CN217231821U - 一种钢管桩沉桩装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种钢管桩沉桩装置，包括：用于设置在钢管桩顶端的桩帽；支撑圆筒，其底端设置在桩帽上；桩锤，其套设在支撑圆筒的外侧；提升机构，其与桩锤连接，用于驱动桩锤沿支撑圆筒移动；回转机构，其设置在桩锤和桩帽上，用于使得桩锤垂直向下冲击桩帽，或者，用于使得桩锤相对桩帽转动并冲击桩帽。本实用新型可解决沉桩过程中因土塞、硬质地层等原因导致拒锤无法将桩沉入设计深度的问题，且对桩周及桩端土层破坏少，桩的承载力损失少，并减少设备吊装次数，极大扩展了钢管桩适用场地，降低能耗，明显的提高施工效率、安全性。

Description

一种钢管桩沉桩装置

技术领域

本实用新型属于桩基础施工技术领域，尤其涉及一种钢管桩沉桩装置。

背景技术

开口钢管桩在被打入土层的过程中，大量的土体涌入管内，形成土塞。土塞对桩的可打入性影响的正确判断，关系到桩的设计和施工设备选型、施工效率。国内外大量的试验和现场实测资料表明，开口钢管桩内土塞的高度及闭塞程度随土性、桩的几何特征、成桩方法、桩入土深度及进入持力层的深度等诸多因素而变化，其中与土层的性质、桩的直径关系最为密切。在软土地区，大直径钢管桩的土塞高度几乎与贯入深度相等，甚至高于泥面，表现为不闭塞或不完全闭塞，通过预先进行动力沉桩的可打入性分析，可以选择与桩和土层适配性较高的沉桩设备，以便将桩顺利地贯入到设计深度，并满足承载力的要求。然而，因问题的复杂性，在缺少经验的地区或土层中沉桩施工，仍经常会发生拒锤的风险，这会造成以下几点不利的结果或选择：

(1)所选锤型不够大，无法将桩沉入设计标高，达不到设计要求的承载力，被迫减小桩的间距，牺牲上部结构的经济跨距；

(2)改用更大的锤型强行锤击，但即增加投入，又可能因强行锤击造成桩身破坏；

(3)改用更大的锤型，同时增加桩身壁厚，桩的壁厚远超满足设计承载力需要的壁厚，造成材料浪费；

(4)被迫更改设计为灌注桩等其他桩型，大幅增加工程造价和工期；

(5)桩尖下的土体清除，通过钻一个小孔或通过作为套管的桩下放冲水设备来清除桩尖下的土体，由于结果的不可预测性，一般避免采用此种方法；

(6)采用如水冲法、气举法、预钻孔法等清除桩内土塞，此是目前可行的方向之一，但实施过程中，操作繁琐，工作效率不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种钢管桩沉桩装置，可解决沉桩过程中因土塞、硬质地层等原因导致拒锤无法将桩沉入设计深度的问题，且对桩周及桩端土层破坏少，桩的承载力损失少，并减少设备吊装次数，极大扩展了钢管桩适用场地，降低能耗，明显的提高施工效率、安全性。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种钢管桩沉桩装置，包括：

用于设置在钢管桩顶端的桩帽；

支撑圆筒，其底端设置在桩帽上；

桩锤，其套设在支撑圆筒的外侧；

提升机构，其与桩锤连接，用于驱动桩锤沿支撑圆筒移动；

回转机构，其设置在桩锤和桩帽上，用于使得桩锤垂直向下冲击桩帽，或者，用于使得桩锤相对桩帽转动并冲击桩帽。

进一步地，还包括用于引孔的引孔机构，引孔机构可拆卸设置在支撑圆筒的顶端，支撑圆筒为中空圆柱体，桩帽上开设有与支撑圆筒连通的通孔。

进一步地，回转机构包括多个第一冲击键和多个第二冲击键，多个第一冲击键沿支撑圆筒周向等间距设置在桩帽的顶端，第一冲击键位于第一方向的一侧设有第一倾斜面，相邻两个第一冲击键之间形成供第二冲击键插入的间隙；

多个第二冲击键的数量与多个第一冲击键的数量相同，多个第二冲击键沿支撑圆筒周向等间距设置在桩锤的底端，第二冲击键位于第二方向的一侧设有第二倾斜面，第二方向与第一方向相反；

