用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的製作方法

2023-12-09 21:15:11

本發明屬於建築施工技術領域，具體涉及一種用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置。

背景技術：

在建築工程中，樁基是由樁和連接樁頂的承臺組成的共同承受靜動荷載的一種深基礎，由於它具有較大的剛度並能承受較大的載荷，所以在建築工程中的應用很廣泛，不少高層建築、工業廠房、重點工程、橋梁和碼頭都採用樁基。據不完全統計，樁基的工程量約佔基礎工程量的25％～30％，傳統樁基的施工工藝是鑽孔→清孔→孔徑檢測→下放鋼筋籠→澆注混凝土，該施工方法比較簡單，適應性較強，但是沉載力有限，造價高，鋼筋和水泥用量多，樁尖虛土難於處理，樁身可能有縮頸。

擠擴支盤樁是一種在原普通樁基礎上沿樁身不同部位增加設置承力盤或分支而成的一種新型樁基，與普通樁基相比具有不同的樁受力機理，與普通樁相比，由於其多級擴頭的存在改變了傳統等截面樁的荷載傳遞和變形性狀，樁側土層的荷載分擔率和應力擴散度提高，具有抗震性好，沉降變形小的優點。支盤機擠擴形成承力盤及分支的同時，改善了地基土的工程性能，使承力盤周圍1m範圍內土的幹密度提高了15％～20％，在施工中節約了建築材料並減少了工程量50％左右，在保證質量的同時節約工程投資25％左右，縮短了工期。

目前，擠擴支盤樁已經較多被採用，現已開發了多種擠擴支盤樁擠擴裝置。專利CN201120319843.X公開了一種支盤擠擴裝置，其通過兩個驅動油缸來對擠擴支臂機構進行驅動，結構複雜，且不便於液壓膠管和電纜的布局，很難投入到正常施工中，同時控制精度不夠理想，操作麻煩，操作人員不能直觀地判斷到擠擴臂的工作狀態。

技術實現要素：

本發明的主要目的是提供一種用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置，旨在解決現有的旋挖鑽機液壓結構複雜、控制精度不高的問題。

為實現上述目的，本發明提出一種用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置，包括鑽杆、設於鑽杆底端的擠擴支臂機構、驅動該擠擴支臂機構的液壓系統，所述液壓系統包括擠擴油缸，所述擠擴油缸包括豎向設置的缸筒、設於所述缸筒內的油缸活塞杆，所述缸筒上套設有上支座，所述擠擴支臂機構包括長度相同的上擠擴臂和下擠擴臂，所述上擠擴臂的下端與所述下擠擴臂的上端鉸接，所述上擠擴臂的上端連接所述上支座，所述下擠擴臂的下端連接所述油缸活塞杆，所述上支座和油缸活塞杆沿缸筒軸線方向相對或相背離移動，以使得所述擠擴支臂機構相應撐開或收縮，且所述上擠擴臂和下擠擴臂的鉸接支點高度不變。

優選地，所述擠擴油缸包括第一級活塞、第二級活塞，所述第一級活塞固定連接於所述油缸活塞杆的伸入缸筒內的一端，所述油缸活塞杆上伸入缸筒內的一端為中空盲孔，所述第一級活塞和油缸活塞杆將所述缸筒內分隔成第一級無杆腔和第二級有杆腔，所述第二級活塞設於所述第二級有杆腔內，所述第一級無杆腔背離所述油缸活塞杆的一端設有第一油口，所述第二級有杆腔於缸筒的所述第一級活塞和第二級活塞之間設有第二油口，所述盲孔內設有連通第一級無杆腔和第二級有杆腔的第一通油孔。

優選地，所述擠擴油缸包括油缸上連接板、第一級導向套、第二級導向套、隔套，所述油缸上連接板設於所述缸筒的背離所述油缸活塞杆的一端，所述第一級導向套設於所述缸筒內壁上靠近所述油缸活塞杆的一端，所述第二級導向套與所述第一級導向套內壁及油缸活塞杆配合連接，所述第二級導向套上設有連通第一級無杆腔和第二級有杆腔的第二通油孔，所述第二級活塞固定連接所述第二級導向套上靠近所述油缸上連接板的一端，所述隔套設於所述第二級導向套上。

