带扩径装置的长螺旋桩机及成桩方法.pdf

1、10申请公布号43申请公布日21申请号201410573450X22申请日20141024E02D5/36200601E02D15/04200601E21B10/3220060171申请人威海市水利岩土工程有限公司地址264200山东省威海市和平路437号72发明人姜庆王德利柳治富74专利代理机构威海科星专利事务所37202代理人于涛54发明名称带扩径装置的长螺旋桩机及成桩方法57摘要本发明公开了一种带扩径装置的长螺旋桩机，特征是螺旋钻杆的上端部设有心管，第二回转机构经轴承组件与心管相连接，其至少设有两个独立工作腔，螺旋钻杆上左右对称的凸耳，凸耳上分别经销轴与下铰臂的一端铰接，下铰臂经铰轴与上

2、铰臂铰接，上铰臂上端经销轴与固定在螺旋钻杆上的导向槽连接，上铰臂与伸缩臂连接，铰臂上分别设有钻具，螺旋钻杆一侧设有注浆管，其上端与浆源连接，注浆管的下端与阻浆塞抵触，底阀板扣在螺旋钻头输出口上，底阀板一侧分别经销轴与支撑板和连接板铰接，支撑板与螺旋钻头混凝土管连接，连接板另一端与注浆管的管壁铰接，螺旋钻杆上设有注浆管升降装置，本发明具有操作简单、工作效率高、提高了桩基的稳定性和抗震性。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图6页10申请公布号CN104404951A43申请公布日20150311CN104404951A1/2页21一种带扩径装置

3、的长螺旋桩机，包括桩架和钻进系统两部分，桩架主要由顶部滑轮组、立柱、斜撑杆、底盘、行走机构、卷扬机构、操纵室、液压系统及电气系统组成钻进系统包括动力头螺旋钻杆和螺旋钻头，动力头、螺旋钻杆与螺旋钻头为中空式，动力头下部设有向桩孔内注入混凝土回转机构，螺旋钻杆、螺旋钻头经相连接，螺旋钻头的下端面上设有钻具，其特征在于螺旋钻杆的上端部设有与螺旋钻杆固定连接的心管，第二回转机构经轴承组件与心管相连接，第二回转机构上至少设有两个独立的工作腔，螺旋钻杆上设有凸耳，凸耳由对称的左凸耳和右凸耳组成，左凸耳和右凸耳上分别经销轴与下铰臂的一端相铰接，下铰臂另一端经铰轴与上铰臂下端相铰接，上铰臂上端经销轴与固定在螺

4、旋钻杆上的导向槽相连接，上铰臂上端与液压油缸或气缸的伸缩臂相连接，液压油缸或气缸导管与第二回转机构的一个出口相连接，其进口与经导管与液压源或气源相连接，上铰臂和下铰臂上分别设有扩径钻具，螺旋钻杆的一侧设有注浆管，注浆管的上端与第二回转机构的一个出口相连接，其进口经注浆导管与浆源相连接，注浆管的下端设有阻浆塞，底阀板扣在螺旋钻头混凝土管的输出口上，底阀板一侧分别经销轴与支撑板和连接板铰接，支撑板与螺旋钻头混凝土管相连接，连接板另一端与注浆管的管壁相铰接，螺旋钻杆上设有注浆管升降装置。2根据权利要求1所述的一种带扩径装置的长螺旋桩机，其特征在于注浆管升降装置是液压油缸或气缸，液压油缸或气缸导管与第

5、二回转机构的一个出口相连接，其进口与经导管与液压源或气源相连接。3根据权利要求1所述的一种带扩径装置的长螺旋桩机，其特征在于注浆管升降装置是采用齿轮、齿条加电机的传动方式。4根据权利要求1所述的一种带扩径装置的长螺旋桩机，其特征在于螺旋钻杆上间隔地设有至少两个凸耳，凸耳均由对称的左凸耳和右凸耳组成，左凸耳和右凸耳上分别经销轴与下铰臂的一端相铰接，下铰臂另一端经铰轴与上铰臂下端相铰接，上铰臂上端经销轴与固定在螺旋钻杆上的导向槽相连接，上铰臂上端分别与推拉管相连接，推拉管上端与液压油缸或气缸的伸缩臂相连接，液压油缸或气缸导管与第二回转机构的一个出口相连接，其进口与经导管与液压源或气源相连接，上铰臂

