CN210975791U - 一种组合式斜向受力体的施工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组合式斜向受力体的施工装置，其特征在于所述施工装置包括刚性插入件以及钻机上的钻具，所述钻具的杆体设置于所述刚性插入件的空腔中，所述杆体与所述刚性插入件的内壁之间沿轴向间隔布置有若干对中装置。本实用新型的优点是：（1）该施工装置结构组成简单，能够使斜向受力体同轴施工、同心成型，发挥了协调作用，简化了施工工艺和工序，提高了施工效率；（2）极大节约了资源，减少了环境污染，进一步实现了绿色施工的理念；（3）可应用于支撑体系或拉锚体系的施工。

Description

一种组合式斜向受力体的施工装置

技术领域

本实用新型涉及土木工程技术领域，具体涉及一种组合式斜向受力体的施工装置。

背景技术

钢制格构柱、钢管、型钢和预制桩（以下简称：插入件）插入水泥土加固体形成的竖向受力体在土木工程领域应用较为广泛；

其施工方法一：先施工水泥土加固体，然后插入上述插入件，从而共同形成具有一定承载能力的受力体；

施工方法二：施工完上述插入件后对其端部进行注浆加固形成水泥土加固体，从而共同形成具有一定承载能力的受力体；

施工方法三：在插入件端部设置钻头，沿导向架旋转钻进成孔止设计水泥土加固体顶标高起开始喷浆搅拌钻进完成水泥土加固体施工，形成具有一定承载能力的受力体。

工程中的斜向受力体时有出现，若将上述受力体工艺直接使用，存在如下问题：

采用方法一：因斜向水泥土加固体施工时，重量较大且外径比钻杆大的钻头在对原状土进行扰动、搅拌及加固的钻进过程中，随着钻进的深入，外径较小的钻杆刚度逐渐变小，两者在重力作用下带动钻头向下漂移，易造成加固体向下偏离设计位置；此外，水泥土加固体核心区域浆液主体强度较高，刚度相对较大的插入体插入设置时优先沿软弱通道穿行，很难保证其插入提前设置的水泥土加固体形成预期的受力体，无法达到设计预期。

采用方法二：因注浆固结施工工艺自身的缺陷，水泥浆易沿薄弱通道流失，水泥土加固质量难以控制，受力体无法有效成形，不能满足设计预期。

采用方法三：因受钻机自重影响，钻机钻进扭矩提供受到限制，从而影响了斜向受力体长度的设置。为确保浆液通道畅通、满足带压工作要求，插入件的连接、插入件与钻机间的连接等须按专业要求加工设置，且每根插入件均须设一次性置钻头，极大增加了成本；实施时工序复杂、功效低下，易进一步增加施工成本，给其适用性造成了严重不利影响。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种组合式斜向受力体的施工装置，该施工装置通过采用刚性插入件和对中装置作为钻具杆体钻进过程中确保其能够始终沿中心轴线钻进的辅助装置，确保能够施作出尺寸均匀的水泥扩大体，以使刚性插入件和水泥土扩大体能够形成同轴的斜向受力体。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种组合式斜向受力体的施工装置，其特征在于所述施工装置包括刚性插入件以及钻机上的钻具，所述钻具的杆体设置于所述刚性插入件的空腔中，所述杆体与所述刚性插入件的内壁之间沿轴向间隔布置有若干对中装置。

所述刚性插入件由若干刚性插入件节段连接构成，所述刚性插入件节段为中空刚性构件，为钢制格构柱、钢管、预制空心桩中的一种或多种组合。

所述施工装置还包括用于沉设所述刚性插入件节段的沉设装置，所述沉设装置为钻进沉设装置、静压沉设装置、振动沉设装置中的一种或多种组合。

所述对中装置包括基盘、固定于所述基盘上的旋转装置以及均布于所述基盘外缘上的导向轮组，所述钻具的所述杆体贯穿所述旋转装置以及所述基盘上的通孔，所述导向轮组与所述刚性插入件的内壁面相贴合并可沿所述刚性插入件的轴向移动。

