联串式压桩机及施工工艺 【技术领域】
本发明涉及建筑基础施工机械，特别涉及静力压桩机的压桩机构结构形式及作用原理和施工工艺。
背景技术
现行静力压桩机，按其压入桩的作用原理分为三大类，即横向夹持抱压静力压桩机、顶压静力压桩机和多梁静力压桩机。第一类横向夹持抱压静力压桩机，它有单抱和双抱两种形式，其主要组成包括长支座、主横梁、支腿、夹持机构导向系统，移动压桩支撑平台、操作系统、中心支承座、上或/和下抱压桩梁、吊桩机构、配重系统、电气系统、液压系统。抱压静力压桩机具有速度快、稳定性好、入桩垂直度高等优点，但由于它采用横向夹持桩的方式进行压桩，利用夹具与桩段间的摩擦力来传递机械功，若夹紧力过大易夹坏桩段，夹紧力过小又容易出现打滑现象，这一缺陷在工程施工实践中经常发生，因而在一定程度上形成了抱压静力压桩机使用的局限性。随着静力压桩机的不断普及，静力压桩在建筑软土层基础施工领域已逐渐占居主导地位，因而对建筑基础施工用的混凝土预制桩的需求已越来越大。养护周期短、成本低、适合大规模化生产的薄壁预应力管桩在不断取代其它形式的预制方桩、沉孔灌注桩等，已成为现行软土层建筑基础施工的主选桩型，对这类预制桩的施工，由于抱压静力压桩机的固有缺陷，易夹坏桩和打滑的矛盾显得更为突出，特别是要求夹持力较大的高强度薄壁预应力管桩，有时甚至根本无法施工。由于建筑基础施工领域的这一矛盾，第二类静力压桩机——顶压静力压桩机应运而生，它的行走机座与抱压静力压桩机基本相同，只是对压桩机构部分进行了改进，其主要组成包括长支座、主横梁、支腿、中心支承座、顶压桩架、顶压桩梁、顶压桩油缸。该类桩机是在桩段的顶部进行压桩，其动力部件压桩油缸置于桩段顶部以上。它克服了抱压静力压桩机易夹坏桩段，易发生打滑现象的缺陷，但其结构庞大，在施工中速度慢、安全性较差、入桩垂直度不高。第三类为多梁静力压桩机，它是将以上两类单一的压桩形式合为一体的新型静力压桩机，它是在单抱或双抱静力压桩机的基础上配置顶部压桩机构而成。该机主要由长支座、主横梁、夹持机构导向系统、移动压桩支承平台、操作系统、中心支承座、下压桩梁或/和中压桩梁、配重系统、电气系统、液压系统、上压桩机构几个部分组成。多梁静力压桩机虽然柔合了抱压静力压桩机与顶压静力压桩机各自的优点，改善了抱压静力压桩机易打滑、易夹坏桩段的缺陷，但没有从根本上克服这一矛盾，而且其顶压动力部分仍然置于桩段顶部以上，其压桩支承反力要通过顶压架结构传递给桩机走机座，造成桩架重心高，行走时惯性大，结构稳定性无法得到根本克服。另外由于抱压梁夹具孔地限制，将桩吊入施工位也不方便。且压桩机构部分结构复杂，操作维护不方便，安装拆卸工艺性不好，高空维护作业量多，液压系统复杂。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现行抱压静力压桩机易夹坏桩段、容易打滑的缺点和现行顶压机结构复杂、作业速度慢、安全性差、垂直度不高，维护不方便的缺点以及现行多梁静力压桩机压桩系统结构复杂、安装拆卸及维护要求高，入桩不方便的缺点，提供一种结构较简单、安装拆卸和维护较方便、作业迅速、垂直度高而且安全性好的新型联串式压桩机。
