一种载体桩的施工设备技术领域
本申请涉及土木工程领域，具体涉及一种载体桩的施工设备。
背景技术
载体桩是近年来发展迅速、应用广泛的一种新桩型，具有承载能力高、适应范围
广、造价经济等优点，其是核心机理是桩端下一定深度和范围的土体密实，施工中将护筒沉
至设计标高后，分批向护筒内投入填充料，用柱锤反复夯实形成载体，达到三击贯入度要求
后再填入混凝土夯实，最后再灌注混凝土成桩。因此，用于载体桩施工的配套设备，其主要
能力和控制要点，是如何快捷方便的实现填料、夯实、测量三击贯入度。
而目前用于载体桩施工的配套设备，全部都是人工控制操作，特别是在填料、夯
实、测量三击贯入度等方面，需要多名熟练技术工人配合共同完成，这种现状不仅造成施工
成本增加、效率低下等负面影响，而且对载体桩的施工质量易产生诸多不利影响，具体如：
1、由人工操作卷扬机提升夯锤，夯锤的落距不能够精确地控制，在一些灵敏度较高的土层，
夯锤的落距过大容易造成锤出护筒较多，造成土体的扰动，影响成桩的质量和效率；2、由人
工用铁锹等工具向护筒中填料，这种方式使每次填料的数量与夯锤的落距不能精确的配
合，尤其是经常性的出现填料过多时填料进入护筒过多无法夯出护筒造成护筒破坏，或者
填料过少锤出护筒的长度过多造成土体的扰动等情况，而且对于总的填料量无法做到精确
地计量。3、三击贯入度的测量是载体桩载体的主要控制指标，而采用人的手工测量三击贯
入度，存在着计量精确度较差、量测时间较长、量测状态不一致等问题，对桩的承载力影响
最大。4、人工操作一定会有疲劳期，特别是在填料、夯实的操作过程中，极易造成工伤事故
或者质量事故的发生。
因此研发一种自动化的载体桩施工设备，在填料、夯实、测量三击贯入度等方面实
现机械化、自动化，是降低成本、提高工效的需要，也是精准测量、严密控制、提高成桩质量
的需要。
发明内容
本实用新型是为了解决上述的问题而提出的，目的在于提供一种载体桩的施工设
备，在提高施工质量、保证人机安全的同时，降低施工成本。
为实现上述目的，本实用新型的一种载体桩的施工设备，其包括有桩架和夯击系
统，所述桩架包括横向的底盘和相对上述底盘立起的支架，所述夯击系统包括护筒、夯锤和
设于底盘上的主卷扬机，该主卷扬机通过钢丝绳悬吊并带动夯锤在护筒的内部上下运动，
实现对底部的土体或者填料进行夯击；其特征在于：该施工设备还包括自动填料装置、自动
夯击控制装置、三击贯入度自动测量装置，所述自动填料装置将填料分次的、定量的自动填
入到护筒中；所述自动夯击控制装置控制主卷杨机按照人工预设或程序自动计算的高度自
动提升夯锤，与自动填料装置配合对每次的填料进行夯击；所述三击贯入度自动测量装置
对夯锤每一次下落夯击后的贯入度数值进行自动测量并记录。
上述施工设备中，还包括底盘支撑装置或/和移动旋转装置，底盘支撑装置包括设
于底盘四周的液压或者机械支腿，移动旋转包括液压步履式、履带式、导管式中的一种或几
种。
上述施工设备中，护筒的上方视施工要求能够加设振动头或柴油锤或液压锤，通
过加设上述装置实现桩的成孔施工或者加快成孔速度。
上述施工设备中，底盘上还设有另一个副卷扬机，该副卷扬机通过钢丝绳和滑轮
组而带动护筒上升或下沉，从而实现桩的成孔施工和护筒护壁。
上述施工设备中，还包括控制器，上述自动填料装置、自动夯击控制装置、三击贯
入度自动测量装置分别通过有线或者无线方式连接该控制器，由控制器设定自动填料的数
量和次数、主卷扬机提升夯锤的高度、三击贯入度的标准数值，从而实现对施工参数的设
定、监测、记录，并按照设计参数控制自动化的施工。
上述施工设备中，自动填料装置包括料斗、送料器、进料控制器，为一体式或分体
式，进料控制器通过继电器和闸门而控制进料量，该料斗视施工需要可以设于施工设备的
前、后中、左、右多个位置，在料斗中装满填料后可一次性满足多根载体桩的施工需要。
上述施工设备中，自动夯击控制装置设于主卷扬机上，该自动夯击控制装置能够
自动提升夯锤、在提升到设定高度后自动放松钢丝绳使夯锤下落、在完成后夯击后自动对
钢丝绳进行制动。
上述自动夯击控制装置包括分别控制主卷扬机的刹车杆和离合杆的气动或液压