桩锤顶端设有第一环状滑槽，提升机构的一端滑动设置在第一环状滑槽内。

进一步地，支撑圆筒外侧壁的下部沿其周向开设有多个调向限位槽，多个调向限位槽与多个第二冲击键的数量相等且一一对应，第二冲击键的一端滑动设置在对应的调向限位槽内；

调向限位槽包括依次连接的第一竖向侧壁、顶壁、第二竖向侧壁、倾斜侧壁和第三竖向侧壁，第二竖向侧壁与第一竖向侧壁的距离小于第三竖向侧壁与第一竖向侧壁的距离；

多个第二冲击键与多个第一冲击键一一对应，当第二冲击键与第三竖向侧壁接触时，第二冲击键位于对应第一冲击键的第一方向一侧的间隙的上方；

当第二冲击键与第二竖向侧壁接触时，第二冲击键的第二倾斜面的底端位于对应的第一冲击键的第一倾斜面的顶端上方。

进一步地，提升机构包括多个双向油缸，双向油缸的顶端与支撑圆筒的顶端连接，其底端通过锤芯吊脚滑动设置在第一环状滑槽内。

进一步地，支撑圆筒的顶端设有环形吊梁，环形吊梁的底端设有第二环状滑槽，双向油缸的顶端通过油缸吊脚滑动设置在第二环状滑槽内。

进一步地，提升机构还包括若干油缸限位环，若干油缸限位环套设在支撑圆筒外侧，且间隔设置，油缸限位环上开设有分别供多个双向油缸穿过的多个定位孔。

进一步地，环形吊梁的顶端对称设有若干吊耳。

进一步地，桩帽包括内抱圆筒、外抱圆筒、承压盘梁和若干传力螺栓，内抱圆筒设置在承压盘梁的底端，外抱圆筒套设于内抱圆筒外侧，且设置在承压盘梁的底端，外抱圆筒、内抱圆筒和承压盘梁之间形成供钢管桩顶端插入的插入槽，若干传力螺栓沿插入槽周向间隔设置在插入槽内，传力螺栓的一端与内抱圆筒连接，其另一端与外抱圆筒连接，承压盘梁的顶端与支撑圆筒的底端连接。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：将垂直冲击和回转冲击集成一体化，可采用冲击或者冲击加回转等两种模式，可充分发挥各种方法原理的优点，增加钢管桩穿越各种土层的能力，有效地解决沉桩过程中因土塞、硬质地层等原因导致拒锤无法将桩沉入设计深度的问题，极大的扩展了钢管桩应用的土层类别；无需反复吊装作业，在沉桩困难的土层施工时可极大提高施工效率，节约工期、材料和人员配置；对桩周及桩端土层破坏少，桩的承载力损失少，极大扩展了钢管桩适用场地，为相关土层中减少灌注桩的使用创造了条件，可大幅节能减排，降低能耗，明显的提高施工效率和安全性；结构布局合理，桩锤套设在支撑圆筒外侧，具有比同等重量的实心锤更大的绕截面中心惯性矩，产生的回转冲击效果更明显，安全可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型钢管桩沉桩装置的结构示意图；