本发明的联串式压桩机，是在现有ZL0290696.7桩机行走机座上配置顶部压桩机构而成。其结构特点是压桩动力部分下置式，利用环形绕组交替传递动力而实现连续压桩，该联串式压桩机主要由长支座、主横梁、支腿、移动压桩支承平台、操作系统、中心支承座、主动压桩梁、吊桩机构、随动压桩梁、配重系统、电气系统、液压系统、随动压桩梁锁定部件几个部分组成，主横梁的两端装于长支座上，移动压桩支承平台通过两个横向联接梁装于主横梁中部的空腔内，两个横向联接梁装于主横梁两端的四个长方形槽孔内，主横梁平台的左端装有电气系统、操作系统，下部箱体内装着液压系统的动力站，主横梁平台的右端安装吊桩机构，主横梁的底部支承在中心支承座上，中心支承座上载有配重系统，纵向联接梁的四个角端有四个圆孔，四根长销轴穿过圆孔及横向联接梁、中心支承座将它们连成一体，长销轴的上端固定在纵向联接梁上，下端通过锁紧螺母固定在中心支承座上，纵向联接梁两侧各固定有一支压桩油缸的缸体，而油缸的活塞杆端穿过纵向联接梁与主动压桩梁连接，主动压桩梁被置于主横梁和中心座支承座的中心空腔内，在纵向联接梁上的每支压桩油缸缸体的前后两侧各固定在一个链轮座或滑轮座上，链条或钢丝绳外端与外拉杆或外丝杆的下接头固定，链条或钢丝绳内端与内拉杆或内丝杆的下接头固定，内拉杆或内丝杆、外拉杆或外丝杆的上端分别与一段绕组软绳两端固定，绕组软绳套在顶部横梁上的定滑轮组上，锁定部件装于随动压桩梁上，分别控制随动压桩梁与内、外拉杆或内、外丝杆脱开或锁定，内拉杆或内丝杆、外拉杆或外丝杆、链条或钢丝绳、随动压桩梁锁定部件组成随动压桩梁升降机构，纵向联接梁的平台上均布安装着四个立柱，立柱上端与顶部横梁固定，立柱与顶部横梁组成为压桩架。
所述的锁定部件由顶部横梁上装的卷扬机、连接卷扬机钢丝绳的内承力爪、外承力爪组成，内、外拉杆上开有等距离的爪槽，随动压桩梁上有固定爪座，承力爪与随动压桩梁上爪座铰接。
所述的锁定部件由装在随动压桩梁上的四个油马达、每个油马达轴端的传动齿轮与四个丝杆相配的丝杆螺母、四个套于丝杆螺母上带缺的卡套组成，卡套固定在随动压桩梁上，其缺口对着传动齿轮，丝杆螺母与传动齿轮外点啮合。
所述的联串式压桩机的施工工艺，是采用随动压桩梁顶压或主动压桩梁抱压单梁压桩，或者采用随动压桩梁顶压与主动压桩梁抱压联合压桩。
本联串式压桩机的施工特点是单主动压桩梁向下的工作行程和向上的回程都可以带动随动压桩梁向下移动而将桩压入地下，从而可以实现单梁连续压桩的目的
所述的单主动压桩梁梁连续压桩，是指在开始喂桩前，先将随动压桩梁通过升降机构提升至所需要的进桩高度，然后将桩的顶部对准随动压桩梁底部的压桩帽中心，再将桩的下部推入移动压桩支承平台的中心孔内，缓慢不断启动吊桩机构的提升系统，直至桩段下部进入主动压桩梁的导向孔内，可将桩段准确定位后，启动升降机构，使随动压桩梁下移，直至随动压桩梁的桩帽插入桩芯内，随动压桩梁便被桩段定位在某一高度，继续启动升降机构直至卸载，此时承爪力便失去约束而自动复位，内外拉杆上等距离地开有若干长方形槽孔，若承力爪复位时正好处于能够插入到内拉杆的定位孔内，启动压桩油缸，便可通过内拉杆将压入力传递给随动压桩梁移至下止位，再次启动压桩油缸，便可通过内拉杆将压入力传递给随动压桩梁而将桩段压入一个压桩油缸的工作行程，此时主动压桩梁移至下止位，再次启动压桩油缸，使主动压桩梁向上作回程移动，内拉杆上移便将插入其定位槽孔内的承力爪顶开而脱离定位，同时另一组与外拉杆相对的承力爪复位插进内拉杆上的定位槽孔内，压桩油缸的回程作用力便通过主动压桩梁上的四个立柱传递给绕在固定轮座上的链条(或钢丝绳)，经其变向后传递给外拉杆再传递给随动压桩梁，从而将主动压桩梁向上的回程力变为随动压桩梁向下的压入力，随着主动压桩梁不断作变向的移动，随动压桩梁上的承力爪也交替定位，内外拉杆交替传递油缸的正反两个方向的作用力，实现单梁连续压桩功能。
