CN117052294B - 一种多轴成孔桩改进施工设备及其施工方法 - Google Patents

一种多轴成孔桩改进施工设备及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多轴成孔桩改进施工设备及其施工方法，属于建筑桩基铺设领域，一种多轴成孔桩改进施工设备，包括支架，支架中部等距固定安装有三个液压旋转动力头，液压旋转动力头下端固定安装有泥浆管，泥浆管下端外部套接有方形扶正器，泥浆管下端固定连接有偏心回转器，偏心回转器下端固定连接有勒洛钻头，泥浆管中部外端套接有磨盘，液压旋转动力头远离泥浆管的一端固定连接有卷扬机，泥浆管上端外部固定连接有泥浆泵，可以实现通过勒洛钻头以小偏心旋转，以及多个勒洛钻头同时钻孔的方式，使得灌注孔形状为方形，减小灌注孔之间空隙，提高多个灌注桩承载力，提高工作效率。

Description

一种多轴成孔桩改进施工设备及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑桩基铺设领域，更具体地说，涉及一种多轴成孔桩改进施工设备及其施工方法。
背景技术
随着现代工程建设的发展，建筑高度以及地下空间的深度不断增加，桩基及围护工程也不断发展，成孔桩、成孔墙在基础及基坑工程中的广泛应用。
对于深基坑而言，由于预制桩受桩长、接桩以及压桩力等方面因素的限制，单桩承载力达不到建筑结构设计所需的要求，因此大型建筑深基础多采用钻孔灌注桩作为工程桩，可采用钻孔灌注桩甚至地下连续墙作为围护桩，坑内水平向支撑下立柱桩也常常采用钻孔灌注桩的形式，但灌注桩的形式均为圆形截面，主要是因为钻头随着钻头做同心旋转，进而钻进得到圆形灌注桩孔，圆形灌注桩孔之间存在较大空隙，导致多个灌注桩形成的承载力降低。
而地下连续墙施工成本特别高，而且需要预先施工三轴槽壁加固等，此外成槽机及履带吊等机械设备吨位较大，工程场地地基承载力难以保证该类机械在场地内平稳行走并且在保证严格的垂直度要求下进行成槽及吊装施工，需在大吨位机械进场前先施工中在道路供大型设备行走施工，不论是施工机械，或是正式地下连续墙施工前的准备措施，耗费成本巨大，较多工程施工场地较为紧张，大型施工机械施工空间不足的情况时有发生，从而造成施工现场机械安排混乱，且施工进度缓慢。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多轴成孔桩改进施工设备及其施工方法，可以实现通过勒洛钻头以小偏心旋转，以及多个勒洛钻头同时钻孔的方式，使得灌注孔形状为方形，减小灌注孔之间空隙，提高多个灌注桩承载力，提高工作效率。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种多轴成孔桩改进施工设备，包括支架，所述支架中部等距固定安装有三个液压旋转动力头，所述液压旋转动力头下端固定安装有泥浆管，所述泥浆管下端外部套接有方形扶正器，所述泥浆管下端固定连接有偏心回转器，所述偏心回转器下端固定连接有勒洛钻头，所述泥浆管中部外端套接有磨盘，所述液压旋转动力头远离泥浆管的一端固定连接有卷扬机，所述泥浆管上端外部固定连接有泥浆泵，所述泥浆泵远离泥浆管的一端连接有泥浆池，所述泥浆管外侧位于方形扶正器上侧滑动连接有护筒，通过勒洛钻头以小偏心旋转，以及多个勒洛钻头同时钻孔的方式，使得灌注孔形状为方形，减小灌注孔之间空隙，提高多个灌注桩承载力，提高工作效率。
进一步的，所述方形扶正器包括主框体，所述主框体中部固定连接有多个龙骨，所述主框体中部固定连接有轴承，使得方形扶正器不易损坏。
进一步的，所述偏心回转器包括壳体，所述壳体上下两端均固定连接有导流管，位于所述壳体上端的导流管下端固定连接有吸浆管，位于所述壳体下端的导流管上端固定连接有排浆管，所述壳体下端开设有落料口，所述落料口下端拆卸连接有挡板，使得勒洛钻头能够做偏心回转运动。