图2为本实用新型钢管桩沉桩装置的剖视图；

图3为图1的A部分放大示意图；

图4为本实用新型钢管桩沉桩装置在冲击加回转模式下第一冲击键和第二冲击键冲击时的位置示意图；

图5为本实用新型钢管桩沉桩装置的冲击结束时第一冲击键和第二冲击键的位置示意图；

图6为本实用新型钢管桩沉桩装置上部的结构示意图；

图7为本实用新型钢管桩沉桩装置中桩帽套在钢管桩上的示意图；

图8为本实用新型钢管桩沉桩装置中支撑圆筒外侧壁下部的结构示意图。

图中，1-桩帽，11-内抱圆筒，12-外抱圆筒，13-承压盘梁，14-传力螺栓，15-通孔，2-支撑圆筒，21-调向限位槽，211-第一竖向侧壁，212-顶壁，213-第二竖向侧壁，214-倾斜侧壁，215-第三竖向侧壁，22-环形吊梁，221-吊耳，3-桩锤，31-第一环状滑槽，4-提升机构，41-双向油缸，42-锤芯吊脚，43-油缸吊脚，44-油缸限位环，5-回转机构，51-第一冲击键，511-第一倾斜面，52-第二冲击键，521-第二倾斜面，6-引孔机构，7-钢管桩，8-土塞。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1和图2，图1为本实用新型钢管桩沉桩装置的结构示意图，图2为本实用新型钢管桩沉桩装置的剖视图。一种钢管桩沉桩装置，包括桩帽1、支撑圆筒2、桩锤3、提升机构4和回转机构5，桩帽1用于设置在钢管桩7顶端，支撑圆筒2的底端设置在桩帽1上，桩锤3套设在支撑圆筒2的外侧，提升机构4与桩锤3连接，用于驱动桩锤3沿支撑圆筒2移动，回转机构5设置在桩锤3和桩帽1上，用于使得桩锤3垂直向下冲击桩帽1，或者，用于使得桩锤3相对桩帽1转动并冲击桩帽1。

本实用新型钢管桩沉桩装置在实际使用时，先吊起钢管桩7，通过导向架等适当方式定位，并通过振动锤等设备完成插桩、稳桩等工序。钢管桩7插桩稳定后，将本实用新型钢管桩沉桩装置通过吊机吊至钢管桩7顶端，并使得桩帽1套在钢管桩7顶端。开启冲击模式，提升机构4将桩锤3沿支撑圆筒2提升预设高度，然后控制桩锤3自由下落冲击桩帽1，在回转机构5的作用下，使得桩锤3只产向下的冲击力，钢管桩7受冲击作用，产生轴向位移，使钢管桩7沉降。在冲击模式下控制桩锤3重复冲击桩帽1，累计钢管桩7的轴向位移，使得钢管桩7的入土深度逐渐增加，直至沉桩完成，若沉桩过程中发生钢管桩7难以贯入，或者拒锤的情况，则开启冲击加回转模式，桩锤3自由下落冲击桩帽1时，在回转机构5的作用下，使得桩锤3相对桩帽1转动并冲击桩帽1，根据力学原理，桩锤3对桩帽1的冲击力分解为绕钢管桩7圆心的切向力和沿钢管桩7轴线的轴向力，钢管桩7受冲击和扭转作用，产生环向位移和轴向位移，使得钢管桩7回转和沉降，在冲击加回转模式下控制桩锤3重复冲击桩帽1，累计钢管桩7环向位移和轴向位移，使得钢管桩7的入土深度逐渐增加，直至沉桩完成。

其中，桩锤3内设有贯穿其顶端和底端的贯穿孔，其立体结构呈圆筒型空心结构，桩锤3通过其上的贯穿孔套设于支撑圆筒2的外侧，且可沿支撑圆筒2的长度方向移动。圆筒型桩锤3具有比同等重量的实心锤更大的绕截面中心惯性矩，对钢管桩7产生的冲击回转效果更明显，安全可靠性高。

