用於大口徑空心樁的施工機械的製作方法

2023-09-21 04:11:00

專利名稱：用於大口徑空心樁的施工機械的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種建築施工機械，尤其是大口徑基樁或頂管穿越工 程的用於大口徑空心樁的施工機械。
背景技術：
現有的大口徑大載荷基樁的類型主要有鑽孔灌注樁、預製樁等；鑽孔 灌注樁的成孔方法有正反循環鑽孔、旋挖鑽孔和螺旋鑽孔、陀螺鑽成孔等 成孔法。上述方法分別存有成孔速度慢，護壁(尤其是液化砂土)困難的 不足，而打入預製樁的樁徑、樁長都很有限，且遇粉土、粉砂或卵石、風 化巖等地層均沉樁困難，易把樁尖打爆或把樁身擠爆從而導致樁的載荷力 很受限制。這是目前國內外市場在高承載力樁型施工中遇到的普遍問題， 亟需解決。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種用於大口徑空心樁的施 工機械，滿足大直徑、大樁長、高荷載基樁的施工。
為了解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是 一種用於大 口徑空心樁的施工機械，包括鑽孔系統、排注系統、壓樁系統，所述的鑽 孔系統包括帶有高噴射流注水裝置的鑽頭、鑽頭動力裝置、鑽頭步履鑽進
裝置、位於鑽頭上部與鑽頭一體形成的圓筒狀護壁圈；所述的壓樁系統包 括吊裝裝置、樁機移動裝置、壓樁裝置；所述的排注系統包括高噴射流注 水裝置、注砼裝置和排漿管；在空心樁的鑽進端的內腔中固定有固定箱， 固定箱的上端與吊裝裝置相連，固定箱的下端底盤可拆卸地固定在空心樁 的鑽進端的法蘭上，固定箱內部固定有鑽頭步履鑽進裝置，鑽頭動力裝置 位於固定箱的下端底盤的外部，連接在鑽頭步履鑽進裝置上，鑽頭通過水 接頭連接在鑽頭動力裝置上;與注砼裝置連接的注砼管穿過固定箱固定在 下端底盤上，排漿管穿過固定箱固定在下端底盤上，與高噴射流注水裝置 連接的高噴管穿過固定箱固定在水接頭進口端，在水接頭出口端連接有高 噴噴嘴，高噴噴嘴位於鑽頭鑽齒的中部。所述的排注系統還包括高噴射流注漿裝置，與高噴射流注漿裝置連接 的高噴射流注漿管穿過固定箱固定在水接頭進口端，在水接頭出口端連接 有高噴射流注漿噴嘴，高噴射流注漿噴嘴設置在鑽頭護壁圈的上部。
所述的鑽頭為一個或多個。
所述的空心樁為護筒、鋼管樁或預製管樁中的一種。 本實用新型的有益效果是
1、 本實用新型的設備與工法，集鑽進成孔與壓樁(或頂進)於一體， 使預製樁的擠土成樁變成了鑽孔沉樁，這使沉樁過程中樁的側摩阻力大大 降低，而端阻力幾乎成為零。由於沉樁阻力的大大降低，施工時樁身不會 再因穿過硬土夾層，或為進入設計的持力層粉砂層或風化巖，而將樁頭打 爆，將樁身夾爆或在夾樁時因抱夾力太大而造成樁身強度的破壞；預應力 管樁、鋼管樁的直徑就可以設計的更大，穿過的硬土層就不再成為問題。
2、 本實用新型設備配有高噴射流注漿裝置，在沉樁(或頂管)時，可 不斷向樁周土中噴射水泥漿來加固樁周土體。樁周土體變為水泥土，加固
範圍的直徑大於管樁直徑(20% 30%),管樁與樁周水泥土嚙合而形成組
