专利名称：孔内自动化超压强成桩挤密机械的制作方法
技术领域：
本实用新型属于建设工程施工机械技术领域，涉及一种适于地基工程的桩基、复 合地基以及消纳垃圾物污染施工的孔内自动化超压强成桩挤密机械。
背景技术：
以往的“桩基”地基处理的方法包括沉管法、SOOtm超强夯法以及灰土挤密法等，这 些方法相对说来存在有施工能量小、桩径小、磨阻力小等不足，迫使桩长设计在30 60m左 右，这不但造成浪费大，更重要的是桩基不易达到设计标准。虽然目前建筑施工领域采用的 是钢筋混凝土桩，但往往在设计使用上稍有不慎，就会造成建筑物结构裂缝类质量事故甚 至是高楼倒塌的重大事故，如2009年发生的上海楼倒塌事故……。因此现有的“桩基”地 基处理方法难以在现场灌注打造一个高承载力预膨胀生态体的“复合地基”的“桩基”，也不 能处理大于IOm以上的杂填土、湿陷土、软弱土、液化土、冻土、膨胀土以及具有酸、碱、盐腐 蚀和混凝土块、石料高填方的地基。以往本领域人们常遇到垃圾场“杂填土地基”(即土层内含有“块石”、“混凝土块” 以及碎砖、瓦块、杂土等特殊地基)的处理以及沿海地区的软弱土地基处理，均被公认为是 当代地基工程内的“疑难杂症”。对于这种20 50m深的地基，由于“钻”也钻不动，挖也 很费劲，所以靠现行方法做上述地基处理非常困难。有些虽然看似能完成了，但问题依然存 在，稍有不慎仍会造成楼房倒塌、墙体裂缝事故。另一方面，在当今环卫工程领域内广为采用的对“垃圾场”、无机固体污染物(含 有机物30% )等的“消纳处理”方法不但没有起到循环使用、节能降耗、节约投资的社会价 值，更无法达到再创经济、免除污染、综合利用的效果，同时，又严重的污染了城市乡村、江 河湖泊、水源和空气。迄今在国内各大城市，由于长期以来垃圾的随意倾倒，已形成成千上 万个大大小小的垃圾山，造成了严重的污染。现今，不论是国内还是国外，人们通常都是采 用斥巨资建造“垃圾填埋场”或“堆山造景”等的处理方法，但这种“投资造山”、“挖坑”、“填 坑”等处理垃圾的方法往往只是对垃圾的占地堆埋，而没有任何综合利用的再创价值，尤其 对内所含的有害物质未作任何固结处理，它仍会对水源、大气进行再次污染，而随着城市建 设的发展，这些垃圾污染物将再度滚动搬迁，只能会多次的对社会污染，没有任何再创价值 的贡献，这些都会在今后漫长的岁月里无限度地殃及人们及其子孙后代。为克服本领域现有技术存在的上述缺陷，本实用新型设计人总结设计了一种新型 施工方法——孔内自动化超压强成桩挤密法，其施工的设计方案是在吊车起升牵拉钢丝绳 作用下将一个超压强重锤拉吊至空中设计标高，待锤体稳定后，再使锤体以自由落体方式 冲入地基孔内，然后再吊起超压强重锤至空中设计标高，如此反复多次地进行上述的锤体 下落冲入地基孔、锤体起升的工序后，在形成的地基孔内填入设计要求高度的填料；然后再 反复多次进行上述的冲砸地基孔、向孔内填料、再冲砸地基孔的工序，最后获得高承载力的 复合地基的深基础、特异桩基和预膨胀生态桩体，以达到地基处理成桩、复合地基和消纳无 机垃圾物污染的目的。但之前一直采用已往公知的在建筑地基进行孔内深层超压强机(强夯法)作业中所用的锤体，由于该锤体上部设计的缺陷，使其在冲孔、挤压施工过程中的冲 孔深度浅，而且锤体落下后需要人工挂钩甚至人员下坑挂钩，劳动强度大，有时锤体下落后 因桩周土挂碰振动较大的原因还会出现倾斜现象，挂钩尤为困难，因而存在着生产不安全、 速度慢、效率低、处理深度浅等缺点，不能很好地达到原先设计的要求。
