一种超长静压管桩引孔施工设备及其施工工艺

技术领域

本申请涉及静压管桩施工设备的技术领域，尤其是涉及一种超长静压管桩引孔施工设备及其施工工艺。

背景技术

静压桩是一种工程桩基常见的施工方法之一。静压桩法施工是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机的自重和机架上的配重提供的反力，将预制桩压入土层的沉桩工艺。这种桩基施工方法避免了锤击打桩所产生的振动、噪音和污染，并且具有更高的施工效率。

静压桩法沉桩的动力来自于液压设备的压力。随着整桩长度的延长，桩孔深度的加深，沉桩过程中收到压缩的土层厚度增加，预制桩沉降所需要克服的阻力显著提升，因此液压设备需要作用在预制桩上的压力也会显著提升，这对保持预制桩的完整性、保证预制桩的承载力造成了负面影响。此外，为了避免桩孔出现渗流和塌孔，较深的桩孔成型后需要回填砂浆，这进一步增加了沉桩过程中预制桩受到的阻力。因此，静压桩法施工主要应用于整桩长度不超过十米的中短型预制桩沉桩施工作业当中。

针对上述中的相关技术背景，发明人认为现有的静压管桩施工方法只能应用于中短型预制柱状的沉桩作业，存在着应用范围较窄，难以满足超长管桩沉桩作业的缺陷。

发明内容

为了推广静压管桩施工在超长管桩沉桩作业方面的应用，缩短超长管桩沉桩作业的施工周期，减少施工过程中产生的噪音污染，本申请提供一种超长静压管桩引孔施工设备及其施工工艺。

第一方面，本申请提供的一种超长静压管桩引孔施工设备采用如下的技术方案：

一种超长静压管桩引孔施工设备，包括固定设在地面上的基座、设在所述基座上的吊装机构、设在所述基座上的压桩机构和设在所述基座上的引孔机构；所述压桩机构包括设在所述基座上的液压总成、多个垂直设在所述基座上且与所述液压总成相连的液压缸、固定设在多个所述液压缸伸缩端的压桩板和固定设在管桩外表面侧壁上的限位筒；所述限位筒与所述压桩板卡接，所述液压缸与所述液压总成相连。

通过采用上述技术方案，基座对本申请其他部分结构提供了稳固的支撑，能够方便压桩机构的安装以及压桩机构与桩孔之间的相对位置调整，安装在基座上的吊装机构能够将静压管桩吊装到压桩机构的指定位置处，方便压桩机构开始静压沉桩，引孔机构能够在压桩机构静压沉桩的过程中将静压管桩中的砂浆通过钻取和挖掘引流的方式挖出，减少静压管桩沉桩过程中受到的阻力，限位筒对预制桩的完整性起到了保护作用，同时能够用于超长管桩的分段连接，从而达到了推广静压管桩施工在超长管桩沉桩作业方面的应用，缩短超长管桩沉桩作业的施工周期，减少施工过程中产生的噪音污染的发明目的。

可选的，压桩板包括与所述液压缸伸缩端相连的板体和多个与所述板体沿平行于板面的方向滑动连接的卡块；所述板体上沿垂直表面的方向开设有通孔，所述卡块设在通孔的孔壁上，所述卡块与所述板体之间设有压簧，所述卡块与所述限位筒卡接。

通过采用上述技术方案，压桩板中的板体连接在液压缸的伸缩端，使得液压缸的压力能够通过板体传递至静压管桩上，板体上开设的通孔能够使压桩板能够套设在静压管桩的外壁上，安装在通孔侧壁上的卡块能够在压桩板下行时卡接在安装于静压管桩的外壁的限位筒，从而传递压力，并且能够在上行时缩回到板体内，卡块与板体之间安装的压簧起到了复位作用，使得卡块能够再次与限位筒卡接。