6、和下铰臂上分别设有扩径钻具。5根据权利要求1所述的一种带扩径装置的长螺旋桩机，其特征在于左凸耳和右凸耳的正上方设有导向槽，导向槽分开口槽和推拉管穿过的槽孔，左凸耳和右凸耳与导向槽的连线与螺旋钻杆的轴线相平行。6一种成桩方法，其特征在于步骤如下步骤一螺旋钻头经动力头和螺旋钻杆旋转并施加向下的压力，以实现打桩作业，打桩过程中，注浆管压在阻浆塞上，在注浆管的压力下，底阀板将螺旋钻头混凝土管的输出口封住，当桩孔完成后螺旋钻杆继续旋转，通过浆源、第二回转机构的一个工作腔向注浆管注浆，在浆液的冲击力作用下打开阻浆塞，注浆管开始向桩底注浆，喷浆量为24立方米，调节泥浆比重115，注浆的同时通过液压油缸或气缸

7、伸缩臂推动上铰臂下移，使上铰臂、下铰臂与螺旋钻杆呈三角形状的展翼，上铰臂和下铰臂上的扩径钻具对桩底孔进行扩孔作业，随液压油缸或气缸伸缩臂的伸长，扩径尺寸不断扩大，桩基扩孔直径可由人工控制操作液压油缸或气缸实现，并通过下铰臂、上铰臂及其上的钻具对泥浆搅拌至均匀后，螺旋钻杆停止旋转，步骤二通过伸缩臂收回下铰臂和上铰臂，再通过浆管升降装置提升注浆管，底阀板在权利要求书CN104404951A2/2页3注浆管的拉力和混凝土压力或冲击力作用下打开，通过螺旋钻杆内的混凝土通道向桩孔内连续注入混凝土，桩孔内的泥浆随着混凝土的灌注因比重轻而上升，排出桩孔，步骤三采用振动器将成品钢筋笼插入灌有混凝土的桩孔内至设

8、计深度成桩。7一种成桩方法，其特征在于步骤如下步骤一螺旋钻头经动力头和螺旋钻杆的旋转并施加向下的压力，打桩过程中，注浆管压在阻浆塞上，在注浆管的压力下，底阀板将螺旋钻头混凝土管的输出口封住，同时通过浆源、第二回转机构的一个工作腔向注浆管注浆，在浆液的冲击力作用下打开阻浆塞，注浆管开始向桩孔注浆，调节泥浆比重11215，当桩孔完成后螺旋钻杆继续旋转，通过液压油缸或气缸伸缩臂或推拉管推动多组上铰臂下移，使上铰臂、下铰臂与螺旋钻杆呈多组三角形状展翼，每组的上铰臂和下铰臂上的扩径钻具对桩孔多个部位同时进行扩孔作业，随液压油缸或气缸伸缩臂的伸长，桩基的直径不断扩大，桩基扩孔直径可由人工控制操作液压油缸或

9、气缸实现，上述过程注浆管始终向桩孔注浆，并通过下铰臂、上铰臂及其上的钻具对泥浆搅拌至均匀，螺旋钻杆停止旋转，注浆管停止向桩孔注浆，步骤二通过伸缩臂收回每组下铰臂和上铰臂，再通过浆管升降装置提升注浆管，底阀板在注浆管的拉力和混凝土压力或冲击力作用下打开，通过螺旋钻杆内的混凝土通道向桩孔内连续注入混凝土，桩孔内的泥浆随着混凝土的灌注因比重轻而上升，排出桩孔，步骤三采用振动器将成品钢筋笼插入灌有混凝土的桩孔内至设计深度成桩。权利要求书CN104404951A1/5页4带扩径装置的长螺旋桩机及成桩方法技术领域0001本发明涉及建筑物的桩基础施工设备，具体地说是一种适合长螺旋桩基础施工局部扩径的长螺旋桩

