专利名称：大孔径长螺旋桩机、钢筋笼入砼装置和大孔径深桩成桩方法
技术领域：
本发明涉及的是桩基础钻孔、下钢筋笼施工设备以及由上述两装置完成大孔径深 桩桩基础的施工方法。
背景技术：
使用较为普遍的桩基础施工设备主要为螺旋桩机，其原因在于它具有操作简单、 使用方便、钻进效率高的优点，但由于受动力头扭距、抗振、抗冲击性能以及桩架高度等因 素的影响，它只适合于作为桩孔不大于800mm和不超过40m桩深的施工设备，且不能实施 岩层钻进。今天，建筑物不断的在高度方面向空间发展、在地域上也面临各种地质条件的挑 战，尤其是高速公路、高架桥、高速铁路等，它们的建设尤为依赖更为牢固的桩基础，目前这 些建筑的基础建设仍采用的是旋挖钻、冲击钻或正反循环钻机等设备，完成大孔径、深桩以 及钻岩的桩基础施工，这些设备均为大头小尾桩具，形成大孔径桩孔的大钻头由钻杆或钢 丝绳与上方设备连接，施工中必须采取泥浆护壁措施以避免塌孔，施工工艺规范中还要求 在成孔后先清洗孔、再下钢筋笼注砼，既便这样也无法避免孔侧壁和孔底残留泥浆，极大的 削弱了桩侧阻和端阻，另外后期由导流管水下注砼成桩，极易出现断桩等技术事故。综上所 述，现有的大孔桩、深桩施工工艺方法较为复杂、成桩效率也极为低下，且质量难以保证。
发明内容
本发明专利申请的发明目的在于提供一种适于大孔径及深桩施工操作的大孔径 长螺旋桩机、钢筋笼入砼装置及大孔径深桩成桩方法，从而简化大孔径及深桩施工工艺、提 高桩施工效率。本发明申请提供的大孔径长螺旋桩机技术方案，其主要技术内容是一种大 孔径长螺旋桩机，它包括由桩机基座和桩机主杆构成的钻杆支架，还包括螺旋钻杆和安装 于螺旋钻杆上部的液压动力头，螺旋钻杆下端为钻进尖，液压动力头设置有带动螺旋钻杆 旋转运行的回转支承，回转支承的外齿圈与作为主动件的行星齿轮啮合传动，螺旋钻杆上 端与外齿圈固定连接，液压动力头组装座与外齿圈转动配合。在上述的整体技术方案中，螺旋钻杆的杆体与其内部的芯筒构成具有夹层结构的 中空杆体，芯筒构成连接于注砼管的高压泵砼管道，芯筒与杆体下端设有注砼出孔，夹层中 设有液压缸和由液压缸驱动实现封闭或开启注砼出孔的插板；另外，所述的注砼出孔应设 置于螺旋叶片的旋进背侧。为了使本长螺旋桩机具有钻岩施工能力，在上述的整体技术方案中，固定于螺旋 钻杆钻进尖的螺旋叶片背侧设有若干液压破碎头。为了在钻进施工中满足深桩钻进、需要增加螺旋钻杆钻进长度的要求，在上述的 整体技术方案的基础上，其一种技术实施手段是螺旋钻杆上端与液压动力头之间采用快 速六方接头，一加长节是上、下端为与快速六方接头对接配合的钻杆加长部件上，它的长度 最好设计为统一标准长度；其另一种技术实现手段是螺旋钻杆上部是径向限位、轴向滑
3动配合的、液压驱动的内外伸缩套管结构。本发明申请还提供有钢筋笼入砼装置技术方案，其主要内容是一种钢筋笼入砼 装置，钢筋笼入砼动力头导向滑动设置于立架上，动力头为振动锤，振动锤下部固定有下端 为开放管口的导压管，下端为框架尖端的钢筋笼入砼时同中心线外套于导压管上。本发明专利申请提供的大孔径深桩成桩方法技术方案，其主要技术内容是一种 大孔径深桩成桩方法，首先用所述的大孔径长螺旋桩机在预定桩位下钻至设计桩深，其后 由螺旋钻杆内的泵砼通道向桩底高压泵砼，充填桩底后提升螺旋钻杆，并同时继续高压泵 砼，直到桩孔充满砼料；下一步为钢筋笼入砼，将已外套钢筋笼的导压管及上部的动力头移 至桩位，在振动锤作用下导压管带动钢筋笼下入桩砼中的设计位，提升动力头和其下部的 导压管出砼，成桩。