一种多翅异型桩滚压成型装置及施工方法技术领域
本发明涉及一种桩基础施工设备及施工方法，具体地说是一种多翅异型桩滚压成型装置及施工方法。
背景技术
目前，在基础施工领域里钻孔灌注桩施工是较为普遍的一种成桩方法，它是由履带或步履桩架为主机，挂上动力头及长螺旋钻具构成钻孔机。施工时进行的是置换作业即钻孔取土、压灌混凝土后插钢筋笼一种工法，由于具有投资较少，施工高效，成桩质量高、适应性广及操作简单无污染等优点，很受施工单位很受欢迎。这种工法不仅适用于粘土、沙土，也适用于含水量较高的泥沙土层甚至全风化岩层。所以在我国的城市建筑，甚至部分桥梁基础及高铁工程中得到了广泛的应用，但随着城市的发展楼越盖越高基础也越来越大，这种施工方法的弊病也逐渐显现出来。孔底虚土的处理，入岩能力差等问题影响桩的承载力。所以当要求大承载力时这种工法和现有设备就很难完成。随着基础工程对于桩承载力要求和环保的不断提高，挤土桩逐渐得到了行业内的重视和发展，尤其是它具有承载力高，成桩质量好及无排土等优点得到了一定的发展应用。但由于此种工法有挤土效应，如果布局不当易产生浮桩或使临近桩体挤断等负面效果，所以桩径不能做大，大多在500毫米以内。当要做到摩阻更大的大直径摩擦桩就很难，施工设备也很庞大、复杂且昂贵。那么如何能够在有限的截面积内，也就是相同的混凝土用量情况下使桩截面周长做的更长，侧表面积更大，混凝土强度的利用率更高便成为新的课题。目前，桩在做静载时桩身没有达到破坏强度的情况下桩体就已经开始下沉。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种构造合理，工作可靠，运转平稳，成桩的侧表面积与截面积比大，挤土负面效应降低，承载力大幅提高，成桩质量好，施工效率高的多翅异型桩滚压成型装置及施工方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种多翅异型桩滚压成型装置，其包括注浆器、动力头、钻杆、滚压机构，其特征在于：所述滚压机构由滚压传动轴、限位导向壳体、行星滚压轮组成，所述滚压传动轴上部与钻杆连接固定，下部通过轴承与限位导向壳体连接，所述限位导向壳体外部设有若干个导向翅，内部上下圆周上设有内齿；所述滚压传动轴上设有偏心部分，所述行星滚压轮通过轴承安装在滚压传动轴的偏心部分上，其外部设有若干个滚压翅；所述行星滚压轮上设有与限位导向壳体同轴连接的凸出插入部分，该凸出插入部分上相应地设有与限位导向壳体的内齿啮合的外齿；所述滚压传动轴转动带动行星滚压轮公转，同时所述行星滚压轮围绕着滚压传动轴的偏心部分自转，限位导向壳体通过内齿与外齿配合，限制行星滚压轮与其的相对位置及行星滚压运行轨迹。
所述滚压传动轴上的偏心部分为两段，位于该轴与限位导向壳体的连接部分的上下，且偏心部分回转中心与限位导向壳体中心轴线平行设置。
所述限位导向壳体外部设有四个导向翅，其截面形状为与桩的截面形状相同的四角星型；所述行星滚压轮相应的设有三个滚压翅，其横截面为近似三角星型。
所述限位导向壳体外部设有八个导向翅，其截面形状为与桩的截面形状相同的八角星型；所述行星滚压轮相应的设有五个滚压翅，其横截面为近似五角星型。
所述限位导向壳体内部圆周上的内齿为渐开线或摆线内齿。
所述限位导向壳体外部还设有限制其转动的壳体锁止器。
