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堤坝决口处打桩的装置
    【技术领域】

    本发明涉及一种堤坝决口处打桩的装置，它包括桩，移动平台和打桩所用的微型打桩机。

    背景技术

    在专利号ZL98236317.6中公开了一种公开便携式防汛抢险打桩机，它是一种由对称偏心轮快速旋转产生振动力的小型打桩机。就打桩速度而言，它能达到快速打桩的目的。但因为该打桩机只能固定在桩的顶部，所以存在以下缺陷：堤坝决口后，决口处的流水肯定很急。我们无法知道水下有多深，也无法知道水下的土质需将桩打下多深才具有所需的强度。由于该打桩机需要人将其托举到桩顶上再固定，如果桩太长，露出水面太高，则人无法将打桩机固定到桩顶。而如果桩太短，桩打下的深度又无法保证。因此该打桩机无法实现真正的快速抢险。

    在专利号ZL200620085312.8中公开了一种便携式防汛抢险长木桩打桩机，它也是一种由对称偏心轮快速旋转产生振动力的小型打桩机。但它的中心是空的，桩可以从打桩机的中间穿过，看起来已经解决了专利号ZL98236317.6中的不足，而事实则不然。因为要将长桩穿入打桩机的内部，只有二种方法：1、将打桩机平放，将桩从上面向下穿入打桩机；2、将桩先立好，将打桩机从桩顶穿入。上述第一种方法在实施时，需要有一个稳定的平台用来放置打桩机，但在湍急的水流中不大可能具备此条件的；或者由二人扶住打桩机，再由二人将木桩竖直从打桩机上面穿入。但四个人同时操作所需的平台更大，所以在抢险时并不适用。

    【发明内容】

    本发明的目的是：为解决现有技术的不足，提供一套能快速方便地在堤坝决口处快速打桩的装置。使抢险工作更加方便快捷，降低劳动强度，减少水灾造成的损失。

    本发明所采用的技术方案如下：本发明所述的堤坝决口处打桩的装置由桩体、移动平台、冲击源、动力源、支架等组成。冲击源安装在支架上，动力源连接在冲击源上。

    所使用的桩体可以是本发明提出的组合钢管桩、及常用的普通钢管桩、木桩。

    所使用的冲击源是：活塞冲击缸、重锤冲击缸。

    所使用的支架是：用来打组合钢管桩或普通钢管桩的支架；用来打木桩的支架。它们的区别在于夹紧组合钢管桩或普通钢管桩的夹具的夹持面是圆柱形截面，木桩夹具的夹持面在圆柱形截面上面设置有水平的防滑齿。

    所有型式支架都是U形开口的，支架上有一夹紧装置。由冲击源和支架组成的打桩机可以方便地从任意高度嵌在桩体上并夹紧。

    根据使用桩体材料的不同，由上述的二种冲击源和二种支架可以组合成四种不同形式的打桩机，它们分别是：1、由以夹紧组合钢管桩或普通钢管桩的支架和活塞冲击缸组成的打桩机。2、由以夹紧组合钢管桩或普通钢管桩的支架和重锤冲击缸组成的打桩机。3、由以夹紧木桩的支架和活塞冲击缸组成的打桩机。4、由以夹紧木桩的支架和重锤冲击缸组成的打桩机。

    所使用的动力源是：压缩空气。

    本发明中所述的组合钢管桩分底桩和接长桩，在底桩上：下部焊有桩尖、上部焊有组合帽、中间焊有数个套管。在接长桩上：下部焊有组合栓、上部焊有组合帽、中间焊有数个套管。在使用中如底桩长度不够时，将接长桩的组合栓旋入底桩的组合帽中并拧紧，接长桩可根据长度需要选择一根或数根。

    本发明中所述的活塞冲击缸由气缸、活塞、上盖板、下底板、高压气管、进气阀、排气阀、配气阀等组成。二只活塞冲击缸左右对称布置，进气阀和排气阀装在同一只活塞冲击缸上。上盖板、下底板用4根双头螺栓装在气缸上，活塞装在气缸里面，排气阀装在下底板上，进气阀装在上盖板上。高压气管连接进气阀、排气阀、配气阀和上盖板、下底板。在压缩空气的作用下，通过配气阀的自动控制，使活塞上下往复运动而产生冲击。

