一种市政工程用的弧形地基成桩设备所属技术领域
本发明属于打桩技术领域，尤其涉及一种市政工程用的弧形地基成桩设备。
背景技术
目前桩地基技术领域中，建筑用桩成型设备一般为圆形桩，随着建筑越来越高，对
桩地基的强度要求越来越高，传统圆桩想要满足要求，就需要将桩打的更深，并且增大桩的
密度。这样做一方面会使用更多的建筑材料，增加成本，另一方面不利于建筑效率的提高，
那么在不增加成本，并且可以降低密度的情况下设计一种设备是很有必要的。
本发明设计一种市政工程用的弧形地基成桩设备解决如上问题。
发明内容
为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开用于弧形地基的成桩设备，它是采用
以下技术方案来实现的。
一种市政工程用的弧形地基成桩设备，其特征在于：它包括成桩单元、连接机构，
其中多个成桩单元通过连接机构连接在一起，且相邻两个成桩单元之间可以通过连接机构
控制之间的夹角。
上述连接机构包括第一连接板、第二连接板、第一卡块、卡块槽、第二卡块、复位弹
簧、限位环、滑块、圆形通孔、导向滑槽、第一环形支撑、导环、伸缩限转杆，其中第一环形支
撑外缘面上安装有导环，两个第二连接板对称安装在第一环形支撑一侧，第二连接板一侧
开有一个卡块槽，另一侧开有一个圆形通孔；两个第一连接板对称安装在另一第一环形支
撑一侧，第一连接板一侧开有四个均匀交叉的卡块槽，另一侧开有一个圆形通孔；两个第一
连接板与两个第二连接板分别配合，且两个第二连接板位于两个第一连接板之间；第一卡
块与第二卡块通过伸缩限转杆连接在一起，复位弹簧嵌套在伸缩限转杆上，且复位弹簧一
端固定在第一卡块上，另一端固定在第二卡块上；两个第一连接板与两个第二连接板组成
两组配合，对于每一组配合，第一卡块安装在第二连接板的卡块槽中，第二卡块安装在第一
连接板上的卡块槽中；伸缩杆穿过第一连接板与第二连接板中的圆形通孔。
上述成桩单元包括壳体、排土弧板、固定块、突块、第一限位块、涡卷弹簧、转动管、
第二限位块、钢筋、钢筋固定结构、第二环形支撑、水泥管、环形滑槽、伸缩杆，其中钢筋固定
结构安装在水泥管的外缘面上，且钢筋固定结构外缘面上周向均匀地开有四个U形槽；两个
第二环形支撑分别安装在钢筋固定结构的两端；转动管安装在两个第二环形支撑上， 转动
管两端的外缘面均安装在两个连接机构中的第一环形支撑內缘面上；四个突块两两对称安
装在转动管外缘面上；两个第一限位块对称地安装在转动管外缘面上且位于转动管的中间
位置；壳体的两端內缘面上分别开有一个环形滑槽，壳体上下两侧均分布有两个倾斜分布
的弧形通槽，且同侧的一个弧形通槽与另一个弧形通槽沿外壳轴线旋转180度后重合；四个
排土弧板分别滑动安装在壳体上的四个弧形通槽中，排土弧板下侧的两端分别安装有一个
伸缩杆，8个固定块安装在壳体內缘面上，8个伸缩杆分别安装在8个固定块上；每个伸缩杆
上均嵌套有一个拉伸弹簧，且拉伸弹簧一端连接在固定块上，另一端固定在排土弧板上；两
个第二限位块对称地安装在壳体內缘面上，且位于壳体中间位置；壳体通过环形滑槽与导
环的配合安装在转动管上；两个涡卷弹簧安装在转动管与壳体形成的环形空间的两侧，且
位于两个第一环形支撑之间；对于其中任意一个涡卷弹簧其一端安装在转动管的外缘面
上，另一端安装在壳体的內缘面上；突块与排土弧板配合，第一限位块与第二限位块配合；
