一种桩帽成形器的制作方法

本实用新型属于桩基施工技术领域，尤其是涉及一种桩帽成形器。

背景技术：

现如今，钻孔灌注桩成桩后，通常采用人工方式进行桩帽施工，桩帽一般为混凝土结构。如图1-1至图1-8所示，采用人工方式进行桩帽施工时，施工过程主要包括以下步骤：第一步、钻孔1-1成型后，将钻杆1-2边向上提边通过钻杆1-2向钻孔1-1内灌注混凝土，详见图1-1；第二步、将钻杆1-2向上提至钻孔1-1外侧，且待钻孔1内所灌注混凝土凝固后，获得灌注桩桩体1-3，为保证桩头质量，灌注桩桩体1-3的顶部标高一般都要高出预先设计的桩顶标高，甚至高出地面，详见图1-2；第三步、对灌注桩桩体1-3露出地面的节段外侧渣土进行清理，详见图1-3；第四步、根据预先设计的混凝土桩帽1-5的直径D和高度h，人工在桩头处挖出用于施工混凝土桩帽1-5的圆柱状土模1-4，圆柱状土模1-4的直径和高度分别与预先设计的混凝土桩帽1-5的直径D和高度h相同，详见图1-4；第四步、人工将灌注桩桩体1-3的桩头切割至与地面平齐，详见图1-5；第六步、人工将灌注桩桩体1-3的桩头截短至预先设计的桩顶标高，获得施工成型的桩身1-6，详见图1-6；第七步、在圆柱状土模1-4内灌注混凝土，详见图1-7；第八步、待圆柱状土模1-4内所灌注混凝土凝固后，获得施工成型的混凝土桩帽1-5，详见图1-8。

另外，上述第二步中混凝土灌注后，并没有立即进行桩头处理，而是等28天后，所灌注混凝土完全凝固后才进行桩头处理与桩帽施工。因而，传统的桩头处理与桩帽施工是混凝土灌注完成且进行28天养护后进行，此时混凝土的强度已经达到了设计强度的98％～99％，桩头非常坚硬、处理难度大、速度慢，并且在处理过程中挖掘机、工具等设备经常碰撞桩头，由于桩头凝固后是脆性大的刚性体，一经碰撞极容易断裂。另外，采用人工圆柱状土模1-4时，不仅速度慢，并且圆柱状土模1-4的形状不规则。

由上述内容可知，采用上述传统方法进行桩头处理与桩帽施工时，存在以下主要问题：第一、施工效率低下：每人每天只能施工3个～5个桩帽；第二、成本高：纯人工制作，人力成本高；第三、施工质量不可控：因施工人员操作不规范，桩帽施工质量不能得到有效保证；第四、施工过程复杂，劳动强度高；第五、需在桩身混凝土凝固后再进行桩帽施工，影响钻孔灌注桩的施工工期。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种桩帽成形器，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能简便、快速完成桩帽施工过程，施工过程易于控制，且施工成型的桩帽质量高。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种桩帽成形器，其特征在于：包括对需施工桩帽进行成孔施工的桩帽成型钻头和带动所述桩帽成型钻头进行连续转动的旋转驱动装置，所述旋转驱动装置位于所述桩帽成型钻头上方，所述桩帽成型钻头与所述旋转驱动装置进行传动连接；所述需施工桩帽包括上部桩帽段和下部桩帽段，所述上部桩帽段为圆台状，所述下部桩帽段为圆锥台状，所述下部桩帽段的直径由上至下逐渐减小且其上端直径与所述上部桩帽段的直径相同；所述需施工桩帽为灌注桩的桩帽，所述灌注桩的直径与所述下部桩帽段的下端直径相同；

所述桩帽成型钻头包括能由上至下同轴套装在所述灌注桩的桩身上的芯管和由上至下布设在芯管外侧壁上的螺旋叶片，所述芯管的内径不小于桩身的直径；所述芯管安装在所述旋转驱动装置上，所述芯管与所述旋转驱动装置进行传动连接；

所述芯管的高度不小于需施工桩帽的高度，所述螺旋叶片的高度与需施工桩帽的高度相同；所述芯管分为上部节段和位于所述上部节段正下方的下部节段，所述上部节段和所述下部节段连接为一体，所述下部节段的高度与所述下部桩帽段的高度相同；所述螺旋叶片分为布设在所述上部节段外侧的上部叶片和布设在所述下部节段外侧的下部叶片，所述上部叶片与所述下部叶片连接为一体；所述上部节段和所述上部叶片组成圆柱状钻头，所述圆柱状钻头的外径与所述上部桩帽段的直径相同，所述上部叶片的宽度由上至下均相同；所述下部节段和所述下部叶片组成圆锥台状钻头，所述圆锥台状钻头的上端外径与所述下部桩帽段的上端直径相同，所述圆锥台状钻头的下端外径与所述下部桩帽段的下端直径相同，所述下部叶片的宽度由上至下逐渐缩小。