进一步的，所述勒洛钻头包括空心钻头，所述空心钻头上端固定连接有钻杆，所述钻杆外端等角度固定连接有三个翼板，所述翼板远离钻杆的一端固定连接有导正环，所述导正环下端等角度固定连接有三排侧切齿，使得勒洛钻头能够对地面进行钻孔操作。
进一步的，所述液压旋转动力头包括液压油缸，所述液压油缸下端固定连接有下部旋转头，所述液压油缸外端上部固定连接有过油口，所述过油口中部固定连接有油管，所述液压油缸外端下部固定连接有液压分配器，使得泥浆管能够转动，且液压旋转动力头通过泥浆管带动勒洛钻头转动。
进一步的，所述轴承套接在勒洛钻头外侧，且方形扶正器随勒洛钻头下沉，使得方形扶正器不会随着勒洛钻头旋转，且方形扶正器能够控制勒洛钻头钻孔不易偏移。
进一步的，所述吸浆管位于壳体上端中心位置，且排浆管位于壳体下端中部偏心位置，并且导流管远离壳体的一端均安装法兰盘，使得勒洛钻头能够做偏心回转运动，且法兰盘能够将勒洛钻头与偏性回转器进行连接。
进一步的，所述导正环边缘形状为勒洛三角形，且空心钻头壳进行拆卸，使得勒洛钻头进行小偏心旋转时能够钻出方形孔洞，且空心钻头能够进行更换。
进一步的，所述护筒的形状为方形，且护筒的壁厚为20mm，使得护筒能够进入勒洛钻头钻出的孔洞中，且护筒能够对孔洞内壁进行支撑。
基于权利要求至任一项多轴成孔桩改进施工设备的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：压实平整场地，将三个液压旋转动力头(11)安装在支架(5)中部，采用十字交叉法进行桩位测量放样并复核，打入定位钢筋，埋设护筒(10)，设置泥浆池(9)及土方堆放区域；
S2:将设备安装在特定位置进行钻孔操作，同时把控钻孔灌注桩垂直度在1/200-1/100之间，方形扶正器(2)使得勒洛钻头(4)向下钻孔过程中不易发生偏移；
S3:利用钻杆(402)进行第一次清孔，采用一定比例的新配泥浆泥浆比重为1.05～1.20置换孔内的旧泥浆，在地表利用常规的真空泵通过钻杆、偏心回转器、钻头内部组成的空心孔道***吸出底部钻渣，从而汇集至地表泥浆池9中；
S4:将钢筋笼沉放至设计标高后进行入孔固定，并确保保护层厚度要求，钢筋笼下放过程中，孔壁虚土坠落，底部沉渣淤积，通过导管再进行第二次清孔操作；
S5：混凝土灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间，导管埋深为2-6m，超灌高度为0.8-1.0m，桩身灌注充盈系数宜大于1.1，同时砼浇筑时初灌量同时制作混凝土试块；
S6：灌注完毕后，孔口等位置的护筒10可回收利用，处于地面以上的护筒部分待混凝土强度达到5MPa以后再进行拆除。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案通过通过勒洛钻头以小偏心旋转，以及多个勒洛钻头同时钻孔的方式，使得灌注孔形状为方形，减小灌注孔之间空隙，提高多个灌注桩承载力，提高工作效率。
(2)方形扶正器包括主框体，主框体中部固定连接有多个龙骨，主框体中部固定连接有轴承，使得方形扶正器不易损坏。
(3)偏心回转器包括壳体，壳体上下两端均固定连接有导流管，位于壳体上端的导流管下端固定连接有吸浆管，位于壳体下端的导流管上端固定连接有排浆管，壳体下端开设有落料口，落料口下端拆卸连接有挡板，使得勒洛钻头能够做偏心回转运动。
(4)勒洛钻头包括空心钻头，空心钻头上端固定连接有钻杆，钻杆外端等角度固定连接有三个翼板，翼板远离钻杆的一端固定连接有导正环，导正环下端等角度固定连接有三排侧切齿，使得勒洛钻头能够对地面进行钻孔操作。