本发明专利申请提供的大孔径长螺旋桩机、钢筋笼入砼装置及大孔径深桩成桩方 法的技术方案，是在充分发挥长螺旋桩机技术优点为设计基点的，以回转支承为主体的大 扭距液压动力头带动大直径螺旋钻杆，使其具有大扭距动力旋进施工能力，从而改变了长 螺旋桩机至今无法实施800mm以上的大孔径及深桩和岩层等钻进施工的技术现状，由此由 长螺旋桩机作为实现尤其是高速公路、高架桥、高速铁路、高层建筑等桩基础施工设备成为 可能，实现一次性钻进成大孔径以及深桩桩孔，并可进入岩层持力层，由长螺旋桩机和钢筋 笼入砼装置实现边高压泵送注砼、边旋行、边提升，最后用振动锤及导压管压力带动钢筋笼 入砼，完成整套桩基础施工操作工艺方法，本技术方案大大简化了大孔径及深桩桩基础施 工工艺，大幅度的缩减了单桩施工时间，通常一小时左右的时间就可以完成单桩施工操作。 采用由螺旋钻杆边提升、边高压泵送砼的施工工艺，既避免了断桩现象，而且在达到钻进设 计深度后，液压控制螺旋钻杆下端的注砼出孔板的开启，随之高压注入超流态砼，克服了孔 底虚土对桩端承载力的不良影响，使桩体底部与持力层充分结合，它适于各种地质条件桩 基础施工，易于保证和提高桩基础的施工质量，施工效率得到大幅度提高。
图1为本大孔径深桩长螺旋桩机的总装结构2为液压动力头和螺旋钻杆的总装结构3为液压动力头的俯视结构4为液压动力头的回转支承的剖视结构5为螺旋钻杆的钻进头部分的剖视结构示意6为图5的90°转向后的结构7为钢筋笼入砼装置的总装结构8和图9分别为螺旋钻杆伸缩结构的纵向和横向剖视图。
具体实施例方式本发明专利申请提供的大孔径长螺旋桩机，包括由桩机基座7和桩机主杆9为主 体构成的螺旋钻杆支架，滑道配合安装于桩机主杆9的液压动力头1，液压动力头1下部为 螺旋钻杆3，螺旋钻杆3下端为钻进尖。操控室6设置于桩机基座7上；液压系统的液压油 箱60及其液压站8设置于桩机平台后方，取代配重设置，使整体桩机结构更为简化；螺旋叶片31盘绕于杆体30构成螺旋钻杆，螺旋叶片的最大直径可达2000mm，桩机的高度可达45 米，成为钻进大孔径桩孔、深桩的长螺旋桩机。液压动力头1的回旋支承为大直径螺旋钻杆 提供了大扭距钻进动力，本回转支承如图3和图4所示，主要由外齿圈14和驱动外齿圈14 的若干行星齿轮10啮合传动连接构成，液压动力头组装座11作为外齿圈14的中间部件经 推力滚柱轴承和滚动轴承与外齿圈14转动配合，在本结构中，外齿圈14与液压动力头组装 座11之间经上、下两推力滚柱轴承15和一滚动轴承16转动配合，各行星齿轮10均勻分布 于外齿圈14周围、由液压马达13经减速箱或电动机经减速箱驱动外齿圈14运转，螺旋钻 杆上端由钻杆盘座12与外齿圈14固定连接，为螺旋钻杆提供大扭距动力。在实际当中，会 因为受制于桩机高度，或者是外界环境高度限制，需要由长度有限的螺旋钻杆完成超过螺 旋钻杆长度的深桩桩位钻进施工，为此在结构设计中，一种方式是螺旋钻杆上端与钻杆盘 座12之间采取快速六方接头17对接连接，当钻进达到需要加长螺旋钻杆长度的深位时，提 升液压动力头1，螺旋钻杆3与液压动力头1之间由快速六方接头连接一段标准长度钻杆加 长节2，组装完成后继续向下深钻来达到深桩施工目的；另一实现方式是螺旋钻杆3上端设 计采用径向限位、轴向滑动配合的、液压驱动的内外伸缩套管结构，如图8和9所示，螺旋钻 杆3上部的内外伸缩套管3a、3b为六方柱面配合结构，或者为圆柱面滑键滑槽配合结构，芯 管亦为内外伸缩套管配合结构，同时为了保证油路的畅通，油路为伸缩且动密封套管结构， 从而保证螺旋钻杆3下端的液压部件的正常工作。