所述行星滚压轮在滚压传动轴轴向上通过压板固定。
所述滚压传动轴回转中心设有混凝土通道，所述滚压传动轴下端的钻头上上通过门轴连接两个门，门两侧设有切削齿用于切削土。混凝土经过门实现混凝土灌注。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案的还是：一种多翅异型桩滚压成型施工方法，其采用包括注浆器、动力头、钻杆、滚压机构的滚压成型装置，所述滚压机构由滚压传动轴、限位导向壳体、行星滚压轮组成，所述滚压传动轴上部与钻杆连接固定，下部通过轴承与限位导向壳体连接，所述限位导向壳体外部设有若干个导向翅，内部上下圆周上设有内齿；所述滚压传动轴上设有偏心部分，所述行星滚压轮通过轴承安装在滚压传动轴的偏心部分上，其外部设有若干个滚压翅；所述行星滚压轮上设有与限位导向壳体同轴连接的凸出插入部分，该凸出插入部分上相应地设有与限位导向壳体的内齿啮合的外齿；所述滚压传动轴转动带动行星滚压轮公转，同时所述行星滚压轮围绕着滚压传动轴的偏心部分自转，限位导向壳体通过内齿与外齿配合，限制行星滚压轮与其的相对位置及行星滚压运行轨迹；其特征在于：其包括以下步骤：
（1）将所述滚压成型装置的钻杆、滚压机构对准桩位并落钻加压，直至钻杆和滚压机构不再继续下沉为止；
（2）开启动力头进行钻进并持续加压，通过入土的限位导向壳体限位导向，行星滚压轮开始滚压运动直至预定深度，实现多翅异型桩桩孔一次下钻成型；
（3）提升钻杆和滚压机构0.4-0.7米，使位于桩孔底部的滚压传动轴下端的钻头门打开，同时打开注浆器的混凝土泵，通过注浆器加注混凝土；
（4）边提升边旋转钻杆和滚压机构，对多翅异型桩桩孔进行二次滚压成型的同时，继续通过注浆器加注混凝土，直至到达地面标高位置，实现多翅异型桩的混凝土灌注成型；
（5）停止钻杆和滚压机构的提升、混凝土加注及钻杆和滚压机构旋转；
（6）移位桩机，下钢筋笼做桩完成。
本发明上述多翅异型桩滚压成型施工方法，所述步骤（2）中在开启动力头进行钻进并持续加压之前还通过一壳体锁止器对限位导向壳体进行固定，限制其转动。
本发明利用现有的长螺旋钻孔机为主机，使用时，主机钢丝绳通过动力头为钻进提供轴压力。钻杆顶端设有注浆器，用于提钻时灌注混凝土。本发明采用偏心滚压原理，通过行星滚压轮的公转和自转，在固定限位导向壳体的情况下，滚压形成截面不同的多翅异型桩。根据数学原理同周长围成的图形圆形面积最大，所以异形桩相比同面积的圆形桩周长更长,也就是成桩侧表面积更大，所以与土的接触面积可以大幅增加，这使同样的混凝土用量却可获得更大的承载力。对照现有技术，本发明构造合理，工作可靠，运转平稳，成桩的侧表面积与截面积比大，挤土负面效应降低，承载力大幅提高，成桩质量好，施工效率高。得到的桩型不仅提高了侧摩阻，相比取土桩还由于不排土的特点使得承载力得到提高。相同承载力情况下，挤土效应也大幅降低，施工过程也减少了对土壤的扰动和对土壤结构的破坏。
附图说明
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
图1是本发明装置的组成结构示意图图。
图2是图1中A-A向的一种剖视示意图。
图3是图1中A-A向的另一种剖视示意图。
图4是本发明中滚压传动轴的结构示意图。