10、机及成桩方法。背景技术0002众所周知，长螺旋桩机是桩基础施工的常用设备，其包括液压步履式、履带式桩架和钻进系统两部分，桩架主要由顶部滑轮组、立柱、斜撑杆、底盘、行走机构、卷扬机构、操纵室、液压系统及电气系统组成钻进系统包括动力头与钻具，动力头的输出轴螺旋钻杆与螺旋钻头为中空式，动力头下部设有回转机构，以向桩孔内注入混凝土，螺旋钻头分为单头单螺、双头单螺、双头双螺，钻具为动力头底端镶嵌的刀具，其优点是操作简单、使用方便、钻进效率高，但是这种长螺旋桩机只能打上下等径的桩基础，在特定地区、特定地段，为了增加桩基础施的承载能力、抗震能力，需要桩基础的上下不等径，特别是需要桩基础的底径增大，现有的长螺

11、旋桩机是无法实现的。发明内容0003本发明的目的是解决长螺旋桩机的不足，提供一种操作简单、工作效率高、桩基础局部直径可控的带扩径装置的长螺旋桩机及成桩方法。0004本发明解决其技术问题所采用的技术方案是。0005一种带扩径装置的长螺旋桩机，包括桩架和钻进系统两部分，桩架主要由顶部滑轮组、立柱、斜撑杆、底盘、行走机构、卷扬机构、操纵室、液压系统及电气系统组成钻进系统包括动力头螺旋钻杆和螺旋钻头，动力头、螺旋钻杆与螺旋钻头为中空式，动力头下部设有向桩孔内注入混凝土回转机构，螺旋钻杆、螺旋钻头经相连接，螺旋钻头的下端面上设有钻具，其特征在于螺旋钻杆的上端部设有与螺旋钻杆固定连接的心管，第二回转机构经

12、轴承组件与心管相连接，第二回转机构上至少设有两个独立的工作腔，螺旋钻杆上设有凸耳，凸耳由对称的左凸耳和右凸耳组成，左凸耳和右凸耳上分别经销轴与下铰臂的一端相铰接，下铰臂另一端经铰轴与上铰臂下端相铰接，上铰臂上端经销轴与固定在螺旋钻杆上的导向槽相连接，上铰臂上端与液压油缸或气缸的伸缩臂相连接，液压油缸或气缸导管与第二回转机构的一个出口相连接，其进口与经导管与液压源或气源相连接，上铰臂和下铰臂上分别设有扩径钻具，螺旋钻杆的一侧设有注浆管，注浆管的上端与第二回转机构的一个出口相连接，其进口经注浆导管与浆源相连接，注浆管的下端设有阻浆塞，底阀板扣在螺旋钻头混凝土管的输出口上，底阀板一侧分别经销轴与支撑

13、板和连接板铰接，支撑板与螺旋钻头混凝土管相连接，连接板另一端与注浆管的管壁相铰接，螺旋钻杆上设有注浆管升降装置。0006本发明所述的浆管升降装置可以是液压油缸或气缸，液压油缸或气缸导管与第二回转机构的一个出口相连接，其进口与经导管与液压源或气源相连接，还可以采用齿轮、齿条加电机的传动方式，以提升注浆管进行注浆挡土挂壁或注入混凝土成桩。说明书CN104404951A2/5页50007本发明可以在螺旋钻杆上间隔地设有至少两个凸耳，凸耳均由对称的左凸耳和右凸耳组成，左凸耳和右凸耳上分别经销轴与下铰臂的一端相铰接，下铰臂另一端经铰轴与上铰臂下端相铰接，上铰臂上端经销轴与固定在螺旋钻杆上的导向槽相连接，

14、上铰臂上端分别与推拉管相连接，推拉管上端与液压油缸或气缸的伸缩臂相连接，液压油缸或气缸导管与第二回转机构的一个出口相连接，其进口与经导管与液压源或气源相连接，上铰臂和下铰臂上分别设有扩径钻具，以在桩身的不同深度设置大直径的桩孔。0008本发明所述的左凸耳和右凸耳的正上方设有导向槽，导向槽可以是开口槽也可以是推拉管穿过的槽孔，左凸耳和右凸耳与导向槽的连线与螺旋钻杆的轴线相平行，使上铰臂或下铰臂上在驱动缸伸缩臂的驱动下扩展或收缩，使推拉管能上下移动，以进行扩径作业。0009一种成桩方法，其特征在于步骤如下步骤一螺旋钻头经动力头和螺旋钻杆旋转并施加向下的压力，以实现打桩作业，打桩过程中，注浆管压在阻

