一体化桩帽成形器的制作方法

本实用新型属于桩基施工技术领域，尤其是涉及一体化桩帽成形器。

背景技术：

现如今，钻孔灌注桩成桩后，通常采用人工方式进行桩帽施工，桩帽一般为混凝土结构。如图1-1至图1-6所示，采用人工方式进行桩帽施工时，施工过程主要包括以下步骤：第一步、钻孔1-1成型后，将钻杆1-2边向上提边通过钻杆1-2向钻孔1-1内灌注混凝土，详见图1-1；第二步、将钻杆1-2向上提至钻孔1-1外侧，且待钻孔1-1内所灌注混凝土凝固后，获得灌注桩桩体1-3，为保证桩头质量，灌注桩桩体1-3的顶部标高一般都要高出预先设计的桩顶标高，详见图1-2；第三步、根据预先设计的桩帽1-5的直径D和高度h，人工在桩头处挖出用于施工桩帽1-5的土模1-4，土模1-4的直径和高度分别与预先设计的桩帽1-5的直径D和高度h相同，详见图1-3；第四步、人工将灌注桩桩体1-3的桩头截短至预先设计的桩顶标高，获得施工成型的桩身1-6，详见图1-4；第五步、在土模1-4内灌注混凝土，详见图1-5；第六步、待土模1-4内所灌注混凝土凝固后，获得施工成型的混凝土桩帽1-5，详见图1-6。

采用上述人工方式进行桩帽施工的方法，存在以下主要问题：第一、施工效率低下：每人每天只能施工3个～5个桩帽；第二、成本高：纯人工制作，人力成本高；第三、施工质量不可控：因施工人员操作不规范，桩帽施工质量不能得到有效保证；第四、施工过程复杂，劳动强度高；第五、需在桩身混凝土凝固后再进行桩帽施工，影响钻孔灌注桩的施工工期。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一体化桩帽成形器，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，桩身施工过程中能同步自动完成桩帽施工过程，施工简便、快速，施工过程易于控制，且施工成型的桩帽质量高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种一体化桩帽成形器，其特征在于：包括支架、安装在支架下方且对需施工桩帽进行成孔施工的桩帽成型钻头、带动所述桩帽成型钻头进行连续转动的旋转驱动装置和带动支架沿所述桩帽成型钻头的中心轴线进行上下移动的提升装置，所述支架安装在所述提升装置上；所述桩帽成型钻头为圆柱状且其高度大于h，所述桩帽成型钻头的外径为D，其中D为桩帽的直径，h为桩帽的高度，所述桩帽为圆柱状桩帽；所述桩帽成型钻头包括空心套筒和由上至下布设在空心套筒外侧壁上的螺旋叶片，所述空心套筒安装在支架上，所述空心套筒与所述旋转驱动装置进行传动连接。

上述一体化桩帽成形器，其特征是：所述螺旋叶片的外径由上至下均相同或由上至下逐渐缩小。

上述一体化桩帽成形器，其特征是：所述空心套筒同轴套装在对所施工钻孔灌注桩的桩孔进行施工的钻杆上，所述支架上开有供钻杆穿过的通孔。

上述一体化桩帽成形器，其特征是：所述桩帽成型钻头呈竖直向布设。

上述一体化桩帽成形器，其特征是：所述支架为T字形支架，所述T字形支架包括水平支架和安装在所述水平支架外侧的竖向支架，所述空心套筒安装在所述水平支架上；所述竖向支架安装在所述提升装置上。

上述一体化桩帽成形器，其特征是：所述提升装置为液压缸，所述液压缸与所述桩帽成型钻头呈平行布设。

上述一体化桩帽成形器，其特征是：所述空心套筒上同轴安装有传动轴，所述传动轴为空心轴；所述传动轴位于空心套筒上方，所述传动轴通过轴承安装在支架上，所述空心套筒通过传动轴安装在支架上；所述传动 轴与所述旋转驱动装置进行传动连接。

上述一体化桩帽成形器，其特征是：所述传动轴与所述旋转驱动装置之间通过传动机构进行传动连接，所述传动机构为齿轮传动机构；所述齿轮传动机构包括主动齿轮和与主动齿轮相啮合的从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮均呈水平布设且二者均与传动轴呈垂直布设，所述从动齿轮同轴套装在传动轴上，所述主动齿轮安装在所述旋转驱动装置的动力输出轴上。