合樁，其總的側摩阻力可使樁的單樁豎向承載力提高1.5 1.8倍；當沉樁
達到設計深度，鑽頭拔出之前高噴射流注水裝置向樁端土中高壓噴射水泥
漿使被鑽頭擾動的土體被置換成水泥土；進一步加壓(30MPa以上)，可在 樁端土中形成一個水泥土的擴大頭，此法不但克服了傳統鑽孔樁孔底沉渣 難以清除而導致端承力往往極小的致命弱點，而且大大提高了樁的端承力。
3、 高噴射流注水裝置的第三個優點是，在超大口徑(1.5m 5.0m)樁 的施工鑽進中，利用高壓旋噴射流可將多個鑽頭之間盲區內未擾動的土體 切割破壞成漿，避免了盲區未擾動土在受到上部管樁沉樁壓力時受壓而將 周圍或相鄰的鑽頭擠偏位或擠壞。
4、 本實用新型的設備上裝有液壓推進裝置，該裝置的好處是在遇到硬 土夾層，堅硬土層(標貫擊數N>40)或風化巖時，可使沉樁與鑽進步履式 異步進行，即沉樁(或頂管)停止，靠液壓推進器推動鑽頭鑽進造漿成孔 達到一定深度(比如lm)，然後停止鑽進壓樁直至達到設計深度，這樣循 環往復鑽進，沉樁繼續，推進器減壓下行鑽頭相對收縮。
5、 本實用新型的機械的第一個益處為大口徑樁施工或大口徑管子穿越時，使用鑽頭鑽進，這種方法使鑽具水平扭力分期降低，從而使鑽進更容 易，且鑽速會更快。鑽頭的動力裝置也可以變得更小，更輕巧。

圖1是本實用新型用於大口徑空心樁的施工機械的組成示意圖。圖2是本實用新型帶有一個鑽頭系統和排注系統的結構圖。圖3是本實用新型帶有兩個鑽頭系統和排注系統的結構示意圖。圖4是本實用新型用於大口徑空心樁的施工機械的成樁工法示意圖。圖中，1、壓樁機；2、底盤；3、移動裝置；4、動力裝置；5、空心樁； 6、高噴射流注水裝置；7、注砼裝置；8帶有高噴射流注水裝置的鑽頭；9、 鑽頭；10、高噴管；11、鑽頭動力系統；12、液壓推進器；13、液壓動力 泵；14、液壓動力傳輸裝置；15、排漿管；16、注砼管；17、吊裝裝置。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的設備和工法的具體實施方式
作一詳細說明如圖l、 2所示，本實用新型用於大口徑空心樁的施工機械，包括鑽孔 系統、排注系統、壓樁系統，所述的鑽孔系統包括帶有高噴射流注水裝置的鑽頭9、鑽頭動力裝置ll、鑽頭步履鑽進裝置30、位於鑽頭上部與鑽頭 一體形成的圓筒狀護壁圈27;所述的壓樁系統包括吊裝裝置17、樁機移動 裝置3、壓樁裝置；所述的排注系統包括高噴射流注水裝置6、注砼裝置25 和排漿管15;在空心樁5的鑽進端的內腔中固定有固定箱20，固定箱20 的上端與吊裝裝置17相連，固定箱20的下端底盤23可拆卸地固定在空心 樁5的鑽進端的法蘭上，固定箱20內部固定有鑽頭步履鑽進裝置30，鑽頭 動力裝置11位於固定箱20的下端底盤23的外部，連接在鑽頭步履鑽進裝 置30上，鑽頭9通過水接頭21連接在鑽頭動力裝置11上；與注砼裝置7 連接的注砼管16穿過固定箱20固定在下端底盤23上，排漿管15穿過固 定箱20固定在下端底盤23上，與高噴射流注水裝置6連接的高噴管10穿 過固定箱20固定在水接頭21進口端，在水接頭21出口端連接有高噴噴嘴 24，高噴噴嘴24位於鑽頭9鑽齒的中部。