所述导向轮组包括自所述基盘上向外延伸的支撑杆以及滑轮组，所述支撑杆的外端部具有呈“Π”形的安装架，所述安装架的端板固定于所述支撑杆的外端部、两侧的侧板上分别具有可调式长孔，所述滑轮组的支撑轴两端分别安装于所述侧板中的所述可调式长孔中，在所述滑轮组与所述端板之间设置有弹簧，通过所述弹簧的自适应调整以使所述导向轮组能够适应不同内径的所述刚性插入件。

所述杆体的前端部为钻头，所述杆体中设置有注浆管道，所述注浆管道的一端连接浆液泵送装置、另一端与均布于所述钻头上的喷浆口相连通。

所述钻头为可变径钻头，包括套装于所述钻头上方所述杆体上的升降套管以及均布于所述钻头上缘部上的若干变径刀片，所述升降套管由固定于所述杆体上的液压油缸驱动沿所述杆体升降，所述变径刀片的一端铰接于所述钻头上缘部、另一端与所述升降套管下缘部之间布置有铰接杆，在所述升降套管的升降带动下，所述变径刀片将跟随向内收缩或向外扩展，以改变所述可变径钻头的直径。

本实用新型的优点是：（1）该施工装置结构组成简单，能够使斜向受力体同轴施工、同心成型，发挥了协调作用，简化了施工工艺和工序，提高了施工效率；（2）极大节约了资源，减少了环境污染，进一步实现了绿色施工的理念；（3）可应用于支撑体系或拉锚体系的施工。

附图说明

图1为本实用新型中利用施工装置将刚性插入件沉设入土体中的示意图；

图2为本实用新型中组合式斜向受力体的施工装置示意图；

图3为本实用新型中利用施工装置施工所形成的组合式斜向受力体的示意图；

图4为本实用新型施工装置中对中装置的结构示意图；

图5为本实用新型图4中的局部放大示意图；

图6为本实用新型中具有变径钻头的组合式斜向受力体施工装置示意图；

图7为本实用新型中变径钻头的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-7，图中标记1-20分别为：刚性插入件1、水泥土扩大体2、杆体3、对中装置4、钻具5、旋转装置6、基盘7、支撑杆8、安装架9、滑轮组10、支撑轴11、弹簧12、可调式长孔13、变径钻头14、升降套管15、铰接杆16、变径刀片17、钻头18、注浆管道19、喷浆口20。

实施例1：如图1-5所示，本实施例具体涉及一种组合式斜向受力体的施工装置，该施工装置主要包括刚性插入件1、钻具5、对中装置4以及沉设装置，沉设装置用于沉设刚性插入件1斜向入土，钻具5的杆体3设置于刚性插入件1的空腔中，对中装置4设置于刚性插入件1空腔内壁面与杆体3外壁面之间用于对其进行限位导向，通过该施工装置施作能够使刚性插入件1与水泥土扩大体2形成同轴一体的斜向受力体。

如图1-3所示，本实施例中的刚性插入件1具体是由多个刚性插入件节段所连接组成的，刚性插入件节段为中空结构，可以采用钢制格构柱、钢管、预制空心桩等中空刚性构件中的一种或几种的组合体；而沉设装置主要用于将刚性插入件1沉设入土体中的预定深度，可以采用钻进装置、静压装置或者是振动压入装置等中的一种或多种组合。

如图1-3所示，钻具5安装于可移动的钻机上，钻具5的杆体3布置于刚性插入件1中，杆体3的前端部为钻头，在杆体3中设置有注浆管道，注浆管道的一端连接位于钻机上的浆液泵送装置，另一端与均布于钻头上的喷浆口相连通。