上述一体化桩帽成形器，其特征是：所述旋转驱动装置为液压马达，所述液压马达安装在支架上。

上述一体化桩帽成形器，其特征是：还包括主控装置、对所述桩帽成型钻头的转速进行实时检测的转速检测单元、对所述桩帽成型钻头的转向进行实时检测的转向检测单元和对支架的提升高度进行实时检测的高度检测单元，所述旋转驱动装置和所述提升装置均由主控装置进行控制；所述转速检测单元、转向检测单元和高度检测单元均与主控装置连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单且加工制作简便，投入成本较低。

2、结构设计合理，包括支架、安装在支架下方的桩帽成型钻头、带动桩帽成型钻头进行连续转动的旋转驱动装置和带动支架沿桩帽成型钻头的中心轴线进行上下移动的提升装置，支架安装在提升装置上；该一体化桩帽成形器结构紧凑，并且具有自动提升和钻进功能。

3、安装简便且拆除方便，只需同轴套装在钻杆外侧即可，占用空间小，使用操作方式灵活。

4、使用操作简便且使用效果好，桩身施工过程中能同步自动完成桩帽施工过程，施工简便、快速，施工过程易于控制，且施工成型的桩帽质量高，同时能有效降低施工成本，实现桩帽机械化施工，施工过程控制简便，能有效解决现有钻孔灌注桩桩帽施工方法存在的施工效率低下、成本高、施工质量不可控、施工过程复杂、劳动强度高、需在桩身混凝土凝固 后再进行桩帽施工、施工工期长等问题。并且，本实用新型的施工方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，具有以下几方面优点：第一、施工效率高：在成桩的同时成形桩帽并灌注混凝土，不占用额外的施工时间，能有效桩基施工工期；第二、成本低：全机械化作业，无额外人工费用，一体化桩帽成形器能简便装在桩机上工作，无需另外的独立设备；第三、施工质量可控：桩帽的高度和直径大小取决于钻头的大小与钻进过程中参数的设定，少人为影响，质量稳定。

综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，桩身施工过程中能同步自动完成桩帽施工过程，施工简便、快速，施工过程易于控制，且施工成型的桩帽质量高。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1-1为现有采用人工方式施工桩帽过程中向钻孔内灌注混凝土时的施工状态示意图。

图1-2为现有采用人工方式施工桩帽过程中混凝土灌注完成后的施工状态示意图。

图1-3为现有采用人工方式施工桩帽过程中土模施工完成后的施工状态示意图。

图1-4为现有采用人工方式施工桩帽过程中桩头截短至预先设计的桩顶标高后的施工状态示意图。

图1-5为现有采用人工方式施工桩帽过程中向土模内所灌注混凝土时的施工状态示意图。

图1-6为现有采用人工方式施工成型桩帽的结构示意图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为采用本实用新型对桩帽进行施工时的施工方法流程框图。

图3-1为采用本实用新型进行桩身混凝土灌注施工过程中的施工状态示意图。

图3-2为采用本实用新型进行桩身混凝土灌注施工完成后的施工状态示意图。

图3-3为采用本实用新型进行桩帽成形器下钻形成土模时的施工状态示意图。

图3-4为采用本实用新型进行桩帽混凝土灌注施工过程中的施工状态示意图。

图3-5为采用本实用新型进行桩帽混凝土灌注施工完成后的施工状态示意图。

图4为本实用新型的电路原理框图。

附图标记说明:

1-1—钻孔； 1-2—钻杆； 1-3—灌注桩桩体；

1-4—土模； 1-5—桩帽； 1-6—桩身；

1-7—底部钻头； 2-1—空心套筒； 2-2—螺旋叶片；

3—轴承； 4—轴承外套； 5—传动轴；

6—支架； 7—液压马达； 8—主动齿轮；

9—从动齿轮； 10—液压缸； 11-1—主控装置；

11-2—转速检测单元； 11-3—转向检测单元； 11-4—高度检测单元。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型包括支架6、安装在支架6下方的桩帽成型钻头、带动所述桩帽成型钻头进行连续转动的旋转驱动装置和带动支架6沿所述桩帽成型钻头的中心轴线进行上下移动的提升装置，所述支架6安装在所述提升装置上；所述桩帽成型钻头为圆柱状且其高度大于h，所述桩帽成型钻头的外径为D，其中D为需施工桩帽1-5的直径，h为桩 帽1-5的高度，所述桩帽1-5为圆柱状桩帽；所述桩帽成型钻头包括空心套筒2-1和由上至下布设在空心套筒2-1外侧壁上的螺旋叶片2-2，所述空心套筒2-1安装在支架6上，所述空心套筒2-1与所述旋转驱动装置进行传动连接。

