静压桩机及管桩焊接方法与流程

本发明涉及土木工程中的桩基施工技术领域，具体讲是一种带焊接辅助组件的静压桩机和利用该静压桩机焊接管桩的方法。

背景技术：

管桩有phc、pc、ptc等多种形式，是一种很成熟的桩基施工工艺，由于其具备工艺简单、施工质量容易把控、施工效率高、工期短、竖向承载力强等优点，在全国各地应用广泛。

现有技术的管桩多是采用逐段焊接施工的，具体的说，是将下桩节沉入土体，再将上桩节悬吊对准下桩节，下放上桩节使得两桩节的两端板相互靠拢，再环绕两端板接缝处焊接一圈，使上下桩节成为整体，再继续沉桩，然后将另一段桩节吊装就位，再焊接，再沉桩，如此循环。

而传统的沉桩工艺有静压和锤击两种，其中的静压法是通过静压桩机以其自重和机架上的配重共同提供反力将桩压入土中的沉桩工艺，由于静压法避免了锤击打桩所产生的振动、噪音和污染，一般作为沉桩工艺的首选，获得了更多的推广和应用。

而现有技术的静压桩机包括机架和前后左右两组四个步履式支腿，上述四个步履式支腿安装在机架下方，机架上设有控制塔台、液压驱动部、配重块和用于悬吊上桩节的吊机，机架上贯通有供上桩节穿过的对准孔，液压驱动部上设有用于箍住上桩节的抱箍。其工作过程为，吊机将上桩节起吊并下放，使上桩节穿过对准孔并对准下桩节，焊接上下两桩节，再由液压驱动部驱使抱箍抱紧上桩节，再收缩支腿下降机架，利用机架自重及配重下压管桩。

现有技术的管桩焊接的施工方法存在以下弊端：需要人工进行焊接操作，尤其是静压沉桩时，工人需要钻到静压机机架下部逼仄狭窄的空间拿着焊枪环形焊接一圈，焊接劳动强度大，焊接场地条件差，受空间限制大，作业光线条件也不好，故操作很不方便，焊接质量难于保证，甚至存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能将焊接电路的两根导线分别与上下桩节的两个端板对接导通的静压装机。

本发明的一种技术解决方案是，提供一种静压桩机；它包括机架和安装在机架下方的步履式支腿，机架上设有控制塔台、液压驱动部、配重块和吊机，机架上贯通有供管桩的桩节穿过的对准孔，液压驱动部上设有用于箍住桩节的抱箍；该静压桩机还包括上焊接组件和下焊接组件，上焊接组件包括第一导线和位于吊机桅杆顶部的定滑轮，第一导线绕过定滑轮且第一导线的自由端设有用于吸附上桩节下端板的上磁头；下焊接组件包括第二导线和机械手臂，第二导线自由端设有用于吸附下桩节上端板的下磁头，机械手臂包括水平向驱动缸和用于夹持下磁头的气动手指，水平向驱动缸的活塞杆与气动手指的固定部连接。

采用以上结构的静压桩机与现有技术相比，具有以下优点。

该桩机实现了焊接电路的两根导线与上下两桩节的两端板的对接和脱离，具体的说，利用定滑轮下放第一导线，使上磁头下降至上桩节的下端板标高，上磁头和下端板自动磁吸对接；拉拽第一导线，就可以实现第一导线与下端板的自动脱离；利用机械手臂的水平向驱动缸前进或回退气动手指，通过手指开合，抓紧或放松下磁头，这样，抓紧并前进下磁头，就能完成下磁头与下桩节上端板的磁性吸附对接；再松开并回退气动手指，就能使焊接时机械手臂与焊接点保持间距、避免焊伤；焊接结束后，再次前进气动手指，并抓紧下磁头，然后回退气动手指，就实现了下磁头与上端板完全脱离，避免干涉到后续沉桩；而且，利用磁头与对应端板吸附的方式设计合理，吸附力度适中，在通电时能利用电流进一步增大吸力以保障导线与对应端板连接牢固、焊接稳定，焊接完成断电后需要脱离时，可以轻松拉拽导线或利用驱动缸牵引脱离；况且，两根导线的布设方式也颇具巧思，第一导线沿着上桩节的中心孔竖直向行进，第二导线则在下桩节管壁外沿水平向行进，两根导线位于桩节的一内一外，在桩节侧壁的阻隔下，不会提前接触，避免了焊接前误接触短路的可能，提高了安全性。