实用新型内容本实用新型的目的在于对上述问题加以解决，提供一种结构合理、使用方便、安全 性能好、可减轻人员劳动强度并提高工作效率和地基处理深度，特别适于各种地基工程的 桩基、复合地基以及消纳无机垃圾物污染的施工技术的孔内自动化超压强成桩挤密机械。为实现上述发明目的而提供的孔内自动化超压强成桩挤密机械由一台吊车、一个 通过吊车双牵拉钢丝绳控制起落的自动脱挂钩器和一个与自动脱挂钩器配合使用的超压 强重锤，其中自动脱挂钩器由固定套、伸缩轴和2 4副双连杆铰链抓钩组成，固定套内设 有滑道，伸缩轴自上而下穿过固定套滑道后，其下端通过铰轴与各铰链抓钩下连杆的底端 铰接，各铰链抓钩上连杆的上端对称铰装在固定套的下套沿上，在固定套和伸缩轴的上端 分别设有与吊车脱钩牵拉钢丝绳和吊车起升牵拉钢丝绳连接的吊环；超压强重锤为一个长 细比入=1 10的锤体，在锤体上部设有喇叭口，喇叭口壁侧开有挂钩孔，在喇叭口周沿 围设有挡板，在挡板上端连设有弧形反力板，在喇叭口上端设有扶正吊环。本实用新型所述的吊车为履带式吊车、步履式吊车、轮胎式吊车或辊杠式吊车。本实用新型所述的自动脱挂钩器中伸缩轴的下轴杆为通过紧松螺栓连接的双轴 杆。本实用新型所述的超压强重锤为尖锤、平底锤、炸弹形锤、鸭蛋形锤、梨形锤、柱形 锤或周边具有外向切刀的锤体，锤体直径 > 喇叭口直径；锤体的材质结构为钢体结构、合金 钢体结构、多金属的混体结构或金属与非金属的混体结构。实际工作过程中，在吊车的辊筒转动下，通过吊车双牵拉钢丝绳使自动脱挂钩器 利用自重落下钻入至超压强重锤上部的喇叭口内，在竖向和横向的反力点的强迫动力作用 下，迫使自动脱挂钩器自动挂住超压强重锤的喇叭口挂钩孔，然后利用起升牵拉钢丝绳通 过自动脱挂钩器吊拉锤上升，至空中设计标高后，再利用脱钩牵拉钢丝绳迫使自动脱挂钩 器由锤体上部喇叭口挂钩孔内瞬间脱出，进而使锤体通过自由落体方式冲入地基孔内，以E =6X104 1. 53X 108KN m/m2的动能对地基进行冲、砸、挤、压、劈的施工，然后再使自动 脱挂钩器利用自重落下并自动钻挂在超压强重锤喇叭口挂钩孔内，以反复多次进行上述的 锤体起升一锤体脱钩一锤体下落一脱挂钩器自动挂住锤体一锤体起升的工序后，在形成的 地基孔内灌注混凝土，或在反复多次进行上述的锤体起升一锤体脱钩一锤体下落一脱挂钩 器自动挂住锤体一锤体起升的工序后，在形成的地基孔内填入设计要求高度的填料；然后 再反复多次进行上述的冲砸地基孔一向孔内填料一再冲砸地基孔的工序，通过上述的高动 能、超压强、强挤密的强夯施工工序的反复进行，最终使孔内填料形成高承载力的桩基或复 合地基，达到处理地基，消除垃圾污染的目的。采用该超压强成桩挤密机械进行地基处理成桩的深度为3 50m，桩径为600 4600mm。所说的预膨胀生态桩体为碴土桩(各种无机废料)、素土桩、灰土桩、三合土桩、 水泥土桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、砂桩、石料桩、石料混土桩、废混凝土块桩、粉煤灰桩、粉煤灰混土桩、无机固体垃圾桩、垃圾桩(含30%有机物)或是工业废料及它们的无比例 的混合料的混合物体桩。