一种支盘桩施工用多功能装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种涉及岩土工程领域，具体涉及支盘桩施工用多功能装置及其施工方法。

背景技术

支盘桩是一种新型桩基技术，通过采用支盘机在地基土中目标高程处合适的土层进行挤扩增大某一桩基截面的桩径，在侧壁上形成多个可用于提高单桩承载力的支盘的钻孔灌注桩，由于其侧壁上设置的向外突出的多个支盘，大大提高单桩的承载力，可以减小桩径和桩长，有效节约成本，缩短工期，目前已经成为建筑施工地基处理中先进工艺，在许多城市得到广泛应用。然而，作为一种新型变截面桩，目前常用的施工方法是采用钻孔机器成孔后，再采用专用挤扩装置进行挤扩，由于工艺的先后顺序，导致施工效率较低，且在同一建筑场地，相邻桩基的钻孔扰动或者挤土效应，均会对支盘桩的成桩质量产生严重影响。其次，由于挤扩器向外挤扩无法一次成型，常需要进行多次挤扩，才能达到目标支盘效果，且由于受土体强度的影响，施工难度较大，极大限制了支盘桩的在不同地基的应用范围。然而，旋削的方式可以与钻孔同步进行，在指定桩基截面上通过一次旋转切削，实现扩径效果。虽然目前已有集钻孔、清土于一体的设备，但是无法同时实现扩径的效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种支盘桩施工用多功能装置及其施工方法，该多功能装置同时具有钻孔、旋削、清土等功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种支盘桩施工用多功能装置，包括同轴设置的中心转轴和动力转轴，所述中心转轴位于动力转轴的内部，所述中心转轴和动力转轴之间设置有能够调节其相对位置的旋转卡接机构；所述动力转轴的下部固定有传力筒和切削刀盘，所述传力筒的底部与切削刀盘的顶部固定连接，且传力筒的底面面积小于切削刀盘的顶面面积；所述切削刀盘的底部安装有钻孔刀盘，进一步的，所述切削刀盘包括柱状部和倒锥形部，所述柱状部和倒锥形部一体成形；所述钻孔刀盘安装在倒锥形部的底部。所述中心转轴穿设传力筒和切削刀盘；所述传力筒的底面中部向内凹陷形成有容纳槽，所述传力筒的下部沿其径向呈发散式开设有若干个通槽，所述通槽与容纳槽连通；所述切削刀盘和传力筒之间设有旋转切削结构；所述旋转切削结构包括位于容纳槽内部的限位转盘和分布于切削刀盘顶面周侧的若干个切削刀片，优选的，所述切削刀片的数量为五个，五个切削刀片等间距均匀分布；所述限位转盘与中心转轴同轴设置且与中心转轴固定连接；所述限位转盘的外周侧转动连接有若干个支撑杆，所述支撑杆穿设所述通槽，所述支撑杆的另一端与切削刀片的中部转动连接；所述切削刀盘的顶面安装有若干个位于同一圆周上的限位轴，所述限位轴与切削刀片一一对应；所述切削刀片的两端分别为转动部和切削部，所述转动部与限位轴转动连接；限位轴的作用是对切削刀片的转动部进行限位，当通过旋转卡接机构使中心转轴和动力转轴发生相对转动时，在支撑杆的作用下，切削刀片的切削部向外扩展或向内收缩，从而使切削刀片呈现展开状态或闭合状态。

作为优选的技术方案，所述旋转卡接机构包括固定在中心转轴上部周侧的若干个限位块以及开设在动力转轴顶部内侧壁上的与限位块相对应的限位槽；所述限位块包括水平部以及固定在水平部底部的卡接部；所述限位槽包括开设在动力转轴顶部内侧壁上的弧形槽以及位于弧形槽底部两侧的一对限位孔，所述限位孔分别为第一位置孔和第二位置孔，所述限位孔的尺寸与卡接部的尺寸相适配；通过使中心转轴中卡接部位于不同的限位孔中，即可使中心转轴和动力转轴处于不同的相对位置，从而改变切削刀片的切削部向外扩展程度。进一步优选的，所述第一位置孔和第二位置孔所在的弧边相对于限位转盘中心所形成的圆心角等于使切削刀片的切削部从向内收缩状态转化为向外扩展时中心转轴所需转动的角度。该位置的设计能够准确高效的调节切削刀片的位置状态，使切削刀片在展开状态和闭合状态之间快速切换。

