一种自动往复式静压钢管桩机的制作方法与工艺

本发明涉及一种适用于工程建设领域的静压桩机设备，具体说是涉及一种采用液压静压力将钢管桩压入基础中的自动往复式静压钢管桩机。

背景技术：
钢管桩和预制钢筋混凝土管桩是目前工程建设中常见的两种基础成桩形式。其中钢管桩又以其轻便，便于焊接接长在改造、加固工程中得到广泛使用。将钢管桩通过液压静力压入基础中的设备叫静压钢管桩机，将钢管桩通过液压锤击或重力、动能锤击的设备叫打桩机。目前市场上的静压桩机是非常笨重的设备，导致其笨重的原因主要是：1、巨大的金属结构底座；2、采用在钢管桩端部施压方式，这必然需要高大的压桩机支架，使千斤顶能悬吊于钢管桩顶部；3、笨重的千斤顶，由于每次千斤顶走到行程极限时，需要让千斤顶活塞回程，并下降到千斤顶的位置，以便新一轮施压，这是一个比较繁琐的需要用吊车帮助的过程，为了减少这些循环次数，必须使千斤顶行程尽可能长一些，目前一般压桩千斤顶行程在1.0米～1.5米左右，这样千斤顶必然比较笨重。所以，目前的静压钢管桩机总是需要一台汽车吊提供辅助，静压桩机的价格也是非常昂贵的，一般都在50万元以上。在加固改造工程中，也常遇到需要静压钢管桩的情况。在这种工程背景下，常采用在已有的结构基础（一般是钢筋混凝土基础）上埋设锚杆以提供反力的方法进行施工作业，但常因施工环境狭窄，使得吊车无法进入工位，较高的桩机支架也无法进入。

技术实现要素：
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种自动往复式静压钢管桩机。本发明的目的可通过下述技术措施来实现：本发明的自动往复式静压钢管桩机包括用于套装在钢管桩外圆柱面上的环形千斤顶，所述环形千斤顶的缸体顶部固定有用于与锚固于混凝土基底的锚杆相连接的上部法兰盘，在环形千斤顶的活塞底部固定有用于与环形钢管夹持器相连接的下部法兰盘；连接在下部法兰盘下方的环形钢管夹持器中外钢环的内腔上段为锥环形腔体段，在所述锥环形腔体段内设置有至少两个用于夹持钢管桩的瓦形结构的夹片，且所述夹片的外侧面为与锥环形腔体段相配合的锥形结构；在位于安装夹片下方的外钢环的圆柱形腔体段内安装有夹片顶紧装置。本发明在所述锥环形腔体段内设置有三个用于夹持钢管桩的瓦形结构的夹片，所述夹片的内弧面以均布的方式加工有向下方斜置的倒钩状齿纹，三个瓦形结构的夹片完全被挤压在一起时的内径小于钢管桩的外径。本发明在所述环形钢管夹持器的一侧设置有限位开关支架，限位开关支架上装有与三位四通液压控制阀相连接的上限位开关和下限位开关，在上、下限位开关之间连接有实现电路互锁的两根导线，开关触碰杆固定于环形钢管夹持器的外钢环上，且上、下限位开关分别位于环形钢管夹持器上、下行程的极限位置处。本发明中所述夹片顶紧装置是由调节螺杆、上弹簧压环、下弹簧压环和位于上弹簧压环、下弹簧压环之间的一组弹簧组成。本发明以既有混凝土基础为反力源，靠锚固于混凝土基底的锚杆作为静压设备的桩架，采用与钢管桩直径相配套的环形千斤顶套在钢管桩外侧（环形千斤顶中空直径比钢管桩外径大5～8mm，钢管桩可从环形千斤顶中空穿过），采用与钢管桩直径配套的环形钢管夹持器，环形钢管夹持器套在钢管桩外侧，置于环形千斤顶下方，环形千斤顶与环形钢管夹持器共同作用，给钢管桩施加竖向压力。环形千斤顶的行程仅有20cm～30cm，靠环形千斤顶自动往复运动将钢管桩压入基础中，且环形千斤顶与环形钢管夹持器都尽量小型化，环形千斤顶仅有200公斤左右（相对直径219mm的钢管桩），环形钢管夹持器仅有不到100公斤，在已有建筑物内操作起来非常容易，最多用一个手拉葫芦就可以实现设备的搬运移动。更具体说，本发明中所述的环形千斤顶活塞的双向行程均由液压推动，即环形千斤顶分别有位于上、下两侧的两个密闭油腔，且均接有与外部液压系统连接的油管。上、下油腔总是一侧进油，另一侧则出油，依靠进出油的倒向来控制活塞的上、下运动。所述环形钢管夹持器也是一个空心结构，钢管桩可从环形钢管夹持器中间穿过。环形钢管夹持器的原理与夹持预应力钢绞线的单孔锚环夹片原理类似。