如图1-5所示，在钻具5的杆体3上间隔分布有若干对中装置4，对中装置4主要用于确保杆体3在钻进过程中始终同刚性插入件1保持处于同一轴线上，防止产生偏离，对中装置4主要包括基盘7、旋转装置6以及均布于基盘7外缘部上的导向轮组，旋转装置6固定设置在基盘7上，两者可以产生相互转动，基盘7上具有对应于旋转装置6的通孔，钻具5的杆体3贯穿通过旋转装置6和基盘7上的通孔，旋转装置6可随杆体进行旋转；在本实施例中，基盘7的外缘部上间隔分布若干导向轮组，每个导向轮组包括自基盘7向外延伸的支撑杆8，支撑杆8的外端上固定有安装架9，安装架9具体是呈“Π”形，具有端板以及两个侧板，端板固定设置在支撑杆8的外端部，两侧的侧板上开设有可调式长孔13，在安装架9中设置有滑轮组10，滑轮组10的支撑轴11两端设置在可调式长孔13中，与此同时，在安装架9的端板与滑轮组10之间布置有弹簧12，从而使滑轮组10能够适应不同内径的刚性插入件1，在弹簧12的补偿作用下，滑轮组10的支撑轴11能够在可调式长孔13中进行径向移动调节，以确保滑轮组10能够始终紧贴刚性插入件1的内壁进行导向。

如图1-5所示，本实施例中组合式斜向受力的施工装置的工作方法包括以下步骤：

（1）如图1所示，将刚性插入件1在设计施工位置斜向插入土体中直至水泥土扩大体2的设计顶标高位置，其施工方法为：

首先在地面架设斜向的导向支架（视情况设置），利用沉设装置将第一节刚性插入件节段斜向沉设至土体中，之后在第一节刚性插入件节段的末端连接第二节刚性插入件节段，继续利用沉设装置沉设第二节刚性插入件节段及其所连接的第一节刚性插入件节段下沉入土体中，之后再连接第三节刚性插入件节段……，如此往复，直至第一节刚性插入件节段的头端到达水泥土扩大体2的设计顶标高位置；需要说明的是，本实施例中所采用的沉设可以是钻进方式、静压方式或是振动方式中的一种或是多种组合。

（2）如图2、4、5所示，在完成刚性插入件1的插入之后，启动钻机，将设置有对中装置4的钻具5斜向插入到刚性插入件1的空腔中并钻进至其下端部位置，之后继续钻进，与此同时开启钻具5中的注浆管路以使杆体3的头端高压旋喷水泥浆液搅拌土体至水泥土扩大体2的设计底标高位置，从而形成一段尺寸均匀的水泥土扩大体2，且在刚性插入件1以及对中装置4的导向之下，水泥土扩大体2与刚性插入件1具有同一中心轴线；其中，水泥土扩大体2中的主要胶凝材料为水泥，也可以是其他的胶凝材料如GS-土体硬化剂。

（3）如图2、3所示，在完成水泥土扩大体2的施工之后，将钻具5的杆体4提离水泥土扩大体2和刚性插入件1；之后继续利用步骤1中的沉设装置将刚性插入件1以既有的倾斜角度斜向沉设至水泥土扩大体2中，使刚性插入件1与水泥土扩大体2形成同轴一体的斜向受力体，需要说明的是，为了确保两者能够形成稳固的连接结构，刚性插入件1应至少沉设到水泥土扩大体2中不小于1m的深度。

需要说明的是，为了进一步提高斜向受力体的承载力，可以按照上述步骤中的方法，重复施工多个水泥土扩大体2，并使刚性插入件1同各个水泥土扩大体2构成同轴连接，形成呈糖葫芦状或整体状的斜向受力体。

本实施例的有益效果在于：施工装置结构简单，该斜向受力体同轴施工，同心成形，浑然一体，共同协调发挥作用，很好地利用了插入件和水泥土加固体各自的优点，用水泥土加固体替代常规的胶凝材料（水泥浆、水泥砂浆体或混凝土等）固结体，充分发挥了水泥土加固体良好的承载能力的同时减少了胶凝材料、插入件的使用量，且质量可靠，使得斜向受力体能满足设计预期；同时，简化了施工工艺和工序，提高了施工功效；极大节约了资源，减少了环境污染，进一步实现了绿色施工的理念。