作为优选的技术方案，所述倒锥形部的底面中部向内凹陷形成有空腔。空腔可用于暂存钻孔过程中产生的渣土；所述中心转轴为空心转轴，所述中心转轴的内部沿其轴线方向具有贯通的出渣通道，所述出渣通道与空腔连通。钻孔过程中，通过出渣通道将循环水泵系统与空腔连接，可以将渣土吸出，实现钻孔过程中同步清渣的效果。

现有支盘桩主要是采用挤扩器向外扩展的姿态来形成支盘，挤扩过程中会形成小台肩，容易导致孔洞坍塌。其次，成一个盘需要挤扩至少8次，施工效率极慢，挤扩难度大，挤扩效率低。此外，挤扩器在挤扩过程中遇到硬夹层或者较硬的岩层时，挤扩困难，施工时间相对较长，容易发生塌孔，施工质量不易控制，施工效率低，极大限制了支盘桩的应用范围。甚至由于结构的特殊性和土质的不均匀性，造成现有支盘桩挤扩装置挤压成型的支盘形状不规则，主要原因是挤扩装置只能进行挤扩，不能对支盘进行旋转修形，造成单个支盘各个方向的承载力不均匀。本发明通过在旋挖钻钻身增设切削刀片，当旋挖钻至指定位置的时候，打开切削刀片进行旋转切削，通过旋转切削土体，可以实现高效率的桩基扩径工艺，而且切削刀片可根据不同地质条件进行设计、更换，极大扩宽了支盘桩的应用范围。

常规的支盘桩工艺通常是先采用钻孔机器设备成孔之后，再沉放挤扩装置，进行挤扩。由于挤扩过程中导致的二次施工形成的扰动或者挤土效应对相邻桩基影响较大，严重影响新形成水泥桩身的质量。本发明通过在钻孔桩机增设切削刀盘，在钻孔时即可同时实现旋转切削扩径工艺，避免二次施工减低挤土效应的影响，保护新形成水泥桩身。避免严重的挤土效应导致成桩质量不理想，出现承载力不足的问题。而且，通过旋转切削的方式，可以改善挤扩方式对于坚硬地层条件的限制，极大拓宽了支盘桩的应用范围。

目前，现有旋挖机实际工程应用效果不佳，无法实现钻孔、旋削扩径、清土的一体化功能，自动化效率较低。通过钻机增设切削刀盘与空心转轴，可以实现随钻、随扩、随清的功能，极大提高了施工效率，实现自动化的工艺生产，有利于降本增效，具有显著的经济和环境效益。

本发明的有益效果为：

本发明提供的支盘桩施工用多功能装置，通过动力转轴转动带动切削刀盘和钻孔刀盘进行旋转钻孔，当钻孔至指定位置需要进行扩径时，通过旋转切削结构调整中心转轴和动力转轴的相对位置，在支撑杆顶推切削刀片的作用下，使切削刀片的切削部呈现向外扩展形态，从而使切削刀片呈现展开状态。然后在动力转轴的带动下，切削刀片可在旋转钻孔的同时进行旋转切削扩径。此外，本发明通过将中心转轴设计为空心轴，通过循环水泵系统能够将钻孔产生的渣土及时吸出，实现随钻、随扩、随清的功能。

附图说明

图1为本发明提供的支盘桩施工用多功能装置的结构示意图；

图2为旋转切削结构的结构示意图；

图3为图1中A部放大图；

图4为切削刀片为展开状态时的旋转切削结构俯视图；

图5为切削刀片为闭合状态时的旋转切削结构俯视图；

图6为动力转轴的俯视图；

图7为在旋转卡接机构作用下中心转轴和动力转轴配合时的俯视图；

附图标记：1-中心转轴，2-动力转轴，3-旋转卡接机构，31-限位块，311-水平部，312-卡接部，32-限位槽，321-弧形槽，322-第一位置孔，323-第二位置孔，4-传力筒，5-切削刀盘，51-柱状部，52-倒锥形部，53-空腔，6-旋转切削结构，61-限位转盘，62-切削刀片，621-转动部，622-切削部，63-支撑杆，64-限位轴，7-钻孔刀盘，8-容纳槽，9-通槽。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作更进一步的说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

需要说明的是，本发明中“固定”、“连接”、“安装”、“固定连接”等均表示相互连接的两部件之间是固定在一起，一般是通过焊接、螺钉等方式固定在一起。“转动连接”等是指两部件连接在一起并能相对运动。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“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，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，因此不能理解为本发明的限制。本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