在一实施例中，本实用新型钢管桩沉桩装置还包括用于引孔的引孔机构6，引孔机构6可拆卸设置在支撑圆筒2的顶端，支撑圆筒2为中空圆柱体，桩帽1上开设有与支撑圆筒2连通的通孔15。增加引孔机构6，将引孔方法集成在本实用新型钢管桩沉桩装置，使得本实用新型钢管桩沉桩装置增加采用冲击加回转加引孔模式，增加引孔方法能够进一步解决沉桩过程中，钢管桩7因土塞8、硬质地层等原因导致拒锤无法将桩沉入设计深度的问题。引孔方法可采用气举引孔、冲水引孔和钻孔引孔的方法，引孔机构6根据采用的不同的引孔方法采用对应的现有设备即可。而支撑圆筒2的中空内部以及桩帽1上的通孔15，可用于供引孔机构6的引孔工具下放至钢管桩7内的土塞8面上，引孔工具如冲水喷头和高压管、气举钻头和钻杆等。支撑圆筒2的内径与通孔15的直径相同，支撑圆筒2焊接固定在桩帽1上。具体地，气举引孔方法的引孔机构6主要包含主机、液压动力机组、空气压缩机组、水泵组和钻具，其中主机和液压动力机组型号选择取决于地质条件和所需最大引孔深度，空气压缩机组型号根据气举循环工作压力和供气量适配，钻具作为引孔工具，包括刮刀钻头和滚刀钻头，前者适用于砂土、黏土、砂砾、强风化软岩等地质，后者适用于强风化、弱风化等中硬岩。气举引孔工作原理是将压缩空气沿双壁钻具输气管道送入井筒内一定深度，经混合器注入井筒内与循环液体混合，由于混合液的密度小于冲洗液的密度，在井筒内与排渣管间产生压差，并在井筒液柱压力作用下使排浆管内混合的气液以较高的速度向上流动，从而将孔底的岩芯或岩屑连续不断地排出地表。带上来的气、液、固三相流经反循环振动筛，排入沉淀池。沉淀后的泥浆再流回孔内，补充循环液的空间，如此不断循环形成连续钻进的过程。冲水引孔方法的引孔机构6主要包括水泵、输水管路和射水管等。射水管为引孔工具，冲水引孔方法利用高压水流经过依附于桩侧面或空心桩内部的射水管，高压水流冲松桩侧或桩尖附近土层，便于锤击。钻孔引孔方法的引孔机构6可为潜水钻机或回转钻机，潜水钻机由潜水电机通过减速器将动力传至输出轴，带动钻头切削岩土，工作时动力装置潜入孔底直接驱动钻头回转切削，钻杆不转只起连接传递抗扭输送泥浆的作用；回转钻机由动力装置带动钻机回转装置转动，从而带动有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。

请结合参阅图3、图4和图5，图3为图1的A部分放大示意图，图4为本实用新型钢管桩沉桩装置在冲击加回转模式下第一冲击键和第二冲击键冲击时的位置示意图，图5为本实用新型钢管桩沉桩装置的冲击结束时第一冲击键和第二冲击键的位置示意图。在一实施例中，回转机构5包括多个第一冲击键51和多个第二冲击键52，多个第一冲击键51沿支撑圆筒2周向等间距设置在桩帽1的顶端，第一冲击键51位于第一方向的一侧设有第一倾斜面511，相邻两个第一冲击键51之间形成供第二冲击键52插入的间隙；多个第二冲击键52的数量与多个第一冲击键51的数量相同，多个第二冲击键52沿支撑圆筒2周向等间距设置在桩锤3的底端，第二冲击键52位于第二方向的一侧设有第二倾斜面521，第二方向与第一方向相反；桩锤3顶端设有第一环状滑槽31，提升机构4的一端滑动设置在第一环状滑槽31内。多个第一冲击键51的数量和多个第二冲击键52的数量相同，则多个第一冲击键51形成的多个间隙的数量也与多个第二冲击键52的数量相同，桩锤3冲击桩帽1后，多个第二冲击键52分别位于多个间隙内，第一冲击键51和第二冲击键52的竖截面呈梯形状，第一冲击键51和第二冲击键52的投影呈扇形状。因此在冲击模式时，提升机构4驱动桩锤3沿支撑圆筒2竖向提升至预设高度，然后控制桩锤3自由下落，使得桩锤3上的第二冲击键52沿竖向落回间隙内，此时桩锤3对桩帽1只产生向下的冲击力，钢管桩7受冲击作用，产生轴向位移；而在冲击加回转模式时，提升机构4驱动桩锤3沿支撑圆筒2竖向提升至预设高度，然后控制桩锤3相对桩帽1转动一定角度，使得第二冲击键52的第二倾斜面521的底端位于第一冲击键51的第一倾斜面511的顶端的上方，然后使得桩锤3自由下落，直至第二冲击键52的第二倾斜面521的底端与第一冲击键51的第一倾斜面511的顶端发生冲击，在第二冲击键52的第二倾斜面521与第一冲击键51的第一倾斜面511的配合下，使得第二冲击键52的第二倾斜面521沿第一冲击键51的第一倾斜面511移动，进而使得桩锤3相对桩帽1发生回转并冲击桩帽1，根据力学原理，此时桩锤3对桩帽1的冲击力分解为绕钢管桩7圆心的切向力和沿钢管桩7轴线的轴向力，钢管桩7受冲击和扭转作用，产生环向位移和轴向位移。其中，第一方向可以为逆时针方向，第二方向可以为顺时针方向。第一冲击键51和第二冲击键52的数量可以根据实际需求确定，优选地，第一冲击键51和第二冲击键52的数量均为八个。

