计连接一可编程控制器，可编程控制器连接一浆液参数输入模块，后台供浆系统根据输入的浆液参数自动供浆。

后台供浆系统的可编程控制器与桩架上的可编程控制器相互联通。

所述辅助植桩设备为压桩机。

有益效果：与现有技术相比，采用上下喷浆口结合的方式进行喷浆，可以使喷浆与土体得到充分的搅拌，尤其是上喷浆口，在钻杆上提时，浆液被搅拌叶片进行搅拌，加固处理软土基础，使其具有均匀的强度、均匀的密度、较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低，全自动的后台供浆系统使得施工过程中粉尘污染被控制，无环境污染，绿色环保。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型所述一种智能化搅拌桩施工设备的结构示意图。

图2为本实用新型所述的钻杆示意图。

图3为本实用新型所述的三滑轮结构示意图。

图4为本实用新型所述的后台供浆系统示意图。

图5为本实用新型所述的智能控制系统示意图。

图6为本实用新型所述的植桩设备结构示意图。

图7为本实用新型所述设备施工过程中钻进深度h-时间t曲线图。

图8为本实用新型所述设备施工过程中上、下喷浆开关与钻进深度h-时间t曲线对应关系图。

图9为本实用新型所述的钻杆施工过程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

本实施例中的设备，用于将桩孔中的土体部分置换、原位搅拌形成流塑性土体，孔内插入预制桩体，与固化土粘合形成复合基桩

参看图1和图2，智能化搅拌桩施工设备，用于施工水泥土搅拌桩，形成流塑性土体。设备包括桩架1，在桩架上设置钻杆2，钻杆2用于形成水泥土搅拌桩；钻杆2底部安装有岩层和硬土层中成孔的钻头5；钻杆上装有动力头6，动力头6内安装有电机，电机连接变频器，通过变频器控制频率改变进而改变转动速度，从而控制钻杆2的转速，同样钻杆转向也可以通过调换变频器的交流电相序实现电机反转。变频器设置在桩架的配电柜内

动力头6通过钢丝绳8连接卷扬机9，通过卷扬机8提升或者下降钻杆2。

参看图2，钻杆2的底部设置下喷浆口22，钻杆的中部设置有上喷浆口21，钻杆2内分别设置有与上喷浆口21、下喷浆口22相连接的喷浆管，在钻杆2顶部二喷浆管与一喷浆转换阀连接。喷浆转换阀可以根据需要进行高低位的转换喷浆。喷浆转换阀通过输浆管连接后台供浆系统。

所述钻杆2底部还设置有喷气口，对应的钻杆内部设置有与喷气口连接的喷气管，喷气管连接空压机。喷气管用于向搅拌土体中喷气，使得水泥浆液进一步与土体混合。

所述钻杆上设置有搅拌叶片7。所述搅拌叶片7在钻杆一定长度布置。在上喷浆口41的下方搅拌叶片7，当进行提钻喷浆时，搅拌叶片7可以将喷浆孔41喷出的水泥浆液进一步与土体混合。

所述钻杆上设置有螺旋叶片3；螺旋叶片3位于钻杆上部。螺旋叶3片用于钻孔上部取土，而搅拌叶片7用于钻孔后的浆液搅拌。

所述钻杆2为可接续钻杆，通过钻杆接续装置，将钻杆接长，实现搅拌钻孔深度达到40m以上，控制桩架高度在30m以内。

参看图4，所述后台供浆系统，包括一个储浆罐41，储浆罐41内储存搅拌好的水泥浆液，储浆罐41通过输浆管连接浆泵42，浆泵42上设置有流量计43，浆泵42通过输浆管连接搅拌桩施工设备钻杆2上的喷浆管，具体的输浆管与钻杆上部的喷浆转换阀连接，浆液通过喷浆转换阀输送到上喷浆口或下喷浆口。储浆罐41的上设有一个搅拌罐44，搅拌罐用于将水泥和水按照设定比例进行充分搅拌；搅拌罐44内设置有搅拌叶片，通过电机带动搅拌叶片，电机为变频电机，与变频器连接，通过频率控制电机转速；所述储浆罐41内也设置有搅拌叶片。搅拌罐44上分别连接一个水泥斗45和一个水斗46，水泥斗45和水斗46上均设置有称重计47及相应的控制阀门；水斗46连接储水罐或者外接水管，水泥斗45连接干粉水泥罐48。所述储浆罐41可以分设多个浆泵通过输浆管分别连接不同的搅拌桩施工设备。