参考图1，一种支盘桩施工用多功能装置，包括同轴设置的中心转轴1和动力转轴2，中心转轴1位于动力转轴2的内部，中心转轴1和动力转轴2之间设置有能够调节其相对位置的旋转卡接机构3。动力转轴的下部固定有传力筒4和切削刀盘5，传力筒4的底部与切削刀盘5的顶部固定连接，且传力筒4的底面面积小于切削刀盘5的顶面面积；切削刀盘5的底部安装有钻孔刀盘7，进一步的，切削刀盘5包括柱状部51和倒锥形部52，柱状部51和倒锥形部52一体成形；钻孔刀盘7安装在倒锥形部52的底部。中心转轴1穿设传力筒4和切削刀盘5；传力筒4的底面中部向内凹陷形成有容纳槽8，传力筒的下部沿其径向呈发散式开设有若干个通槽9，通槽9与容纳槽8连通；切削刀盘5和传力筒4之间设有旋转切削结构6；参考图2至图5，旋转切削结构6包括位于容纳槽8内部的限位转盘61和分布于切削刀盘5顶面周侧的若干个切削刀片62，优选的，切削刀片62的数量为五个，五个切削刀片沿圆周方向等间距均匀分布；限位转盘61与中心转轴1同轴设置且与中心转轴固定连接；限位转盘61的外周侧转动连接有若干个支撑杆63，支撑杆63穿设所述通槽9，支撑杆63的另一端与切削刀片的中部转动连接；切削刀盘5的顶面安装有若干个位于同一圆周上的限位轴64，限位轴64与切削刀片62一一对应；切削刀片62的两端分别为转动部621和切削部622，转动部621与限位轴64转动连接；限位轴64的作用是对切削刀片62的转动部进行限位，当通过旋转卡接机3构使中心转轴1和动力转轴2发生相对转动时，在支撑杆63的作用下，切削刀片的切削部622向外扩展或向内收缩，从而使切削刀片呈现展开状态或闭合状态(参考图4和图5)。

参考图6和图7，旋转卡接机构3包括固定在中心转轴1上部周侧的若干个限位块31以及开设在动力转轴2顶部内侧壁上的与限位块相对应的限位槽32；限位块31包括水平部311以及固定在水平部底部的卡接部312；限位槽32包括开设在动力转轴顶部内侧壁上的弧形槽321以及位于弧形槽底部两侧的一对限位孔，限位孔分别为第一位置孔321和第二位置孔322，限位孔的尺寸与卡接部的尺寸相适配；通过使中心转轴中卡接部位于不同的限位孔中，即可使中心转轴和动力转轴处于不同的相对位置，从而改变切削刀片的切削部向外扩展程度。进一步优选的，第一位置孔322和第二位置孔323所在的弧边相对于限位转盘中心所形成的圆心角等于使切削刀片的切削部从向内收缩状态转化为向外扩展时中心转轴所需转动的角度。该位置的设计能够准确高效的调节切削刀片的位置状态，使切削刀片在展开状态和闭合状态之间快速切换。

再参考图1，作为优选的实施方式，倒锥形部52的底面中部向内凹陷形成有空腔53，空腔53可用于暂存钻孔过程中产生的渣土；同时将中心转轴1设计为空心转轴，中心转轴的内部沿其轴线方向具有贯通的出渣通道，出渣通道与空腔连通，钻孔过程中，通过出渣通道将循环水泵系统与空腔连接，可以将渣土吸出，实现钻孔过程中同步清渣的效果。

利用本发明提供的支盘桩施工用多功能装置的施工方法为：

动力转轴由外部液压动力装置驱动实现其转动，当需要钻孔时，启动液压动力装置带动动力转轴运动，进而通过传力筒与底部刀盘进行旋转钻孔。当钻孔至指定位置需要进行扩径时，通过旋转切削结构调整中心转轴和动力转轴的相对位置，在支撑杆顶推切削刀片的作用下，使切削刀片的切削部呈现向外扩展形态，从而使切削刀片呈现展开状态。然后在动力转轴的带动下，切削刀片可在旋转钻孔的同时进行旋转切削扩径。其中，通过旋转切削结构调整中心转轴和动力转轴的相对位置的具体操作为：当需要改变中心转轴和动力转轴的相对位置时，对中心转轴施加一个竖直向上的作用力，使中心转轴向上移动一定距离，移动位移略大于限位孔的深度即可，以使卡接部能够从第一位置孔中拔出，然后顺时针旋转中心转轴，使卡接部进入第二位置孔中。该过程中，由于中心转轴和动力转轴的相对位置发生该处，在支撑杆的推力作用下，即可使切削刀片呈现展开状态。

显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。