一种搅拌加芯桩打桩与插芯一体化设备的制作方法

本实用新型涉及一种搅拌加芯桩打桩与插芯一体化设备，属建筑行业基础施工机械设备技术领域。

背景技术：

随着国家工业与民用建筑领域日新月异的发展，对于建筑物基础的承载力要求越来越高，尤其是广泛应用的各类桩基础。中国发明专利《水泥砂浆喷射多向加芯搅拌桩成桩方法》(ZL200910063340.8)和实用新型专利《双向搅拌齿形链式传动箱》(ZL201220287063.6)中水泥砂浆喷射多向加芯搅拌桩由水泥土搅拌桩中加入混凝土芯桩组成，是一种新型复合桩，它利用原有搅拌桩成桩机械作为机架，由位于钻机底部操作台的动力系统，通过外钻杆转递动力，再通过钻杆顶部配备的专用传动箱，同时带动同心多轴钻杆正反向旋转，在内钻杆上设置多层正向旋转叶片并设置喷浆口，在外钻杆上安装多层反向旋，通过外钻杆叶片反向旋转过程中的压浆作用，以及内钻杆上多层正向旋转叶片同时搅拌水泥土作用，阻断水泥浆上冒途径，把水泥浆基本控制在最上、最下两组叶片之间，保证水泥浆在桩体中均匀分布和充分搅拌均匀，确保成桩质量和大幅提高桩身强度。该方法克服传统桩存在的技术问题，结合搅拌桩、刚性桩、长短桩等现有加固技术，将多向搅拌桩及钢筋混凝土内芯刚性桩结合为同一机械成桩。然而，上述公开专利技术在实际应用中，受到许多条件的约束，不能满足同一机械完成打桩与插芯的一体化成桩要求，且安装不方便，芯桩不能实现吊装自动脱钩与居中，须用人力拉绳对中，芯桩的竖直对中性不理想；另一方面，行业内多为打桩的就是打桩，插芯时须另组织专业设备进行插芯，还有大量采用挖掘机改装的插芯机械，受挖掘机臂部关节部件的运动曲线不能始终处于竖直状态局限，插芯作业时多呈弧线形状下压插芯，难于保证垂直下压芯桩，甚至压下过程中芯桩断裂现象出现。

综上所述，有必要设计一种多向搅拌加芯桩打桩与插芯一体化设备，以适应日益增长的市场需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对背景技术提出问题，设计一种搅拌加芯桩打桩与插芯一体化设备，包括多向传动回转搅拌水泥土成桩机构和芯桩插入机构，是在搅拌桩机基础上进行的技术改进，以实现多向搅拌加芯桩的打桩与插芯一体化同步施工，并根据地基设计要求的桩间距变化，在一定范围内可调，所述芯桩插入机构为门型(或矩形)立柱式结构，芯桩压下时振动与加压共同作用，大提高了作业效率，同时实现了芯桩的吊装自动脱钩与居中，并保证作业时芯桩始终是垂直状态的下压。

本实用新型的技术方案是：一种搅拌加芯桩打桩与插芯一体化设备，用于多向搅拌加芯桩打桩与插芯一体化同步施工；包括：多向传动回转搅拌水泥土成桩机构和芯桩插入机构；所述多向传动回转搅拌水泥土成桩机构包括：搅拌桩机1、底架1-1、多向传动箱2、多向钻3杆和多向搅拌钻头4；多向传动回转搅拌水泥土成桩机构通过内、外钻杆相向回转以及，连接在内、外钻杆上的叶片随钻杆互为反向回转并多向搅拌，实现水泥浆与土体的充分搅拌成桩；所述芯桩插入机构安装在多向传动回转搅拌水泥土成桩机构的底架1-1上；其特征在于：

所述芯桩插入机构包括：门字型框架、斜支撑12、桩间距调节装置13、振动器17、送桩器21、提压双作用卷扬14、工具卷扬15、缓冲补偿装置19、伸缩式起吊头20；所述工具卷扬15用于提吊施工工具；