采用丝杆传动时，喂桩前，同时启动四个油马达通过齿轮啮合带动丝杆螺母旋转，使丝杆螺母沿丝杆向上轴向移动，套在螺母上的卡套同时带动随动压桩梁与螺母一起向上轴方向移动，使随动压桩梁可悬停在桩架内的任意高度，喂桩后，启动压桩油缸，使主动压桩梁下移，并带动内丝杆下移，外丝杆上移，此时随动压桩梁在螺母的作用下将油缸压入力传递给压桩帽，而外丝杆上的螺母同时旋转，且对丝杆产生的轴向位移速度与随动压桩梁向下的运动速度同步，以免形成外丝杆与随动压桩梁的互锁干扰，主动压桩梁运行到下止位后，启动压桩油缸使主动压桩梁反向运动，并同时启动与内丝杆配合的油马达，使随动压桩梁在外丝杆螺母的作用下向下移动且与内丝杆螺母不形成互锁干扰，主动压桩梁不断下移和上移，内外丝杆交替传递动力，可完成随动压桩梁的快速联串压桩功能。
本联串式压桩机充分拓展了顶压静力压桩机的优越性，并克服了顶压静力压桩机的某些固有缺陷，可最终取代抱压静力压桩机和多梁静力压桩机，它具有如下优点：(1)采用环形绕组传动链，交替传递压桩动力，实现单梁高效连续压桩作业。(2)压桩动力机构下置式，桩架结构不承受压桩反力载荷，使压桩机构更为轻巧简便，液压系统的维护没有高空作业，维护方便。(3)桩架自重量轻，安装拆卸方便，整机稳定性好。
【附图说明】
图1为本联串式压桩机(拉杆式)结构主视示意图。
图2为本联串式压桩机(拉杆式)结构俯视示意图。
图3为本联串式压桩机(丝杆式)结构主视示意图。
图4为本联串式压桩机(丝杆式)结构俯视示意图。
图5为本联串式压桩机(拉杆式)随动压桩梁单梁顶压压桩施工工艺图。
图6为本本联串式压桩机(丝杆式)随动压桩梁单梁顶压压桩施工工艺图。
图7为本联串式压桩机(拉杆式)主动压桩梁单梁抱压压桩施工工艺图
图8为本本联串式压桩机(丝杆式)主动压桩梁单梁抱压压桩施工工艺图
图9为本联串式压桩机(拉杆式)随动压桩梁顶压与主动压桩梁抱压联合压桩施工工艺图
图10为本本联串式压桩机(丝杆式)随动压桩梁顶压与主动压桩梁抱压联合压桩施工工艺图
附图中所述零件序号名称：1 长支座，2 主横梁，3 支腿，4 移动压桩支承平台，5 操作系统，6 中心支承座，7 主动压桩梁，8 吊桩机构，9 随动压桩梁，10 配重系统，11 电气系统，12 液压系统，13 压桩支架，14 顶部横梁，15 内拉杆，16 外拉杆，17 卷扬机，18内承力爪，19 外承力爪，20 绕组链条，21 行走台车，22 球铰，23 承力板，24 横向联接梁，25 摩擦板，26 纵向联接梁，27 长销轴，28 锁紧螺母，29 压桩油缸，30 立柱，31 内拉杆下接头，32 固定轮座，33 外拉杆下接头，34 绕组软绳，35 滑轮组，36 内丝杆，37 外丝杆，38 油马达，39 丝杆螺母，40 传动齿轮，41 卡套，42 桩，43 随动压桩梁锁定部件。
【具体实施方式】
实施例1
联串式压桩机(拉杆式)的结构如图1、2所示，它主要由长支座1、主横梁2、支腿3、移动压桩支承平台4、操作系统5、中心支承座6、主动压桩梁7、吊桩机构8、随动压桩梁9、配重系统10、电气系统11、液压系统12、压桩支架13、顶部横梁14、内拉杆15、外拉杆16、卷扬机17、内承力爪18、外承力爪19、绕组链条20几个部分组成，主横梁2两端各有两个可伸缩的支腿油缸3，每个支腿油缸分别与各自的行走台车21通过一个球铰22相连，行走台车支承在长支座1的钢轨上。