参看图5，搅拌桩机智能控制系统，包括一前台桩机PLC(可编程控制器)；动力头上的变频电机连接一变频器，变频器通过频率的改变进一步控制变频电机的转速，变频器与PLC连接；变频电机上还设置有温度传感器，温度传感器与PLC连接，实时监控变频电机的工作温度；在卷扬机的钢丝绳上设置三滑轮，三滑轮通过支架在桩架上固定，右侧两个滑轮固定紧靠钢丝绳，第三个滑轮将钢丝绳压紧在前两个滑轮上，钢丝绳带动滑轮转动，第三个滑轮上设置技术编码器，编码器与PLC连接，编码器每转动一圈，产生脉冲一次进行计数，PLC根据编码器数据，计算出钢丝绳的移动速度和移动长度，进而换算成钻杆的升降速度和桩深数据；所述喷浆转换阀通过一控制器连接PLC，PLC控制转换阀的转向开闭，进而控制上下喷浆口的转换和开闭。所述桩架上设置有倾角仪，倾角仪连接PLC，PLC通过倾角仪，实时监控桩架的垂直度，进而保证成桩的垂直度。PLC连接一人机交互界面，人机交互界面上可以实时显示相关参数，可以输入相关施工参数，可以进行有关设备的控制启停。

三滑轮结构参看图3，滑轮81、82固定在支架86上，滑轮83为活动滑轮，钢丝绳8贴近滑轮81、82左侧，而滑轮83的右侧向滑轮81、82方向压紧钢丝绳，而编码器则安装在滑轮83上，钢丝绳8带动滑轮83转动，进而编码器进行计数工作。为了便于更换和检查编码器，滑轮83通过连杆84和长螺杆85进行安装。连杆84一端连接滑轮83的轮轴，另一端连接支架，长螺杆85斜向上一端连接滑轮83的轮轴，另一端通过螺母锁紧在支架86上。

参看图5，后台供浆系统的智能控制系统，包括一个后台供浆PLC(可编程控制器)，在浆泵上设置的流量计与后台供浆PLC连接，浆泵的电机通过控制器连接后台供浆PLC；搅拌罐的电机为变频电机，变频电机通过变频器控制器连接后台供浆PLC，后台供浆PLC可以控制搅拌罐的转动和停止；水泥斗的称重计和水斗的称重计也与后台供浆PLC连接，后台供浆PLC根据设定的参数，向搅拌罐内供应称重好的水泥和水，然后进行搅拌。PLC连接一人机交互界面，人机交互界面上可以实时显示相关参数，可以输入相关施工参数，可以进行有关设备的控制启停。

后台供浆PLC与前台桩机PLC相互连通并可以实时显示相互参数，并根据相互的参数进行自身施工调整。后台供浆PLC与前台桩机PLC均连接远程监控终端，远程监控终端通过网络连接智能施工控制系统，远程监控终端为计算机或手持设备。

植桩施工流程如下：

(一)形成流态固化土

1)配置浆液：

在后台供浆系统中输入浆液参数，自动进行浆液配制；配置浆液过程中，后台供浆系统按照设定的浆液总量、水灰比自动称重搅拌，并自动向搅拌桩施工设备供浆。水泥掺量与浆液水灰比：水泥掺量为15％，水灰比为1.0。

2)施工搅拌桩：

在搅拌桩施工设备的智能化系统中输入施工参数，采用带有上下喷浆口的钻杆，下钻施工，将桩孔中的土体部分置换、原位搅拌形成流态固化土；提钻过程中，上喷浆口喷出的浆液被钻杆上的叶片进一步与土体搅拌；