所述的排注系統還可以包括高噴射流注漿裝置25，與高噴射流注漿裝 置25連接的高噴射流注漿管22穿過固定箱20固定在水接頭21進口端，在水接頭21出口端連接有高噴射流注漿噴嘴26，高噴射流注漿噴嘴26設 置在鑽頭護壁圈27的上部。所述的鑽頭為一個或多個。如圖3所示，為帶有兩個鑽頭系統和排注 系統的結構。所述的空心樁為護筒、鋼管樁或預製管樁中的一種。 本實用新型用於大口徑空心樁的施工機械的施工方法，包括以下步驟:a、 啟動裝在空心樁鑽進端的鑽頭，啟動高噴射流注水裝置，切割土體， 鑽孔造漿，使泥漿通過排漿系統排出；b、 當土層不太硬，鑽進與壓樁能保持同步時，同步將空心樁壓入；c、 當遇到硬層或風化巖，啟動步履鑽進裝置，先鑽孔一定深度，再壓 樁一定深度，這樣循環鑽進壓樁，即異步壓樁；d、 鑽孔達到設計深度後，高噴射流注水裝置停止注水，用高噴射流注 水裝置向樁端土中高壓噴注水泥漿，使樁端土得以加固，控制壓力，擴大 旋噴直徑以形成擴大頭；e、 提鑽注砼，成樁。本實用新型用於大口徑空心樁的施工機械的施工方法，也可以是包括 以下步驟a、 啟動裝在空心樁鑽進端的鑽頭，啟動高噴射流注水裝置，切割土體， 鑽孔造漿，使泥漿通過排漿系統排出，同時啟動高噴射流注漿裝置，向樁周 土體中噴注水泥漿，使樁周土變成水泥土樁並與空心樁形成組合樁；b、 當土層不太硬，鑽進與壓樁能保持同步時，同步將空心樁壓入；c、 當遇到硬層或風化巖，啟動步履鑽進裝置，先鑽孔一定深度，再壓 樁一定深度，這樣循環鑽進壓樁，即異步壓樁；d、 鑽孔達到設計深度後，高噴射流注水裝置停止注水，用高噴射流注 水裝置向樁端土中高壓噴注水泥漿，使樁端土得以加固，控制壓力，擴大 旋噴直徑以形成擴大頭；e、 提鑽注砼，成樁。所述的步驟e為為封住樁底口，在提鑽時同時注砼，到一定深度， 停止注砼，提出鑽具及動力裝置，放入鋼筋籠，再次注砼，成樁。所述的步驟e為邊注砼邊提鑽，直至達到標高，提出鑽具。還可以選擇成樁後再置入鋼筋籠。本實用新型用於大口徑空心樁的施工機械在大口徑、超長、大載荷的 基樁和頂管穿越工程中的應用。鑽頭步履鑽進裝置30包括液壓推進器12，與液壓推進器12相連的液 壓動力泵13及液壓動力傳輸裝置14。固定箱20的下端底盤23通過從鋼管或管樁上固緊或卸下的卡具18與 管樁連接卡口 19固定在鋼管或預應力管樁法蘭內壁上。
以下結合附圖，以雙鑽頭形成組合樁為例，對上述實用新型機械的施 工工法進行詳細說明如圖4 (a)所示，樁機就位，對準樁位，將鋼管(樁)或水泥預應力 管樁，並將鑽頭9、動力系統11等全部穿入管孔內並固定好，啟動帶高噴 射流注水裝置6的鑽頭開始噴水鑽進，並同時啟動高噴射流注漿裝置25， 向樁周土體中噴注水泥槳。如圖4(b)所示，隨著鑽進，由於水的壓力，將泥漿從排泥管15孔內 排出到地面泥漿坑中，同時啟動壓樁機構l，同步將鋼管(樁)或管樁壓進 (或頂進)；注意觀察壓樁機上壓力表的壓力值，如壓力值過高，則停止 同步壓樁。