实际加工时，所述螺旋叶片2-2的外径由上至下均相同或由上至下逐渐缩小。其中，当所述螺旋叶片2-2的外径由上至下均相同时，所述螺旋叶片2-2的宽度由上至下均相同；当所述螺旋叶片2-2的外径由上至下逐渐缩小时，所述螺旋叶片2-2的宽度由上至下逐渐缩小。

并且，所述螺旋叶片2-2的螺距由上至下均相同。

本实施例中，所述螺旋叶片2-2的外径由上至下均相同。

本实施例中，所述空心套筒2-1同轴套装在对所施工钻孔灌注桩的桩孔进行施工的钻杆1-2上，所述支架6上开有供钻杆1-2穿过的通孔。

实际加工时，所述桩帽成型钻头的高度为1.5h～2.5h。其中，h为桩帽1-5的高度。

本实施例中，所述桩帽成型钻头呈竖直向布设。

本实施例中，所述支架6为T字形支架，所述T字形支架包括水平支架和安装在所述水平支架外侧的竖向支架，所述空心套筒2-1安装在所述水平支架上；所述竖向支架安装在所述提升装置上。

实际加工时，所述支架6为多根型钢杆件焊接而成的型钢支架。

本实施例中，所述提升装置为液压缸10，所述液压缸10与所述桩帽成型钻头呈平行布设。

实际安装时，所述竖向支架安装在液压缸10的活塞杆上。

本实施例中，所述空心套筒2-1上同轴安装有传动轴5，所述传动轴5为空心轴；所述传动轴5位于空心套筒2-1上方，所述传动轴5通过轴承3安装在支架6上，所述空心套筒2-1通过传动轴5安装在支架6上；所述传动轴5与所述旋转驱动装置进行传动连接。

并且，所述传动轴5通过轴承3安装在支架6的所述水平支架上。

实际使用时，所述钻杆1-2从传动轴5内侧中部穿过且二者呈同轴布设。

所述水平支架上开有供轴承3安装的安装孔，所述传动轴5从所述安装孔内穿过。

本实施例中，所述轴承3外侧同轴套装有轴承外套4。

本实施例中，所述传动轴5与所述旋转驱动装置之间通过传动机构进行传动连接，所述传动机构为齿轮传动机构；所述齿轮传动机构包括主动齿轮8和与主动齿轮8相啮合的从动齿轮9，所述主动齿轮8和从动齿轮9均呈水平布设且二者均与传动轴5呈垂直布设，所述从动齿轮9同轴套装在传动轴5上，所述主动齿轮8安装在所述旋转驱动装置的动力输出轴上。

本实施例中，所述螺旋叶片2-2的由下至上均设置有刀刃。

本实施例中，所述液压马达7为电动马达，所述液压缸为数字液压缸。

并且，所述液压马达7和所述液压缸均与主控装置11-1连接。

本实施例中，所述液压马达7安装在支架6的所述水平支架上，并且所述竖向支架上设置有对液压马达7进行固定的固定架。所述液压马达7位于所述水平支架上方，所述主动齿轮8和从动齿轮9布设在同一水平面上且二者均位于所述水平支架下方。

同时，如图4所示，本实用新型还包括主控装置11-1、对所述桩帽成型钻头的转速进行实时检测的转速检测单元11-2、对所述桩帽成型钻头的转向进行实时检测的转向检测单元11-3和对支架6的提升高度进行实时检测的高度检测单元11-4，所述旋转驱动装置和所述提升装置均由主控装置11-1进行控制；所述转速检测单元11-2、转向检测单元11-3和高度检测单元11-4均与主控装置11-1连接。因而，实际控制非常简便。

如图3所示，采用本实用新型对钻孔灌注桩桩帽进行施工时，包括以下步骤：

步骤一、桩帽成形器安装：将所述一体化桩帽成形器套装在钻杆1-2上部外侧，并使空心套筒2-1与钻杆1-2呈同轴布设，详见图3-1；

步骤二、桩身混凝土灌注施工：采用钻杆1-2由上向下钻进直至钻进至所施工钻孔灌注桩的设计孔深，获得施工成型的钻孔1-1；再向上提升钻杆1-2，直至钻杆1-2底部与钻孔1-1孔口之间的距离为h时停止提升；向上提升过程中，通过钻杆1-2由下至上同步向钻孔1-1内进行混凝土灌注施工，完成所述钻孔灌注桩的桩身1-6的混凝土灌注施工过程，详见图3-1和图3-2；

本步骤中，步骤一中所述一体化桩帽成形器均位于钻孔1-1上方；

步骤三、桩帽成形器下钻形成土模：通过所述提升装置带动支架6向下移动，所述支架6向下移动过程中带动所述桩帽成型钻头沿钻杆1-2由上向下钻进，获得施工成型且用于施工所述钻孔灌注桩的桩帽1-5的土模1-4，详见图3-3；