(二)植入预制桩：

在流态固化土植入预制桩体，预制桩体由多节对接而成，前一节桩体插入流态固化土中并预留对接接头，后一节桩体起吊并与前一节桩体对接，对接之后继续插入预制桩体，直至所有预制桩全部植入，形成复合桩；

依次循环施工搅拌桩、植入预制桩，形成多根复合桩。

搅拌桩施工完毕后立即开始植入预制桩施工，每根预制桩的施工时间小于1.5小时，植桩施工全过程进行垂直度检测和调整。

预制桩对接过程中，采用一送桩设备将前一节预制桩端部夹持，然后后一节桩与其对接，对接完毕后，松开前一节预制桩的端部夹持，利用预制桩重力或者施加压力将对接后的预制桩植入。预制桩体的对接连接采用机械连接或焊接连接。

植入预制桩的设备为压桩机，参看图6，包括：吊机101和工作平台102，吊机吊起桩体通过工作平台102将桩体植入土层中，所述吊机101安装有振动锤103；所述工作平台上端安装有植桩导向架104，所述植桩导向架上端连接有植桩油缸105，所述工作平台下端安装有抱持横梁106，抱持横梁内安装有上抱持油缸与下抱持油缸，上抱持油缸与下抱持油缸伸出端安装有抱持压板。抱持压板用于预制桩端部夹持，进行接桩。

搅拌桩施工具体如下：见图7-9：地面标高为±0.0，搅拌桩桩底标高为-42.0，以下说明中标高均为钻头底标高。

(1)下钻、喷浆、搅拌下沉(正转下沉42.0m)，下沉速度为0.8m/min，转速16rpm，下沉从±0.0至-42.0，搅拌桩长42m；

(2)提升、喷浆、复搅、再下沉(反转上提、下沉各4.0m)，提升及下沉速度为1.6m/min,转速32rpm；提升从-42.0至-38.0，下沉从-38.0至-42.0；复搅段长度，与上下喷浆口距离相匹配；

(3)上提、喷浆、搅拌、提土(反转提升11.0m)，提升速度为1.6m/min，转速32rpm；提升从-42.0至-31.0；

(4)上提、喷浆、搅拌、提土(正转提升31.0m)，提升速度为1.6m/min，

转速32rpm；提升从-31.0至±0.0。

喷浆方式：采用上下喷浆方式，设置2个喷浆嘴，下喷嘴设置于钻头底端，上喷嘴设置于距钻头底端3.0m处叶片中间，具体喷浆方式以施工曲线为准。喷浆位置与时间关系，见附图8。

a、钻杆搅拌下沉±0.0～-6.0段，上下喷嘴均不喷浆；

b、钻杆搅拌下沉至h1＝-6.0，下喷嘴开启喷浆，持续喷浆搅拌至h3＝-42.0(即喷浆段为-6.0～-42.0)；

c、钻杆搅拌提升至h2＝-38.0，下喷嘴继续保持喷浆(即喷浆段为-42.0～-38.0)；

d、钻杆重新搅拌下沉至h3＝-42.0，不喷浆，纯搅拌(即纯搅拌段为-38.0～-42.0)；

e、钻杆搅拌提升至桩顶，上喷嘴持续喷浆，且在到达桩顶之前停止喷浆，即上喷嘴喷浆段为提升段-42.0～-9.0；

f、钻杆搅拌提升至地面标高±0.0，不喷浆，纯搅拌(即纯搅拌段为-9.0～±0.0)

补充说明：

a、钻杆由±0.0搅拌下沉至-42.0段(长度42.0m)，钻杆正转；

b、钻杆由-42.0搅拌上提至-38.0(长度4.0m)过程以及-38.0复搅下沉至-42.0(长度4.0m)，钻杆上提正转，复搅下沉反转；

c、钻杆由-42.0搅拌提升至-31.0段(长度11.0m)过程，钻杆反转；

d、由-31.0搅拌提升至±0.0段(长度31.0m)，钻杆正转。钻杆上部的螺旋叶片取出桩顶部6m长度的孔内土体

与现有技术相比，采用上下喷浆口结合的方式进行喷浆，可以使喷浆与土体得到充分的搅拌，尤其是上喷浆口，在钻杆上提时，浆液被搅拌叶片进行搅拌，加固处理软土基础，使其具有均匀的强度、均匀的密度、较高的承载力和较好的止水效果，施工造价低，全自动的后台供浆系统使得施工过程中粉尘污染被控制，无环境污染，绿色环保。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (15)