图5是图4 中B-B向的剖视图。
图6是本发明中滚压传动轴的俯视图。
图中的标号是：1.门轴，2.注浆器，3.动力头，4.钻杆，5. 壳体锁止器，6.销子，7.滚压传动轴，8.上压板， 9.轴承，10.轴承，11.限位导向壳体，11-1.内齿，12.行星滚压轮，13.下压板，14.门。
具体实施方式
如图1所示，一种多翅异型桩滚压成型装置， 其包括注浆器2、动力头3、钻杆4、滚压机构等。主机钢丝绳通过动力头3对钻杆4有下压功能，钻杆顶端的动力头3安装有注浆器2，用于提钻时灌注混凝土。桩机底部装有可以上下滑动限制限位导向壳体11转动的壳体锁止器5。
本发明所述滚压机构由滚压传动轴7、限位导向壳体11、行星滚压轮12组成。所述滚压传动轴7上部通过销子6与钻杆4连接，下部通过轴承10与限位导向壳体11连接。所述限位导向壳体11外部设有若干个导向翅，内部上下圆周上设有内齿11-1；所述滚压传动轴7上设有偏心部分，所述行星滚压轮12通过轴承9安装在滚压传动轴7的偏心部分上，其外部设有若干个滚压翅。
所述行星滚压轮12上设有与限位导向壳体11同轴连接的凸出插入部分，该凸出插入部分上相应地设有与限位导向壳体11的内齿11-1啮合的外齿；所述滚压传动轴7转动带动行星滚压轮12公转，同时所述行星滚压轮12围绕着滚压传动轴7的偏心部分自转，限位导向壳体11通过内齿与外齿配合，限制行星滚压轮12与其的相对位置及行星滚压运行轨迹。具体是：上下两个行星滚压轮12通过轴承9分别装在滚压传动轴7两端的偏心部分上，滚压传动轴7中间部分通过轴承10装在限位导向壳体11内，行星滚压轮12一侧与限位导向壳体11内齿啮合并可以以b为圆心自传，行星滚压轮中心可以以限位导向壳体的中心轴线a为圆心公转并对土壤形成滚压。
进一步，所述滚压传动轴7上的偏心部分为两段，位于该轴与限位导向壳体11的连接部分的上下，且偏心部分回转中心b与限位导向壳体中心轴线a平行设置。如图2、图3、图4、图5、图6所示。
本发明所述滚压传动轴7上可设有一个或多个行星滚压轮12通过轴承装在滚压传动轴7上，且滚压传动轴7的回转中心与限位导向壳体中心同轴布局。在滚压传动轴7全长上分成中部支撑部分和两端偏心部分是同心布局。两端偏心部分装行星滚压轮12。所述限位导向壳体11外部设有三个到五十个导向翅，其截面形状为与桩的截面形状相同的多边型。所述滚压机构中设有一个或多个行星滚压轮，每一个所述行星滚压轮上设有三个到三十个滚压翅。例如：所述限位导向壳体外部11设有四个导向翅，其截面形状为与桩的截面形状相同的四角星型；所述行星滚压轮12相应的设有三个滚压翅，其横截面为近似三角星型。如图3所示。又例如：所述限位导向壳体外11部设有八个导向翅，其截面形状为与桩的截面形状相同的八角星型；所述行星滚压轮12相应的设有五个滚压翅，其横截面为近似五角星型。如图2所示。
所述限位导向壳体11内部圆周上的内齿为渐开线或摆线内齿。通过外齿与内齿配合，限制行星滚压轮12与限位导向壳体11的相对位置及行星滚压运行轨迹。
所述限位导向壳体11外部还设有限制其转动的壳体锁止器5。
所述行星滚压轮12在滚压传动轴7轴向上通过压板固定。上压板8、下压板13卡在滚压传动轴7上用于轴向固定行星滚压轮12和限位导向壳体11，防止脱出。