步骤四、桩帽混凝土灌注施工：继续向上提升钻杆1-2，所述钻杆1-2向上提升过程中，通过所述提升装置将支架6和安装在支架6下方的所述桩帽成型钻头同步向上提升，直至钻杆1-2和所述桩帽成型钻头均提升至钻孔1-1外侧；向上提升过程中，通过钻杆1-2由下至上同步向步骤三中所述土模1-4内进行混凝土灌注施工，完成桩帽1-5的混凝土灌注施工过程详见图3-4和图3-5；

步骤五、桩帽成型：待步骤三中所灌注混凝土和步骤四中所灌注混凝土终凝后，获得施工成型的桩身1-6和桩帽1-5，所述桩帽1-5位于桩身1-6的正上方且其与桩身1-6浇筑为一体。施工成型的钻孔灌注桩，详见图1-6。

本实施例中，步骤一中进行桩帽成形器安装之前，需先将钻杆1-2移至所述钻孔灌注桩的桩位上；所述钻杆1-2为螺旋打桩机的钻杆，所述螺旋打桩机包括桩架和安装在桩架上的钻进设备，所述钻进设备包括钻杆1-2和驱动钻杆1-2进行连续转动的电动旋转驱动机构；所述电动旋转驱动机构与钻杆1-2的外端部进行传动连接，所述钻杆1-2为内部中空的杆体且其外端与注浆设备相接；

步骤一中所述钻杆1-2的底部安装有底部钻头1-7，所述底部钻头1-7上开有与钻杆1-2内部相通的出浆口；

步骤三中进行桩帽成形器下钻形成土模过程中，待所述桩帽成型钻头由上向下钻进至空心套筒2-1底部与钻杆1-2底部平齐时，停止上下钻进。

本实施例中，先将钻杆1-2移至所述钻孔灌注桩的桩位上时，所述钻杆1-2沿所施工钻孔灌注桩的中心轴线布设。

本实施例中，步骤二中采用钻杆1-2由上向下钻进过程中，所述钻杆1-2采用旋转挤压的方式进行钻孔。

本实施例中，所述钻杆1-2包括内部中空的芯杆和由下至上布设在所述芯杆外侧壁上的杆体外螺纹结构。相应地，所述桩身1-6为长螺旋灌注桩(也称为螺纹桩)，所述桩身1-6上由下至上设置有桩身外螺纹结构。所述杆体外螺纹结构与所述桩身外螺纹结构的结构相同，所述杆体外螺纹结构上均未设置切削齿，并且钻孔过程中不向外侧出土，钻孔过程为全挤土施工过程。

所述桩身外螺纹结构为等螺距螺纹且其为单线螺纹或多线螺纹；所述桩身外螺纹结构为圆柱螺纹。

实际施工时，也可以采用旋转切削与旋转挤压相结合的方式进行钻孔。此时，所述杆体外螺纹结构上设置有切削齿，钻孔过程中向外侧出土，但出土量非常小。因而，钻孔过程为切削与挤土相结合的施工过程，也称为半挤土施工过程。

本实施例中，所述桩身1-6的直径小于桩帽1-5的直径。

并且，所述螺旋叶片2-2的外侧均设置有切削齿或刀刃。

本实施例中，步骤二中采用钻杆1-2由上向下钻进过程中，所述钻杆1-2为顺时针旋转；向上提升钻杆1-2过程中，所述钻杆1-2为逆时针旋转，这样钻杆1-2向上提升过程中，对已成型钻孔1-1无任何作用，施工成型的钻孔1-1为螺纹孔。

实际施工过程中，当桩身1-6上未设置所述桩身外螺纹结构时，顺时 针旋转；向上提升钻杆1-2过程中，所述钻杆1-2为顺时针旋转，这样钻杆1-2向上提升过程中，对已成型钻孔1-1进行挤压，施工成型的钻孔1-1为圆柱形孔。

本实施例中，所述电动旋转驱动机构为动力头，所述动力头采用2012年07月04日公开的公开号为CN102535445A(申请号为CN201210026528.7)的发明专利申请中所公开的大扭矩可调速动力头。

步骤一中所述螺旋打桩机采用公开号为CN102535445A的发明专利申请《长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置及成型方法》中公开的成型装置，区别在于，并且步骤二中的钻孔方法，与公开号为CN102535445A的发明专利申请《长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置及成型方法》中的钻孔方法相同。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。