15、浆塞上，在注浆管的压力下，底阀板将螺旋钻头混凝土管的输出口封住，当桩孔完成后螺旋钻杆继续旋转，通过浆源、第二回转机构的一个工作腔向注浆管注浆，在浆液的冲击力作用下打开阻浆塞，注浆管开始向桩底注浆，喷浆量为24立方米，调节泥浆比重115，注浆的同时通过液压油缸或气缸伸缩臂推动上铰臂下移，使上铰臂、下铰臂与螺旋钻杆呈三角形状的展翼，上铰臂和下铰臂上的扩径钻具对桩底孔进行扩孔作业，随液压油缸或气缸伸缩臂的伸长，扩径尺寸不断扩大，桩基扩孔直径可由人工控制操作液压油缸或气缸实现，并通过下铰臂、上铰臂及其上的钻具对泥浆搅拌至均匀后，螺旋钻杆停止旋转，步骤二通过伸缩臂收回下铰臂和上铰臂，再通过浆管升降装置提

16、升注浆管，底阀板在注浆管的拉力和混凝土压力或冲击力作用下打开，通过螺旋钻杆内的混凝土通道向桩孔内连续注入混凝土，桩孔内的泥浆随着混凝土的灌注因比重轻而上升，排出桩孔，步骤三采用振动器将成品钢筋笼插入灌有混凝土的桩孔内至设计深度成桩。0010一种成桩方法，其特征在于步骤如下步骤一螺旋钻头经动力头和螺旋钻杆的旋转并施加向下的压力，打桩过程中，注浆管压在阻浆塞上，在注浆管的压力下，底阀板将螺旋钻头混凝土管的输出口封住，同时通过浆源、第二回转机构的一个工作腔向注浆管注浆，在浆液的冲击力作用下打开阻浆塞，注浆管开始向桩孔注浆，调节泥浆比重11215，当桩孔完成后螺旋钻杆继续旋转，通过液压油缸或气缸伸缩臂

17、或推拉管推动多组上铰臂下移，使上铰臂、下铰臂与螺旋钻杆呈多组三角形状展翼，每组的上铰臂和下铰臂上的扩径钻具对桩孔多个部位同时进行扩孔作业，随液压油缸或气缸伸缩臂的伸长，桩基的直径不断扩大，桩基扩孔直径可由人工控制操作液压油缸或气缸实现，上述过程注浆管始终向桩孔注浆，并通过下铰臂、上铰臂及其上的钻具对泥浆搅拌至均匀，螺旋钻杆停止旋转，注浆管停止向桩孔注浆，步骤二通过伸缩臂收回每组下铰臂和上铰臂，再通过浆管升降装置提升注浆管，底阀板在注浆管的拉力和混凝土压力或冲击力作用下打开，通过螺旋钻杆内的混凝土通道向桩孔内连续注入混凝土，桩孔内的泥浆随着混凝土的灌注因比重轻而上升，排出桩孔，步骤三采用振动器将

18、成品钢筋笼插入灌有混凝土的桩孔内至设计深度成桩。0011本发明可以在筒桩的基础上针对不同地貌进行局部扩径作业，具有结构新颖、操说明书CN104404951A3/5页6作简单、工作效率高、大大提高了桩基的稳定性和抗震性。附图说明0012图1是本发明的一种工作示意图。0013图2是图1的右视图。0014图3是本发明中第二回转机构的结构示意图。0015图4是本发明中第二回转机构的局部放大示意图。0016图5是本发明中下端部的一种结构示意图。0017图6是本发明中钻头部的一种示意图。0018图7是图6的剖视图。具体实施方式0019下面结合附图对本发明作进一步描述。0020如图所示一种带扩径装置的长螺旋