優選地，所述油缸上連接板連接過渡接盤，所述過渡接盤通過銷軸固定在鑽杆上。

優選地，所述上支座包括中空的同軸的上筒和下筒、連接所述上筒和下筒的且與所述上支座軸線垂直的隔板、繞所述上支座軸線均布於所述上筒外壁上的至少兩對上耳板，所述上耳板活動連接所述上擠擴臂。

優選地，所述油缸活塞杆通過下支座連接所述下擠擴臂，所述下支座繞其軸線均布有至少兩對下耳板，所述下耳板活動連接所述下擠擴臂。

優選地，所述用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置還包括動力頭壓板、中央迴轉接頭、套筒、小迴轉接頭、卷管輪盤，所述中央迴轉接頭上端固定於所述動力頭壓板的下端，所述套筒固定連接於所述中央迴轉接頭下端，所述小迴轉接頭和卷管輪盤設於所述套筒兩側。

優選地，所述液壓系統還包括輔泵、輔閥組加壓閥、手柄先導閥、二位六通多路換向閥，所述輔泵和手柄先導閥連接所述輔閥組加壓閥，所述輔閥組加壓閥連接所述二位六通多路換向閥，所述二位六通多路換向閥連接所述擠擴油缸。

優選地，所述二位六通多路換向閥和擠擴油缸之間設有雙向平衡閥。

優選地，所述液壓系統包括連接擠擴油缸的進油管和出油管、設於進油管上的流量傳感器、設於出油管上的壓力傳感器、通信連接所述流量傳感器和壓力傳感器的顯示屏。

本發明技術方案中，所述用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置採用一擠擴油缸控制上擠擴臂和下擠擴臂的撐開或收縮，當所述油缸活塞杆位於所述擠擴油缸最頂端位置時，所述上擠擴臂和下擠擴臂幾乎成一條豎直的直線，當所述油缸活塞杆相對於所述缸筒向下移動時，所述上支座也相對於所述鑽杆向下移動，所述上擠擴臂和下擠擴臂鉸接的鉸接支點也相對於所述鑽杆向下移動，所述擠擴支臂機構撐開，達到預設的旋擴盤徑，可以在普通樁樁孔的基礎上根據需要對不同部位進行加固擠密形成擠擴支盤樁，使擠擴支盤樁盤形空腔成型後，達到規定的截面要求，相比於現有的擠擴裝置，在打土時擠擴支臂機構撐開形狀穩定，打出的樁孔形狀好。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。

圖1為本發明一實施例提出的用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的擠擴支臂機構撐開的結構示意圖。

圖2為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的擠擴支臂機構收縮時的結構示意圖。

圖3為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的擠擴油缸的內部結構示意圖。

圖4為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的安裝結構示意圖。

圖5為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的上支座與擠擴支臂機構連接的立體結構示意圖。

圖6為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置中液壓系統原理圖。

圖7為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置中油缸通過油液體積與油缸移動距離關係圖。

圖8為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置中擠擴支臂機構的旋擴盤徑與油缸移動距離關係圖。

本發明的附圖標號說明：

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對於這些實施方式的說明用於幫助理解本發明，但並不構成對本發明的限定。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。

本發明提出一種用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置。

圖1為本發明一實施例提出的用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的擠擴支臂機構撐開的結構示意圖。圖2為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的擠擴支臂機構收縮時的結構示意圖。圖3為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的擠擴油缸的內部結構示意圖。圖4為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的安裝結構示意圖。圖5為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置的上支座與擠擴支臂機構連接的立體結構示意圖。圖6為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置中液壓系統原理圖。圖7為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置中油缸通過油液體積與油缸移動距離關係圖。圖8為圖1中用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置中擠擴支臂機構的旋擴盤徑與油缸移動距離關係圖。