请结合参阅图8，图8为本实用新型钢管桩沉桩装置中支撑圆筒外侧壁下部的结构示意图。在一实施例中，支撑圆筒2外侧壁的下部沿其周向开设有多个调向限位槽21，多个调向限位槽21与多个第二冲击键52的数量相等且一一对应，第二冲击键52的一端滑动设置在对应的调向限位槽21内；调向限位槽21包括依次连接的第一竖向侧壁211、顶壁212、第二竖向侧壁213、倾斜侧壁214和第三竖向侧壁215，第二竖向侧壁213与第一竖向侧壁211的距离小于第三竖向侧壁215与第一竖向侧壁211的距离；多个第二冲击键52与多个第一冲击键51一一对应，当第二冲击键52与第三竖向侧壁215接触时，第二冲击键52位于对应第一冲击键51的第一方向一侧的间隙的上方；当第二冲击键52与第二竖向侧壁213接触时，第二冲击键52的第二倾斜面521的底端位于对应的第一冲击键51的第一倾斜面511的顶端上方。为便于控制桩锤3旋转一定角度，以及实现切换冲击模式和冲击加回转回转模式，在支撑圆筒2外侧壁上开设有多个调向限位槽21，调向限位槽21的的第三竖向侧壁215与一第一冲击键51远离其第一倾斜面511的一侧位于同一平面上，因此，桩锤3冲击桩帽1后，多个第二冲击键52分别位于多个间隙内，且第二冲击键52与对应的调向限位槽21的第三竖向侧壁215接触。因此，需要冲击模式时，提升机构4驱动桩锤3向上移动，使得第二冲击键52沿相应的第三竖向侧壁215提升至第三竖向侧壁215的顶端，此时第二冲击键52位于对应第一冲击键51的第一方向一侧的间隙的上方，然后控制桩锤3自由下落，使得第二冲击键52沿竖向落回相应间隙内，此时桩锤3对桩帽1只产生向下的冲击力，钢管桩7受冲击作用，产生轴向位移；而需要冲击加回转模式时，提升机构4驱动桩锤3向上移动，使得第二冲击键52沿相应的第三竖向侧壁215移动至第三竖向侧壁215的顶端，然后提升机构4继续驱动桩锤3向上移动，使得第二冲击键52接触倾斜侧壁214并沿倾斜侧壁214移动至与第二竖向侧壁213接触，从而使得桩锤3相对桩帽1转动一定角度，此时第二冲击键52的第二倾斜面521的底端位于第一冲击键51的第一倾斜面511的顶端的上方，根据需要的锤击能量，可选择是否继续通过提升机构4驱动桩锤3向上移动，使得第二冲击键52沿第二竖向侧壁213提升至预定高度后，控制桩锤3自由下落，直至第二冲击键52的第二倾斜面521的底端与第一冲击键51的第一倾斜面511的顶端发生冲击，在第二冲击键52的第二倾斜面521与第一冲击键51的第一倾斜面511的配合下，使得第二冲击键52的第二倾斜面521沿第一冲击键51的第一倾斜面511移动，进而使得桩锤3相对桩帽1发生回转并冲击桩帽1，根据力学原理，此时桩锤3对桩帽1的冲击力分解为绕钢管桩7圆心的切向力和沿钢管桩7轴线的轴向力。因此通过在支撑圆筒2上调向限位槽21的设计，以及通过提升机构4驱动桩锤3向上移动的距离，实现切换冲击模式和冲击加回转模式。优先地，倾斜侧壁214与第二竖向侧壁213和第三竖向侧壁215之间均采用圆弧过渡。便于第二冲击键52沿第三竖向侧壁215、倾斜侧壁214和第二竖向侧壁213平滑移动。