钢筋贯穿于整个弧形地基的成桩设备，且经过每个成桩单元的钢筋部分分别嵌于与其对应
钢筋固定结构外缘面上的四个U形槽中。
作为本技术的进一步改进，上述成桩单元中的两个涡卷弹簧分别靠近成桩单元两
端相对应的两个第一环形支撑。
作为本技术的进一步改进，上述突块的最高点与排土弧板的中心相接触时，第一
限位块与第二限位块接触。
作为本技术的进一步改进，上述相邻两个成桩单元之间的水泥管通过软管相互连
接。
作为本技术的进一步改进，上述相邻两个成桩单元之间的转动管通过软轴相互连
接。
相对于传统的打桩技术，本发明中一种市政工程用的弧形地基成桩设备，它是由
多个成桩单元通过连接机构连接而成；为了设计一种超静音的打桩设备，本发明的打桩设
备需要将整体设备压于软土中，所以本发明中成桩单元外壳是圆筒形状，且成桩单元越细
越好。成桩单元之间通过软轴传递动力。
本发明中用于弧形地基的成桩设备是通过连接机构连接而成，其中连接机构中第
一连接板上开有四个卡块槽，第二连接板上开有一个卡块槽，且第一连接板和第二连接板
在卡块槽的中心分别开有一个圆形通孔；伸缩杆嵌套于圆形通孔中，且伸缩杆外嵌套安装
有拉伸弹簧；本发明中第一卡块可以根据需要嵌套安装在第一连接板上四个卡块槽中的任
意一个内，第二卡块嵌套安装在第二卡块槽内，且两个卡块之间通过伸缩杆和拉伸弹簧连
接；通过伸缩杆和拉伸弹簧的配合可以将第一卡块和第二卡块固定在第一连接板和第二连
接板上的卡块槽中，且通过伸缩杆和拉伸弹簧可以调节第一卡块在第一连接板上四个卡块
槽中的位置；由于第一连接板上的四个卡块槽方位的不同，所以能够通过改变第一连接板
上四个卡块槽和第二连接板上卡块槽之间的配合来改变两个成桩单元之间的角度，从而满
足了相邻两个成桩单元之间多角度的变化，加大了弧形地基的成桩设备的使用范围。
本发明中钢筋固定结构外侧开有四个均匀分布的U形槽，钢筋通过U形槽的引导贯
穿于整个用于弧形地基的成桩设备，所以本发明中钢筋固定结构上的U形槽对钢筋起到了
导向作用，通过U形槽的引导在成桩设备向外退出时，钢筋更容易地从成桩设备中抽离，而
不会因为钢筋的摆动对成桩设备向外退出时造成影响。本发明中成桩单元两侧的两个连接
机构中的靠近该成桩单元的两个第一环形支撑分别与转动管两端的外缘面接触，转动管可
以相对于两个第一环形支撑转动；两个导环分别安装在两个第一环形支撑的外缘面上；外
壳的两端分别开有一个与导环相配合的环形滑槽，两个导环嵌套安装在与之对应的两个环
形滑槽中；两个环形支撑通过两个导环和两个环形滑槽的相互配合对外壳起到了导向和支
撑的作用；由于它们和外壳和转动管安装关系，保证了转动管能够相对外壳进行转动。本发
明中两个第二环形支撑的內缘面分别安装在钢筋固定结构的两端的外缘面上，且两个第二
环形支撑的外缘面安装在转动管两端的內缘面上；第二环形支撑在钢筋固定结构和转动管
之间起到了支撑的作用，通过它的支撑作用，转动管和钢筋固定结构之间在工作时可以相
互转动且不会相互干涉。具有较强的实用效果。
本发明中当成桩设备工作时，转动管通过软轴带动转动，安装在转动管外缘面上
的突块和第一限位块随之转动；排土弧板和安装在外壳内侧的固定块之间通过伸缩杆连
接，伸缩杆能够满足排土弧板在一定范围内的上下移动。突块转动时会撞击排土弧板，排土