19、桩机，包括桩架和钻进系统两部分，桩架主要由顶部滑轮组、立柱、斜撑杆、底盘、行走机构、卷扬机构、操纵室、液压系统及电气系统组成，钻进系统包括动力头、螺旋钻杆与钻具，动力头、螺旋钻杆与螺旋钻头为中空式，动力头上设有向桩孔内注入混凝土回转机构，螺旋钻杆经螺旋钻头接头或法兰与螺旋钻头相连接，螺旋钻头的下端面上设有钻具，上述各组成部分的结构及它们之间的相互连接关系与现有技术相同，此不赘述，本发明的特征在于螺旋钻杆1的上端部设有与螺旋钻杆1固定连接的心管2，第二回转机构经轴承组件3与心管2相连接，第二回转机构上至少设有两个独立的工作腔4，上述各组成部分的结构及它们之间的相互连接关系与现有技术中的回转机构相

20、同，此不赘述，螺旋钻杆1上设有扩径装置，扩径装置设有凸耳5，凸耳5由对称的左凸耳和右凸耳组成，左凸耳和右凸耳上分别经销轴与下铰臂6的一端相铰接，下铰臂6另一端经铰轴与上铰臂7下端相铰接，上铰臂7上端经销轴与固定在螺旋钻杆上的导向槽8相连接，上铰臂7上端与液压油缸或气缸的伸缩臂9相连接，液压油缸或气缸的导管与第二回转机构的一个独立的工作出口相连接，其进口与经导管与液压源或气源相连接，其进口是指液压油缸或气缸的导管与第二回转机构的连接的独立工作腔的进口，上铰臂7和下铰臂6上分别设有扩径钻具10，钻具10一般与上铰臂7和下铰臂6呈垂直连接，本发明可以在螺旋钻杆1上间隔地设有至少两个凸耳5，凸耳5均由

21、对称的左凸耳和右凸耳组成，左凸耳和右凸耳上分别经销轴与下铰臂6的一端相铰接，下铰臂6另一端经铰轴与上铰臂7下端相铰接，上铰臂7上端经销轴与固定在螺旋钻杆1上的导向槽8相连接，上铰臂7上端可以分别与液压油缸或气缸的伸缩臂9相连接，也就是说设有多个液压油缸或气缸的伸缩臂9相连接，也可以设有推拉杆或推拉管，因管状杆更具抗弯性，所以一般采用推拉管，上铰臂7上端可以分别与推拉管相连接，推拉管上端与液压油缸或气缸的伸缩臂9相连接，液压油缸或气缸导管与第二回转机构的一个独立工作腔的出口相连接，其进口与经导管与液压源或气源相连接，上铰臂和下铰臂上分别设有扩径钻具，以在桩身的不同深度设置大直径的桩孔，一般情况下

22、设有三个凸耳，分别设置在螺旋钻杆的下部、螺旋钻杆的中部和螺旋钻杆的上部，所述的左凸耳和右凸耳的正上方的螺旋浆叶上设有导向槽，导向槽由开口槽和闭口的槽孔组成，开口槽以使上铰臂或下铰臂上在驱动缸伸缩臂的驱动下扩展或收缩，使推说明书CN104404951A4/5页7拉管能上下移动，以进行扩径作业，闭口的槽孔是为了推拉管穿过，以传递动力，凸耳5的左凸耳和右凸耳与导向槽的连线与螺旋钻杆的轴线相平行，导向槽是为上铰臂导向用，其结构及与上铰臂、销轴的连接关系与现有技术相同，此不赘述，另外，本发明所述的螺旋钻杆1的一侧设有注浆管12，注浆管12的上端与第二回转机构的一个工作腔的出口相连接，其进口经注浆导管与地

23、面上的浆源相连接，注浆管12的下端设有阻浆塞，阻浆塞将注浆管12的出浆口封住，起封闭作用，以防止钻桩孔作业过程中的泥沙进入注浆管12，底阀板11扣在与螺旋钻杆相连通的螺旋钻头混凝土管13的输出口上，底阀板11一侧分别经销轴与支撑板14和连接板15相铰接，支撑板14与螺旋钻头混凝土管13相连接，连接板15另一端与注浆管12的管壁相铰接，螺旋钻杆1上设有注浆管升降装置，以形成底阀板的开启关闭机构，当钻孔作业时，注浆管12将底阀板压靠在螺旋钻头混凝土管13的输出口上，当注浆管升降装置提升注浆管12上升时，底阀板在注浆管的拉力下和混凝土压力或冲击力以及重力作用下打开，向桩孔内注混凝土，本发明所述的浆管