(5)液压旋转动力头包括液压油缸，液压油缸下端固定连接有下部旋转头，液压油缸外端上部固定连接有过油口，过油口中部固定连接有油管，液压油缸外端下部固定连接有液压分配器，使得泥浆管能够转动，且液压旋转动力头通过泥浆管带动勒洛钻头转动。
(6)轴承套接在勒洛钻头外侧，且方形扶正器随勒洛钻头下沉，使得方形扶正器不会随着勒洛钻头旋转，且方形扶正器能够控制勒洛钻头钻孔不易偏移。
(7)吸浆管位于壳体上端中心位置，且排浆管位于壳体下端中部偏心位置，并且导流管远离壳体的一端均安装法兰盘，使得勒洛钻头能够做偏心回转运动，且法兰盘能够将勒洛钻头与偏性回转器进行连接。
(8)导正环边缘形状为勒洛三角形，且空心钻头壳进行拆卸，使得勒洛钻头进行小偏心旋转时能够钻出方形孔洞，且空心钻头能够进行更换。
(9)护筒的形状为方形，且护筒的壁厚为20mm，使得护筒能够进入勒洛钻头钻出的孔洞中，且护筒能够对孔洞内壁进行支撑。
附图说明
图1为本发明的整体立体图；
图2为本发明的整体主视图；
图3为本发明的勒洛钻头工作原理图；
图4为本发明的液压旋转动力头立体图；
图5为本发明的主体结构立体图；
图6为本发明的方形扶正器立体图；
图7为本发明的偏心回转器立体图；
图8为本发明的偏心回转器半剖立体图；
图9为本发明的勒洛钻头立体图；
图10为本发明的勒洛钻头轴侧立体图。
图中标号说明：
1、泥浆管；2、方形扶正器；201、主框体；202、龙骨；203、轴承；3、偏心回转器；301、壳体；302、导流管；303、法兰盘；4、勒洛钻头；401、空心钻头；402、钻杆；403、翼板；404、导正环；405、侧切齿；5、支架；6、磨盘；7、卷扬机；8、泥浆泵；9、泥浆池；10、护筒；11、液压旋转动力头；1101、液压油缸；1102、下部旋转头；1103、过油口；1104、油管；1105、液压分配器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是适配型号元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-10，一种多轴成孔桩改进施工设备，包括支架5，支架5中部等距固定安装有三个液压旋转动力头11，液压旋转动力头11下端固定安装有泥浆管1，泥浆管1下端外部套接有方形扶正器2，泥浆管1下端固定连接有偏心回转器3，偏心回转器3下端固定连接有勒洛钻头4，泥浆管1中部外端套接有磨盘6，液压旋转动力头11远离泥浆管1的一端固定连接有卷扬机7，泥浆管1上端外部固定连接有泥浆泵8，泥浆泵8远离泥浆管1的一端连接有泥浆池9，泥浆管1外侧位于方形扶正器2上侧滑动连接有护筒10。
请参阅图2-6，方形扶正器2包括主框体201，主框体201中部固定连接有多个龙骨202，主框体201中部固定连接有轴承203，使得方形扶正器2不易损坏。偏心回转器3包括壳体301，壳体301上下两端均固定连接有导流管302，位于壳体301上端的导流管302下端固定连接有吸浆管303，位于壳体301下端的导流管302上端固定连接有排浆管304，壳体301下端开设有落料口305，落料口305下端拆卸连接有挡板306，使得勒洛钻头能够做偏心回转运动。
请参阅图4-7，勒洛钻头4包括空心钻头401，空心钻头401上端固定连接有钻杆402，钻杆402外端等角度固定连接有三个翼板403，翼板403远离钻杆402的一端固定连接有导正环404，导正环404下端等角度固定连接有三排侧切齿405，使得勒洛钻头4能够对地面进行钻孔操作。液压旋转动力头11包括液压油缸1101，液压油缸1101下端固定连接有下部旋转头1102，液压油缸1101外端上部固定连接有过油口1103，过油口1103中部固定连接有油管1104，液压油缸1101外端下部固定连接有液压分配器1105，使得泥浆管1能够转动，且液压旋转动力头11通过泥浆管1带动勒洛钻头4转动。