弧板会被突块慢慢地通过弧形通槽从外壳的内侧推到外壳的外侧。在外壳和转动管安装有
涡卷弹簧，在转动管转动过程中会拉紧涡卷弹簧，但是外壳受到了外部井壁上的摩擦，所以
在涡卷弹簧小角度拉紧时不会带动外壳转动及其上安装的排土弧板转动；当突块的最高点
与排土弧板接触时，安装在转动管上的第一个限位块与安装在外壳内侧的第二限位块接
触，第一限位块将推动第二限位块进行转动，从而带动外壳转动，将转动管上的动能传输到
外壳上；完全伸出排土弧板的外壳旋转中会扩大井壁，并将多余的土通过排土弧版的斜面
排出井外。当转动管停止被驱动后，在涡卷弹簧的恢复力下转动管相对于外壳转动。即涡卷
弹簧将带动转动管向相反的方向转动，进而带动突块的转动；随着突块的转动，排土弧版将
会被伸缩杆和复位弹簧慢慢拉回，这时排土弧板将会恢复到原来的位置，从而在弧形地基
的成桩设备退出的时候排土弧板不会对它的退出造成影响。
本发明意在设计一种超低音的加强成桩设备，具体实施方式为：首先在地面上用
常规钻井设备开一个直径一米的深井，目的在于在深井中放置钢筋固定结构用于固定钢
筋，然后通过调节连接结构的连接角度设置好成桩单元的整体弧度，通过辅助设备将成桩
单元从深井四周压入。压入之前转动管和外壳在涡卷弹簧的作用下保持一定的相对位置，
此位置下排土弧板位于外壳内部，同时将钢筋插入所有成桩单元中。由于外壳外部没有排
土弧板，且外壳本身较细极易被压入土中。此过程没有巨大的机械钻土声音，实现了超静音
的有益效果。当最下端的成桩单元在大深井底端露出后，将钢筋从成桩单元中拉出一节，将
拉出的一节固定在钢筋固定结构上；之后通过电机带动最顶端成桩单元的转动管以使得整
个成桩单元中的转动管同时旋转，在旋转时顶出所有的排土弧板，当排土弧板完全被顶出
之后，排土弧板一起随着转动管旋转，旋转的排土弧板就会对之前所压的圆弧孔进行扩孔，
同时将扩孔的土依次从多个排土弧板的斜面自下而上排到地面上。扩孔完成之后，电机停
止驱动，排土弧板缩到外壳内。之后通过辅助设备将成桩单元拉出，同时向水泥管中注入水
泥，过程中注入的水泥和钢筋组成钢筋混凝桩。最后向大圆井中注入能够完全覆盖钢筋固
定结构量的水泥，水泥注入之后用土填平。在下端连接的多个弧形桩所组成的桩地基能够
适应更高的建筑需求。
附图说明
图1是成桩单元结构示意图。
图2是成桩单元结构剖视图。
图3是成桩单元连接结构示意图。
图4是软轴连接结构示意图。
图5是连接机构结构示意图。
图6是第一连接板结构示意图。
图7是第二连接板结构示意图。
图8是伸缩杆连接结构示意图。
图9是伸缩杆连接剖视图。
图10是连接结构剖视图。
图11是排土弧板安装示意图。
图12是排土弧板结构示意图。
图13是排土弧板与固定块安装示意图。
图14是成桩单元内部结构示意图。
图15是限位块安装示意图。
图16是涡卷弹簧安装示意图。
图17是第一环形支撑安装示意图。
图18是第一环形支撑结构示意图。
图19是钢筋固定结构结构示意图。
图20是转动管内部结构示意图。
图21是成桩设备工作原理示意图。
图中标号名称：1、壳体，2、第一连接板，3、第二连接板，4、第一卡块，5、排土弧板 ，
6、卡块槽，7、圆形通孔，8、第二卡块，9、伸缩内杆，10、拉伸弹簧，11、伸缩外套，12、限位环，
13、滑块，14、导向滑槽，15、固定块，16、突块，17、第一限位块，18、涡卷弹簧，19、第一环形支