    本发明中所述的重锤冲击缸由重锤、气缸、活塞、空心推杆、实心推杆、上盖板、下底板、高压气管、进气阀、排气阀、配气阀等组成。二只重锤冲击缸左右对称布置，进气阀和排气阀装在同一只重锤冲击缸的上盖板上。上盖板、下底板用4根双头螺栓装在气缸上，活塞装在气缸里面，空心推杆用压板连接在活塞的上平面，实心推杆装在空心推杆的里面，重锤装在实心推杆上。用气管连接进气阀、排气阀、配气阀和上盖板、下底板。在压缩空气的作用下，通过配气阀的自动控制，使活塞和重锤上下往复运动而产生冲击。

    本发明中所述的支架分为夹持木桩支架和夹持组合钢管桩支架。由U型板、支承板、加劲板、锁紧螺栓、活动夹持块、防滑齿、摩擦垫、固定锁紧块、活动锁紧块、调整夹具等组成。支承板装在U型板上，在支承板和U型板之间装有加劲板，锁紧螺栓通过铰座连接在U型板上。支承板上装有活动锁紧块和固定锁紧块，通过螺栓将重锤冲击缸或活塞冲击缸的下底板夹紧在支架上。

    本发明中所述的移动平台，由托架、滑架、操作平台、平台立柱、导向柱、导向架等组成。托架夹紧在桩体上，滑架装在托架上，可以在托架上滑动，并能用压板压紧在托架上。平台立柱和导向柱装在滑架上，操作平台装在平台立柱上，导向架装在导向柱上。

    本发明所提供的堤坝决口处打桩的装置，能快速高效地在堤坝决口处打桩并形成桩网，而整个桩网布置完成后，等于在整个决口处水面上方已经铺设好最后截流用的工作平台。不但在打桩的时候施工人员不用在水下操作，而且在最后截流时运送土包的施工人员也可以在平台上方便快捷地行走，将截流用的土包运送到决口的任意位置。最大限度地缩短抢险时间，减轻劳动强度，降低施工人员的安全风险。