上述一种桩帽成形器，其特征是：所述上部桩帽段的直径D1＝Φ600mm～Φ2000mm且其高度h1＝100mm～500mm，所述下部桩帽段的下端直径D2＝Φ400mm～Φ1000mm且其高度h2＝100mm～500mm。

上述一种桩帽成形器，其特征是：所述芯管的正上方安装有下传动轴，所述下传动轴与芯管呈同轴布设；所述旋转驱动装置的动力输出轴上同轴安装有上传动轴，所述上传动轴位于所述旋转驱动装置下方，所述上传动轴位于下传动轴的正上方且二者同轴连接。

上述一种桩帽成形器，其特征是：所述芯管与下传动轴之间通过下安装板进行连接，所述下安装板与芯管呈垂直布设，所述下传动轴的下部外侧设置有多道加强板，多道所述加强板沿圆周方向均匀布设在下传动轴外侧，多道所述加强板均为直角三角形板且其底部均固定在下安装板上。

上述一种桩帽成形器，其特征是：所述上传动轴与下传动轴之间通过下连接法兰进行连接，所述下连接法兰与芯管呈垂直布设。

上述一种桩帽成形器，其特征是：所述旋转驱动装置上部装有上连接法兰，所述旋转驱动装置通过上连接法兰安装在吊装设备上。

上述一种桩帽成形器，其特征是：所述旋转驱动装置与芯管呈同轴布设。

上述一种桩帽成形器，其特征是：所述旋转驱动装置为液压马达。

上述一种桩帽成形器，其特征是：还包括主控装置、对所述桩帽成型钻头的转速进行实时检测的转速检测单元和对所述桩帽成型钻头的转向进行实时检测的转向检测单元，所述旋转驱动装置由主控装置进行控制；所述转速检测单元和转向检测单元均与主控装置连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的桩帽成形器结构简单且加工制作简便，投入成本较低。

2、所采用的桩帽成形器结构设计合理，包括对需施工桩帽进行成孔施工的桩帽成型钻头和带动桩帽成型钻头进行连续转动的旋转驱动装置，旋转驱动装置位于桩帽成型钻头上方，桩帽成型钻头与所述旋转驱动装置进行传动连接；桩帽成型钻头包括能由上至下同轴套装在灌注桩的桩身上的芯管和由上至下布设在芯管外侧壁上的螺旋叶片，芯管分为上部节段和下部节段，螺旋叶片分为上部叶片和下部叶片，上部节段和上部叶片组成圆柱状钻头，下部节段和下部叶片组成圆锥台状钻头；该桩帽成形器结构紧凑。

3、所采用的桩帽成形器安装简便且拆除方便，能简便安装于挖掘机的起重臂上，并与挖掘机配合使用，占用空间小，使用操作方式灵活。实际使用时，该桩帽成形器也能安装于其它类型设备的吊装设备上，并与其它类型的吊装设备配合使用。

4、所采用的桩帽成形器使用操作简便且使用效果好，施工简便、快速，施工过程易于控制，且施工成型的桩帽质量高，同时能有效降低施工成本，实现桩帽机械化施工，施工过程控制简便，能有效解决现有钻孔灌注桩桩帽施工方法存在的施工效率低下、成本高、施工质量不可控、施工过程复杂、劳动强度高、需在桩身混凝土凝固后再进行桩帽施工、施工工期长等问题。

5、所采用的桩头处理与桩帽施工方法步骤简单、设计合理且施工简便、使用效果好，具有以下几方面优点：第一、施工效率高：待所施工灌注桩的桩身混凝土灌注施工完成后，便能立即进行桩头处理，因而在桩头未凝固时即进行桩头处理作业，此时桩头处理作业效率高且处理难度低、处理效果好，并且桩头处理过程在桩身混凝土灌注施工完成后2小时内完成处理；同时，待所施工灌注桩的桩身混凝土灌注施工完成28天后，所灌注混凝土完全凝固，便能进行桩帽施工；第二、成本低：全机械化作业，无额外人工费用，一体化桩帽成形器能简便装在桩机上工作，无需另外的独立设备；第三、通过对桩孔孔口进行清理，能有效提高桩间土清理效率，在清理桩孔孔口的同时，因为桩头已处理完成，未露出地面，故挖掘作业时无需回避桩头，作业效率高；第四、施工过程不影响桩身质量，桩头未凝固时即将桩头处理完成，后续作业不会碰撞破坏桩头；第五、施工质量可控：桩帽的高度和直径大小取决于钻头的大小与钻进过程中参数的设定，少人为影响，质量稳定；第六、采用桩帽成形器进行桩帽土模施工，能够有效挤压土体，使孔壁密实，提高桩帽的受力效果。

