本发明涉及建筑施工领域，具体地说，涉及一种灌注桩砼振捣装置及其振捣方法。
背景技术：
目前，砼是由胶凝材料(水泥)将集料结合而成的整体密实的工程复合材料。已经广泛应用在建筑工程、桥梁工程、交通工程等基础施工领域。通常情况下，钻孔灌注桩不采用机械振捣的灌注方式，即采用密式砼，但是砼拌和物在搅拌、运输、浇筑过程中，其内部会混入一定的空气，砼在加入外加剂后气泡增多，砼凝结硬化后造成其内部孔隙率增加，经对钻孔灌注桩的砼进行取芯，发现砼芯样表面有气泡、夹砂、裂纹及离析现象。
砼不密实会造成桩的断面削弱，承载力下降。而且，由于砼不密实，就有细微的孔洞和裂隙，外部的水分、盐分和气体就很容易地侵入内部，腐蚀钢筋，导致结构过早的破坏，影响结构的寿命。而目前的插入式砼振捣装置不能有效地进行钻孔灌注桩的砼振捣，所以有必要对目前的砼振捣装置进行进一步改进，以避免砼振捣不密实的危害。
技术实现要素：
一种灌注桩砼振捣装置，包括：振动环；一个或多个电机，沿周向设置在振动环的外围，且各电机的转动轴沿振动环的径向向内穿透振动环；定位筒，为中空管体，且定位筒同轴地设置在振动环的中心；振动套，一个或多个振动套连接于定位筒与振动环之间，并且，在振动套内具有振动轴，振动轴的一端与所述电机的转动轴连接，在振动轴的另一端上设置有偏心块，使得在通过所述电机驱动振动轴旋转时该偏心块与振动套的周向的内壁不断发生碰撞，进而驱动振动环产生高频振动。
优选地，至少一个振动套通过弹簧与振动环的内侧固定连接。
优选地，在弹簧的外周套设有两端密封的橡胶管，防止水泥浆进入。
优选地，在振动环的上表面对称设置有吊环。
优选地，各个振动套沿振动环的径向均匀分布。
优选地，所述电机采用微型潜水电机。
优选地，给各电机供电的电缆内置在振动环内。
优选地，至少一个振动轴与对应电机的转动轴采用万向节连接。
本发明还提供一种利用以上所述的灌注桩砼振捣装置进行灌注桩砼的振捣方法，包括以下步骤：
1)在桩位形成桩孔，并将钢筋笼安置在桩孔内；
2)在钢筋笼内放入由多节导管连接而成的导管串，并将最下一节导管的底端与所述砼振捣装置的所述定位筒连接；
3)将导管串沉桩到桩孔底部后上提低于首批砼浇筑高度的距离，在导管上端安装用于砼浇筑用的漏斗；
4)灌注砼，并在首批砼浇筑后，开启振捣装置，并随砼浇筑面上升逐渐上提导管，使振捣装置振捣全部桩身的砼，直到砼浇筑到设计高度。
优选地，所述定位筒的上端与所述导管采用螺纹或法兰连接。
采用本发明的灌注桩砼振捣装置振捣后的砼充盈密实桩基，砼与钢筋笼的握裹力更好。桩身砼与其周围土体固结更牢固。并且，导管在振捣装置的作用下振动，使得导管内的砼加速流动，防止砼和易性不好发生堵管现象，确保砼灌注顺利，避免质量事故，避免造成更严重断桩事故的发生。
附图说明
通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
图1是表示本发明实施例的灌注桩砼振捣装置的俯视图；
图2是表示图1的a-a向剖视图；
图3是表示图1的另一a-a向剖视图；
图4是表示本发明实施例的使用灌注桩砼振捣装置的施工示意图；
图5是表示本发明实施例的另一振动形式的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的灌注桩砼振捣装置及其振捣方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
一种灌注桩砼振捣装置，如图1、图2所示，包括电机101、振动环102、电缆103、振动套106和定位筒107。振动环102是圆环状，一个或多个电机101布置在振动环102的外圆周的外侧，电缆103为各个电机101供电，且电机101的转动轴1010沿振动环102的径向向内穿透振动环102。优选地，为使传动更加平稳，转动轴1010通过第一轴承109支撑在振动环102内。在振动环102的圆心设置有轴线与振动环102的轴线同轴的定位筒107，定位筒107的作用是用于与上部导管连接，并在振捣装置插入砼的时候起到定位作用。