    下面接合附图和实施例对本发明进一步说明。

    图1是活塞冲击缸和支架、气阀的组装示意图。

    图2是活塞冲击缸和气阀的结构图。

    图3是支架的结构图。

    图4是调整夹持块示意图。

    图5是组合钢管桩的示意图。

    图6是移动平台布置图。

    图7是托架和滑轨组合图。

    图8是托架示意图。

    图9是导向架结构图。

    图10是重锤冲击缸的结构图。

    图11是重锤冲击缸和气阀的结构图。

    实施例1：在图1中，二只活塞冲击缸①分别装在支架②的二侧，配气阀③装在支架②上。在同一只冲击缸①上，进气阀④装在上盖板上，排气阀⑤装在下底板上。

    图2中，在活塞冲击缸①中：气缸2的内部装有活塞3，上部装有上盖板1，下部装有下底板4，下底板4二侧边的上部各有一个斜面，上盖板1和下底板4用四只双头螺栓与气缸2连接。上盖板1上装有气管接头15和进气阀④。下底板4上装有气管接头16和排气阀⑤。在排气阀⑤中：排气阀体7上开有排气口5和进气口9，上部装有通盖6，下部装有闷盖8，内部装有阀芯11。阀芯11的内部装有弹簧10，凸台上装有平面密封圈34。密封圈33装在通盖6和排气阀体7之间，密封圈33采用Y型或Yx型。阀芯11穿过密封圈33、通盖6和下底板4伸入气缸2的内部。进气阀④与排气阀⑤结构型式相同，只是阀芯12与阀芯11的长度稍有不同，并且阀芯12是朝下穿入气缸2的内部。图中③-1是配气阀③排气后的工作状态，③-2是配气阀③进气后的工作状态。在配气阀③中：密封圈30是三只同型号的Y型或Yx型密封圈，只是开口方向不同。阀体由A、B、C、D四节组合而成，平面密封圈35是二只型号相同的平面密封圈。阀体A上开有排气口27，阀体B上开有二只出气口26，在阀体A和B之间装有一只密封圈30，密封圈30的开口指向阀体B。在阀体C上开有二只出气口24和一只进气口25。在阀体D上开有排气口23和排气口22、进气口20。在阀体C和D之间装有一只密封圈30，密封圈30的开口指向阀体C。在阀体D的里面装有套圈21，套圈21上有二条导气槽31、32分别连接进气口20和排气口21并由二只通孔与阀体D的内腔相连。在阀体D和套圈21之间装有一只密封圈30，密封圈30的开口指向套圈21。闷盖19装在阀体D的上部，底盖28装在阀体A的下部，闷盖19和底盖28用螺栓连接并将阀体A、B、C、D压合在一起。阀芯18的内部装有弹簧29，阀芯18的中间有一圆柱形的凸台，在凸台的二侧平面上分别装有一只平面密封圈35，凸台和二只平面密封圈35的总厚度≥进气口25的直径。当阀芯18在图中③-2状态时，凸台下侧的平面密封圈35与阀体B内部的凸出平面压紧时，凸台上侧平面密封圈35的上沿并齐或稍底于进气口25的下沿，此时进气口25的导气面积为最大。当阀芯18在图中③-1状态时，凸台上侧的平面密封圈35与阀体C内部的凸出平面压紧时，凸台和平面密封圈35仍封住进气口25的一部份，此时因进气口25的导气面积变小而改变空气流量。

    活塞冲击缸①的工作原理如下：气源连接进气阀④的进气口13和配气阀③的进气口25。在初始状态时，由于活塞3自重的作用，活塞3在气缸2的最下部。活塞3压迫排气阀⑤的阀芯11，排气阀⑤呈开启状态，由于弹簧17的作用，进气阀④呈关闭状态。由于排气阀⑤呈开启状态，配气阀③的阀体D内腔无气压，配气阀③呈图中③-1状态。

    开启气源开关，高压空气从配气阀③的进气口25进入，由出气口26经气管由气管接头16进入气缸2的下腔，将活塞3推高，同时气缸2上部空腔内的空气由气管接头15经气管由配气阀③上的出气口24从排气口23排出。活塞3上行时，其下部与排气阀⑤的阀芯11分离，在弹簧10的作用下，阀芯11上升，带动平面密封圈34压紧在排气阀体7内部的凸台上，排气阀⑤关闭。当活塞3上行到气缸2的顶部时，活塞2上部将进气阀④的阀芯12顶起，进气阀④开启，气源压缩空气从进气口13经出气口14由气管从配气阀③上的进气口20进入阀体D内腔，排气口22用气管与排气阀⑤上的进气口9相连，由于此时排气阀⑤是关闭的，进入阀体D内腔的高压空气推动阀芯18下移，阀芯18上的凸台和平面密封圈35先封住进气口25，再稍下移后关闭出气口24和排气口23之间的通道，同时打开出气口26和排气口27之间的通道，阀芯18继续下移，凸台下侧的平面密封圈35与阀体B内部的凸出平面压紧时，进气口25与出气口24导通。此时：气缸2下腔内的空气由气管接头16经气管由出气口26从排气口27排出。气源压缩空气从进气口25经出气口24由气管从气管接头15进入气缸2的上腔，推动活塞3下行。活塞3的上部与进气阀④的阀芯12分离，弹簧17推动阀芯12复位，进气阀④关闭。活塞3下行到底后，顶开排气阀⑤的阀芯11，配气阀③上阀体D内腔的压缩空气从排气口22经气管由排气阀⑤上的进气口9从排气口5排出，配气阀③内的阀芯18由于弹簧29的推动，先关闭进气口25、再打开排气口23和关闭排气口27，最后打开进气口25和出气口26之间的通道，气源压缩空气由进气口25经出气口26由气管从气管接头16进入气缸2的下腔，推动活塞3上行，进入下一个循环。

    当活塞3上行时，为避免向上有太大的冲击力，要求进入气缸2下腔的压缩空气流量较小，所以配气阀③上的进气口25被阀芯18的凸台和平面密封圈35封住一部份，而当活塞3下行时，气缸2下腔的空气能从出气口26经排气口27正常排出，配气阀③在配气的同时又起到定向节流的作用。