所述夹片可在环形钢管夹持器的锥环形腔体段内上下滑动一定距离，当环形钢管夹持器向下作用时，夹片受到挤压向内裹紧，环形钢管夹持器向上作用时，夹片被松开。夹片内侧呈圆柱形，且表面有向下方向的倒钩状齿纹，三个夹片完全被挤压在一起时的内径约小于钢管桩外径，这使得夹片只能沿着钢管桩向上滑动，而不能顺钢管桩向下移动。环形钢管夹持器的作用是：当环形千斤顶活塞向下运动时，环形钢管夹持器内的三片扇形夹片将钢管桩抱紧，并对钢管桩施加向下的压力，使钢管桩随同活塞同步向下运动，当活塞向上运动时，夹片松开，夹片随着活塞的运动贴着钢管桩向上滑动，而钢管桩不随着向上运动，这样，环形千斤顶的活塞每运动一个循环，钢管桩都往下移动一个活塞行程，通过往复运动，活塞即达到把钢管桩压入基底的目的。在本发明中由于环形千斤顶行程较短，一般为20cm，需要不断往复运动，因此，本发明设计了自动往复系统。往复系统的原理是通过上、下行程开关和一个三位四通液压控制阀来完成。每个限位开关均同时控制两个电路回路，即电路A和电路B。上限位开关动作时，电路A开通、电路B关闭；下限位开关动作时，电路B开通、电路A关闭。电路A和电路B两个电路回路则与三位四通液压控制阀相连，该三位四通液压控制阀共四个油路接口，其中两个固定进出口接液压泵，另两个是油路接口（即阀体油路A口和阀体油路B口）。当电路A导通、电路B关闭时，阀体油路A口出油、阀体油路B口回油；反之，则阀体油路B口出油、阀体油路A油口回油。所以只用将阀体油路B口接入环形千斤顶的下油腔，阀体油路A口接入环形千斤顶的上油腔，就能实现环形千斤顶的自动往复循环。本发明的有益效果如下：本发明不仅解决了普通的静压桩机占用空间大，难以在改造加固工程中使用的难题，同时也很好地解决了压桩的垂直度问题。由于环形钢管夹持器与环形千斤顶连成一个整体，同时环形钢管夹持器又是根据钢管桩尺寸配套制作，因此，只要在安装环形千斤顶时，保证环形千斤顶顶部的上部法兰盘是水平的（这很容易通过调节锚杆上的螺丝来实现），钢管桩就肯定是垂直向下的，且在整个下压过程中始终保持极好的垂直度。附图说明图1是本发明的结构示意图。图2是本发明中环形千斤顶的结构图。图3是本发明中环形钢管夹持器的结构图。图4是本发明中夹片的结构图。图5是本发明中夹片内弧面上加工出的倒钩状齿纹放大图。图6是环形千斤顶自动往复运动控制原理图。图中序号：1、钢管桩，2、锚固于混凝土基底的锚杆，3、螺母，4、上部法兰盘，5、环形千斤顶，6、下部法兰盘,7、环形钢管夹持器，8、夹片，9、弹簧，10、夹片顶紧装置，11、油嘴A，12、油嘴B，13、混凝土基础，14、土地，15、外缸体，16、内缸体，17、环形活塞，18、上油腔，19、下油腔，20、外钢环,21、倒钩状齿纹，22、上弹簧压环，23、调节螺杆，24、下弹簧压环，25、上限位开关，26、下限位开关，27、三位四通液压控制阀，28、导线，29、开关触碰杆，30、电路A，31、电路B，32、A电路接口，33、B电路接口，34、阀体油路A口，35、阀体油路B口，36、液压阀P出油口，37、液压阀T回油口，38、液压泵。具体实施方式本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：如图1所示，本发明的自动往复式静压钢管桩机包括用于套装在钢管桩1外圆柱面上的环形千斤顶5，所述环形千斤顶5的缸体顶部固定有用于与锚固于混凝土基底的锚杆2相连接的上部法兰盘4，在环形千斤顶的活塞底部固定有用于与环形钢管夹持器7相连接的下部法兰盘6；连接在下部法兰盘6下方的环形钢管夹持器7中外钢环20的内腔上段为锥环形腔体段，在所述锥环形腔体段内设置有至少两个用于夹持钢管桩1的瓦形结构的夹片8，且所述夹片8的外侧面为与锥环形腔体段相配合的锥形结构；为保持夹片8的位置，在位于安装夹片8下方的外钢环20的圆柱形腔体段内安装有夹片顶紧装置10。其中，所述夹片顶紧装置10是由调节螺杆23、上弹簧压环22、下弹簧压环24和位于上弹簧压环22、下弹簧压环24之间的一组弹簧9组成，在压桩时，适当拧调节螺杆23，可使夹片8恰好夹持钢管桩1（参见图3）。