如圖4 (c)所示，第一節鋼管(樁)或管樁壓到位之後，啟動吊裝裝 置17，吊起第二節管樁，將全部動力傳輸系統，排漿管15，高噴射流注水 裝置10、高噴射流注漿裝置25等從第二節管樁中穿過並連接好。將第二節 管樁與第一節管樁對位焊接，繼續前述圖4(b)所示步驟。如圖4 (d)、圖4 (e)所示，當(鑽進)沉樁，遇到硬夾層或進入持 力層時，壓力值顯示過高，這時，立即停止壓樁，改同步壓樁為異步壓樁， 即啟動液壓推進器12推動鑽頭鑽進，當鑽進完成一行程後，推進器12減 壓收縮推桿，同時開始壓樁(圖4(e))，待壓樁達到鑽進深度時，再停止 壓樁，開啟推進器再次鑽進排泥成孔，循環往復。異步壓樁可避免將鑽頭 壓壞。壓力值的控制應參照地質報告與壓樁實際經驗確定。如圖4(f)所示，鑽孔壓樁到設計要求的標高。如圖4 (g)所示，壓樁到位後，停止壓樁及噴水，將高噴注水轉換為 向樁底端擾動的土體中高壓旋噴水泥漿，並加壓至30MPa以上噴射，使樁7端形成擴大的水泥土大頭，並使水泥漿在高壓驅動下，向上鑽入，管樁外 壁與樁間土的夾縫中，用高壓水泥漿將縫隙擠注密實。以此達到既提高端 承力，又提高側摩阻力的效果，彌補甚或超過了擠土樁改為鑽孔樁所損失 的側摩阻力與端承力。如圖4 (h)所示，在完成最後高噴注水泥漿後，將鑽頭9 、卡具18 與管樁連接卡口 19斷開，通過注砼管16邊壓注砼邊上提鑽頭9等管孔中 全部器械，當提到鋼筋籠底端以下時，可停止注砼，將全部作業鑽具及各 系統提出管樁外。如圖4 (i)所示，向管樁內置入鋼筋籠。(如設計無鋼筋籠，則圖4 (h)所示步驟可邊注砼邊提鑽具直到樁頂停止。) 如圖4 (j)所示，灌注砼，成樁。如果不啟動高噴射流注漿裝置25向樁周土體中噴注水泥漿，那麼就只 形成單樁。所述的空心樁為護筒、鋼管樁或預製管樁中的一種。如果用護 筒，需要將護筒拔出。為便於說明起見，只列出了沉樁的詳細圖示及說明，對大口徑管道邊 穿越的施工步驟只要減掉灌砼下籠及樁底加固的步驟即可。本實用新型為滿足大直徑(一般在lm以上)大樁長(一般在50m)以 上的高荷載(4000KN-6000KN以上)基樁的施工工法及設備的要求，使高荷 載、大直徑、大樁長的灌注樁成樁更有保證，速度更快，徹底解決惡劣土 層(如流砂)中鑽孔護壁不成、穿不透堅硬土層的難題。具有降低造價、 減輕設備自重、解決施工難題等一系列問題的優點，尤其是海上打樁提供 了便捷、省力、快速、經濟的工法。綜上所述，本實用新型的思路為1、 在鋼管或管樁等的下端加設一個或數個高噴鑽頭，靠鑽頭的旋轉破 壞土體並通過管樁或鋼護筒(管樁)中孔形成泥漿；在多鑽頭時，啟動高 壓噴射注水裝置射水將各系統鑽頭之間未擾動土體用射流水柱切割破壞形 成泥漿；如果設置有高噴射流注漿裝置，同時啟動高噴射流注漿裝置，向 樁周土體中噴注水泥漿，使樁周土變成水泥土樁並與空心樁形成組合樁；2、 把泥漿從排漿通道中排出，以達到清孔的目的；3、 隨著孔的逐步加深，把鋼管(護筒)或預應力管樁壓入；如在軟土中鑽進速度能滿足壓樁或頂進的速度，可同步壓入，如遇硬土或風化巖等， 則利用步履式推進器先鑽進一定深度，然後再壓樁或頂管到該深度，即採 用異步壓入或頂進法。4、 待鋼管(護筒)或預應力管樁壓到設計深度後，停止鑽孔並高壓射 流注入水泥槳，使樁端擾動土加固並使水泥漿壓入樁壁與樁間土之間的夾縫中以保證側摩阻力；5、 把鑽頭及旋噴裝置動力裝置等從護筒或預應力管樁中提出；6、 把鋼筋籠放入鋼管或預應力管樁內；7、 灌入混凝土，成樁完成。本實用新型的內容並不局限在的實施例中，相同領域內的有識之士可 以在本實用新型的技術指導思想之內可以輕易提出其他的實施例，但這種 實施例都包括在本實用新型的範圍之內。