    在另一只活塞冲击缸①上，没有进气阀和排气阀，上盖板上的气管接头经气管与配气阀③上的出气口24相连，下盖板上的气管接头经气管与配气阀③上的出气口26相连，左右二只活塞冲击缸①受同一只配气阀③控制同步运动。

    在图3和图4所示的支架②中：二块支承板40装在U型板42的二侧，支承板40的下侧与U型板42之间装有加劲板41。支承板40的上侧与U型板42之间装有固定锁紧块38，活动锁紧块36通过紧定螺栓39将下底板4锁紧在支承板40上。锁紧螺栓37可以绕转轴48转动。活动夹持块⑥由压板46、二块立板43、二块盖板47、和圆弧板45组成，在压板46上开有二条与锁紧螺栓37相配合的开口槽，二块立板43装在压板46上，二块立板43的外侧宽度略小于U型板42开口的内侧宽度、高度略高于U型板的高度，立板43的前面装圆弧板45，盖板47的宽度略小于或等于U型板42开口的外侧宽度，盖板47装在立板43和圆弧板45的上下二面。在圆弧板45和U型板42相对的圆柱面上：装设防滑齿44时可以夹持木桩，如果木桩直径太小时再加装调整夹具49，调整夹具49的内圆面上装有防滑齿50；装设摩擦垫52时可以夹持钢管桩。如果钢管桩直径太小时再加装调整夹具51，调整夹具51的内圆面上也装有摩擦垫52。当支架②用来夹持组合钢管桩时，在U型板42的下沿开有销轴卡槽53。

    图5是组合钢管桩的结构图。在底桩⑦上：钢管55的顶部装有组合帽54，底部装有桩尖58，中间装有套管57。在接长桩⑧上：钢管55的顶部装有组合帽54，底部装有组合栓56，中间装有套管57。销轴59中间是圆柱体，向外是正方形截面，最外侧是圆锥体。销轴59插入套管57内，支架②上U型板42下沿的销轴卡槽53卡在销轴59的正方形截面上。

    图6是移动平台布置图。托架夹紧在桩体64上，二条滑轨⑩在托架的上沿，二根导向柱61装在滑轨⑩的上平面上，四根平台立柱66分别装在滑轨⑩的上平面的导向柱61的二侧，平台67装在平台立柱66的上部，导向架⑨装在平台67下部的导向柱61上，在导向柱61上部装有登高架62，导向柱61的顶部装有吊梁60，滑轨⑩的后端装有配重块65。

    图7是托架和滑轨组合图，图8是托架示意图。在图7和图8中：托架中部是一个开口的方框，方框的上下面是二块开口的方框板98，二根槽钢97装焊在方框板98之间并向外悬挑，方框板98的开口端上钻有销孔96，移动座81在方框板98之间，并钻有与方框板98相配合的销孔96，选择不同的销孔可以改变移动座的位置，以适应不同直径的桩体。在槽钢97上的内支架75和外支架79之间装有托辊80，内支架75和外支架79的上沿高出托辊80的上平面，挡住滑轨⑩使其不能滑出托辊80的滚动面。托板78焊在外支架79上，压板77装在托板78上，防脱钩76焊在内支架75和方框板98上。活动卡94上装有卡齿95，螺杆92的前端铆接在活动卡94内，并保持能灵活转动，螺杆92的后端装有十字形把手，螺母93焊在移动座81上。滑轨⑩由三根槽钢68、方垫板69、隔板71、方垫块70、螺栓73组成。方垫板69焊在二根外侧槽钢68的里面，中间槽钢68的开口上焊有隔板71，方垫块70焊在隔板71和槽钢68之间，螺栓73将三根槽钢68组合成一体。铰座72装在滑轨⑩的上平面的内侧，铰座72上有一挡板并装有一只调整螺栓，定位板74铰接在铰座72上。