撑，20、导环，21、转动管，22、第二限位块，23、钢筋，24、钢筋固定结构，25、第二环形支撑，
26、水泥管，27、环形滑槽，28、成桩单元，29、连接机构，30、伸缩杆，31、伸缩限转杆，32、复位
弹簧。
具体实施方式
如图1、2、3所示，它包括成桩单元28、连接机构29，其中多个成桩单元28通过连接
机构29连接在一起，且相邻两个成桩单元28之间可以通过连接机构29控制之间的夹角。
如图3、5、6、7、8、9、10所示，上述连接机构29包括第一连接板2、第二连接板3、第一
卡块4、卡块槽6、第二卡块8、复位弹簧32、限位环12、滑块13、圆形通孔7、导向滑槽14、第一
环形支撑19、导环20、伸缩限转杆31，如图3、5所示，第一环形支撑19外缘面上安装有导环
20，两个第二连接板3对称安装在第一环形支撑19一侧，如图7所示，第二连接板3一侧开有
一个卡块槽6，另一侧开有一个圆形通孔7；如图5、6所示，两个第一连接板2对称安装在另一
第一环形支撑19一侧，如图6所示，第一连接板2一侧开有四个均匀交叉的卡块槽6，另一侧
开有一个圆形通孔7；如图5所示，两个第一连接板2与两个第二连接板3分别配合，且两个第
二连接板3位于两个第一连接板2之间；如图8、9、10所示，第一卡块4与第二卡块8通过伸缩
限转杆31连接在一起，复位弹簧32嵌套在伸缩限转杆31上，且复位弹簧32一端固定在第一
卡块4上，另一端固定在第二卡块8上；两个第一连接板2与两个第二连接板3组成两组配合，
对于每一组配合，第一卡块4安装在第二连接板3的卡块槽6中，第二卡块8安装在第一连接
板2上的卡块槽6中；伸缩杆30穿过第一连接板2与第二连接板3中的圆形通孔7。
如图14、20所示，上述成桩单元28包括壳体1、排土弧板5、固定块15、突块16、第一
限位块17、涡卷弹簧18、转动管21、第二限位块22、钢筋23、钢筋固定结构24、第二环形支撑
25、水泥管26、环形滑槽27、伸缩杆30，如图19、20所示，钢筋固定结构24安装在水泥管26的
外缘面上，且钢筋固定结构24外缘面上周向均匀地开有四个U形槽；两个第二环形支撑25分
别安装在钢筋固定结构24的两端；如图14、17、18所示，转动管21安装在两个第二环形支撑
25上，转动管21两端的外缘面均安装在两个连接机构29中的第一环形支撑19內缘面上；如
图13、14、15所示，四个突块16两两对称安装在转动管21外缘面上；如图13、15所示，两个第
一限位块17对称地安装在转动管21外缘面上且位于转动管21的中间位置；壳体1的两端內
缘面上分别开有一个环形滑槽27，如图11、15所示，壳体1上下两侧均分布有两个倾斜分布
的弧形通槽，且同侧的一个弧形通槽与另一个弧形通槽沿外壳轴线旋转180度后重合；如图
11所示，四个排土弧板5分别滑动安装在壳体1上的四个弧形通槽中，如图13、14所示，排土
弧板5下侧的两端分别安装有一个伸缩杆30，如图14所示，8个固定块15安装在壳体1內缘面
上，8个伸缩杆30分别安装在8个固定块15上；每个伸缩杆30上均嵌套有一个拉伸弹簧10，且
拉伸弹簧10一端连接在固定块15上，另一端固定在排土弧板5上；如图15所示，两个第二限
位块22对称地安装在壳体1內缘面上，且位于壳体1中间位置；如图17所示，壳体1通过环形