上焊接组件优选为，它还包括一个安装在机架上的卷扬机，第一导线的非自由端与卷扬机连接；这样，可以利用卷扬机正反转控制第一导线的升降，实现第一导线上磁头与上桩节下端板的自动磁吸对接和自动脱离。

下焊接组件优选为：机械手臂还包括竖向驱动缸，竖向驱动缸的活塞杆与水平向驱动缸的缸体固定；这样，还可以利用竖向驱动缸调节气动手指及下磁头的高度，使其精确对准下桩节的上端板，提高下磁头与下桩节上端板对接的准确性。

下焊接组件的进一步优选为，它还包括一根横向轨道和滑动配合在轨道内的小车，竖向驱动缸的固定部安装在小车上；该横向轨道与水平向驱动缸相互垂直；这样，首先提高了机械手臂的活动范围，扩大了焊接时机械手臂与焊接点的距离，进一步避免机械手臂焊伤，而且，上述轨道与水平向驱动缸垂直分布，使得整个下焊接组件布局紧凑合理。

下磁头优选为，它包括筒壳，筒壳后板设有通孔，第二导线经通孔伸入筒壳内且第二导线的自由端固定有凸状触点，凸状触点的大径部与筒壳后板之间设有压簧，筒壳前开口设有限位磁环，凸状触点小径部伸出限位磁环的中心孔且凸状触点的环形台阶与限位磁环中心孔卡紧；这样，当磁限位环吸附住上端板时，在压簧作用下，凸状触点确保与上端板抵靠牢固，进而确保第二导线与上端板连接牢固，进一步提高焊接稳定性。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种能实现自动焊接、无需人工操作的利用该静压桩机焊接管桩的方法。

本发明的另一种技术解决方案是，提供一种利用该静压桩机焊接管桩的方法，其步骤包括：

将下桩节沉入土体，用吊机将上桩节悬吊对准后，绕定滑轮下放第一导线，使第一导线的上磁头沿上桩节的中心孔下降，当上磁头下降至上桩节的下端板同标高后，上磁头吸附住下端板；

在下桩节的上端板上搁置环形焊料，再下降上桩节，使得上下两桩节的两端板靠拢；

启动机械手臂的竖向驱动缸，使第二导线的下磁头位于下桩节的上端板同标高，再驱动水平向驱动缸，使得下磁头与下桩节的上端板抵靠吸附，再松开气动手指，回退小车，使机械手臂远离焊接点；

导通焊接电路，使得上端板和下端板通电，进而融化两端板之间的焊料，实现焊接；且焊接过程中，抱箍抱紧上桩节，利用静压机为焊接处提供压力。

采用以上焊接管桩的方法与现有技术相比，具有以下优点。

上述方法的一大亮点为，创造性的提出一种新的管桩焊接方式，即利用两根导线对两端板通电，使原本就相互靠拢的两端板通电短路，由此产生的高温熔化两端板之间的焊料，实现焊接，且焊接过程中，还能依靠静压桩机提供持续、稳定、强大的静压力，从而显著提升了焊接的质量和焊接的效率；而且，利用两组焊接附件，实现了两导线与两端板的全自动对接和全自动分离，完全替代了现有技术人工环形焊接一圈的过程，大幅度提高了生产效率，缩短了工期，降低了劳动强度，将工人从逼仄狭隘的恶劣焊接环境中解放出来；而且，上述方法没有另外增设别的机械设备，只是在原有的静压桩机上作出改进，合理的利用已有的机械设备，并未大幅度增加施工成本，且将焊接和静压两个工序合理整合在一起，进一步提升了劳动效率，具备巨大的经济价值和推广潜力；况且，两根导线分别位于管桩管壁的内外两侧，避免其提前接触短路，而且整个焊接过程无需人工操作，安全稳定，杜绝隐患。