    图9是导向架结构图。图中⑨-1是夹持木桩时的导向架，⑨-2是夹持钢管桩时的导向架。在图⑨-1中：固定环82的二侧焊有立板87，立板87的外端装有导轮88，二只导轮88套在导向柱61上。活动环85通过铰轴86铰接在固定环82上，锁紧螺栓84将活动环85锁紧后，用三只定位螺栓83将木桩固定住。在图⑨-2中：固定环89和活动环91的内径与要夹持的钢管桩的外径相配，活动环91通过锁紧螺栓90直接将钢管桩夹紧。

    实施例2：图10是重锤冲击缸的结构图，图11是重锤冲击缸和气阀的结构图。在图10中：上盖板99和下底板105通过四根双头螺栓将气缸100固定在中间，活塞103装在气缸100内部，空心推杆101用压板104固定在活塞100上，实心推杆102装在空心推杆101的里面。在上盖板99上装有一只阀芯向上的进气阀④和一只阀芯通过上盖板99向下伸入气缸100内部的排气阀⑤(进气阀④排气阀⑤和活塞冲击缸①中的进气阀④排气阀⑤结构相同)，上盖板99上开有通气孔，下底板105上开有导气孔。实心推杆102的底部有一凸台、上部有一截面为正方形的棱柱体、最上部是螺栓。重锤E、F、G装在实心推杆102上。在重锤E的中心有一通孔，通孔的下半部份是圆孔，圆孔的直径大于空心推杆101的外径，通孔的上半部份是与实心推杆102上的正方形的棱柱体相配的正方形棱柱孔。重锤F的中心有一螺纹孔。重锤G的中心有一伸出的螺杆。在图11中：-1和-2是配气阀的二种状态图。在配气阀中：闷盖116和封盖123通过螺栓将阀体H和阀体I压成一体，在阀体H上开有进气口110、出气口111、排气口113，在阀体H的内部装有密封圈118(图中三只密封圈，都是采用Y型或Yx型)和套圈117，密封圈118的开口朝向套圈117。在阀体I上开有一只进气口114和二只出气口113，阀体I的内部的套圈122和固定圈121之间装有密封圈118，密封圈118的开口朝向固定圈121。阀体I和阀体H之间装有密封圈118，密封圈118的开口朝向阀体I。阀体I和阀体H的内腔装有阀芯120，阀芯120的中部有一凸台，凸台的上侧面上装有平面密封圈119，凸台和平面密封圈119的总厚度≥进气口114的直径；阀芯120内部有一圆孔，孔内装有弹簧115。

    重锤冲击缸的工作原理如下：在初始状态时，重锤E中心圆孔的上平面压紧在空心推杆101的上平面上，并通过空心推杆101将活塞103压紧在下底板105上。同时重锤E的下平面将进气阀④的阀芯压下，进气阀④呈开启状态。配气阀呈-1状态，此时气源压缩空气的进气口114呈关闭状态，出气口113和排气口112导通。

    气源连接进气阀④的进气口109和配气阀的进气口114。开启气源开关，高压空气从进气阀④的进气口109进入，由出气口108经气管由配气阀的进气口110进入阀体H的内腔，出气口108用气管和排气阀⑤的进气口106相连，由于此时排气阀⑤是关闭的，进入阀体H内腔的压缩空气推动阀芯120向下移动，阀芯120向下移动时，先封住排气口112，再打开进气口114与出气口113之间的通道，来自气源的压缩空气从进气口114通过出气口113由气管经下底板105上的导气孔进入气缸100的下腔，将活塞103推高，同时气缸100上部空腔内的空气从上盖板99上的通气孔排出。当活塞103上升到上死点时，活塞103的上平面将排气阀⑤的阀芯顶起，排气阀⑤开启。阀体H内腔的压缩空气由出气口111通过气管经排气阀⑤上的进气口106从出气口107排出，阀芯120在弹簧115的推动下向上移动，阀芯120上的凸台先将进气口114封住，再打开112和出气口113之间的通道，并封住进气口114和出气口113之间的通道，气缸100下腔内的空气通过下底板105上的导气孔由气管经配气阀上的出气口113从排气口112中排出。活塞103上升的同时通过空心推杆121的上平面推动重锤E、F、G快速上升，活塞103和空心推杆121上升到上死点时停止，但重锤E、F、G在惯性的作用下作上抛运动带动实心推杆102继续上升，在气压正常的情况下，在实心推杆102下部的凸台触及空心推杆121里面上部的台阶时重锤E、F、G已经停止上升，如果气压太高，实心推杆102下部的凸台就钩住空心推杆121里面上部的台阶，使重锤E、F、G停止上升。然后，重锤E、F、G在自重的作用下带动实心推杆102下落。当重锤E中心圆孔的上平面压到空心推杆101的上平面后，重锤E、F、G通过空心推杆121推动活塞103下行。当活塞103下行到底时，重锤E、F、G通过空心推杆121和活塞103撞击下底板105产生向下的冲击力。同时重锤E的下平面将进气阀④的阀芯压下，进气阀④打开，压缩空气从进气阀④上的进气口109进入，由出气口108经气管由配气阀的进气口110进入阀体H的内腔，压缩空气推动阀芯120向下移动，阀芯120向下移动时，先封住排气口112，再打开进气口114与出气口113之间的通道，来自气源的压缩空气从进气口114通过出气口113由气管经下底板105上的导气孔进入气缸100的下腔，将活塞103推高进入下一个循环。