电磁阀、气动或液压推杆，该方式能够较容易的对现有的卷扬机进行改装
上述自动夯击控制装置中的气动或液压推杆通过紧固螺丝与主卷扬机的刹车杆
及离合杆相连，松开螺丝后可由人工直接操作主卷扬机中的刹车杆及离合杆，从而实现自
动、半自动或者手动操作之间的简易切换。
上述施工设备中，三击贯入度自动测量装置即能够测量并记录每一击贯入度，也
能够测量并记录三击贯入度的累计数值，还能够判断后一次的贯入度是否不大于前一次的
贯入度。
上述施工设备中，三击贯入度自动测量装置设于主卷杨机上，包括设于主卷扬机
卷筒侧面与卷筒同轴的大齿轮、与大齿轮啮合的小齿轮、设于小齿轮上的磁电式旋转编码
器、设于主卷扬机控制箱内的电流互感器、设于主卷扬机底座的接近开关、连接上述电流互
感器和接近开关和编码器的计算模块或芯片，该计算模块或芯片设于上述控制器中；主卷
扬机卷扬时，带动上述大、小齿轮转动从而通过编码器记录卷筒的旋转位置；通过卷扬过程
中的电流阶跃及震动判定钢丝绳由松弛变为绷紧的时刻；通过上述计算模块或芯片计算前
后两次卷扬过程中钢丝绳由松弛变为绷紧时刻的卷筒旋转位置差值确定当次贯入度，通过
计算模块或芯片的存储功能计算三击贯入度累计数值。该三击贯入度自动测量装置对主卷
扬机的卷筒圈数采集精度可达到1/5000圈，对钢丝绳行程记录精度可达到1cm以下，计数器
采样周期可达到100KHz，时间延迟分辨率约1ms。
上述施工设备中，通过三击贯入度自动测量装置所测量的贯入度结果，对自动填
料装置和自动夯击控制装置进行调整控制，该调整控制包括在每次夯击后判断三击贯入度
是否达到预先设定的目标值，如已达到目标值将不再夯击；若未达到目标值，则根据贯入度
结果加大或减小自动填料装置的填料量，或者提高或降低自动夯击控制装置提升夯锤的高
度。
上述施工设备能够用于施工挤密桩，在进行挤密桩施工时该施工设备不包括护
筒。挤密桩一般采用碎石、渣土、灰土等材料在地基土体中夯实挤密后形成复合地基，在进
行挤密桩施工时一般检测一击贯入度。
为实现上述目的，本实用新型还包括一种三击贯入度自动测量装置，其特征在于，
该装置能够在载体桩施工中，自动测量夯锤在一定的高度位置自由下落击打于地基内土体
或者填料之后所产生的变形数值，即夯锤的一击贯入度，且该装置能够连续测量多击贯入
度并能够将测量数据或者经计算后的测量数据记录并输出。
上述三击贯入度自动测量装置，即能够测量并记录每一击贯入度，也能够测量并
记录三击贯入度的累计数值，还能够判断后一次的贯入度是否不大于前一次的贯入度。
上述三击贯入度自动测量装置，设于主卷杨机上，包括设于主卷扬机卷筒侧面与
卷筒同轴的大齿轮、与大齿轮啮合的小齿轮、设于小齿轮上的磁电式旋转编码器、设于主卷
扬机控制箱内的电流互感器、设于主卷扬机底座的接近开关、连接上述电流互感器和接近
开关和编码器的计算模块或芯片；主卷扬机卷扬时，带动上述大、小齿轮转动从而通过编码
器记录卷筒的旋转位置；通过卷扬过程中的电流阶跃及震动判定钢丝绳由松弛变为绷紧的
时刻；通过上述计算模块或芯片计算前后两次卷扬过程中钢丝绳由松弛变为绷紧时刻的卷
筒旋转位置差值确定当次贯入度，通过计算模块或芯片的存储功能计算三击贯入度累计数
值。
本实用新型的特点和优势在于：
①在填料、夯实、测量三击贯入度的功能性方面全部改进为自动化，从而在载体桩
的施工中，即实现了对施工参数的预先设定、实时监测、随时记录，并且能按照预先设计的
参数控制自动化施工。
②在填料和夯实的功能性方面改进为自动化，相比人工手动操作其精准程度、配
合程度显著提升，能够完全避免因填料过多或过少和夯击能量不稳定等造成的施工困难、
质量问题。
③自动检测测量三击贯入度，相比人工手动操作其精度高、误差小，并且通过所测
量的贯入度结果，对自动填料装置和自动夯击控制装置进行调整控制。
④施工设备制造成本低、运输方便，并且针对现有的载体桩施工设备可就地改造
装配。
⑤相比现有施工设备，施工的质量、效果和速度等方面有非常显著的提升，并且能
够减少80%以上的人工开支，施工成本大幅降低。
提高人员和设备的安全性。
附图说明