附图说明

图1是本发明静压桩机的结构示意图。

图2是本发明静压桩机偏转一定角度后的结构示意图。

图3是本发明静压桩机的正视结构示意图。

图4是本发明静压桩机的下焊接组件的结构示意图。

图5是本发明静压桩机的下磁头的剖视结构示意图。

图中所示1、机架，2、支腿，3、控制塔台，4、液压驱动部，5、吊机，6、抱箍，7、第一导线，8、定滑轮，9、上桩节，10、下端板，11、上磁头，12、第二导线，13、下桩节，14、上端板，15、下磁头，16、水平向驱动缸，17、气动手指，18、卷扬机，19、竖向驱动缸，20、横向轨道，21、小车，22、筒壳，23、凸状触点，24、压簧，25、限位磁环,26、环形台阶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明静压桩机，它包括机架1和安装在机架1下方的步履式支腿2，步履式支腿2有四组，分布在机架1的前后左右四个方向。

机架1上设有控制塔台3、液压驱动部4、配重块和吊机5，机架1上贯通有供管桩的桩节穿过的对准孔，液压驱动部4上设有用于箍住桩节的抱箍6。本申请的图中为突显发明点也就是机械手臂，省略了前后两组步履式支腿2和全部配重块，且省略部分与现有技术的静压机完全相同。

该静压桩机还包括上焊接组件和下焊接组件，上焊接组件包括第一导线7、位于吊机5桅杆顶部的定滑轮8和安装在机架1上的卷扬机18。第一导线7绕过定滑轮8且第一导线7的自由端设有用于吸附上桩节9下端板10的上磁头11；第一导线7的非自由端与卷扬机18连接。更确切的说，第一导线7缠绕在卷扬机18的旋转轴上，且该旋转轴上包含导体部分，第一导线7的非自由端的金属芯与旋转轴的导体部分固定，且导体部分与焊接电路的电源的正极或负极连接。

下焊接组件包括第二导线12、机械手臂、横向轨道20和滑动配合在轨道20内的小车21。第二导线12自由端设有用于吸附下桩节13上端板14的下磁头15，第二导线12的非自由端与焊接电路电源的负极或正极连接。

机械手臂包括竖向驱动缸19、水平向驱动缸16和用于夹持下磁头15的气动手指17。竖向驱动缸19的固定部安装在小车21上，竖向驱动缸19的活塞杆与水平向驱动缸16的缸体固定，水平向驱动缸16的活塞杆与气动手指17的固定部连接。横向轨道20与水平向驱动缸16相互垂直。

下磁头15优选为，它包括筒壳22，筒壳22后板设有通孔，第二导线12经通孔伸入筒壳22内且第二导线12的自由端固定有凸状触点23，凸状触点23的大径部与筒壳22后板之间设有压簧24，筒壳22前开口设有限位磁环25，凸状触点23小径部伸出限位磁环25的中心孔且凸状触点23的环形台阶26与限位磁环25中心孔卡紧。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，利用本发明静压桩机焊接管桩的方法，它包括以下步骤。

将下桩节13沉入土体，用吊机5将上桩节9悬吊穿过机架1的对准孔，使得上下两桩节对准后，利用卷扬机18绕定滑轮8下放第一导线7，使第一导线7的上磁头11沿上桩节9的中心孔下降，当上磁头11下降至上桩节9的下端板10同标高后，上磁头11会自动吸附住下端板10，以完成第一导线7与上桩节9的下端板10的对接。

此刻，可以在下桩节13的上端板14上搁置环形焊料，或者，在各个桩节起吊前，就在桩节顶部的上端板14上粘结焊料，故桩节下压入土后，焊料就自动位于下桩节13的上端板14上，这样，便于安放焊料，无需施工人员钻进机架1下方的狭窄空间。

再下降上桩节9，使得上下两桩节的两端板靠拢。

启动机械手臂的竖向驱动缸19，使第二导线12的下磁头15位于下桩节13的上端板14同标高，再驱动水平向驱动缸16，使得下磁头15与下桩节13的上端板14抵靠吸附，再松开气动手指17，回退水平向驱动缸16，或是回退小车21，使机械手臂避让远离焊接点。

导通焊接电路的开关，使得上端板14和下端板10通电短路，进而产生的高温融化两端板之间的焊料，实现焊接；且焊接过程中，抱箍6抱紧上桩节9，收缩步履式支腿2下降机架1，利用静压机的自重及配重块的重量为焊接处提供压力。

当然，本焊接方法并不仅仅限于管桩，带端板的实心方桩或空心方桩也同样能采用本方法施工，甚至连焊接过程都可以不依赖静压桩机，即便是锤击沉桩时，也可以采用工人手动将两导线的两磁头与上下两桩节的两端板分别对接，再通电焊接，同样能达到较好的焊接质量和焊接效果。