对应每个电机101，在定位筒107与电机101之间都连接有振动套106。并且，电机1与振动环102之间密封连接，防止水泥浆浸入电机101。图1中采用了8个电机，对应的有8个振动套106，振动套的一端与定位筒107的外侧固定连接，另一端与振动环102的内侧固定连接。以上所述固定连接可以采用是焊接、粘接、铆接、螺栓连接等固定连接方式，本实施例中采用焊接的方式。而在振动套106内具有振动轴108，振动轴108的一端与电机101的转动轴1010连接。而在振动轴108上设置有偏心块1081，且偏心块1081沿径向与振动套106的内壁具有预设的间隙。使得振动轴108在旋转时在离心力的作用下，与振动套106的周向的内壁不断发生碰撞，使得振动套106产生高频振动。其中，所述预设间隙与产生的振动大小有关，该预设间隙越大，产生的振动幅值越大，该预设间隙越小，产生的振动幅值越小。每个振动套106都产生了围绕振动套外圆周的各个径向的振动，由此，可以使得振动环102既产生上下方向的振动，也能够使得振动环102产生沿振动环径向的振动。这能够对振动环周围的砼产生良好的振捣效果。由于在灌注桩施工中，桩孔以及钢筋笼都是圆柱形，所以振动环102采用圆环形能够更好的将其径向振动传递给钢筋笼周围的砼。
另外，还可以在电机输出轴1010与振动轴108之间设置变速器(未示出)，采用无级变速，可将电机转速调整到合适转速。如果采用变速器，则是将变速器的输出轴与振动轴108连接。
图2中的振动轴的形式仅是示例性的，主要是使得振动轴108的一端在旋转时依靠偏心质量与振动套106的内壁发生碰撞。如图3所示，还可以是将一个锥形管1012的小径端与电机101的转动轴1010连接，沿与锥形管1012的轴向呈一定角度的方向斜切掉部分管体，使得其大径端形成偏心质量。在旋转时，锥形管的大径端与振动套106的内壁不断碰撞。
本实施例的灌注桩砼振捣装置能够使得灌注桩内的砼的每个断面都振捣密实。而且，还能够振捣钢筋笼周围的砼，使得砼向外周边的作用力加大，砼与桩周的土体能够很好的固结。采用该灌注桩砼振捣装置对灌注桩砼进行振捣，有效提升了桩基础的承载能力。
在一个可选实施例中，至少一个振动轴108与对应电机的转动轴1010采用万向节连接。
在一个可选实施例中，至少一个振动套106通过弹簧105与振动环102连接。具体说，振动套106与弹簧105的一端固定连接，弹簧105的另一端与振动环102的内侧固定连接。
在一个可选实施例中，在弹簧105的外周套设有橡胶管104，优选高纤维橡胶管104。橡胶管104的两端分别延伸覆盖了弹簧的长度范围，并且，橡胶管104的两端密封，防止水泥浆进入。
在一个可选实施例中，在振动环102的上表面设置有至少一个吊环安装孔1011，吊环通过吊环安装孔1011安装在振动环102上，以便于吊装该砼振捣装置。
在一个可选实施例中，定位筒107的上端具有与浇筑混凝土用导管连接的连接结构，例如可以具有螺纹，或者法兰盘。优选地，采用内螺纹。
在一个可选实施例中，至少一个电机101采用微型潜水电机。
在一个可选实施例中，电缆103可以是内置在振动环102内，在振动环的圆周方向设置穿线孔，从而将电缆103都穿设在穿线孔内。
在一个可选实施例中，振动套的振动形式也可以如图5所示，振动套106内的振动轴108与电机的转动轴1010连接，并且，振动轴108的两端都通过第二轴承1015同轴地支设在振动套106内。偏心块1081设置在振动轴108位于两个第二轴承之间的部分上，在振动轴108回转的同时，偏心块1081产生偏心振动，并经由两端的第二轴承1015传导给振动套106。
本发明还提供一种利用以上灌注桩砼振捣装置进行灌注桩砼的振捣方法。
1)测量桩位，并在桩位形成桩孔，优选地，采用冲击钻钻成桩孔，并在成孔后清孔。
2)吊装钢筋笼，并将该钢筋笼安置在桩孔内。优选地，钢筋笼安置后进行第二次清孔。
3)在钢筋笼内下入由多节导管连接而成的导管串，并在最下一节导管的底端安装砼振捣装置，具体是将导管的下端丝扣与振捣装置的定位筒7的内丝扣拧紧。