主横梁2平台的左端安装有电气系统11、操作系统5，下部箱体内装有液压系统动力站12，主横梁平台的右端安装吊柱机构8，主横梁2的底部中间部分支承在中心支承座6四个角端的承力板23上，两个横向联接梁24的两端分别插入主横梁2的滑动槽中，横向联接梁24依靠其端梁底部的摩擦板25支承在四个滑槽平面上，纵向联接梁26通过四根长销轴27与两个横向联接梁24、中心支承座6连成一体，形成一个可移动及转动的压桩支承平台4，长销轴27下部与中心承座紧螺母28固定，中心支承座6上载有配重系统10，主动压桩梁7与纵向联接梁26上固定的压桩油缸29的活塞杆固定，并置于纵向联接梁26的正下方，主动压桩梁7上有四根圆形立柱30穿过纵向联接梁26内的四个孔而伸出梁外一定高度，立柱30下端与主动压桩梁7固定，上端与传递动力的内拉杆15的下接头31固定，纵向联接梁26的平台上压桩油缸29的前后方各有一个固定轮座32，每个固定轮座上绕有一根链条或钢丝绳20，链条或钢丝绳20的外侧与外拉杆16的下接头33固定，内侧与内拉杆15的下接头1固定，每组内外拉杆的上端分别与安装在顶部横梁14上的绕组软绳34的两个端部固定，每根绕组软绳34绕在由两个定滑轮组成的滑轮组35上，内外拉杆均从随动压桩梁的结构中穿过，内拉杆15、外拉杆16、绕组软绳34及链条共同组成了一个环形传动链，压桩动力通过这四组传动链传递给随动压桩梁9。
采用本机随动压桩梁单梁顶压施工时(如图5所示)，先用升降机构将随动压桩梁提升至所需要的喂桩高度，并且使主动压桩梁(7)处于上止位，其夹具始终处于松开状态，然后吊桩机构(8)将桩(42)吊至桩架内的随动压桩梁(9)下部，当随动压桩梁支承在桩的顶部时继续启动升降机构并使其卸载，随动压桩梁在锁定部件(43)的作用下与内拉杆(15)接合而与外拉杆脱开，正向启动压桩油缸(29)使主动压桩梁下移，在内拉杆的带动下将桩向下送入一个压桩油缸行程的距离，主动压桩梁到达下止位后，锁定部件(43)自动使随动压桩梁与内拉杆脱开而与外拉杆(16)接合，反向启动压桩油缸，主动压桩梁向上作回程移动，主动压桩梁通过立柱(30)、绕组链条(20)、外拉杆(16)带动随动压桩梁向下移动压桩，而将桩压入一个返回工作行程的距离，不断启动压桩油缸(29)、内拉杆和外拉杆交替带动随动压桩梁快速联串压桩。
本机主动压桩梁单梁抱压压桩时(如图7所示)先用升降机构将随动压桩梁(9)提升至所需要的喂桩高度，并且使主动压桩梁(7)处于上止位，然后吊桩机构(8)将桩吊入主动压桩梁(7)内的夹具孔中，将桩垂直地夹持牢固，关闭升降机构，使随动压桩梁与内拉杆(15)和外拉杆(16)均处于脱开状态，随动压桩梁(9)在桩上部静止不动，然后正向启动压桩油缸(29)，主动压桩梁在其内部的夹具作用下将桩向下送入一个压桩行程的距离，内、外拉杆沿随动压桩梁空载运行，主动压桩梁到达下止位后，松开夹具，反向启动压桩油缸(29)，使主动压桩梁沿桩作回程运动，到达上止位后，用夹具再将桩夹紧，正向启动压桩油缸(29)，便进入第二个压桩工作状态，如此反复，进行主动压桩梁抱压单梁压桩。
本机随动压桩梁顶压与主动压桩梁抱压联合压桩时(如图9所示)，先用升降机构将随动压桩梁提升至所需要的喂桩高度，并且使主动压桩梁(7)处于上止位，其夹具为松开状态，然后吊桩机构(8)将桩(42)吊至主动压桩梁(7)内的夹具孔中并夹持牢固，当随动压桩梁(9)支承在桩的顶部时，继续启动升降机构(8)使其卸载，随动压桩梁在锁定部件(43)的作用下与内拉杆(15)接合而与外拉杆(16)脱开，正向启动压桩油缸使主动压桩梁下移，主动压桩梁与随动压桩梁联合将桩向下送入一个压桩行程的距离，主动压桩梁到达下止位后，启动升降机构使随动压桩梁与内、外拉杆均脱开，松开夹具，反向启动压桩油缸(29)，主动压桩梁向上作回程空载运动，而随动压桩梁支承在桩顶部静止不动，当主动压桩梁到达上止位后，便完成了一个工作循环过程，不断反复启动压桩油缸及夹具和升降机构，进行随动压桩梁顶压与主动压桩梁抱压联合压桩。
实施例2