請參閱圖1至圖8，用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置包括鑽杆8、設於鑽杆8底端的擠擴支臂機構、驅動該擠擴支臂機構的液壓系統，所述擠擴油缸5包括豎向設置的缸筒23、設於所述缸筒23內的油缸活塞杆1，所述缸筒23上套設有上支座26，所述擠擴支臂機構包括長度相同的上擠擴臂4和下擠擴臂2，所述上擠擴臂4的下端與所述下擠擴臂2的上端鉸接，所述上擠擴臂4的上端連接所述上支座26，所述下擠擴臂2的下端連接所述油缸活塞杆1，所述上支座26和油缸活塞杆1沿缸筒23軸線方向相對或相背離移動，以使得所述擠擴支臂機構相應撐開或收縮，且所述上擠擴臂4和下擠擴臂2的鉸接支點3高度不變。

所述用於打樁成形的旋挖鑽機擠擴裝置採用一擠擴油缸5控制上擠擴臂4和下擠擴臂2的撐開或收縮，當所述油缸活塞杆1位於所述擠擴油缸5最下端位置時，所述上擠擴臂4和下擠擴臂2幾乎成一條豎直的直線，當所述油缸活塞杆1相對於所述缸筒23向上移動時，所述油缸活塞杆1依次通過下擠擴臂2、上擠擴臂4拉動所述上支座26向下移動，所述上擠擴臂4和下擠擴臂2鉸接的鉸接支點3也相對於所述鑽杆8高度位置不變，所述擠擴支臂機構撐開，達到預設的旋擴盤徑，可以在普通樁樁孔的基礎上根據需要對不同部位進行加固擠密形成擠擴支盤樁，使擠擴支盤樁盤形空腔成型後，達到規定的截面要求，相比於現有的擠擴裝置，在打土時擠擴支臂機構撐開形狀穩定，打出的樁孔形狀好。

進一步地，所述擠擴油缸5包括第一級活塞20、第二級活塞21，所述第一級活塞20固定連接於所述油缸活塞杆1的伸入缸筒23內的一端，所述油缸活塞杆1上伸入缸筒23內的一端為中空盲孔，所述第一級活塞20和油缸活塞杆1將所述缸筒23內分隔成第一級無杆腔M和第二級有杆腔N，所述第二級活塞21設於所述第二級有杆腔N內，所述第一級無杆腔M背離所述油缸活塞杆1的一端設有第一油口A，所述第二級有杆腔N於缸筒23的所述第一級活塞20和第二級活塞21之間設有第二油口B，所述盲孔內設有連通第一級無杆腔M和第二級有杆腔N的第一通油孔a。

當壓力油從第一油口A進入第一級無杆腔M推動第一級活塞20向下運動時，壓力油通過油缸活塞杆1內部第一通油口孔a進入第二級有杆腔N，從而推動第二級活塞21向上運動，這樣可以保持鉸接支點3相對水平面高度位置保持不變；反之，當壓力油從第二油口B進油時，壓力油同時推動第一級活塞20向上、第二級活塞21向下運動，這樣在第一級活塞20、第二級活塞21動作過程中，也可以保證擠擴臂伸縮時其鉸接支點3中心高度相對位置保持不變，從而使擠擴支盤樁盤形空腔成型後，達到規定的截面要求。

進一步地，所述擠擴油缸5包括油缸上連接板6、第一級導向套24、第二級導向套25、隔套22，所述油缸上連接板6設於所述缸筒23的背離所述油缸活塞杆1的一端，所述第一級導向套24設於所述缸筒23內壁上靠近所述油缸活塞杆1的一端，所述第二級導向套25與所述第一級導向套24內壁及油缸活塞杆1配合連接，所述第二級導向套25上設有連通第一級無杆腔和第二級有杆腔的第二通油孔b，所述第二級活塞21固定連接所述第二級導向套上25靠近所述油缸上連接板6的一端，所述隔套22設於所述第二級導向套25上。

所述第一級導向套24和第二級導向套25用於支撐所述油缸活塞杆1，並保證油缸活塞杆1和缸筒23同軸度。所述隔套22用於調整所述油缸活塞杆1與缸筒23配合的遊隙，也使油缸活塞杆1活動時受力均勻。