请参阅图5-8，轴承203套接在勒洛钻头4外侧，且方形扶正器2随勒洛钻头4下沉，使得方形扶正器2不会随着勒洛钻头4旋转，且方形扶正器2能够控制勒洛钻头4钻孔不易偏移。吸浆管303位于壳体301上端中心位置，且排浆管304位于壳体301下端中部偏心位置，并且导流管302远离壳体301的一端均安装法兰盘，使得勒洛钻头能够做偏心回转运动，且法兰盘能够将勒洛钻头与偏性回转器3进行连接。
请参阅图3-7，导正环404边缘形状为勒洛三角形，且空心钻头401壳进行拆卸，使得勒洛钻头4进行小偏心旋转时能够钻出方形孔洞，且空心钻头401能够进行更换。护筒10的形状为方形，且护筒10的壁厚为20mm，使得护筒10能够进入勒洛钻头4钻出的孔洞中，且护筒10能够对孔洞内壁进行支撑。
施工时，先压实平整场地，确保桩机施工质量及垂直度要求，然后采用十字交叉法进行桩位测量放样并复核，打入定位钢筋，埋设护筒10，护筒10的作用是防止孔口塌陷及较差地层区域塌孔现象的发生，设置泥浆池9及临时成孔土方堆放区域，将设备安装在合适位置开设钻孔操作。
钻进成孔过程中控制钻孔灌注桩垂直度，打开液压旋转动力头11，下部旋转头1102带动泥浆管1转动，泥浆管1通过带动偏心回转器3转动使得勒洛钻头4转动钻孔，方形扶正器2使得勒洛钻头4向下钻孔过程中不易发生偏移，利用钻杆402进行第一次清孔，采用一定比例的新配泥浆泥浆比重为1.05～1.20置换孔内的旧泥浆。正循环施工工艺：泥浆具备一定的携渣能力，新泥浆的不断输入，原孔洞中旧泥浆将携带底部沉渣上涌流出，最终汇集至地面的泥浆池9中；反循环施工工艺：在地表利用常规的真空泵通过钻杆、偏心回转器、钻头内部组成的空心孔道***吸出底部钻渣，从而汇集至地表泥浆池9中，当钻孔内泥浆被吸出时，排浆管304将泥浆吸出，泥浆充满壳体301内部，泥浆内较大的杂物沉入壳体301底部，吸浆管303将壳体301内泥浆吸出，使得较大的杂物不易堵住吸浆管303和泥浆管1，施工完成后将挡板306从壳体301下端拆下，将壳体301内较大杂物清出。
将钢筋笼沉放至设计标高后进行入孔固定，并确保保护层厚度要求，钢筋笼下放过程中，孔壁虚土坠落，底部沉渣淤积，通过导管再进行第二次清孔操作，水下混凝土灌注，相关工作须在规定时间内灌注完毕，灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间，导管埋深为2-6m，超灌高度为0.8-1.0m，桩身灌注充盈系数宜大于1.1，同时砼浇筑时初灌量同时制作混凝土试块；灌注完毕后，孔口等位置的护筒10可回收利用，处于地面以上的护筒部分应待混凝土强度达到5MPa以后方可拆除。
灌注完成7天后，可进行后注浆作业，当注浆总量2.5t和注浆压力达到2-3MPa时或注浆总量达到设计注浆总量的80％时终止注浆操作。
通过三个勒洛钻头4的排列组合可以组成不同结构形式的孔洞排列效果，如“H”形。可以实现通过勒洛钻头4以小偏心旋转，以及多个勒洛钻头4同时钻孔的方式，使得灌注孔形状为方形，减小灌注孔之间空隙，提高多个灌注桩承载力，提高工作效率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多轴成孔桩改进施工设备，包括支架（5），其特征在于：所述支架（5）中部等距固定安装有三个液压旋转动力头（11），所述液压旋转动力头（11）下端固定安装有泥浆管（1），所述泥浆管（1）下端外部套接有方形扶正器（2），所述泥浆管（1）下端固定连接有偏心回转器（3），所述偏心回转器（3）下端固定连接有勒洛钻头（4），所述泥浆管（1）中部外端套接有磨盘（6），所述液压旋转动力头（11）远离泥浆管（1）的一端固定连接有卷扬机（7），所述泥浆管（1）上端外部固定连接有泥浆泵（8），所述泥浆泵（8）远离泥浆管（1）的一端连接有泥浆池（9），所述泥