一种桩头智能化破除方法及装置与流程

本发明涉及桥梁桩基工程中超浇桩头一次性破除智能化技术领域，具体是一种将破除桩头的切割、钻孔、预裂融为一体的破除方法及装置。

背景技术：

桥梁桩基工程中破除桩头施工技术在国内外有很多先进的应用技术和机械设备，其中根据最常见的施工方法和机械设备进行分析：目前所见到的通常为人工采用风镐剥离桩头钢筋后，再将剩余部分桩头进行吊离。人工采用风镐剥离桩头易造成作业难度大、环境差，消耗时间长等缺陷，大大增加施工成本，只适用于中小型桥梁桩基工程独桩桩头破除施工，无法满足大、特大型桥梁工程群桩桩头破除。

根据现场人力资源的投入情况进行分析：采用传统桥梁桩基工程群桩大面积桩头破除施工中，为保证桩基桩头质量及施工进度，需投入大量的人工作业进行人工用风镐剥离桩头钢筋，再投入大量的机械设备进行吊离桩头等工作，人工作业生产率极为低，大大增加了施工成本，同时质量安全过程控制无法得到保障。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题是提供一种桩头智能化破除方法及装置，装置构造简单、加工制作成本低，并完全实现智能化操作，大大简化群桩桩头在大面积破除作业程序和现场人力资源投入，提高施工生产效率和质量控制，安全可靠。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种桩头智能化破除方法，包括以下步骤：

步骤1：通过测量仪器放样出桩头顶标高位置，并用记号笔进行标记；采用钢筋保护层测定仪检测出桩基保护层的厚度和钢筋笼主筋的位置；

步骤2：采用切割机沿第二环形轨道切割混凝土，且避免伤到钢筋笼主筋；

步骤3：控制转动液压钻在避开钢筋笼主筋的位置进行钻孔；

步骤4：钻孔成型后，采用液压劈裂机预裂桩头；

步骤5：将预裂的桩头吊出基坑。

进一步的，在步骤5中，采用汽车吊将桩头整体吊离基坑。

进一步的，所述破除方法采用智能化控制，即测量仪器所测量的参数、保护层测定仪检测的参数作为计算机控制系统的输入参数；切割机、转动液压钻机、液压劈裂机由计算机控制系统智能化控制，当设置或改变参数时，计算机控制系统控制运动设备执行相应操作。

进一步的，还包括数据通讯，即布置在桩头上的各种测试设备和执行设备的感应装置监测到数据后，将数据输送至计算机控制系统，计算机控制系统对所收集的数据进行分析、记录归档。

进一步的，所述步骤2具体为：将切割机与第二环形轨道连接，通过计算机控制系统分析保护层的厚度后，计算机控制系统直接控制切割机运行，开始切割混凝土保护层，需确保切割混凝土保护层时不伤到主筋，一次性切割成型。

进一步的，所述步骤3具体为：采用八个液压钻机，且八个液压钻机呈米字型设置，相互之间的距离一定，同时在第一环形道槽内运转，整体移动；在钻孔时，计算机控制系统分析钢筋笼主筋的位置，进而调整钻孔的位置，有效地避开钢筋笼主筋位置。

进一步的，所述步骤4具体为：采用一个液压油泵和八个液压劈裂锤，八个液压劈裂锤呈米字型设置，相互之间的距离一定，同时在第二环形道槽内运转；在预裂混凝土时，液压劈裂锤整体式左右移动，进入钻孔机钻的成型孔内，采用液压油泵同时放或收液压油控制八个液压劈裂锤运行，一次性劈裂桩头。

进一步的，包括预处理过程，即在桩基钢筋笼加工过程中，将伸入承台钢筋及声测管提前用pvc管套住，顶端封堵，下端采用胶带缠裹严密，确保桩基灌注过程中桩头钢筋与混凝土相分离。

进一步的，还包括收集多次破除桩头的各类参数，利于大面积群桩破除。

一种桩头智能化破除装置，包括操作室、吊装系统、动力系统、液压系统、检测系统、钻孔系统、预裂系统和智能化控制系统；

操作室由计算机控制系统、控制装置和数据处理装置组成；控制装置控制管理该智能化装置的切割系统、钻孔系统和预裂系统；计算机控制系统将管理控制检测系统及液压系统；

吊装系统由汽车吊和钢丝吊绳装组成，采用活动螺栓连接，在破除桩头时，采用汽车吊将桩头整体吊离基坑；

动力系统由发电机、总电机和分电机组成，采用汽车吊柴油发动机通过带动发电机将动能转化为电能，为总电机和分电机提供电能，通过总电机来控制分电机，确保各个装置进行正常运行；

液压系统由是由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油组成，液压系统分为总液压油泵、变量泵、分配阀及各个可调式分液压油泵；计算机程序控制总液压油泵、变量泵、分配阀及各个可调式分液压油泵运转，液压连接伸缩杆分液压油泵根据固定光环固定桩头的位置来调节检测装置、切割装置、钻孔装置和预裂装置的高度，并调整、校核各个装置的位置，确保在同一水平面；