滑槽27与导环20的配合安装在转动管21上；如图16所示，两个涡卷弹簧18安装在转动管21
与壳体1形成的环形空间的两侧，且位于两个第一环形支撑19之间；对于其中任意一个涡卷
弹簧18其一端安装在转动管21的外缘面上，另一端安装在壳体1的內缘面上；突块16与排土
弧板5配合，第一限位块17与第二限位块22配合；如图1、2、4所示，钢筋23贯穿于整个弧形地
基的成桩设备，且经过每个成桩单元28的钢筋23部分分别嵌于与其对应钢筋固定结构24外
缘面上的四个U形槽中。
如图16所示，上述成桩单元28中的两个涡卷弹簧18分别靠近成桩单元28两端相对
应的两个第一环形支撑19。
如图14所示，上述突块16的最高点与排土弧板5的中心相接触时，第一限位块17与
第二限位块22接触。
如图4所示，上述相邻两个成桩单元28之间的水泥管26通过软管相互连接。
如图4所示，上述相邻两个成桩单元28之间的转动管21通过软轴相互连接。
综上所述，本发明中一种市政工程用的弧形地基成桩设备，它是由多个成桩单元
28通过连接机构29连接而成；为了设计一种超静音的打桩设备，本发明的打桩设备需要将
整体设备压于软土中，所以本发明中成桩单元28外壳是圆筒形状，且成桩单元28越细越好。
成桩单元28之间通过软轴传递动力。
本发明中用于弧形地基的成桩设备是通过连接机构29连接而成，其中连接机构29
中第一连接板2上开有四个卡块槽6，第二连接板3上开有一个卡块槽6，且第一连接板2和第
二连接板3在卡块槽6的中心分别开有一个圆形通孔7；伸缩杆30嵌套于圆形通孔7中，且伸
缩杆30外嵌套安装有拉伸弹簧10；本发明中第一卡块4可以根据需要嵌套安装在第一连接
板2上四个卡块槽6中的任意一个内，第二卡块8嵌套安装在第二卡块8槽6内，且两个卡块之
间通过伸缩杆30和拉伸弹簧10连接；通过伸缩杆30和拉伸弹簧10的配合可以将第一卡块4
和第二卡块8固定在第一连接板2和第二连接板3上的卡块槽6中，且通过伸缩杆30和拉伸弹
簧10可以调节第一卡块4在第一连接板2上四个卡块槽6中的位置；由于第一连接板2上的四
个卡块槽6方位的不同，所以能够通过改变第一连接板2上四个卡块槽6和第二连接板3上卡
块槽6之间的配合来改变两个成桩单元28之间的角度，从而满足了相邻两个成桩单元28之
间多角度的变化，加大了弧形地基的成桩设备的使用范围。
本发明中钢筋固定结构24外侧开有四个均匀分布的U形槽，钢筋23通过U形槽的引
导贯穿于整个用于弧形地基的成桩设备，所以本发明中钢筋固定结构24上的U形槽对钢筋
23起到了导向作用，通过U形槽的引导在成桩设备向外退出时，钢筋23更容易地从成桩设备
中抽离，而不会因为钢筋23的摆动对成桩设备向外退出时造成影响。本发明中成桩单元28
两侧的两个连接机构29中的靠近该成桩单元28的两个第一环形支撑19分别与转动管21两
端的外缘面接触，转动管21可以相对于两个第一环形支撑19转动；两个导环20分别安装在
两个第一环形支撑19的外缘面上；外壳的两端分别开有一个与导环20相配合的环形滑槽
27，两个导环20嵌套安装在与之对应的两个环形滑槽27中；两个环形支撑通过两个导环20
和两个环形滑槽27的相互配合对外壳起到了导向和支撑的作用；由于它们和外壳和转动管