实施例2：如图1、3-7所示，本实施例具体涉及一种组合式斜向受力体的施工装置，该施工装置主要包括刚性插入件1、钻具5、对中装置4以及沉设装置，沉设装置用于沉设刚性插入件1斜向入土，钻具5的杆体3设置于刚性插入件1的空腔中，对中装置4设置于刚性插入件1空腔内壁面与杆体3外壁面之间用于对其进行限位导向，通过该施工装置施作能够使刚性插入件1与水泥土扩大体2形成同轴一体的斜向受力体。本实施例与实施例1中的主要区别在于钻具5上的钻头采用了变径钻头14。

如图1、3、6所示，本实施例中的刚性插入件1具体是由多个刚性插入件节段所连接组成的，刚性插入件节段为中空结构，可以采用钢制格构柱、钢管、预制空心桩等中空刚性构件中的一种或几种的组合体；而沉设装置主要用于将刚性插入件1沉设入土体中的预定深度，可以采用钻进装置、静压装置或者是振动压入装置等中的一种或多种组合。

如图1、3、6、7所示，钻具5安装于可移动的钻机上，钻具5的杆体3布置于刚性插入件1中，杆体3的前端部为变径钻头14，在杆体3中设置有注浆管道19，注浆管道19的一端连接位于钻机上的浆液泵送装置，另一端与均布于钻头18上的喷浆口20相连通。

如图1、3-6所示，在钻具5的杆体3上间隔分布有若干对中装置4，对中装置4主要用于确保杆体3在钻进过程中始终同刚性插入件1保持处于同一轴线上，防止产生偏离，对中装置4主要包括基盘7、旋转装置6以及均布于基盘7外缘部上的导向轮组，旋转装置6固定设置在基盘7上，两者可以产生相互转动，基盘7上具有对应于旋转装置6的通孔，钻具5的杆体3贯穿通过旋转装置6和基盘7上的通孔，旋转装置6可随杆体进行旋转；在本实施例中，基盘7的外缘部上间隔分布若干导向轮组，每个导向轮组包括自基盘7向外延伸的支撑杆8，支撑杆8的外端上固定有安装架9，安装架9具体是呈“Π”形，具有端板以及两个侧板，端板固定设置在支撑杆8的外端部，两侧的侧板上开设有可调式长孔13，在安装架9中设置有滑轮组10，滑轮组10的支撑轴11两端设置在可调式长孔13中，与此同时，在安装架9的端板与滑轮组10之间布置有弹簧12，从而使滑轮组10能够适应不同内径的刚性插入件1，在弹簧12的补偿作用下，滑轮组10的支撑轴11能够在可调式长孔13中进行径向移动调节，以确保滑轮组10能够始终紧贴刚性插入件1的内壁进行导向。

如图7所示，变径钻头14主要包括位于杆体3前端部的钻头18，在杆体3上且位于钻头18的上方套装有升降套管15，与此同时，在钻头18的上缘部上均布有多个变径刀片17，各变径刀片17的一端部同钻头18上缘部铰接、另一端同升降套管16铰接，其中，在杆体3上固定有一液压油缸用于驱动升降套管15沿杆体3的延伸方向进行升降，通过升降套管15的升降带动，变径刀片17可随之向内收缩或向外扩展，以改变变径钻头14的直径。

如图1、3-7所示，本实施例中组合式斜向受力的施工装置的工作方法包括以下步骤：

（1）如图1所示，将刚性插入件1在设计施工位置斜向插入土体中直至水泥土扩大体2的设计顶标高位置，具体的施工方法为：

首先在地面架设斜向的导向支架（按需设置），在导向支架的支撑导向之下，利用沉设装置将第一节刚性插入件节段斜向沉设至土体中，之后在第一节刚性插入件节段的末端连接第二节刚性插入件节段，继续利用沉设装置沉设第二节刚性插入件节段及其所连接的第一节刚性插入件节段下沉入土体中，之后再连接第三节刚性插入件节段……，如此往复，直至第一节刚性插入件节段的头端到达水泥土扩大体2的设计顶标高位置。