检测系统是由传感装置、数据通讯装置、保护层测定仪和第一环形轨道组成，感应接收处理器及数据输送机设置在操作室，并连接计算机；各种传感器分别安装在环形液压钻机、液压锤、第一环形轨道、第二环形轨道及液压油缸的位置上，在施工过程中时时控制各个装置的运行；数据通讯收集各类感应装置监测的数据，并输送至计算机中，计算机对所收集的数据进行分析、记录归档；

切割系统由切割机和第二环形轨道组成，计算机分析保护层的厚度后，直接控制切割机运行，开始切割混凝土保护层；

钻孔系统由八个液压钻机和第一环形道槽组成，八个液压钻机呈米字型设置，相互之间的距离一定；

预裂系统由一个液压油泵、八个液压劈裂锤和第二环形道槽组成，八个液压劈裂锤呈米字型设置，相互之间的距离一定；

智能化控制系统由操作按钮平台、智能化控制平台及感应装置组成，操作按钮平台将各种命令设置于各个按钮，采用按钮控制装置运行，智能化控制平台显示各个装置运行参数，并采用键盘自行设置或改变参数；感应装置由装置的感应器和遥控器组成，远距离控制设备运行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明适用于大、特大型桥梁桩基工程大面积群桩桩头破除智能化机械施工，有效地达到桩头一次性破除完成，该快速破除桩头智能化装置将破除桩头的切割、钻孔、预裂融为一体，实现了快速破除桩头智能化一次破除成型的效果，该设备构造简单，施工方便，有效地解决了原有人工人工用风镐剥离桩头的施工方法，既达到了桩基破除桩头设计规范质量要求，装置运行安全可靠，又能够有效地提高工作效率，加快施工进度，降低施工成本。

附图说明

图1是桩基桩头钢筋布置平面图。

图2是图1中桩基桩头钢筋采用pvc管包裹的a-a断面图。

图3是快速破除桩头智能化装置立面图。

图4是快速破除桩头智能化装置侧面图。

图中：1-桩基纵向主筋；2-钢筋笼加强筋；3-桩基箍筋；4-dn50pvc管；5-dn20pvc管；6-顶端封堵；7-底端胶带缠裹；8-dn50声测管；9-桩身；10-吊钩；11-钢丝吊绳；12-桩基超浇桩头；13-固定钢环；14-液压劈裂锤；15-第二环形道槽；16-保护层测定仪；17-液压钻机；18-第一环形道槽；19-第一转动轴；20-液压连接伸缩杆；21-第二转动轴；22-第三转动轴；23-切割机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。为了提升桩基桩头的破除施工效率，减少人员投入，保证施工质量安全，采用智能化数控技术控制桩头破除的质量。本发明中装置主要包括吊装系统、操作台、智能化控制系统、动力系统、液压系统、检测系统、切割系统、钻孔系统和预裂系统等，现详述如下：

本发明的装置采用结构组合设置，将检测系统、切割系统、钻孔系统、预裂系统组合在一起，结合汽车吊进行桩头破除、吊离施工。采用汽车吊的发动机带动电机进行整体装置运转，通过利用计算机将施工参数输入智能化控制程序，使智能化装置根据程序设置的工序进行施工，首先通过测量仪器放样出桩头顶标高位置，利用钢筋保护层测定仪检测出桩基保护层的厚度和钢筋笼主筋的位置，再利用切割机沿环形轨道进行切割混凝土，避免伤到钢筋笼主筋。通过计算机控制转动液压钻避开钢筋笼主筋位置进行钻孔，钻孔成型后，再利用液压劈裂机进行桩头预裂，最后利用汽车吊将预裂的桩头调出基坑，从而达到桩头一次性切割、钻孔、预裂达破除成型的效果，并在操作平台安装操作感应装置，实现远处遥控控制。

1)操作室是由计算机控制系统、控制装置和数据处理装置组成；控制装置主要控制管理该智能化装置的切割系统、钻孔系统和预裂系；计算机控制系统将管理控制检测系统及液压系统。

2)吊装系统由汽车吊和钢丝吊绳装组成，采用活动螺栓连接，在破除桩头时，利用汽车吊将快速破除桩头智能化装置进行施工，破除完成后，汽车吊可将桩头整体吊离基坑。

3)动力系统由发电机、总电机和分电机组成，利用汽车吊柴油发动机通过带动发电机将动能转化为电能，不仅可以利用汽车吊将快速破除桩头智能化装置吊装移动，还可以为总电机和分电机提供电能，通过总电机来控制分电机，并确保各个装置进行正常运行。

4)液压系统由是由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和液压油组成，液压系统分为总液压油泵、变量泵、分配阀及各个可调式分液压油泵组成。通过计算机程序控制总液压油泵、变量泵、分配阀及各个可调式分液压油泵进行运转，液压连接伸缩杆分液压油泵可根据固定光环固定桩头的位置来调节检测装置、切割装置、钻孔装置和预裂装置的高度，并进行调整、校核各个装置的位置，确保在同一水平面。