在这些桩种中，碴土桩的承载力Ra达到5400ΚΝ(Φ = 2500mm, S = 25mm)，素土桩的 Ra = 4000ΚΝ(Φ = 3000mm, S = 25mm)，灰土桩 Ra = 6500ΚΝ(Φ = 3300mm, S = 20讓)，钢筋混凝土桩 Ra = 1. 6 X IO5KN (Φ = 3200mm, S = 16讓)，混凝土桩 Ra = 4800ΚΝ(Φ = 560mm, S = 8mm)。这些桩种既获得了高承载力，而且桩间土也获得了 300 500Kpa的承载力，并且它也获得了更高的桩的承载力，同时它也彻底地保证了 “桩”的稳定 性以及“复合地基”的作用，可有效杜绝类似上海倒楼等事件的发生。采用本实用新型机械处理的地基包括建设工程领域内的杂填土、湿陷土、软弱土、 液化土、冻结土、膨胀土以及具有酸、碱、盐腐蚀和混凝土块、石料高填方(含有混凝土块石 料)的特种地基。利用本实用新型机械处理的垃圾污染物包括土、砂、碎砖瓦、废混凝土构件、无机 工业废料以及它们的混合体。固结消除垃圾污染物是根据填料或地基土内污染物的组成成 分和处理的目的，采用高压强动能的锤体力通过相应的工序予以动力固结消纳处理，或根 据地基的承载力和环保设计不污染水的标准对污染物中掺有一定比例的水泥、石灰、粉煤 灰等活性材料，按三维空间的动力作用预膨胀固结和化学凝固双组分的机理，予以固结消 纳消除处理。与现有技术相比，本实用新型从超压强、高动能、强挤密的机理出发，彻底解决了 建设工程领域内的杂填土、湿陷土、软弱土、液化土、冻结土、膨胀土以及酸、碱、盐腐蚀土、 石料高填方、废混凝土构件高填方等各种“疑难”的地基工程处理难题，使桩基的承载力高， 地基刚度均勻，并将建筑垃圾变废为宝，真正实现了 “循环经济”、“节约减排”的目的，解决 了以往建设工程的不断扩大用地以及垃圾偷放乱倒的难题，使垃圾场地以此工法为人类造 福，同时也使环卫工程的污染问题从根本上得到了解决。此外，本实用新型中自动脱挂钩器 部分的设计使超压强重锤得以与吊车牵拉机构顺利挂钩，不需再通过人工挂钩操作，使用 方便、可减轻人员劳动强度并有效保证了人身的安全，同时也大大提高了工作效率和地基 处理深度。
图1为本实用新型孔内自动化超压强成桩挤密机械的结构示意图。图2为本实用新型所用自动脱挂钩器的结构示意图。图3为本实用新型所用超压强重锤的结构示意图。图4是图3的1-1剖面示意图。图5是图3的2-2剖面示意图。图6是图4的3-3剖面示意图。图中各数字标号的名称分别是1_超压强重锤，2-自动脱挂钩器，3-滑轮，4-吊 钩，5-伸缩轴吊环，6-吊车起升牵拉钢丝绳，7-辊筒，8-吊车，9-吊车脱钩牵拉钢丝绳， 10-锤体挂环，11-横向反力点，12-竖向反力点，13-锤体重心点，14-锤尖，15-挡板，16-挂 钩孔，17-漏土孔，18-锤体直径，19-锤体喇叭口，20-扶正吊环，21-伸缩轴，22-铰链抓钩， 23-固定套，24-固定套吊环，25-铰轴，27-固定套滑道，28-反力板，29-紧松螺栓。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型内容做进一步说明，但本实用新型的实际制作结构 并不仅限于下述的实施例。