進一步地，所述油缸上連接板6連接過渡接盤7，所述過渡接盤7通過銷軸固定在鑽杆8上。

所述鑽杆8的上端通過連接旋挖鑽機主卷揚、鋼絲繩將所述鑽杆8吊起，所述鑽杆8下端通過過渡接盤7連接所述擠擴裝置，將旋挖鑽機動力頭傳來的旋挖扭矩和加壓力傳遞給擠擴支臂機構。

進一步地，所述上支座26包括中空的同軸的上筒27和下筒28、連接所述上筒27和下筒28的且與所述上支座26軸線垂直的隔板29、繞所述上支座26軸線均布於所述上筒27外壁上的至少兩對上耳板30，所述上耳板30活動連接所述上擠擴臂4。

進一步地，所述油缸活塞杆1通過下支座31連接所述下擠擴臂2，所述下支座31繞其軸線均布有至少兩對下耳板32，所述下耳板32活動連接所述下擠擴臂2。

當所述上耳板30為兩兩相對設置的四對、所述下耳板32為兩兩相對設置的四對時，所述擠擴支臂機構包括四根上擠擴臂4和四根下擠擴臂2，其中兩根上擠擴臂4和兩根下擠擴臂2連接形成可以沿豎直方向上下伸縮的菱形結構，完成對周圍土體的擠擴作業。

進一步地，所述用於擠擴成形的旋挖鑽機擠擴裝置包括動力頭壓板13、中央迴轉接頭12、套筒11、小迴轉接頭10、卷管輪盤9，所述中央迴轉接頭12上端固定於所述動力頭壓板13的下端，所述套筒11固定連接於所述中央迴轉接頭12下端，所述小迴轉接頭10和卷管輪盤9設於所述套筒11兩側。

所述小迴轉接頭10和卷管輪盤9用於纏繞收納液壓膠管，所述中央迴轉接頭12用於防止擠擴裝置旋轉時膠管纏繞。當旋挖鑽機實際作業時，鑽杆8下放伸至樁孔內，擠擴作業時深度有時會達到50米，因此卷管輪盤4所卷的液壓膠管長度必須大於50米，以便於連接位於樁孔下面的擠擴油缸5，下放液壓膠管依靠作業人員推動卷管輪盤9來完成。所述動力頭壓板13用於連接旋挖鑽機動力頭，當旋挖鑽機完成普通圓柱樁的施工後，只需要將動力頭上的壓板更換成與所述擠擴裝置配套的所述動力頭壓板13，就可以將整個擠擴裝置安裝於動力頭上，安裝方便。

進一步地，所述液壓系統還包括輔泵、輔閥組加壓閥19、手柄先導閥18、二位六通多路換向閥17，所述輔泵和手柄先導閥18連接所述輔閥組加壓閥19，所述輔閥組加壓閥19連接所述二位六通多路換向閥17，所述二位六通多路換向閥17連接所述擠擴油缸5。

所述二位六通多路換向閥17用於切換兩種工作狀態，當旋挖鑽機進行普通樁孔旋挖時，所述二位六通多路換向閥17連接加壓油缸14，接通加壓油路，所述輔泵通過二位六通多路換向閥17向加壓油缸14供油，完成普通樁鑽孔；當旋挖鑽機安裝好擠擴裝置後，所述二位六通多路換向閥17切斷加壓油缸14油路，接通擠擴油缸5油路，此時操縱手柄先導閥18，擠擴油缸5驅動上擠擴臂4和下擠擴臂2伸縮，同時操縱動力頭驅動所述鑽杆8旋轉，帶動擠擴油缸5和擠擴支臂機構一同旋轉，從而完成擠擴作業。由此，所述擠擴裝置操作簡單，當需要進行擠擴作業時，按動二位六通多路換向閥17的「擠擴」按鈕，接通擠擴油缸5迴路，操縱手柄先導閥18既可以驅動擠擴支臂機構伸縮。