可选的，板体上垂直设有多个连接片，多个所述连接片垂直连接在所述液压缸伸缩端的侧壁上，且沿所述液压缸伸缩端的周向均匀分布。

通过采用上述技术方案，板体上垂直连接在液压缸伸缩端的多个连接片能够增强板体与液压缸之间连接结构的强度，使液压缸对板体的推拉过程更加稳定。

可选的，限位筒包括铰接轴、两个套设在所述铰接轴上的限位板和多个垂直于所述限位板轴线方向穿设在所述限位板上的销轴；所述限位板是横截面为半圆的弧形板，所述限位板外表面设有棘齿。

通过采用上述技术方案，限位筒采用的两个限位板互相铰接的结构设计能够方便将限位筒固定在静压管桩上的过程，减少预制桩与限位筒安装过程产生的摩擦，对预制桩结构起到了保护作用，安装在限位板上的销轴能够对预制桩和限位板之间的相对位置起到固定作用。

可选的，限位板的一端设有焊接环；所述焊接环的内径与所述限位板的外径相等。

通过采用上述技术方案，限位板端部的焊接环结构能够方便施工人员通过焊接的方式将限位筒进行首尾连接，焊接环的设置能够降低焊接难度，提高连接位置的焊接性能和结构强度。

可选的，销轴的一端固定设有限位块，所述销轴的另一端表面开设有螺纹。

通过采用上述技术方案，销轴的一端设置的限位块结构对销轴起到了位置限定的作用，能够避免销轴与限位筒脱离连接，销轴另一端表面设置的螺纹结构能够用于安装螺母进行固定。

可选的，基座包括固定设在地面上的支撑轨道和滑动连接在所述支撑轨道上的移动平台；所述移动平台包括与所述支撑轨道滑动连接的支撑架、与所述支撑架沿垂直于所述支撑轨道的方向滑动连接的平台板和固定设在所述平台板下方的配重箱。

通过采用上述技术方案，支撑轨道一方面能够对移动平台起到支撑作用，另一方面能够使移动平台沿着支撑轨道的长度方向发生移动，从而实现对孔操作，移动平台中平台板与支撑架滑动连接的结构设计使得平台板能够沿着垂直支撑轨道长度方向发生移动，从而实现对孔操作。

可选的，引孔机构包括垂直设在所述基座上的螺杆、套设在所述螺杆上的动力头和多段式钻杆；所述多段式钻杆与所述动力头固定连接。

通过采用上述技术方案，螺杆能够用于控制动力头的升降，动力头能够对多段式钻杆的转动提供动力，同时能够带动多段式钻杆的升降，多段式钻杆能将静压管桩内部的砂浆挖掘引流至外部，减少静压管桩沉桩过程中受到的阻力。

可选的，引孔机构还包括导向杆；所述导向杆垂直穿设在所述动力头上且与所述动力头滑动连接。

通过采用上述技术方案，引孔机构中的导向杆结构能够显著提高动力头升降过程中的姿态稳定性，减少多段式钻杆与静压管桩侧壁的碰撞和摩擦，有利于提高静压管桩整体结构的完整性以及多段式钻杆的使用寿命。