1.一种智能化植桩施工设备，包括桩架，桩架上设置有钻杆，钻杆顶部设置有动力装置，其特征是：

钻杆设置有上下喷浆口，下喷浆口位于钻杆底部，上喷浆口位于钻杆中部，钻杆内部设置有连接上下喷浆口的喷浆管，喷浆管连接有用于控制上下喷浆口转换开闭的换向阀，换向阀连接外部供浆的输浆管；

所述动力装置内设置有可调速电机，电机连接变频器，变频器连接一可编程控制器，可编程控制器控制变频器进而控制变频电机从而达到控制钻杆转速和转向的目的；

所述动力装置通过钢丝绳连接卷扬机，钢丝绳上设置三滑轮组，三滑轮组上设置编码器，编码器通过记录滑轮转动圈数监控钻杆上提下钻速度和施工桩长，所述编码器连接所述可编程控制器，可编程控制器通过编码器记录滑轮转动圈数进而监控钻杆上提下钻速度和深度，从而达到控制钻杆上提下钻速度和深度的目的；

所述换向阀连接所述可编程控制器，可编程控制器通过控制换向阀的开闭转向，进而控制钻杆的上下喷浆口转换开闭，从而达到钻杆施工上下喷浆的目的；

所述可编程控制器连接一施工参数输入模块；所述可编程控制器根据输入参数自动控制钻杆的升降、转速、喷浆，形成流态固化土的搅拌桩。

2.根据权利要求1所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，所述的钻杆上设置有叶片，上喷浆口位于叶片中间的钻杆上。

3.根据权利要求2所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，所述叶片为搅拌叶片。

4.根据权利要求2所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，所述叶片为螺旋叶片。

5.根据权利要求2所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，所述叶片为搅拌叶片与螺旋叶片混合布置，搅拌叶片位于钻杆的下部，螺旋叶片上部；搅拌叶片用于将土体与固化剂浆液充分混合；螺旋叶片用于将桩孔上部取土。

6.根据权利要求1所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，所述钻杆中部设置多个上喷浆口，多个上喷浆口在叶片附近呈高低位布置。

7.根据权利要求1所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，钻杆内部设置有喷气管，钻杆上对应设置有连接喷气管的喷气口。

8.根据权利要求1所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，所述可编程控制器连接一用于显示和控制的触摸屏，并通过触摸屏输入参数对施工设备进行施工控制。

9.根据权利要求1所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，可编程控制器连接一远程监控终端，远程监控终端通过网络连接智能施工控制系统，远程监控终端为计算机或手持设备。

10.根据权利要求1所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，桩架上设置有倾角仪；所述可编程控制器连接倾角对桩架垂直度进行监控。

11.根据权利要求1所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，所述变频电机内设置有温度传感器，所述可编程控制器连接温度传感器并对变频电机温度进行监控。

12.根据权利要求1所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，输浆管连接后台供浆系统，包括水泥斗、储水斗、搅拌罐、储浆罐，水泥斗、储水斗分别连接搅拌罐，搅拌罐连接储浆罐，储浆罐通过浆泵连接输浆管，输浆管连接钻杆的换向阀；

水泥斗、储水斗上分别设置称重控制系统，浆泵上设置流量计，称重控制系统、流量计连接一可编程控制器，可编程控制器连接一浆液参数输入模块，后台供浆系统根据输入的浆液参数自动供浆。

13.根据权利要求1所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，后台供浆系统的可编程控制器与桩架上的可编程控制器相互联通。

14.根据权利要求1所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，所述智能化植桩施工设备，还包括一用于向搅拌桩植入预制桩的辅助设备。

15.根据权利要求14所述的一种智能化植桩施工设备，其特征是，所述辅助设备为压桩机。