（2）如图6所示，在完成刚性插入件1的插入之后，启动钻机，将设置有对中装置4的钻具5斜向插入到刚性插入件1的空腔中并钻进至其下端部位置，钻具5的杆体3前端部为变径钻头14，当变径钻头14到达刚性插入件1的下端部以下位置之后，打开变径钻头14使其直径变大并继续斜向钻进直至水泥土扩大体2的设计底标高处，在变径钻头14直径变大之后，同时开启杆体3中的注浆管道19进行注浆并经其外缘部上的若干喷浆口20向外喷射水泥浆液以同土体搅拌形成一段尺寸均匀的水泥土扩大体2，且在刚性插入件1以及对中装置4的导向之下，水泥土扩大体2与刚性插入件1具有同一中心轴线。

（3）如图3、6所示，在完成水泥土扩大体2的施工之后，使变径钻头14的直径复位至最小，之后将钻具5的杆体4提离水泥土扩大体2和刚性插入件1；之后继续利用步骤1中的沉设装置将刚性插入件1以既有的倾斜角度斜向沉设至水泥土扩大体2中，使刚性插入件1与水泥土扩大体2形成同轴一体的斜向受力体，需要说明的是，为了确保两者能够形成稳固的连接结构，刚性插入件1应至少沉设到水泥土扩大体2中不小于1m的深度。

Claims (7)

1.一种组合式斜向受力体的施工装置，其特征在于所述施工装置包括刚性插入件以及钻机上的钻具，所述钻具的杆体设置于所述刚性插入件的空腔中，所述杆体与所述刚性插入件的内壁之间沿轴向间隔布置有若干对中装置。

2.根据权利要求1所述的一种组合式斜向受力体的施工装置，其特征在于所述刚性插入件由若干刚性插入件节段连接构成，所述刚性插入件节段为中空刚性构件，为钢制格构柱、钢管、预制空心桩中的一种或多种组合。

3.根据权利要求2所述的一种组合式斜向受力体的施工装置，其特征在于所述施工装置还包括用于沉设所述刚性插入件节段的沉设装置，所述沉设装置为钻进沉设装置、静压沉设装置、振动沉设装置中的一种或多种组合。

4.根据权利要求1所述的一种组合式斜向受力体的施工装置，其特征在于所述对中装置包括基盘、固定于所述基盘上的旋转装置以及均布于所述基盘外缘上的导向轮组，所述钻具的所述杆体贯穿所述旋转装置以及所述基盘上的通孔，所述导向轮组与所述刚性插入件的内壁面相贴合并可沿所述刚性插入件的轴向移动。

5.根据权利要求4所述的一种组合式斜向受力体的施工装置，其特征在于所述导向轮组包括自所述基盘上向外延伸的支撑杆以及滑轮组，所述支撑杆的外端部具有呈“Π”形的安装架，所述安装架的端板固定于所述支撑杆的外端部、两侧的侧板上分别具有可调式长孔，所述滑轮组的支撑轴两端分别安装于所述侧板中的所述可调式长孔中，在所述滑轮组与所述端板之间设置有弹簧，通过所述弹簧的自适应调整以使所述导向轮组能够适应不同内径的所述刚性插入件。

6.根据权利要求1所述的一种组合式斜向受力体的施工装置，其特征在于所述杆体的前端部为钻头，所述杆体中设置有注浆管道，所述注浆管道的一端连接浆液泵送装置、另一端与均布于所述钻头上的喷浆口相连通。

7.根据权利要求6所述的一种组合式斜向受力体的施工装置，其特征在于所述钻头为可变径钻头，包括套装于所述钻头上方所述杆体上的升降套管以及均布于所述钻头上缘部上的若干变径刀片，所述升降套管由固定于所述杆体上的液压油缸驱动沿所述杆体升降，所述变径刀片的一端铰接于所述钻头上缘部、另一端与所述升降套管下缘部之间布置有铰接杆，在所述升降套管的升降带动下，所述变径刀片将跟随向内收缩或向外扩展，以改变所述可变径钻头的直径。

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