请结合参阅图6，图6为本实用新型钢管桩沉桩装置上部的结构示意图。在一实施例中，提升机构4包括多个双向油缸41，双向油缸41的顶端与支撑圆筒2的顶端连接，其底端通过锤芯吊脚42滑动设置在第一环状滑槽31内。双向油缸41可以双向进油或回油，即双向油缸41的活塞杆可对桩锤3提供向上的提升力和向下的推力，也即桩锤3可以自由落下冲击桩帽1，或者是桩锤3自由落下的同时被双向油缸41向下推动冲击桩帽1，以此调节桩锤3的下落速度以及桩锤3对桩帽1的冲击力，可大幅度调节对桩帽1的冲击和回转作用力，从而调节对钢管桩7的冲击和回转作用力。第一环状滑槽31为倒T型槽，锤芯吊脚42为与第一环状滑槽31配合的倒T型结构，锤芯吊脚42滑动设置在第一环状滑槽31内，双向油缸41的活塞杆与锤芯吊脚42连接，以实现桩锤3提升和下降的时候，桩锤3可相对于桩帽1转动。

在一实施例中，支撑圆筒2的顶端设有环形吊梁22，环形吊梁22的底端设有第二环状滑槽，双向油缸41的顶端通过油缸吊脚43滑动设置在第二环状滑槽内。该设备便于安装双向油缸41，使得双向油缸41与支撑圆筒2形成整体结构，便于吊装。第二环状滑槽为T型结构，油缸吊脚43为与第二环状滑槽配合的T型结构，双向油缸41通过油缸吊脚43滑动设置在第二环状滑槽内，使得双向油缸41吊装在环形吊梁22上，与支撑圆筒2形成整体。环形吊梁22的内径与支撑圆筒2的外径相同并通过焊接连接，若设置引孔机构6，引孔机构6可置于环形吊梁22顶面。在一实施例中，环形吊梁22的顶端对称设有若干吊耳221。便于吊机通过吊耳221吊起本实用新型钢管桩沉桩装置。

在一实施例中，提升机构4还包括若干油缸限位环44，若干油缸限位环44套设在支撑圆筒2外侧，且间隔设置，油缸限位环44上开设有分别供多个双向油缸41穿过的多个定位孔。若干油缸限位环44沿支撑圆筒2的长度方向间隔设置，各双向油缸41依次穿过若干油缸限位环44的定位孔，双向油缸41通过若干油缸限位环44固定以维持竖向设置，并且油缸限位环44将多个双向油缸41固定呈圆筒形状，多个双向油缸41可绕支撑圆筒2整体旋转，保证沉桩过程中，双向油缸41的高压油管始终朝向为双向油缸41提供油压的高压动力站方向。优选地，油缸限位环44的数量可以设置为2至4个。

请结合参阅图7，图7为本实用新型钢管桩沉桩装置中桩帽套在钢管桩上的示意图。在一实施例中，桩帽1包括内抱圆筒11、外抱圆筒12、承压盘梁13和若干传力螺栓14，内抱圆筒11设置在承压盘梁13的底端，外抱圆筒12套设于内抱圆筒11外侧，且设置在承压盘梁13的底端，外抱圆筒12、内抱圆筒11和承压盘梁13之间形成供钢管桩7顶端插入的插入槽，若干传力螺栓14沿插入槽周向间隔设置在插入槽内，传力螺栓14的一端与内抱圆筒11连接，其另一端与外抱圆筒12连接，承压盘梁13的顶端与支撑圆筒2的底端连接。第一冲击键51固定在承压盘梁13的顶端。在实际使用时，在钢管桩7的顶端开设用于供若干传力螺栓14放置的回转限位槽，桩帽1放置在钢管桩7顶端时，内抱圆筒11位于钢管桩7内，外抱圆筒12套设在钢管桩7外侧，若干传力螺栓14分别置于相应的回转限位槽内，承压盘梁13与钢管桩7顶端接触。优选地，内抱圆筒11外径比钢管桩7的内径小1cm左右，外抱圆筒12的内径比钢管桩7的外径大1cm左右。在内抱圆筒11和外抱圆筒12的对应位置开设有若干圆孔，传力螺栓14从内抱圆筒11和外抱圆筒12对应的圆孔穿过并焊接连接，通过传力螺栓14与回转限位槽配合，使得桩帽1将绕钢管桩7圆心的切向力传递给钢管桩7，使得钢管桩7产生环向位移。