本联串式压桩机(丝杆式)结构如图3、4所示，该压桩机用内丝杆36、外丝杆37分别代替实施例1的内拉杆、外拉杆，取消了卷扬机和承力爪，而在随动压桩梁9上装有四个油马达38，每个油马达的输出轴端装有一个传动齿轮40，内、外丝杆上套着丝杆螺母39，螺母外装有一个带缺口的卡套41，缺口的方向对着油马达，以便齿轮与螺母外点啮合，卡套固定在随动压桩梁9上，丝杆上端与顶部横梁上的定滑轮35的绕组软绳34相连。
本机随动压桩梁顶压单梁压桩时(如图6所示)，先将主动压桩梁(7)处于上止位，其夹具始终处于松开状态，同时启动内、外丝杆的锁定部件(43)，并使其丝杆螺母(39)同向旋转，带动随动压桩梁上移或下移调节至喂桩所需的高度，然后关闭内丝杆锁定部件，继续启动外丝杆锁定部件，并使丝杆螺母的旋向为螺母沿外丝杆(37)产生下移的状态，同时正向启动压桩油缸(29)使主动压桩梁向下移动，在内丝杆(36)的带动下将桩向下送入一个压桩油缸行程的距离，主动压桩梁到达下止位后，关闭外丝杆(37)锁定部件(43)，启动内丝杆锁定部件，并使内丝杆锁定部件中的丝杆螺母旋向为螺母沿内丝杆产生下移的状态，随动压桩梁与外丝杆接合而与内丝杆脱开，反向启动压桩油缸(29)，主动压桩梁向上作回程运动，主动压桩梁通过立柱(30)、绕组链条(20)、外丝杆(37)带动随动压桩梁向下移动压桩，将桩压入一个返回工作行程的距离，不断启动压桩油缸(29)和内、外丝杆交替带动随动压桩联串压桩。
本机主动压桩梁抱压单梁压桩时(如图8所示)，先将主动压桩梁处于上止位，启动升降机构使随动压桩梁(9)上移或下移，调节至喂桩所需要的高度，然后吊桩机构(8)将桩吊入主动压桩梁(7)内的夹具孔中，将桩垂直地夹持牢固，随动压桩梁下部与桩顶部有一段距离不接触，然后调节升降机构的运行状态，使内丝杆的丝杆螺母(39)向上移，外丝杆的丝杆螺母(39)向下移，同时正向启动压桩油缸(29)，主动压桩梁在其内部的夹具作用下将桩向下送入一个压桩行程的距离，内丝杆(36)沿随动压桩梁下移，而外丝杆(37)沿随动压桩梁上移，随动压桩梁静止不动，当主动压桩梁到达下止位后，松开夹具，调节升降机构的运行状态，使内丝杆螺母向下移，外丝杆螺母向上移，同时反向启动压桩油缸(29)，主动压桩梁向上作回程运动，随动压桩梁仍静止不动，当主动压桩梁到达上止位后，便完成了一个工作循环过程，不断反复启动压桩油缸、夹具及升降机构，进行主动压桩梁抱压单梁压桩。
本机随动压桩梁顶压与主动压桩梁抱压联合压桩时(如图10所示)，先将主动压桩梁(7)处于上止位，其夹具为松开状态，启动升降机构，使随动压桩上移或下移，调节至喂桩所需要的高度，然后吊桩机构(8)将桩(42)吊入主动压桩梁(7)内的夹具孔中将桩垂直地夹持牢固，随动压桩梁(9)支承在桩的顶部，正向启动压桩油缸(29)，同时调节升降机构的运行状态，使外丝杆(37)与随动压桩梁脱开，内丝杆(36)与随动压桩梁接合，主动压桩梁和随动压桩梁联合将桩向下送入一个压桩行程的距离，当主动压桩梁运行至下止位时，松开夹具，反向启动压桩油缸(29)，同时调节升降机构运行状态，使内、外丝杆与随动压桩梁均脱开，主动压桩梁向上作回程空载运动，而随动压桩梁支承在桩顶部静止不动，当主动压桩梁到达上止位后，便完成了一个工作循环过程，不断反复启动压桩油缸及夹具和升降机构，进行随动压桩梁顶压与主动压桩梁抱压联合压桩。
本发明的联串式压桩机实例：是在GZY-400D型顶压静力压桩机上改进而成的一种GZY-400L型顶压式静力压桩机。改进前，GZY-400D型桩架自重达25T，而改进后自重仅6T，改进前，压桩系统结构复杂，故障率较高，高空维护作业量大，测量桩的垂直度也不方便，整机稳定性不好，采用GZY-400L型静力压桩机后，这些缺陷都得到改善。