21安装关系，保证了转动管21能够相对外壳进行转动。本发明中两个第二环形支撑25的內
缘面分别安装在钢筋固定结构24的两端的外缘面上，且两个第二环形支撑25的外缘面安装
在转动管21两端的內缘面上；第二环形支撑25在钢筋固定结构24和转动管21之间起到了支
撑的作用，通过它的支撑作用，转动管21和钢筋固定结构24之间在工作时可以相互转动且
不会相互干涉。具有较强的实用效果。
本发明中当成桩设备工作时，转动管21通过软轴带动转动，安装在转动管21外缘
面上的突块16和第一限位块17随之转动；排土弧板5和安装在外壳内侧的固定块15之间通
过伸缩杆30连接，伸缩杆30能够满足排土弧板5在一定范围内的上下移动。突块16转动时会
撞击排土弧板5，排土弧板5会被突块16慢慢地通过弧形通槽从外壳的内侧推到外壳的外
侧。在外壳和转动管21安装有涡卷弹簧18，在转动管21转动过程中会拉紧涡卷弹簧18，但是
外壳受到了外部井壁上的摩擦，所以在涡卷弹簧18小角度拉紧时不会带动外壳转动及其上
安装的排土弧板5转动；当突块16的最高点与排土弧板5接触时，安装在转动管21上的第一
个限位块与安装在外壳内侧的第二限位块22接触，第一限位块17将推动第二限位块22进行
转动，从而带动外壳转动，将转动管21上的动能传输到外壳上；完全伸出排土弧板5的外壳
旋转中会扩大井壁，并将多余的土通过排土弧版的斜面排出井外。当转动管21停止被驱动
后，在涡卷弹簧18的恢复力下转动管21相对于外壳转动。即涡卷弹簧18将带动转动管21向
相反的方向转动，进而带动突块16的转动；随着突块16的转动，排土弧版将会被伸缩杆30和
复位弹簧32慢慢拉回，这时排土弧板5将会恢复到原来的位置，从而在弧形地基的成桩设备
退出的时候排土弧板5不会对它的退出造成影响。
如图21所示，本发明意在设计一种超低音的加强成桩设备，具体实施方式为：如图
21a、21b所示，首先在地面上用常规钻井设备开一个直径一米的深井，目的在于在深井中放
置钢筋固定结构24用于固定钢筋23，然后通过调节连接结构的连接角度设置好成桩单元28
的整体弧度，如图21c所示，通过辅助设备将成桩单元28从深井四周压入。压入之前转动管
21和外壳在涡卷弹簧18的作用下保持一定的相对位置，此位置下排土弧板5位于外壳内部，
同时将钢筋23插入所有成桩单元28中。由于外壳外部没有排土弧板5，且外壳本身较细极易
被压入土中。此过程没有巨大的机械钻土声音，实现了超静音的有益效果。如图21d所示，当
最下端的成桩单元28在大深井底端露出后，将钢筋23从成桩单元28中拉出一节，将拉出的
一节固定在钢筋固定结构24上；之后通过电机带动最顶端成桩单元28的转动管21以使得整
个成桩单元28中的转动管21同时旋转，在旋转时顶出所有的排土弧板5，当排土弧板5完全
被顶出之后，排土弧板5一起随着转动管21旋转，旋转的排土弧板5就会对之前所压的圆弧
孔进行扩孔，同时将扩孔的土依次从多个排土弧板5的斜面自下而上排到地面上。如图21e
所示，扩孔完成之后，电机停止驱动，排土弧板5缩到外壳内。之后通过辅助设备将成桩单元
28拉出，同时向水泥管26中注入水泥，过程中注入的水泥和钢筋23组成钢筋混凝桩。最后向
大圆井中注入能够完全覆盖钢筋固定结构24量的水泥，水泥注入之后用土填平。在下端连
接的多个弧形桩所组成的桩地基能够适应更高的建筑需求。