第二方面，本申请提供的一种超长静压管桩引孔施工工艺，应用前文中的一种超长静压管桩引孔施工设备，采用如下的技术方案：

一种超长静压管桩引孔施工工艺，包括以下步骤：

步骤1，施工场地清理找平，测量放线，并在桩孔位置做好标记；

步骤2，使用高压钻机挖掘桩孔至设计深度，对钻采的土样进行检测，合格后回填砂浆；

步骤3，将限位筒固定在静压管桩的外壁上，将静压管桩与吊装机构固定连接并起吊至桩孔位置；

步骤4，将多段式钻杆垂直引入静压管桩内部；

步骤5，同时操作液压缸和动力头，对静压管桩进行静压和砂浆挖掘直至静压管桩到达制定深度；

步骤6，重复步骤3至步骤4，然后沿焊接环焊接实现静压管桩的固定，最后重复步骤5直至该点位桩孔完成施工。

通过采用上述技术方案，结合本申请中的静压管桩引孔施工设备，实现了静力压桩的同时对静压管桩内的砂浆向外引流，减少了静压管桩沉桩所需要克服的阻力。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请中的基座对本申请其他部分结构提供了稳固的支撑，能够方便压桩机构的安装以及压桩机构与桩孔之间的相对位置调整，安装在基座上的吊装机构能够将静压管桩吊装到压桩机构的指定位置处，方便压桩机构开始静压沉桩，引孔机构能够在压桩机构静压沉桩的过程中将静压管桩中的砂浆通过钻取和挖掘引流的方式挖出，减少静压管桩沉桩过程中受到的阻力，限位筒对预制桩的完整性起到了保护作用，同时能够用于超长管桩的分段连接，从而达到了推广静压管桩施工在超长管桩沉桩作业方面的应用，缩短超长管桩沉桩作业的施工周期，减少施工过程中产生的噪音污染的发明目的；

2.本申请中的压桩板中的板体连接在液压缸的伸缩端，使得液压缸的压力能够通过板体传递至静压管桩上，板体上开设的通孔能够使压桩板能够套设在静压管桩的外壁上，安装在通孔侧壁上的卡块能够在压桩板下行时卡接在安装于静压管桩的外壁的限位筒，从而传递压力，并且能够在上行时缩回到板体内，卡块与板体之间安装的压簧起到了复位作用，使得卡块能够再次与限位筒卡接；

3.本申请中的限位筒采用的两个限位板互相铰接的结构设计能够方便将限位筒固定在静压管桩上的过程，减少预制桩与限位筒安装过程产生的摩擦，对预制桩结构起到了保护作用，安装在限位板上的销轴能够对预制桩和限位板之间的相对位置起到固定作用。

附图说明

图1是本申请实施例中公开的一种超长静压管桩引孔施工设备的结构示意图。

图2是本申请实施例中的压桩板的结构示意图。

图3是本申请实施例中的限位筒的结构示意图。

附图标记说明：1、基座；11、支撑轨道；12、移动平台；121、支撑架；122、平台板；123、配重箱；2、吊装机构；3、压桩机构；31、液压总成；32、液压缸；33、压桩板；34、限位筒；331、板体；332、卡块；341、铰接轴；342、限位板；343、销轴；344、焊接环；4、引孔机构；41、螺杆；42、动力头；43、多段式钻杆；44、导向杆。

具体实施方式

以下结合附图1-附图3对本申请作进一步详细说明。

静压桩是一种工程桩基常见的施工方法之一。静压桩法施工是通过静力压桩机的压桩机构以压桩机的自重和机架上的配重提供的反力，将预制桩压入土层的沉桩工艺。这种桩基施工方法避免了锤击打桩所产生的振动、噪音和污染，并且具有更高的施工效率。静压桩法沉桩的动力来自于液压设备的压力。随着整桩长度的延长，桩孔深度的加深，沉桩过程中收到压缩的土层厚度增加，预制桩沉降所需要克服的阻力显著提升，因此液压设备需要作用在预制桩上的压力也会显著提升，这对保持预制桩的完整性、保证预制桩的承载力造成了负面影响。此外，为了避免桩孔出现渗流和塌孔，较深的桩孔成型后需要回填砂浆，这进一步增加了沉桩过程中预制桩受到的阻力。因此，静压桩法施工主要应用于整桩长度不超过十米的中短型预制桩沉桩施工作业当中。为了推广静压管桩施工在超长管桩沉桩作业方面的应用，缩短超长管桩沉桩作业的施工周期，减少施工过程中产生的噪音污染，本申请提供一种超长静压管桩引孔施工设备及其施工工艺。

第一方面，本申请实施例公开了一种超长静压管桩引孔施工设备。参照图1，一种超长静压管桩引孔施工设备包括基座1、吊装机构2、压桩机构3和引孔机构4。其中，基座1固定安装在地面上，吊装机构2、压桩机构3和引孔机构4均安装在基座1上。

参照图1，基座1包括支撑轨道11和移动平台12，其中，支撑轨道11由两条互相平行设置的长条状铁轨组成，支撑轨道11通过多个地脚螺栓固定安装在桩位上。移动平台12包括支撑架121、平台板122和配重箱123。其中，支撑架121由若干个液压驱动调节升降的支撑腿和限位金属架组成。平台板122安装在限位金属架上，且与限位金属架沿着垂直于支撑轨道11的方向滑动连接。因此，平台板122具有两个方向上的自由度，进而能够完成桩位的对孔。平台板122的下表面安装有若干个配重箱123。配重箱123内可根据实际需求放置适当重量的配重块。