進一步地，所述二位六通多路換向閥17和擠擴油缸15之間設有雙向平衡閥15。

為了防止所述擠擴裝置旋轉時所述擠擴油缸5自動下落，液壓系統配置了雙向平衡閥15，可以使擠擴油缸5在回油路上保持一定的背壓，以平衡重力負載。

進一步地，所述液壓系統包括連接擠擴油缸5的進油管和出油管、設於進油管上的流量傳感器、設於出油管上的壓力傳感器、通信連接所述流量傳感器和壓力傳感器的顯示屏。

現有的擠擴裝置工作時，擠擴油缸和擠擴支臂機構在很深的樁孔內進行作業時，操作人員無法觀察到深孔內擠擴油缸伸縮和擠擴支臂機構的擠擴動作，僅憑感覺判斷擠擴油缸的伸縮位置,從而來推斷擠擴臂的工作狀況，這種判斷方法容易失真。本發明所述的液壓系統在在液壓油管的出油口處增加一個壓力傳感器，在液壓油管進油端加了一個流量傳感器，實時檢測所述擠擴裝置液壓系統的壓力和流量，同時在旋挖鑽機的駕駛室內設有顯示屏，可以將壓力傳感器與流量傳感器輸出的信號傳至顯示屏內，所述擠擴油缸5累積通過壓力油的體積與缸內活塞移動距離的關係可以近似於線性比例關係，通過計算累積通過擠擴油缸5的液壓油的體積，計算出活塞的移動距離，從而可以準確地推斷出擠擴油缸5的伸縮位置，並通過模擬軟體推斷出擠擴支臂機構的工作狀況，顯示屏顯示出不同盤位深度下的旋擴壓力與旋擴盤徑。

具體地，參照圖7至圖8，在本實施例中，

第一級無杆腔內油液體積計算公式如下：

V1＝S1L1＝1/4×πD2L1＝1/4×π×0.222L1＝0.038L1，

式中V1代表第一級無杆腔內累積通過的液壓油體積，S1代表第一級無杆腔的截面積，L1代表第一級無杆腔伸出的長度(0≤L1≤345mm)。

V2＝S2L2＝1/4×π(D2-d2)L2＝1/4×π×(0.222-0.182)L2＝0.012L2，

式中V2代表第二級有杆腔內累積通過的液壓油體積，S2代表第二級有杆腔的截面積，L2代表第二級有杆腔伸出的長度(0≤L2≤345mm)。

其中D代表所述缸筒23的內徑，d代表所述油缸活塞杆1的外徑。

當第一級無杆腔推動第一級活塞20到達底部時，同時第二級有杆腔推動第二級活塞21同時到達頂部，反之亦然，此時擠擴油缸5的第一級無杆腔和第二級有杆腔累積通過的油液體積計算公式如下：

V＝S1L1+S2L2，

由於第一級活塞20和第二級活塞21移動的速度和距離相同，可以將L1和L2合併為L，此時：

V＝S1L1+S2L2＝S1L+S2L＝(S1+S2)L＝(0.038+0.012)L＝0.05L，

因此，所述擠擴油缸5累積通過油液體積與活塞移動距離大致成線性比例關係。所述擠擴油缸5的移動會帶動上擠擴臂4和下擠擴臂2之間的夾角及旋擴盤徑不斷發生變化，通過三維仿真軟體模擬多個點並得出旋擴盤徑與擠擴油缸的變化關係，大致成線性比例關係。

擠擴油缸5待啟動時，第一級活塞20處於第一級無杆腔M最下位置，這時上擠擴臂4和下擠擴臂2成一條直線，通過流量傳感器的流量幾乎為0，此時可以計算出旋擴盤徑為50cm；油缸啟動後，如果通過流量傳感器的流量為10L左右，油缸實際移動距離為200mmm，這時可以得到旋擴盤徑為130cm；油缸運動到頂後，可以通過屏幕得到旋擴盤徑為190cm，這時旋擴盤徑最大，此時操作手柄先導閥18可以使擠擴裝置不斷旋轉，得到理想的擠擴樁孔。操作人員完全可以通過屏幕觀察到的旋擴盤徑來準確判斷出擠擴支臂機構的實際伸出狀態。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是在本發明的發明構思下，利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本發明的專利保護範圍內。