所述门字型框架包括：二根直立的型钢立柱10、固连在立柱10上端之间的横梁11；所述横梁11上有上滑轮组；所述立柱10下端有铰耳；

所述斜支撑12上端与立柱10的上部或中上部铰接，斜支撑12下端与所述底架1-1铰接；斜支撑12的上段与下段之间，是用于调节斜支撑12总长度的螺纹伸缩装置；

所述桩间距调节装置13包括：形箱13-4、形梁13-5、丝杆底座13-1、丝杆13-3和丝杆螺母13-2；所述形箱13-4有二组，二组形箱13-4分别固连在底架1-1两侧；各形箱13-4的内部均套装有所述的形梁13-5，各形梁13-5均可在各自的形箱13-4内滑动伸出或缩回；形梁13-5上部有铰座13-6，所述铰座13-6与所述立柱10下端的铰耳铰接；所述丝杆底座13-1固连在形箱13-4内部，所述丝杆螺母13-2固连在形梁13-5中，丝杆13-3用于形梁13-5的伸缩量调节并定位；两根形梁之间有连接杆，所述连接杆上安装有下滑轮组；

所述振动器17下部通过螺栓与送桩器21固连，振动器17及送桩器21通过导向滑轮18定位在立柱10的内侧上下移动；所述送桩器21下部连接伸缩式吊头20；

所述提压双作用卷扬14安装在立柱10下部两根型钢之间，所述工具卷扬15安装在所述提压双作用卷扬14上部；

所述提压双作用卷扬14是液压式主卷扬机，所述主卷扬机卷筒为三段式同轴同向旋转卷筒，位于外侧两个卷筒的绕绳方向一致，位于中间卷筒上的绕绳方向与外侧卷筒上的绕绳方向相反；外侧卷筒上的钢丝绳是加压钢丝绳19-1，中间卷筒上的钢丝绳是提升钢丝绳19-2；插桩时，位于外侧的加压钢丝绳19-1收绳，位于中间的提升钢丝绳19-2放绳，反之吊桩时，位于外侧的加压钢丝绳19-1放绳，位于中间的提升钢丝绳19-2收绳；

所述提升钢丝绳19-2沿立柱10向上，绕过上滑轮组后再向下连接在振动器17上部；

所述缓冲补偿装置19包括：旋向相反的预紧弹簧29和主弹簧30组成的组合弹簧、调节装置；所述预紧弹簧29套装在主弹簧30内部且比主弹簧30长，组合后的预紧弹簧29和主弹簧30下端支撑并定位在送桩器21上的支撑板21-1上，所述加压钢丝绳19-1向下绕过下滑轮组后，再向上穿过预紧弹簧29中心并锁紧在预紧弹簧29上端；所述调节装置包括：调节短管26、调节螺母27，所述调节短管26上部是锁紧加压钢丝绳19-1的钢丝绳端卡25，通过调节螺母27实现微调加压钢丝绳19-1的长短，缓冲补偿装置19用于调节加压钢丝绳19-1与提升钢丝绳19-2作用力互为相反时的张弛度，起缓冲补偿作用。其有益效果是：不同绕向且各自独立的提升及加压钢丝绳在提升与下降时的工作工况基本处于同步状态，即提升时，加压钢丝绳处于放松状态，反之，在加压时钢丝绳处于工作状态，而提升钢丝绳处于放松状态。在加压钢丝绳处于工作状态时，首先由稍长的预紧弹簧29工作，当预紧力大于一定值时，主弹簧30与预紧弹簧29共同受力，起到有效地缓冲和补偿，使提升钢丝绳19-2处于放松状态。

所述伸缩式吊头20用于将水平放置在地面上的芯桩9吊运成竖直状，并在芯桩9压下过程中，自动定位芯桩9，且保持芯桩9压下过程中处于垂直状态。

优选地，所述搅拌桩机是液压步履行进式或者是机械滚筒式行进的搅拌桩机。

本实用新型的有益效果是：

在搅拌桩机的基础上进行技术改进，实现搅拌加芯桩的打桩与插芯一体化的同步施工；可根据地基设计要求的桩间距变化，在一定范围内可调；插芯结构为门型或者矩形立柱形式；芯桩压下作业时振动与加压共同作用，安装方便，芯桩可实现吊装自动脱钩与居中，并可保证作业时芯桩垂直下压。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种搅拌加芯桩打桩与插芯一体化设备整机结构示意图；

图2是门型框架在机架上安装部位俯视图；

图3是门型框架正视图；

图4是通过门型框架移动实现桩间距调节示意图；

图5是本实用新型实施例打桩与插芯同时作业时示意图；

图6是门型框架部分结构俯视图；

图7是桩间距调节装置结构示意图；

图8是提吊芯桩时初始状态示意图；

图9是提吊芯桩及插入芯桩状态示意图；

图10是加减压～缓冲补偿装置结构示意图。

图中标记：1—搅拌桩机，1-1—底架，2—多向传动箱，3—多向钻杆，4—多向搅拌钻头，5—搅拌桩施工状态，6—插芯桩施工状态，7—已完工的搅拌桩体，8—已完工的加芯桩桩体，9—芯桩。