權利要求1、一種用於大口徑空心樁的施工機械，其特徵在於，包括鑽孔系統、排注系統、壓樁系統，所述的鑽孔系統包括帶有高噴射流注水裝置的鑽頭(9)、鑽頭動力裝置(11)、鑽頭步履鑽進裝置(30)、位於鑽頭上部與鑽頭一體形成的圓筒狀護壁圈(27)；所述的壓樁系統包括吊裝裝置(17)、樁機移動裝置(3)、壓樁裝置；所述的排注系統包括高噴射流注水裝置(6)、注砼裝置(25)和排漿管(15)；在空心樁(5)的鑽進端的內腔中固定有固定箱(20)，固定箱(20)的上端與吊裝裝置(17)相連，固定箱(20)的下端底盤(23)可拆卸地固定在空心樁(5)的鑽進端的法蘭上，固定箱(20)內部固定有鑽頭步履鑽進裝置(30)，鑽頭動力裝置(11)位於固定箱(20)的下端底盤(23)的外部，連接在鑽頭步履鑽進裝置(30)上，鑽頭(9)通過水接頭(21)連接在鑽頭動力裝置(11)上；與注砼裝置(7)連接的注砼管(16)穿過固定箱(20)固定在下端底盤(23)上，排漿管(15)穿過固定箱(20)固定在下端底盤(23)上，與高噴射流注水裝置(6)連接的高噴管(10)穿過固定箱(20)固定在水接頭(21)進口端，在水接頭(21)出口端連接有高噴噴嘴(24)，高噴噴嘴(24)位於鑽頭(9)鑽齒的中部。
2、 根據權利要求1所述的用於大口徑空心樁的施工機械，其特徵在於， 所述的排注系統還包括高噴射流注漿裝置(25)，與高噴射流注漿裝置(25) 連接的高噴射流注漿管(22)穿過固定箱(20)固定在水接頭(21)進口 端，在水接頭(21)出口端連接有高噴射流注漿噴嘴(26)，高噴射流注 漿噴嘴(26)設置在鑽頭護壁圈(27)的上部。
3、 根據權利要求1或2所述的用於大口徑空心樁的施工機械，其特徵 在於，所述的鑽頭為一個或多個。
4、 根據權利要求1或2所述的用於大口徑空心樁的施工機械，其特徵 在於，所述的空心樁為護筒、鋼管樁或預製管樁中的一種。
專利摘要本實用新型公開了一種用於大口徑空心樁的施工機械，包括鑽孔系統、排注系統、壓樁系統，所述的鑽孔系統包括帶有高噴射流注水裝置的鑽頭、鑽頭動力裝置、鑽頭步履鑽進裝置、位於鑽頭上部與鑽頭一體形成的圓筒狀護壁圈；所述的壓樁系統包括吊裝裝置、樁機移動裝置、壓樁裝置；所述的排注系統包括高噴射流注水裝置、注砼裝置和排漿管；排注系統還包括高噴射流注漿裝置。本實用新型為大直徑超長高荷載基樁及穿越的施工，尤其是海上打樁提供了便捷、省力、快速、經濟的設備。
文檔編號E02D5/24GK201165663SQ20072009959
公開日2008年12月17日 申請日期2007年12月29日 優先權日2007年12月29日
發明者雷玉華 申請人:雷玉華