以下简单说明使用本实用新型钢管桩沉桩装置的施工方法：

步骤一，在钢管桩7顶端开设供若干传力螺栓14放置的若干回转限位槽；

步骤二，吊起钢管桩7，通过导向架等适当方式定位，并通过振动锤等设备完成钢管桩7插桩、稳桩等工序；

步骤三，钢管桩7插桩稳桩后，通过吊机吊起本实用新型钢管桩沉桩装置，将桩帽1套在钢管桩7顶端，并使得若干传力螺栓14分别置于若干回转限位槽内，其中，本实用新型钢管桩沉桩装置并未安装引孔机构6；

步骤四，吊起引孔机构6，通过螺栓将引孔机构6牢固安装在环形吊梁22顶面；

步骤五，开启冲击模式，通过双向气缸提升桩锤3，使得桩锤3上的第二冲击键52沿相应的第三竖向侧壁215移动至第三竖向侧壁215的顶端，然后控制桩锤3自由下落，使得第二冲击键52沿竖向落回相应间隙内，此时桩锤3对桩帽1只产生向下的冲击力，钢管桩7受冲击作用，产生轴向位移，使得钢管桩7沉降；

步骤六，重复步骤五，使得桩锤3重复冲击桩帽1，发生多次冲击作用，累积钢管桩7的轴向位移，钢管桩7的入土深度逐渐增加，直至出现以下任一情况：沉桩完成、难以贯入或者拒锤，难以贯入和拒锤的情况均通过约定的轴向贯入度确定，如：若轴向贯入度≤2.5mm/击，则表示出现难以贯入情况，若轴向贯入度≤1mm/击，则表示出现拒锤情况；

步骤七，若出现难以贯入或拒锤情况，则开启冲击加回转模式，通过双向气缸提升桩锤3，使得桩锤3上的第二冲击键52沿相应的第三竖向侧壁215移动至第三竖向侧壁215的顶端，然后通过双向气缸继续驱动桩锤3向上移动，使得第二冲击键52接触倾斜侧壁214并沿倾斜侧壁214移动至与第二竖向侧壁213接触，从而使得桩锤3相对桩帽1转动一定角度，此时第二冲击键52的第二倾斜面521的底端位于第一冲击键51的第一倾斜面511的顶端的上方，根据需要的锤击能量，可选择是否继续通过双向气缸驱动桩锤3向上移动，使得第二冲击键52沿第二竖向侧壁213提升至预定高度后，控制桩锤3自由下落，直至第二冲击键52的第二倾斜面521的底端与第一冲击键51的第一倾斜面511的顶端发生冲击，在第二冲击键52的第二倾斜面521与第一冲击键51的第一倾斜面511的配合下，使得第二冲击键52的第二倾斜面521沿第一冲击键51的第一倾斜面511移动，进而使得桩锤3相对桩帽1发生回转并冲击桩帽1，根据力学原理，此时桩锤3对桩帽1的冲击力分解为绕钢管桩7圆心的切向力和沿钢管桩7轴线的轴向力，钢管桩7受冲击和扭转作用，产生环向位移和轴向位移，使得钢管桩7回转和沉降；

步骤八，重复步骤七，使得桩锤3重复冲击桩帽1，发生多次冲击加回转作用，累计钢管桩7环向位移和轴向位移，钢管桩7的入土深度逐渐增加，直至出现以下任一情况：沉桩完成、难以贯入或者拒锤；

步骤九，若出现难以贯入或拒锤情况，开启冲击加回转加引孔模式，即重复步骤七的同时，开启引孔机构6辅助引孔；

步骤十，重复步骤九，直至沉桩完成。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：将垂直冲击和回转冲击集成一体化，可采用冲击或者冲击加回转等两种模式，可充分发挥各种方法原理的优点，增加钢管桩7穿越各种土层的能力，有效地解决沉桩过程中因土塞8、硬质地层等原因导致拒锤无法将桩沉入设计深度的问题，极大的扩展了钢管桩7应用的土层类别；无需反复吊装作业，在沉桩困难的土层施工时可极大提高施工效率，节约工期、材料和人员配置；对桩周及桩端土层破坏少，桩的承载力损失少，极大扩展了钢管桩7适用场地，为相关土层中减少灌注桩的使用创造了条件，可大幅节能减排，降低能耗，明显的提高施工效率和安全性；结构布局合理，桩锤3套设在支撑圆筒2外侧，具有比同等重量的实心锤更大的绕截面中心惯性矩，产生的回转冲击效果更明显，安全可靠性高。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，故凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种钢管桩沉桩装置，其特征在于，包括：