利用螺旋钻杆的液压伸缩套管结构，同 时液压动力头1与桩机主杆9的滑动槽轨为中央对分的两对称槽轨18、19，在滑动槽轨的 对分中央处设置调整两对称槽轨间距、与桩机主杆滑槽抱紧固定的间距调整机构，在需要 增加向下钻进压力的地层时，由间距调整机构调小两对称槽轨18、19间距、将液压动力头1 抱紧固定于桩机主杆9上，这时再启动螺旋钻杆的液压伸缩套管结构，加大向下钻进压力， 实施难度较大的地层的钻进工作，所述的间距调整机构可以是液压动力机构100或者是反 向螺旋配合于丝杠的丝母丝杠机构等。螺旋钻杆3下端的液压部件之一是如图2、图5和图 6所示的固定于螺旋钻杆3的螺旋叶片31下端的旋进背侧的若干液压破碎头39，液压破碎 头39的油路38主要经夹层上行连接至液压站8。螺旋钻杆的杆体30与其内的芯筒32构 成具有夹层结构的中空杆体，芯筒32上端经回转箍33与注砼管34连接，芯筒32的管腔构 成高压泵砼管道。芯筒32和杆体30的下端设置有注砼出孔35，为使高压超流态砼更易于 导出芯筒32的管腔，芯筒32底端设有具有向两侧注砼出孔35倾斜的角形导砼体36 ；杆体 30与芯筒32的夹层中设置液压缸，该液压缸驱动封闭或开启注砼出孔的插板37。在本实 施例结构中，为充分利用夹层结构，由杆体30和芯筒32相对的一部分作为液压缸侧壁，与 上、下端壁一起构成驱动插板37上行或下行的液压缸，本液压缸油路亦经夹层空间与液压 站8连接。如图6所示，注砼出孔35最好设置于螺旋叶片的旋进背侧，在钻进达到设计深 度后，在不停钻的状态下，由液压缸驱动插板37上行开启注砼出孔35，由于注砼出孔35位 于螺旋叶片的旋进背侧的副压区，减小了高压泵注砼时的阻力，保证通畅注砼，同时也有效 的避免了孔底虚土，易于达到技术设计要求的桩端承载力。 本发明专利申请还提供有钢筋笼入砼装置，如图1和图7所示，钢筋笼入砼动力头 导向滑动设置于立架上，在本实施结构中，本钢筋笼入砼装置与长螺旋桩机结合为一整机 构造，即钢筋笼入砼动力头导向滑动设置于桩机主杆9的一侧面，其动力头为振动锤5，振 动锤5下部固定导压管52，导压管52下端管口开放，下端制为框架尖端51的钢筋笼50入砼时同中心线外套于导压管52上，由振动锤作用带动钢筋笼50下入桩砼。
本大孔径深桩成桩方法是将本大孔径长螺旋桩机移至桩位，液压站工作，回转支 承带动螺旋钻杆3钻进工作，当螺旋钻杆长度小于设计桩标高时，可以通过卸装六方快速 接头来加接钻杆加长节2，当然也很便于拆卸，当需钻进至岩层等持力层时，最好采取螺旋 钻杆上部为径向限位、轴向滑动配合、液压驱动的伸缩套管3a、3b的加长结构，这样保证液 压油路的连通，既可以开动液压破碎头39，实施破碎钻进工作，还可以利用滑动槽轨的间距 调整机构将液压动力头1抱紧固定于桩机主杆9的适当高度，液压驱动螺旋钻杆的径向限 位、轴向滑动配合的内外伸缩套管结构，在加长钻杆的同时加大压力下钻，直至达到设计地 层深度，然后液压驱动插板37开启注砼出孔35，由注砼管34经芯筒32向下高压注砼，砼 料由注砼出孔35挤出的同时，桩底虚土亦被旋转带出，充填桩底后提升螺旋钻杆时继续注 砼，该方法提高了桩端成形质量，能够保证达到设计桩端承载力；至桩孔充满砼料后钢筋笼 入砼，将已外套钢筋笼的导压管及其动力头移至桩位，在振动锤5的压力作用下，沿振动锤 滑道4带动钢筋笼50下入砼桩内，这一过程还对桩内砼料实施了振捣密实作用，直至入桩 砼至设计位，提升动力头和导压管出砼，成桩。本钢筋笼入砼的操作方法解决了构筑大孔 径、深桩桩基础中钢筋笼的下入难题，具有快速、易于实现、下笼质量高的技术特点，提高了 钢筋笼的下笼效率。