参见附图1，本实用新型所述的孔内自动化超压强成桩挤密机械由吊车8、吊车双 牵拉钢丝绳6和9、自动脱挂钩器2以及超压强重锤1等部分组成。吊车8在辊筒7作用下 通过双牵拉钢丝绳6、9控制自动脱挂钩器2的起落，长细比λ =1 10的超压强重锤1 位于自动脱挂钩器2下，并可在吊车8操控作用下通过双牵拉钢丝绳6、9与自动脱挂钩器 2配合使用。施工时在吊车8操控作用下通过自动脱挂钩器2反复多次对超压强重锤1的 钩挂、吊升和脱钩释放，使超压强重锤的锤体在多次从高空落下过程中反复以超压强动能E =6X IO4 1. 53Χ IO8KNMAi2对地基、环卫工程进行冲、砸、挤、压、劈的高动能、超压强、强 挤密的强夯施工，期间伴随对地基孔内填入各种填料(碴土、素土、灰土、三合土、水泥土、 混凝土、钢筋混凝土、砂、石料、废混凝土块、粉煤灰、无机固体垃圾或工业废料等)，由此打 造出一个个高承载力预膨胀生态体的“复合地基”的桩基，解决了建设工程领域内的杂填 土、湿陷土、软弱土、液化土、冻结土、膨胀土以及酸、碱、盐腐蚀土、石料高填方、混凝土构件 高填方等各种“疑难”的地基工程处理难题，保证建筑物的施工质量，同时也有效解决了地 基处理和环卫领域的污染难题。本实用新型孔内自动化超压强成桩挤密机械的超压强重锤如图3 6所示，在锤 体上部设有内凹的喇叭口，在喇叭口内的侧壁上对称开有2 4个与自动脱挂钩器铰链抓 钩对位配合的挂钩孔16，在喇叭口周沿围设有挡板15，在挡板15上端连设有弧形反力板 28(图6)，在喇叭口上端设有扶正吊环20。超压强重锤的形状可以是尖锤、平底锤、炸弹形 锤、鸭蛋形锤、梨形锤、柱形锤等，锤体直径>喇叭口直径，锤体的材质结构为钢体结构、合 金钢体结构、多金属的混体结构或金属与非金属的混体结构。本实用新型孔内自动化超压强成桩挤密机械的自动脱挂钩器的结构如图2所示， 它由内设有滑道27的固定套23、套穿在固定套23上的伸缩轴21和2 4副双连杆铰链抓 钩22组成。伸缩轴21自上而下穿过固定套滑道27后，其下端通过铰轴25与各铰链抓钩 22下连杆的底端铰接，各铰链抓钩22上连杆的上端对称铰接在固定套23的下套沿上。在 固定套23的上端设有与吊车脱钩牵拉钢丝绳9连接的吊环24，在伸缩轴21的上端设有与 吊车起升牵拉钢丝绳6连接的吊环5，伸缩轴21的下轴杆为通过紧松螺栓29连接的双轴 杆，可通过紧松螺栓29调整伸缩轴21下轴杆的杆长。实际工作中，在吊车辊筒7转动下， 释放钢丝绳的力使自动脱挂钩器2沿竖向自动钻入锤体的喇叭口 19内，再在自动脱挂钩器 的重力以及重力与横向反力点11和竖向反力点12相撞作用下，迫使自动脱挂钩器上的各 铰链抓钩22自动打开，钻入锤体的挂钩孔16内；然后再在吊车起升牵拉钢丝绳6的拉动 下，使自动脱挂钩器2紧紧托动超压强重锤1升至空中；当重锤被提升至空中设计标高后， 再起动吊车脱钩牵拉钢丝绳9，使固定套23相对伸缩轴21向上运动，使打开的铰链抓钩22 回收并从锤体挂钩孔16脱出，于是重锤体便可在瞬间以超压强能量冲砸地基孔；之后再通 过连续不断地按上述步骤对地基进行冲、砸、挤、压、劈的作功，期间伴随对地基孔内的多次 填料，最终达到处理地基成“桩”并消除垃圾污染的目的。