图1是本实用新型的施工设备的第一个较佳实施例的正视结构图，图2为侧视结构
图；
图3和图4是本实用新型的施工设备的第二个和第三个较佳实施例的正视结构图；
图5是本实用新型的施工设备的控制器与自动填料装置和自动夯击控制装置的控
制逻辑图；
图6是本实用新型的施工设备的三击贯入度自动测量装置中的部件装配图；
图7是本实用新型的施工设备的三击贯入度自动测量与自动填料装置和自动夯击
控制装置的控制逻辑图。
具体实施方式
以下通过附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的施工设备的第一个较佳实施例的正视结构图，图2为侧视结构
图，如图1和图2所示，施工设备包括有桩架和夯击系统，所述桩架包括横向的底盘1和竖向
的支架2，所述夯击系统包括护筒3、夯锤4和设于底盘1上的主卷扬机5，从主卷扬机5中伸出
的钢丝绳穿绕支架2顶端的滑轮组8悬吊夯锤4，并带动夯锤4在护筒3的内部上下运动，实现
对底部的土体或者填料进行夯击；底盘1的四周还设有液压腿9用于支撑设备，底盘1之下还
设有回转装置10和行走装置11；护筒3的上端还设有垂直度控制装置6，该垂直度控制装置6
通过左右两条水平臂以卡槽方式与支架2上的垂直导轨相接；底盘1上还设有另一个卷扬机
7，卷扬机7通过绳索和滑轮组能够带动护筒3上升或下沉；底盘1上还设有控制箱19和配电
柜20；该施工设备还包括设于底盘1前端的自动填料装置，该自动填料装置包括料斗12、送
料器13和进料控制器14，进料控制器14利用继电器和闸门控制进料量，料斗12中的填料经
过进料控制器14分次的、定量的控制后落于送料器13上并被送料器13投放于护筒3中；该施
工设备还包括设于主卷扬机5上的自动夯击控制装置15，控制主卷扬机5自动提升夯锤4到
设定高度后自动放松钢丝绳使夯锤4下落填料进行夯击，并在完成后夯击后自动对钢丝绳
进行制动；该施工设备还包括设于主卷扬机5上的三击贯入度自动测量装置16，对夯锤每一
次下落夯击后的贯入度进行自动测量并记录；该设备还包括控制器17，控制器17分别与进
料控制器14、自动夯击控制装置15、三击贯入度自动测量装置16连接。
图3是本实用新型的施工设备的第二个较佳实施例的正视结构图，如图3所示，第
二个实施例和第一个实施例即图1的区别在于，护筒3的上方设有用于进行成孔的中孔振动
头18。
图4是本实用新型的施工设备的第三个较佳实施例的正视结构图，如图4所示，第
三个实施例和第一个实施例即图1的区别在于，不包括护筒3。
图5是本实用新型的施工设备的控制器与自动填料装置和自动夯击控制装置的控
制逻辑图，如图5所示，由控制器（PCL）采集自动夯击控制装置中的接近开关和电流互感器、
三击贯入度自动测量装置中的磁电式旋转编码器所发出的输入信号，并由控制器（PCL）向
自动填料装置的闸门继电器、自动夯击控制装置中的电磁阀发出输出信号。
图6是本实用新型的施工设备的三击贯入度自动测量装置中的部件装配图，其中
图6a为正视图，图6b为侧视图，如图6所示，大齿轮21设于主卷扬机的卷筒侧面且与卷筒同
轴，小齿轮22与大齿轮21啮合，小齿轮22处设有磁电式旋转编码器23，主卷扬机5卷扬钢丝
绳时，即带动大齿轮21、小齿轮22转动从而通过编码器记录卷筒的旋转位置。
图7是本实用新型的施工设备的三击贯入度自动测量与自动填料装置和自动夯击
控制装置的控制逻辑图，如图7所示，根据采样旋转编码器读数计算三击贯入度，并将计算
得数与目标值进行对比判断，未达到目标值则计算下一次夯击的提锤高度及填料量，并向
自动填料装置和自动夯击装置发出控制指令，之后开始卷扬、填料进入下一个动作周期；当
三击贯入度满足目标值，可认为夯击已达到设计要求，卷扬和填料动作结束。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本
领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则
之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。