浆管（1）外侧位于方形扶正器（2）上侧滑动连接有护筒（10）；所述偏心回转器（3）包括壳体（301），所述壳体（301）上下两端均固定连接有导流管（302），位于所述壳体（301）上端的导流管（302）下端固定连接有吸浆管（303），位于所述壳体（301）下端的导流管（302）上端固定连接有排浆管（304），所述壳体（301）下端开设有落料口（305），所述落料口（305）下端拆卸连接有挡板（306）；所述勒洛钻头（4）包括空心钻头（401），所述空心钻头（401）上端固定连接有钻杆（402），所述钻杆（402）外端等角度固定连接有三个翼板（403），所述翼板（403）远离钻杆（402）的一端固定连接有导正环（404），所述导正环（404）下端等角度固定连接有三排侧切齿（405）。
2.根据权利要求1所述的一种多轴成孔桩改进施工设备，其特征在于：所述方形扶正器（2）包括主框体（201），所述主框体（201）中部固定连接有多个龙骨（202），所述主框体（201）中部固定连接有轴承（203）。
3.根据权利要求1所述的一种多轴成孔桩改进施工设备，其特征在于：所述液压旋转动力头（11）包括液压油缸（1101），所述液压油缸（1101）下端固定连接有下部旋转头（1102），所述液压油缸（1101）外端上部固定连接有过油口（1103），所述过油口（1103）中部固定连接有油管（1104），所述液压油缸（1101）外端下部固定连接有液压分配器（1105）。
4.根据权利要求2所述的一种多轴成孔桩改进施工设备，其特征在于：所述轴承（203）套接在勒洛钻头（4）外侧，且方形扶正器（2）随勒洛钻头（4）下沉。
5.根据权利要求3所述的一种多轴成孔桩改进施工设备，其特征在于：所述吸浆管（303）位于壳体（301）上端中心位置，且排浆管（304）位于壳体（301）下端中部偏心位置，并且导流管（302）远离壳体（301）的一端均安装法兰盘。
6.根据权利要求4所述的一种多轴成孔桩改进施工设备，其特征在于：所述导正环（404）边缘形状为勒洛三角形，且空心钻头（401）可进行拆卸。
7.根据权利要求1所述的一种多轴成孔桩改进施工设备，其特征在于：所述护筒（10）的形状为方形，且护筒（10）的壁厚为20mm。
8.一种基于权利要求1至7任一项所述的多轴成孔桩改进施工设备的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：压实平整场地，将三个液压旋转动力头（11）安装在支架（5）中部，采用十字交叉法进行桩位测量放样并复核，打入定位钢筋，埋设护筒（10），设置泥浆池（9）及土方堆放区域；
S2:将设备安装在特定位置进行钻孔操作，同时把控钻孔灌注桩垂直度在1/200-1/100之间，方形扶正器（2）使得勒洛钻头（4）向下钻孔过程中不易发生偏移；
S3:利用钻杆（402）进行第一次清孔，采用一定比例的新配泥浆泥浆比重为1.05~1.20置换孔内的旧泥浆，在地表利用常规的真空泵通过钻杆、偏心回转器、钻头内部组成的空心孔道***吸出底部钻渣，从而汇集至地表泥浆池（9）中；
S4:将钢筋笼沉放至设计标高后进行入孔固定，并确保保护层厚度要求，钢筋笼下放过程中，孔壁虚土坠落，底部沉渣淤积，通过导管再进行第二次清孔操作；
S5：混凝土灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间，导管埋深为2-6m，超灌高度为0.8-1.0m，桩身灌注充盈系数宜大于1.1，砼浇筑时同时制作混凝土试块；
S6：灌注完毕后，孔口等位置的护筒（10）回收利用，处于地面以上的护筒部分待混凝土强度达到5MPa以后再进行拆除。
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