24、升降装置可以是液压油缸或气缸，液压油缸或气缸导管与第二回转机构的一个出口相连接，其进口与经导管与液压源或气源相连接，还可以采用齿轮、齿条加电机的传动方式，以提升注浆管进行注浆挡土挂壁或注入混凝土成桩，上述结构及连接与现有技术相同，此不赘述。0021本发明的成桩方法，当螺旋钻杆下端设有扩径装置时，其特征在于步骤如下步骤一螺旋钻头经动力头和螺旋钻杆旋转并施加向下的压力，以实现打桩作业，打桩过程中，注浆管压在阻浆塞上，在注浆管的压力下，底阀板将螺旋钻头混凝土管的输出口封住，当桩孔完成后螺旋钻杆继续旋转，通过浆源、第二回转机构的一个工作腔向注浆管注浆，在浆液的冲击力作用下打开阻浆塞，注浆管开始向桩底注

25、浆，喷浆量为24立方米，调节泥浆比重115，注浆的同时通过液压油缸或气缸伸缩臂推动上铰臂下移，使上铰臂、下铰臂与螺旋钻杆呈三角形状的展翼，上铰臂和下铰臂上的扩径钻具对桩底孔进行扩孔作业，随液压油缸或气缸伸缩臂的伸长，扩径尺寸不断扩大，桩基扩孔直径可由人工控制操作液压油缸或气缸实现，并通过下铰臂、上铰臂及其上的钻具对泥浆搅拌至均匀后，螺旋钻杆停止旋转，步骤二通过伸缩臂收回下铰臂和上铰臂，再通过浆管升降装置提升注浆管，底阀板在注浆管的拉力和混凝土压力或冲击力作用下打开，通过螺旋钻杆内的混凝土通道向桩孔内连续注入混凝土，桩孔内的泥浆随着混凝土的灌注因比重轻而上升，排出桩孔，步骤三采用振动器将成品钢筋

26、笼插入灌有混凝土的桩孔内至设计深度成桩。0022一种成桩方法，当螺旋钻杆上至少设有两个扩径装置时，其特征在于步骤如下步骤一螺旋钻头经动力头和螺旋钻杆的旋转并施加向下的压力，打桩过程中，注浆管压在阻浆塞上，在注浆管的压力下，底阀板将螺旋钻头混凝土管的输出口封住，同时通过浆源、第二回转机构的一个工作腔向注浆管注浆，在浆液的冲击力作用下打开阻浆塞，注浆管开始向桩孔注浆，调节泥浆比重11215，当桩孔完成后螺旋钻杆继续旋转，通过液压油缸或气缸伸缩臂或推拉管推动多组上铰臂下移，使上铰臂、下铰臂与螺旋钻杆呈多组三角形状展翼，每组的上铰臂和下铰臂上的扩径钻具对桩孔多个部位同时进行扩孔作业，随液压油缸或气缸伸

27、缩臂的伸长，桩基的直径不断扩大，桩基扩孔直径可由人工控制操作液压油缸或气缸实现，上述过程注浆管始终向桩孔注浆，并通过下铰臂、上铰臂及其上的钻具对泥浆搅拌至均匀，螺旋钻杆停止旋转，注浆管停止向桩孔注浆，说明书CN104404951A5/5页8步骤二通过伸缩臂收回每组下铰臂和上铰臂，再通过浆管升降装置提升注浆管，底阀板在注浆管的拉力和混凝土压力或冲击力作用下打开，通过螺旋钻杆内的混凝土通道向桩孔内连续注入混凝土，桩孔内的泥浆随着混凝土的灌注因比重轻而上升，排出桩孔，步骤三采用振动器将成品钢筋笼插入灌有混凝土的桩孔内至设计深度成桩。0023本发明可以在筒桩的基础上针对不同地貌进行局部扩径作业，具有结构新颖、操作简单、工作效率高、大大提高了桩基的稳定性和抗震性。说明书CN104404951A1/6页9图1图2说明书附图CN104404951A2/6页10图3说明书附图CN104404951A103/6页11图4说明书附图CN104404951A114/6页12图5说明书附图CN104404951A125/6页13图6说明书附图CN104404951A136/6页14图7说明书附图CN104404951A14