用于设置在钢管桩顶端的桩帽；

支撑圆筒，其底端设置在所述桩帽上；

桩锤，其套设在所述支撑圆筒的外侧；

提升机构，其与所述桩锤连接，用于驱动所述桩锤沿支撑圆筒移动；

回转机构，其设置在所述桩锤和桩帽上，用于使得所述桩锤垂直向下冲击桩帽，或者，用于使得所述桩锤相对桩帽转动并冲击桩帽。

2.根据权利要求1所述的钢管桩沉桩装置，其特征在于，还包括用于引孔的引孔机构，所述引孔机构可拆卸设置在支撑圆筒的顶端，所述支撑圆筒为中空圆柱体，所述桩帽上开设有与支撑圆筒连通的通孔。

3.根据权利要求1所述的钢管桩沉桩装置，其特征在于，所述回转机构包括多个第一冲击键和多个第二冲击键，多个所述第一冲击键沿支撑圆筒周向等间距设置在桩帽的顶端，所述第一冲击键位于第一方向的一侧设有第一倾斜面，相邻两个所述第一冲击键之间形成供第二冲击键插入的间隙；

多个所述第二冲击键的数量与多个第一冲击键的数量相同，多个所述第二冲击键沿支撑圆筒周向等间距设置在桩锤的底端，所述第二冲击键位于第二方向的一侧设有第二倾斜面，所述第二方向与所述第一方向相反；

所述桩锤顶端设有第一环状滑槽，所述提升机构的一端滑动设置在第一环状滑槽内。

4.根据权利要求3所述的钢管桩沉桩装置，其特征在于，所述支撑圆筒外侧壁的下部沿其周向开设有多个调向限位槽，多个所述调向限位槽与多个第二冲击键的数量相等且一一对应，所述第二冲击键的一端滑动设置在对应的调向限位槽内；

所述调向限位槽包括依次连接的第一竖向侧壁、顶壁、第二竖向侧壁、倾斜侧壁和第三竖向侧壁，所述第二竖向侧壁与第一竖向侧壁的距离小于第三竖向侧壁与第一竖向侧壁的距离；

多个所述第二冲击键与多个第一冲击键一一对应，当所述第二冲击键与第三竖向侧壁接触时，所述第二冲击键位于对应第一冲击键的第一方向一侧的间隙的上方；

当所述第二冲击键与第二竖向侧壁接触时，所述第二冲击键的第二倾斜面的底端位于对应的第一冲击键的第一倾斜面的顶端上方。

5.根据权利要求3所述的钢管桩沉桩装置，其特征在于，所述提升机构包括多个双向油缸，所述双向油缸的顶端与支撑圆筒的顶端连接，其底端通过锤芯吊脚滑动设置在第一环状滑槽内。

6.根据权利要求5所述的钢管桩沉桩装置，其特征在于，所述支撑圆筒的顶端设有环形吊梁，所述环形吊梁的底端设有第二环状滑槽，所述双向油缸的顶端通过油缸吊脚滑动设置在第二环状滑槽内。

7.根据权利要求6所述的钢管桩沉桩装置，其特征在于，所述提升机构还包括若干油缸限位环，若干所述油缸限位环套设在支撑圆筒外侧，且间隔设置，所述油缸限位环上开设有分别供多个双向油缸穿过的多个定位孔。

8.根据权利要求6所述的钢管桩沉桩装置，其特征在于，所述环形吊梁的顶端对称设有若干吊耳。

9.根据权利要求1所述的钢管桩沉桩装置，其特征在于，所述桩帽包括内抱圆筒、外抱圆筒、承压盘梁和若干传力螺栓，所述内抱圆筒设置在承压盘梁的底端，所述外抱圆筒套设于内抱圆筒外侧，且设置在所述承压盘梁的底端，所述外抱圆筒、内抱圆筒和承压盘梁之间形成供钢管桩顶端插入的插入槽，若干所述传力螺栓沿插入槽周向间隔设置在插入槽内，所述传力螺栓的一端与内抱圆筒连接，其另一端与外抱圆筒连接，所述承压盘梁的顶端与支撑圆筒的底端连接。

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