参照图1，吊装机构2固定安装在基座1的平台板122上。吊装机构2包括驾驶舱、起重臂、回转机构、缆绳和起重钩等部分。吊装机构2能够将静压管桩起吊并放置再压桩机构3处。

参照图1，压桩机构3包括液压总成31、液压缸32、压桩板33和限位筒34。其中，液压总成31设置在基座1的平台板122上，液压缸32与液压总成31连通。液压缸32的数量可以是4个。液压缸32垂直地面设置，平台板122上平行焊接有两组门形梁，每一组门形梁顶部倒置平行安装有两组液压缸32。压桩板33与液压缸32的伸缩端固定连接，且焊接有多个连接片。连接片沿着液压缸32伸缩端圆柱体的周向均匀设置。限位筒34固定安装在静压管桩的外表面侧壁上。

参照图1和图2，压桩板33包括板体331和卡块332。其中，板体331可以是一个中间位置开设有通孔的实心矩形金属板。板体331通孔的侧壁上开设有安装槽，卡块332安装在安装槽内，且与板体331之间设置有压簧。卡块332结构能够与限位筒34外表面侧壁的齿条结构实现单向卡接，压簧用于卡块332结构的复位。

参照图1和图3，限位筒34包括铰接轴341、限位板342、销轴343和焊接环344。其中，限位板342的数量为2块。限位板342可以是横截面为半圆形的弧形金属板。两个限位板342的一端穿设有铰接轴341。限位板342与铰接轴341转动连接。限位板342的外表面沿着轴线方向开设有齿条状的凹槽。限位板342上穿设有若干个销轴343。销轴343垂直于限位板342的轴线方向设置。销轴343的一端设置有防止脱落的限位块，另一端开设有用于安装螺母的螺纹。限位板342的端部设置有焊接环344。焊接环344的内径与限位筒34的外径相等。

参照图1，引孔机构4包括螺杆41、动力头42、多段式钻杆43和导向杆44。其中，螺杆41垂直安装在基座1的平台板122上，且与平台板122转动连接。动力头42包括电机和用于支撑电机的平板，平板套设在螺杆41上，螺杆41能够在另一驱动电机的作用下发生旋转并带动动力头42的升降。多段式钻杆43与动力头42上的电机通过联轴器连接。电机能够驱动多段式钻杆43旋转。多段式钻杆43可以由多段钻杆组装连接组成，适用于不同深度的引孔作业。导向杆44垂直焊接在平台板122上，导向杆44可以设置为多个。本申请实施例中导向杆44数量为两个，且互相平行对称设置在螺杆41的两侧。导向杆44为实心光杆，导向杆44穿设在动力头42的平板上，且与平板滑动连接。第二方面，本申请实施例公开了一种超长静压管桩引孔施工工艺，应用前文中的一种超长静压管桩引孔施工设备，采用如下的技术方案：

一种超长静压管桩引孔施工工艺，包括以下步骤：

步骤1，施工场地清理找平，测量放线，并在桩孔位置做好标记；

步骤2，使用高压钻机挖掘桩孔至设计深度，对钻采的土样进行检测，合格后回填砂浆；

步骤3，将限位筒34固定在静压管桩的外壁上，将静压管桩与吊装机构2固定连接并起吊至桩孔位置；

步骤4，将多段式钻杆43垂直引入静压管桩内部；

步骤5，同时操作液压缸32和动力头42，对静压管桩进行静压和砂浆挖掘直至静压管桩到达制定深度；

步骤6，重复步骤3至步骤4，然后沿焊接环344焊接实现静压管桩的固定，最后重复步骤5直至该点位桩孔完成施工。

在上述步骤中，步骤2和步骤3能够同时操作，从而达到缩短整体工期的效果。步骤4进行引孔操作时需在静压管桩的顶部两侧预先设置导流坡道，避免引流的砂浆对设备运转造成影响。

以上为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。