如图2所示，所述环形千斤顶5的外缸体15顶部固定有上部法兰盘4，活塞上、下部空间分别为上油腔18，下油腔19，上、下油腔（即序号18、19）分别通过外缸体15的油嘴A、B（即序号11、12）与外部油管相连，当上油腔18输入压力油时，下油腔19则排油，活塞17向下移动，反之则向上移动，环形钢管夹持器7中外钢环20通过下部法兰盘6与环形活塞17相连，因此，环形钢管夹持器7中外钢环20始终与环形活塞17同步移动。如图4、5所示，在所述锥环形腔体段内设置有三个用于夹持钢管桩1的瓦形结构的夹片8，所述夹片8的内弧面以均布的方式加工有向下方斜置的倒钩状齿纹21，三个夹片8完全被挤压在一起时的内径小于钢管桩1的外径。如图6所示，本发明在所述环形钢管夹持器7的一侧设置有限位开关支架，限位开关支架上装有与三位四通液压控制阀27相连接的上限位开关25和下限位开关26，在上、下限位开关（即序号25、26）之间连接有实现电路互锁的两根导线28，开关触碰杆29固定于环形钢管夹持器7的外钢环20上，且上、下限位开关（即序号25、26）分别位于环形钢管夹持器7上、下行程的极限位置处。当上限位开关25被触发时，与上限位开关25相联的电路A（即序号30）导通，与下限位开关26相联的电路B（即序号31）关闭，当下限位开关26被触发时，电路B（即序号31）导通，电路A（即序号30）关闭，电路A、B分别连接于三位四通液压控制阀27的A电路接口32、B电路接口33，三位四通液压控制阀27的作用是：电路A导通时，阀体油路A口34输出油，阀体油路B口35回油，反之则阀体油路A口34回油，阀体油路B口35出油，将阀体油路A口34、阀体油路B口35与千斤顶的A、B油口对应连接，液压阀P出油口36，液压阀T回油口37分别与液压泵38的对应油口连接。这样，当上限位开关25被触发时，电路A（即序号30）导通，电路B（即序号31）关闭，三位四通液压控制阀27的电路A（即序号30）通电，阀体动作使阀体油路A口出油34，阀体油路B口35回油，这样，环形千斤顶5的A油口进油，环形千斤顶5的B油口出油，此时环形千斤顶5向下运动。当环形千斤顶5向下运动时，环形钢管夹持器7和钢管桩也随之向下运动，环形钢管夹持器7上的开关触碰杆29碰到下限位开关26时，下限位开关26被触发，电路B（即序号31）导通，电路A（即序号30）关闭，三位四通液压控制阀27的的电路B（即序号31）通电，阀体动作使阀体油路B口35出油，阀体油路A口34回油，这样，环形千斤顶5的B油口进油，环形千斤顶5的A油口出油，此时环形千斤顶5向上运动。因此，仅仅通过触发开关就完成了环形千斤顶5的自动往复循环。而上、下位限位开关（即序号25、26）和三位四通液压控制阀27都是市场上成熟的产品。本发明的在具体使用中效果如下：以实际采用直径245mm，壁厚8mm的钢管作为钢管桩为例：实际采用环形千斤顶5的外径430mm,环形钢管夹持器7的外径300mm，环形千斤顶5的总重约为200公斤，环形钢管夹持器7的总重约150公斤，即总重仅有350公斤。在狭窄现场施工时，完全可以不用吊车，仅用手拉葫芦辅助即可将此两部分进行人工移动。该套设备实际压力达到1500kN，且设备在达到最大压力时，钢管桩与夹片8仍未发生滑动，钢管桩也未出现挤扁现象，证明整套系统的构思是完全成功的。实际对于直径245mm的钢管桩，一般压桩力也就要求在1000kN左右，该设备已达到了实际使用的要求。在压桩速度上，根据地基情况，能达到每分钟5～10公分，即每小时3～6米，也是较理想的压桩速度。该套压桩设备另一个技术效果就是很好地解决了压桩的垂直度问题。由于环形钢管夹持器7与环形千斤顶5连成一个整体，同时环形钢管夹持器7又是根据钢管桩尺寸配套制作，因此，只要在安装环形千斤顶5时，保证环形千斤顶5顶部的上部法兰盘4是水平的（这很容易通过调节锚杆上的螺丝来实现），钢管桩就肯定是垂直向下的，且在整个下压过程中始终保持极好的垂直度。整套设备由于科学、合理的设计，经济性也大大提高，整套系统成本在五万元以内，远远低于市场上几十万元的压桩机价格，且解决了普通的静压桩机占用空间大，难以在改造加固工程中使用的难题。