    当活塞103上行时，为避免活塞103的上平面和上盖板99的下平面之间产生刚性碰撞，需在上盖板99的下平面装一块缓冲橡胶垫。在另一只重锤冲击缸上，没有进气阀和排气阀，下盖板上的导气口经气管与配气阀上的另一只出气口113相连，左右二只重锤冲击缸受同一只配气阀的控制同步运动。

    在实施例2中，所用的支架和移动平台与实施例1相同。

    下面描述本发明的操作实施过程：在岸边，对准要布桩的方向先用打桩机打入二根桩，打桩时先由一人将桩体扶正，另一个将图3中的支架②套在桩体上，插入活动夹持块⑥，用锁紧螺栓37将活动夹持块⑥和U型板42夹紧在桩体上。如果使用的是活塞冲击缸，则将二只活塞冲击缸的下底板4分别插入二块支承板40上的固定锁紧块38和活动锁紧块36之间，拧紧紧定螺栓39，将活塞冲击缸固定在支架②上。接通气管，开启气源将桩体打入地下。如果使用的是重锤冲击缸，则先将重锤冲击缸通过下底板105固定在支架②上，再将重锤E套入实心推杆102的正方形的棱柱体上，然后将重锤F旋入实心推杆102的螺栓上并与重锤E拧紧，最后将重锤G拧紧在重锤F上，接通气管，开启气源将桩体打入地下。

    打好二根桩后，将图8中的托架中部的开口方框插入桩体，再插入移动座81并在销孔96中穿入销轴，拧紧螺杆92推动活动卡94将托架夹紧在桩体上。装好二只托架后，将图7中的三根槽钢68用螺栓73拼成滑轨⑩装在托辊80上，再用压板77将滑轨⑩压紧。

    在滑轨⑩上装设图6中的移动平台，在导向柱61的顶部吊梁60上，装一只最小的手拉葫芦，将组装好的打桩机挂在平台67的上方。将导向柱61上的导向架⑨推高到平台67的下沿后锁住，将一只托架从滑轨⑩的前面下部装入。图7中的防脱钩挂住滑轨⑩，托架向后，撞开定位板74，通过定位板74后再回移到靠在定位板74上。二根滑轨⑩上的二块定位板74的作用是保持托架与滑轨⑩垂直。再用压板77将托架压紧在滑轨⑩上。

    将桩体从滑轨⑩的内档插入水中，桩体的中部卡入托架的开口内，上部用导向架⑨固定，此时桩体保持垂直状态。用手拉葫芦将打桩机吊到合适高度后将打桩机固定在桩体上，开动打桩机将桩体打入地下。一根桩打好后，松开打桩机，用手拉葫芦将打桩机吊高，松开压板，将滑轨⑩向前推过一个桩位，移动平台又回到图6状态，压紧压板后即可打下一根桩。

    本发明的积极效果是：

    由于采用压缩空气作为动力，只要有足够长的气管，工作半径不受限制。

    因为有移动平台，施工速度快，工作强度低，桩体定位准确方便。

    采用标准的组合钢管桩后，施工速度更快。