10—立柱，11—横梁，12—斜支撑，13—桩间距调节装置，13-1—丝杆底座，13-2—丝杆螺母，13-3—丝杆，13-4—形箱，13-5—形梁，13-6—铰座，14—提压双作用卷扬，14-1—提压双作用卷扬机座，15—工具卷扬，15-1—工具卷扬机座，17—振动器，18—导向滑轮，19—加减压～缓冲补偿装置，19-1—加压钢丝绳，19-2—提升钢丝绳，20—伸缩式吊头，20-1—提吊环链，20-2—滑键，20-3—提吊插销，21-1—支撑板，22—立柱插销，23—加压滑轮，25—钢丝绳端卡，26—调节短管，27—调节螺母，28—弹簧座套，29—预紧弹簧，30—主弹簧，31—螺母。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

如图1～10所示，为本实用新型一种搅拌加芯桩打桩与插芯一体化设备的技术特征是：在搅拌桩机的基础上进行技术改进，实现多向搅拌加芯桩的打桩与插芯一体化的同步施工；并可根据地基设计要求的桩间距变化，在一定范围内可调；插芯结构为门型或者矩形立柱形式；插芯作业时振动与加压共同作用。

图1中，所述搅拌桩机1是液压步履行进式或者是机械滚筒式行进的搅拌桩机中的一种。本实用新型实施例中以液压步履行进式搅拌桩机为例。

由图1可看出，本实用新型实施例中，设备主体结构分别由多向传动回转搅拌水泥土成桩机构及芯桩插入机构组成。施工中工艺过程为：

1、在步履式桩机的动力通过转盘带动方形的外钻杆回转，外钻杆上端通过法兰与双向齿形链式传动箱连接，并将输入的动力经双向齿形链式传动箱中的齿形链传递至内钻杆，使内、外钻杆的旋向互为反向回转，连接在内、外钻杆上的多层工作叶片随钻杆互为反向回转，实现多向(双向)搅拌，达到水泥浆与土体的充分搅拌成桩。

2、多向搅拌水泥土桩成桩过程采用后退式钻进法，即先一个多向搅拌桩完成后，向桩机后侧液压步履移动一个设计桩间距后再进行后一个桩的施工(参考图1和图5)。

3、在后一个搅拌桩施工的同时，在先一个已完成的搅拌桩中，启动位于桩机前端的门型芯桩插入机构，实现搅拌桩的加芯插入。

4、单根多向搅拌加芯桩成桩完成。后续则如上步骤循环作业。

本实用新型实施例中，所述芯桩插入机构，主要功能是提起芯桩、插入芯桩，插入过程中对芯桩进行振动加压。主体结构是安装在桩机底架1-1上呈门字型框架的立柱10以及斜支撑12，包括：呈门字型框架、斜支撑12、桩间距调节装置13、振动器17、送桩器21、提压双作用卷扬14、工具卷扬15、缓冲补偿装置19、伸缩式起吊头20。

参考图1～3、图6，本实用新型实施例中，所述门字型框架包括：二根直立的立柱10、固连在立柱10上端的横梁11；所述横梁11的中部设有上滑轮组；所述立柱10下端有铰耳。本实施例中，二根型钢(钢管)立柱10是主要承力构件，横梁11与立柱10的上端之间，通过螺栓和插孔快速连接。

所述斜支撑12上端与立柱10的上中部穿销铰接，斜支撑12下端与底架1-1穿销铰接；距斜支撑12下端之上约1m处设有螺纹伸缩调节装置，用于微调斜支撑12长度，实现桩间距的辅助微调节。由图1可看出，多向传动回转搅拌水泥土成桩机构与芯桩插入机构有机结合，但又互不干涉，安装与拆装方便快捷。