5)检测系统是由各种传感装置、数据通讯装置、保护层测定仪和第一环形轨道组成，感应接收处理器及数据输送机安装在操作室，并连接计算机。各种传感器分别安装在环形液压钻机、液压锤、第一环形轨道、第二环形轨道及液压油缸等位置，可在施工过程中时时控制各个装置的运行。数据通讯主要进行收集各类感应装置监测的数据，并输送至计算机中，通过计算机所收集的数据进行分析、记录归档。保护层测定仪检测数据通过第一环形轨道进行环形检测(由于测定仪为精密仪器，检测保护层时可连接，不用时可以取下，减少对仪器的损坏)，并利用数据通讯装置直接传送至计算机进行数据分析。

6)切割系统由切割机和第二环形轨道组成，当各个装置调整、校核完成，保护层测定仪检测完保护层厚度后，可将切割机进行与第二环形轨道连接，通过计算机分析保护层的厚度后，计算机直接控制切割机运行，开始切割混凝土保护层，确保切割混凝土保护层时不会伤到主筋，并能达到一次性切割成型。

7)钻孔系统由八个液压钻机和第一环形道槽组成，八个液压钻机呈米字型设置，相互之间的距离一定，同时在第一环形道槽内运转，整体移动，在钻孔时，通过计算机分析钢筋笼主筋的位置进行调整钻孔的位置，有效地避开钢筋笼主筋位置进行钻孔。

8)预裂系统由一个液压油泵、八个液压劈裂锤和第二环形道槽组成，八个液压劈裂锤呈米字型设置，相互之间的距离一定，同时在第二环形道槽内运转，在预裂混凝土时，液压劈裂锤整体式左右移动，进入钻孔机钻的成型孔内，利用液压油泵同时放(或收)液压油进行控制八个液压劈裂锤运行，达到一次性劈裂桩头。

9)智能化控制系统由操作按钮平台、智能化控制平台及感应装置组成，操作按钮平台是将各种命令设置于各个按钮，利用按钮可控制装置运行智能化控制平台可显示各个装置运行参数，并利用键盘自行设置或改变参数；感应装置由装置的感应器和遥控器组成，可进行远距离控制设备运行。

本发明桩头智能化破除方法包括以下步骤：

一：在桩基钢筋笼加工过程中，将伸入承台钢筋及声测管提前用pvc管套住，顶端封堵，下端采用胶带缠裹严密，可确保桩基灌注过程中桩头钢筋与混凝土的分离。

二、待桩基混凝土达到设计强度后，采用挖掘机进行开挖基坑，挖掘机开挖至设计顶标高时进行人工清底，并人工超挖10cm，方便后期承台垫层浇筑施工。

三、在基坑开挖成型后，利用测量仪器进行放样出桩基设计标高位置，并采用记号笔进行标记；通过试验段多次破除桩头收集各类参数，方便大面积群桩破除桩头施工。

四、在测量放样标注设计顶标高后，采用人工将快速破除桩头智能化装置运至施工现场，人工开始进行连接各个装置，连接完成后，先进行初步调整各个系统装置是否运行正常。重点检查装置智能化控制系统运行程序正常，并通过计算机将破除桩头参数导入快速破除桩头智能化装置控制系统程序中，确保导入数据无误。

五、人工将各个系统装置连接完成、初步调整后，进行二次精调，精调完成后，启动汽车吊，打开发电机开启按钮，并启动总发电机和各分电机，利用电机带动装置运行，开始破除桩头施工。

六、汽车吊将快速破除桩头智能化装置吊装至破除桩头位置后，将固定钢环固定在破除桩头的中部，利用液压连接伸缩杆调整各个装置系统和轨道在同一水平面，首先安装保护层测定仪进行检测设计桩顶位置混凝土保护层厚度和钢筋笼主筋位置(由于测定仪为精密仪器，检测保护层时可连接，不用时可以取下，减少对仪器的损坏)，利用数据通讯装置直接传送至计算机进行数据分析。

数据分析完成后，操作人员将切割装置安装至第二环形轨道，则计算机下达指令启动切割装置运行，开始切割混凝土保护层，保证切割时不会伤到主筋，达到一次性切割成型。混凝土保护层切割完成后，计算机下达指令启动液压钻孔装置，并控制八个液压钻机在第一环形道槽内整体式左右移动，避开钢筋笼主筋进行钻孔。钻孔成型后，计算机再次下达指令启动液压预裂装置，八个液压劈裂锤在第二环形道槽内整体式左右移动，进入钻孔机钻的成型孔内，利用液压油泵同时放(或收)液压油进行控制八个液压劈裂锤运行，达到一次性劈裂桩头。

七、桩头劈裂完成后，通过固定钢环利用汽车吊将破除完成后的桩头吊离基坑，吊离基坑后，操作人员关闭快速破除桩头智能化装置，移动汽车吊开始下一个桩基进行桩头破除，并重复上述工作步骤；同一区间内桩基桩头破除完成后，整体式卸下快速破除桩头智能化装置，有效地保证了桩基整体质量，施工过程安全可靠。