采用本实用新型所述孔内自动化超压强成桩挤密机械能创造的具有大直径、深桩 基的桩种有(1).碴土桩、素土桩、石料桩、石料混土桩、砂桩、碎石桩、无机固体垃圾桩的承载力值fpk = 400 600Kpa ； (2).掺有活性材料的灰土桩、水泥土桩的承载力值fpk = 2000 3500Kpa ； (3).混凝土桩 Ra = 1. 6X105KN(0 = 3200mm)，它与①=1200 1300mm 的一般人工挖孔灌注钢筋混凝土桩的承载力特征值相比，基本相等，具有速度快、效益高、 地基处理深度深的优点，尤为重要的是施工时无须工人靠手工挂钩，消除了安全隐患。上述 各桩体的沉降值仅是规范规定值的1/15 1/20。
权利要求一种孔内自动化超压强成桩挤密机械，其特征在于包括一台吊车(8)、一个通过吊车双牵拉钢丝绳(6、9)控制起落的自动脱挂钩器(2)和一个与自动脱挂钩器(2)配合使用的超压强重锤(1)，其中1.1自动脱挂钩器(2)由固定套(23)、伸缩轴(21)和2～4副双连杆铰链抓钩(22)组成，固定套(23)内设有滑道(27)，伸缩轴(21)自上而下穿过固定套滑道(27)后，其下端通过铰轴(25)与各铰链抓钩(22)下连杆的底端铰接，各铰链抓钩(22)上连杆的上端对称铰装在固定套(23)的下套沿上，在固定套(23)和伸缩轴(21)的上端分别设有与吊车脱钩牵拉钢丝绳(9)和吊车起升牵拉钢丝绳(6)连接的吊环(24、5)；1.2超压强重锤(1)为一个长细比λ＝1～10的锤体，在锤体上部设有喇叭口，喇叭口壁侧开有挂钩孔(16)，在喇叭口周沿围设有挡板(15)，在挡板(15)上端连设有弧形反力板(28)。
2.根据权利要求1所述的孔内自动化超压强成桩挤密机械，其特征在于吊车为履带式 吊车、步履式吊车、轮胎式吊车或辊杠式吊车。
3.根据权利要求1所述的孔内自动化超压强成桩挤密机械，其特征在于自动脱挂钩器 (2)伸缩轴(21)的下轴杆为通过紧松螺栓(29)连接的双轴杆。
4.根据权利要求1所述的孔内自动化超压强成桩挤密机械，其特征在于超压强重锤 (1)为尖锤、平底锤、炸弹形锤、鸭蛋形锤、梨形锤、柱形锤或周边具有外向切刀的锤体，锤体 直径> 喇叭口直径。
专利摘要一种孔内自动化超压强成桩挤密机械，由吊车、自动脱挂钩器和超压强重锤等组成，自动脱挂钩器由固定套、伸缩轴和多副双连杆铰链抓钩组成，伸缩轴下端穿过固定套后与各铰链抓钩底端铰接，各铰链抓钩上连杆对称铰装在固定套下套沿上，在固定套和伸缩轴的上端分别与吊车脱钩牵拉绳和起升牵拉绳连接，超压强重锤上部设有带壁侧挂钩孔的喇叭口，喇叭口上围设有挡板。工作时在吊车控制下自动脱挂钩器利用自重落下挂住锤体，将重锤吊高后再使锤体脱钩冲入地基孔内，反复多次进行上述各工序，期间对地基孔内填入设计要求高度的填料，最后获得高承载力的复合地基的深基础、特异桩基和预膨胀生态桩体，达到地基处理成桩和消除垃圾污染物等目的。
文档编号E02D7/08GK201620409SQ20102011292
公开日2010年11月3日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者司利利, 司安, 司炳文 申请人:司利利;司安;司炳文