参见图4和图7，桩间距调节装置13包括：形箱13-4、形梁13-5、丝杆底座13-1、丝杆13-3和丝杆螺母13-2；所述形箱13-4有二组，二组形箱13-4分别固连在底架1-1两侧；所述形梁13-5套装在形箱13-4内部，形梁13-5可在形箱13-4内滑动伸出或缩回；形梁13-5上部有铰座13-6，所述铰座13-6与所述立柱10下端的铰耳铰接；所述丝杆底座13-1固连在形箱13-4内部，所述丝杆螺母13-2固连在形梁13-5中，丝杆13-3用于形梁13-5的伸缩量调节并定位；所述两组形梁之间有横向连接杆，所述连接杆上安装有下滑轮组。本实用新型实施例中，可调节桩间距的范围为1.3～2.2m。

参见图2、图3和图6，振动器17及送桩器21通过导向滑轮18在门型立柱10的内侧上下移动，振动器17采用标准件，与送桩器21通过法兰螺栓连接。液压式提压双作用卷扬14和工具卷扬15分别安装在门型立柱10的后侧靠下部位。液压式的提压双作用卷扬14的作用是通过振动器17及送桩器21实现加压和提升芯桩9，液压式的工具卷扬15的作用是提吊、牵引芯桩9和提吊施工工具。

液压式提压双作用卷扬14是主卷扬机，该主卷扬机的卷筒采用三段式同轴同向旋转，但卷筒的绕绳方向不同，因此作用力亦不同。具体为三段式卷筒的两侧的绕绳方向一致，受力一致，作为加压钢丝绳19-1在插芯加压时的牵引力，而三段式卷筒的居中部分为提升振动器17及送桩器21的容绳区间，其绕绳方向与卷筒两侧的绕绳的受力方向相反，使各自独立的钢丝绳在提升与下降时的工作工况基本处于同步状态。即提升吊桩时，加压钢丝绳19-1处于放松状态，位于外侧的加压钢丝绳19-1放绳，位于中间的提升钢丝绳19-2收绳；反之，在加压插桩时加压钢丝绳19-1处于工作状态时，提升钢丝绳19-2处于放松状态，位于外侧的加压钢丝绳19-1收绳，位于中间的提升钢丝绳19-2放绳。上述液压式提压双作用卷扬14、工具卷扬15的动力均接自搅拌桩机1的液压系统。

如图3，缓冲补偿装置19主要作用是:调节加压钢丝绳19-1与提升钢丝绳19-2作用力互为相反时的张弛度，起到缓冲补偿的作用。该缓冲补偿装置19(见图8)对称安装在送桩器21两侧的加压板上。弹簧座套28上安装有预紧弹簧29和主弹簧30组成的组合弹簧，预紧弹簧29位于主弹簧30内，预紧弹簧29较主弹簧30稍长，组合后的预紧弹簧29与主弹簧30旋向相反，中空的弹簧座套28内套有调节短管26，通过调节螺母27调节经钢绳端卡25固定后的加压钢丝绳19-1的长短，加减压～缓冲补偿装置19用于调节加压钢丝绳19-1与提升钢丝绳19-2作用力互为相反时的张弛度，起缓冲补偿作用。在加压钢丝绳19-1处于工作状态时，首先稍长的预紧弹簧29工作，当预紧力大于一定值时，主弹簧30与预紧弹簧29共同受力，起到有效地缓冲和补偿，使提升钢丝绳19-2处于放松状态。

参见图3、图6和图7，伸缩式起吊头20的作用是能将搅拌桩机1前方的芯桩9，通过设置在送桩器21上的环形链和贯穿于芯桩9上部圆孔的插销，使芯桩9在水平方向约90度和与纵向约0～90度夹角范围内，在提吊高度变化的状态下，实现立面大角度的自动变位，至被吊起的芯桩9处于竖直状，在对准已完成的搅拌桩6位后，下放振动送桩器，此时芯桩9受垂直向压力顶推，芯桩9上的提吊插销20-3进入伸缩式起吊头20的导向缺口，提吊环链20-1不再受力，处于自由状态，同时伸缩式起吊头20没有被芯桩9约束，而沿两侧开有可上下移动的滑槽内自动下落，带有一定倒角的伸缩式起吊头20，自动调节和罩住芯桩9处于居中状态，当继续下移振动送桩器21，加压并辅之于振动时，将芯桩9插入搅拌桩6孔内，完成搅拌桩插芯而成桩。

伸缩式起吊头20为钢板焊接的正方形构件，下部稍大，正、反面开有供芯桩9提吊插销20-3滑入的导向缺口，伸缩式起吊头20的两侧开有可上下移动的滑槽，滑槽内有滑键20-2，所述滑键20-2固连在送桩器21下部两侧。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固连”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上仅为本实用新型的实施例，但并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。