4)将导管串沉桩到桩孔底部后上提低于首批砼浇筑高度的距离，在导管上端安装用于砼浇筑用的漏斗。
5)灌注砼，并在首批砼浇筑后，开启振捣装置，并随砼浇筑面不断上升，缓慢上提导管，使振捣装置振捣全部桩身砼，直到砼浇筑到设计高度。
下面结合图4以具体实例来说明其施工过程。其振捣装置的部分尺寸为：定位筒107的内径为32cm，外径34cm。定位筒107的高度为30cm。振动环102的外径为2.3m，内径为2.1m。振捣装置共采用12个电机，其电机功率为80w。振动套的外径为10cm，内径为8cm。弹簧105的外径为10cm，簧丝的直径为8mm，在静态时的长度为15cm。另外，在现场没有电源的情况下，各用电设备可以采用发电机204供电，发电机204的功率为50kw。
1)测量桩位，埋置好钢护筒205，并用冲击钻钻成桩孔，并在成孔后清孔。
2)吊装钢筋笼201，并将该钢筋笼201安置在桩孔内，进行第二次清孔。
3)在钢筋笼201内下入由多节导管连接而成的导管串，导管202的内径为30cm，外径为32cm。并在最下一节导管的底端安装砼振捣装置10，具体是将导管202的下端丝扣与振捣装置10的定位筒107上端的内丝扣拧紧连接。并且，为防止振动使得丝扣松脱，在丝扣连接部位安装防脱落扣件，以防振捣装置脱落。
4)将导管串沉桩到孔底后上提30cm～50cm，优选40cm。在导管202上端安装用于砼浇筑的漏斗207。关闭漏斗阀门，泵车203向漏斗207注入砼(采用强度等级为c30的砼封底)，漏斗装满砼后，开启阀门，首批砼经导管202流至桩孔底部。此时砼振捣装置10距孔底40cm，用测绳2013测得已灌注砼面206上升到1米，即砼埋深达到1m。其中导管202的起升和下降是通过卷扬机209实现的。具体说，在桩孔的上方搭设有钢支架2014，钢支架2014的顶端安装有定滑轮2015，卷扬机209的钢丝绳208经定滑轮2015后与漏斗的顶端相连。
5)启动发电机204给各电机101供电，电流经电缆103流至振捣装置10的驱动电机101，启动振动装置10。振动轴108旋转滚动时与振动套106不断发生碰撞，形成高频振动。振动套106与振动环102通过弹簧105相互作用，形成共振。振捣的时间根据砼坍落度试验确定，本实例初次振捣15秒后停止。继续灌注砼，随砼面206上升，缓慢提拔导管202，不断振捣，确保每个断面的振捣不少于5秒。在提拔导管202的过程中，通过卷扬机209向上提拔导管202。导管202提拔上升的速度根据砼面206上升速度决定，随时用测绳2013测量砼面206，控制导管202提拔的速度与高度，以防误拔导管202超出砼面206而造成断桩事故。对于提拔到地面以上的导管202，需要拆除，在拆导管202时，关闭电机101的开关，停止振捣。砼面206上升到设计高度，停止灌注砼。继续提导管202，使振捣装置10振捣全部桩身砼。然后将振捣装置提拔出孔，清洗振捣装置，拔出钢护筒205。两天后砼抗压强度能够达到c35，砼抗压强度得到了提升。超声波检测为a类桩，施工结束。等15天即可验桩。
在一个可选实施例中，在弹簧105的外周上包覆有橡胶管104，优选采用高纤维材质。橡胶管104的一端延伸到振动套106的外周上，另一端延伸到振动环102的内侧，并且，橡胶管104的两端密封，防止水泥浆等进入，阻碍弹簧105及振动轴108的运动。
在一个可选实施例中，在振捣装置10上设置有保险机构。具体说，如图4所示，在钢丝绳208上还固定有水平的横杆2017，安全绳2016的上端与横杆2017的两端连接，安全绳2016的下端与振捣装置10的吊环相连接。即使在钢丝绳208因事故断裂的情况下，安全绳2016依然能够保护导管串和振捣装置不会掉落。
采用本发明的灌注桩砼振捣装置及其振捣方法，振捣后的砼充盈密实桩基，砼与钢筋笼的握裹力更好。桩身砼与其周围土体固结更牢固。并且，导管在振捣装置的作用下振动，使得导管内的砼加速流动，防止砼和易性不好发生堵管现象，确保砼灌注顺利。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。