所述滚压传动轴回转中心设有混凝土通道，所述滚压传动轴下端的钻头上上通过门轴1连接两个门14，门14两侧设有切削齿用于切削土。该混凝土通道上端与钻杆相连通，下端通往门14，混凝土经过门14实现混凝土灌注。
本发明上述多翅异型桩滚压成型施工方法，其采用包括注浆器、动力头、钻杆、滚压机构的滚压成型装置，所述滚压机构由滚压传动轴、限位导向壳体、行星滚压轮组成，所述滚压传动轴上部与钻杆连接固定，下部通过轴承与限位导向壳体连接，所述限位导向壳体外部设有若干个导向翅，内部上下圆周上设有内齿；所述滚压传动轴上设有偏心部分，所述行星滚压轮通过轴承安装在滚压传动轴的偏心部分上，其外部设有若干个滚压翅；所述行星滚压轮上设有与限位导向壳体同轴连接的凸出插入部分，该凸出插入部分上相应地设有与限位导向壳体的内齿啮合的外齿；所述滚压传动轴转动带动行星滚压轮公转，同时所述行星滚压轮围绕着滚压传动轴的偏心部分自转，限位导向壳体通过内齿与外齿配合，限制行星滚压轮与其的相对位置及行星滚压运行轨迹；其特征在于：其包括以下步骤：
（1）将所述滚压成型装置的钻杆、滚压机构对准桩位并落钻加压，直至钻杆和滚压机构不再继续下沉为止；
（2）开启动力头进行钻进并持续加压，通过入土的限位导向壳体限位导向，行星滚压轮开始滚压运动直至预定深度，实现多翅异型桩桩孔一次下钻成型；
（3）提升钻杆和滚压机构0.4-0.7米，使位于桩孔底部的滚压传动轴下端的钻头门打开，同时打开注浆器的混凝土泵，通过注浆器加注混凝土；
（4）边提升边旋转钻杆和滚压机构，对多翅异型桩桩孔进行二次滚压成型的同时，继续通过注浆器加注混凝土，直至到达地面标高位置，实现多翅异型桩的混凝土灌注成型；
（5）停止钻杆和滚压机构的提升、混凝土加注及钻杆和滚压机构旋转；
（6）移位桩机，下钢筋笼做桩完成。
本发明上述多翅异型桩滚压成型施工方法，所述步骤（2）中在开启动力头进行钻进并持续加压之前还通过一壳体锁止器对限位导向壳体进行固定，限制其转动。
本发明利用现有的长螺旋钻孔机为主机，使用时，主机钢丝绳通过动力头3为钻进提供轴压力。钻杆4顶端设有注浆器2，用于提钻时灌注混凝土。本发明采用偏心滚压原理，使得现有旋转的摩擦挤压成型只能是以圆形为主要特征变成了更换不同的行星滚压轮在固定限位导向壳体的情况下就可以形成截面不同的多翅异型桩。所述行星滚压轮的滚压头部分做成最少三翅到最多十几翅的多边形（或多翅型）就可以滚出最少三边到最多几十边型多翅桩，如果行星滚压轮做成圆形也可以滚出圆形孔。根据数学原理同周长围成的图形圆形面积最大，所以异形桩相比同面积的圆形桩周长更长,也就是成桩侧表面积更大，所以与土的接触面积可以大幅增加，这使同样的混凝土用量却可获得更大的承载力。换言之，同样的承载力使得混凝土的用量大幅减少。
本发明构造合理，工作可靠，运转平稳，成桩的侧表面积与截面积比大，挤土负面效应降低，承载力大幅提高，成桩质量好，施工效率高。施工过程由于截面积的减小，使得挤土效应也随之大幅降低，减少了挤土桩的负面效应。该桩型不仅提高了侧摩阻，相比取土桩还由于不排土的特点使得承载力还可进一步得到提高。与现有挤土桩相比不但承载力提高，混凝土用量减少而且由摩擦挤土变成滚动挤土后，所需动力也大幅减少；效率和成桩质量也得到大幅提高。相同承载力情况下，挤土效应也大幅降低，施工过程也减少了对土壤的扰动和对土壤结构的破坏。