权利要求
1.一种大孔径长螺旋桩机，它包括由桩机基座和桩机主杆构成的钻杆支架，还包括螺 旋钻杆和安装于螺旋钻杆上部的液压动力头，螺旋钻杆下端为钻进尖，其特征在于液压动 力头设置有带动螺旋钻杆旋转运行的回转支承，回转支承的外齿圈与作为主动件的行星齿 轮啮合传动，螺旋钻杆上端与外齿圈固定连接，液压动力头组装座与外齿圈转动配合。
2.根据权利要求1所述的大孔径长螺旋桩机，其特征在于螺旋钻杆的杆体与其内部的 芯筒构成具有夹层结构的中空杆体，芯筒构成连接于注砼管的高压泵砼管道，芯筒与杆体 下端设有注砼出孔，夹层中设有液压缸和由液压缸驱动实现封闭或开启注砼出孔的插板， 注砼出孔设置于螺旋叶片的旋进背侧。
3.根据权利要求2或3所述的大孔径长螺旋桩机，其特征在于芯筒底端设有向两侧注 砼出孔倾斜的角形导砼体。
4.根据权利要求1所述的大孔径长螺旋桩机，其特征在于固定于螺旋钻杆的螺旋叶片 下端背侧设有若干液压破碎头。
5.根据权利要求1所述的大孔径长螺旋桩机，其特征在于螺旋钻杆上端与液压动力头 之间采用快速六方接头，一加长节是上、下端为与快速六方接头对接配合的钻杆加长部件。
6.根据权利要求1所述的大孔径长螺旋桩机，其特征在于螺旋钻杆上部是径向限位、 轴向滑动配合的、液压驱动的内外伸缩套管结构。
7.根据权利要求6所述的大孔径长螺旋桩机，其特征在于液压动力头与桩机主杆的滑 动槽轨为中央对分的两对称槽轨，在滑动槽轨的对分中央处设置调整两对称槽轨间距、与 桩机主杆滑槽抱紧固定的间距调整机构。
8.一种钢筋笼入砼装置，其特征在于钢筋笼入砼动力头导向滑动设置于立架上，动力 头为振动锤，振动锤下部固定有下端为开放管口的导压管，下端为框架尖端的钢筋笼入砼 时同中心线外套于导压管上。
9.一种由权利要求1的大孔径长螺旋桩机和权利要求7的钢筋笼入砼装置共同完成的 大孔径深桩成桩方法，其特征在于该方法为首先用所述的大孔径长螺旋桩机在预定桩位 下钻至设计桩深，其后由螺旋钻杆内的泵砼通道向桩底高压泵砼，充填桩底后提升螺旋钻 杆，并同时继续高压泵砼，直到桩孔充满砼料；下一步为钢筋笼入砼，将已外套钢筋笼的导 压管及上部的动力头移至桩位，在振动锤作用下导压管带动钢筋笼下入桩砼中的设计位， 提升动力头和其下部的导压管出砼，成桩。
全文摘要
本发明申请提供了大孔径长螺旋桩机、钢筋笼入砼装置及大孔径深桩成桩方法。大孔径长螺旋钻机包括钻杆支架、螺旋钻杆和液压动力头，液压动力头设置有回转支承，回转支承的外齿圈与行星齿轮啮合，液压动力头组装座与外齿圈转动配合。本钢筋笼入砼装置是由滑动设置于立架的振动锤和振动锤下部导压管构成，导压管下端管口开放，与下端为框架尖端的钢筋笼同中心线外套入砼。本技术方案应用长螺旋桩机和钢筋笼入砼装置实施大孔径深桩成桩方法，实现了应用长螺旋桩机完成大孔径及深桩、钻岩桩基础施工技术目的，简化了尤其作为高速公路、高架桥、高速铁路、高层建筑等桩基础施工工艺，施工效率和质量大幅度提高。
文档编号E21B3/00GK102002941SQ20101052189
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月21日 优先权日2010年10月21日
发明者李贵堂 申请人:李贵堂