综上所述，本实用新型本实用新型结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，能简便、快速完成桩帽施工过程，施工过程易于控制，且施工成型的桩帽质量高。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1-1为现有采用人工方式施工桩帽过程中向钻孔内灌注混凝土时的施工状态示意图。

图1-2为现有采用人工方式施工桩帽过程中混凝土灌注完成后的施工状态示意图。

图1-3为现有采用人工方式施工桩帽过程中对灌注桩桩体露出地面的节段外侧渣土进行清理时的施工状态示意图。

图1-4为现有采用人工方式施工桩帽过程中土模施工完成后的施工状态示意图。

图1-5为现有采用人工方式施工桩帽过程中将桩头切割至与地面平齐后的施工状态示意图。

图1-6为现有采用人工方式施工桩帽过程中桩头截短至预先设计的桩顶标高后的施工状态示意图。

图1-7为现有采用人工方式施工桩帽过程中向土模内所灌注混凝土时的施工状态示意图。

图1-8为现有采用人工方式施工成型桩帽的结构示意图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的使用状态参考图。

图3为采用本实用新型进行桩头处理与桩帽施工时的方法流程框图。

图3-1为采用本实用新型进行桩身混凝土灌注施工过程中的施工状态示意图。

图3-2为采用本实用新型进行桩身混凝土灌注施工完成后的施工状态示意图。

图3-3为采用本实用新型进行桩身混凝土灌注施工完成后对桩孔孔口进行清理时的施工状态示意图。

图3-4为采用本实用新型进行桩身混凝土灌注施工完成后将桩孔内侧上部多余混凝土取出时的施工状态示意图。

图3-5为采用本实用新型进行桩身混凝土灌注施工完成后进行混凝土振捣时的施工状态示意图。

图3-6为采用本实用新型进行桩头处理完成后的施工状态示意图。

图3-7为采用本实用新型进行将桩帽成型器对准桩头时的施工状态示意图。

图3-8为采用本实用新型进行桩帽成型器下钻时的施工状态示意图。

图3-9为采用本实用新型进行桩帽成型器下钻形成土模后的施工状态示意图。

图3-10为采用本实用新型施工完成桩帽后的施工状态示意图。

图4为本实用新型的电路原理框图。

图5为采用本实用新型施工成型桩帽的立体结构示意图。

图6为采用本实用新型施工成型桩帽的结构示意图。

附图标记说明:

1-1—钻孔； 1-2—钻杆； 1-3—灌注桩桩体；

1-4—圆柱状土模； 1-5—混凝土桩帽； 1-6—桩身；

1-7—底部钻头； 2—需施工桩帽； 3—芯管；

4—螺旋叶片； 5—下传动轴； 6—上传动轴；

7—下安装板； 8—加强板； 9—下连接法兰；

10—上连接法兰； 11-1—主控装置； 11-2—转速检测单元；

11-3—转向检测单元； 12—挖掘机； 13—液压马达；

14—塑料膜； 15—桩帽土模。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型包括对需施工桩帽2进行成孔施工的桩帽成型钻头和带动所述桩帽成型钻头进行连续转动的旋转驱动装置，所述旋转驱动装置位于所述桩帽成型钻头上方，所述桩帽成型钻头与所述旋转驱动装置进行传动连接；结合图5和图6，所述需施工桩帽2包括上部桩帽段和下部桩帽段，所述上部桩帽段为圆台状，所述下部桩帽段为圆锥台状，所述下部桩帽段的直径由上至下逐渐减小且其上端直径与所述上部桩帽段的直径相同；所述需施工桩帽2为灌注桩的桩帽，所述灌注桩的直径与所述下部桩帽段的下端直径相同；

所述桩帽成型钻头包括能由上至下同轴套装在所述灌注桩的桩身1-6上的芯管3和由上至下布设在芯管3外侧壁上的螺旋叶片4，所述芯管3的内径不小于桩身1-6的直径；所述芯管3安装在所述旋转驱动装置上，所述芯管3与所述旋转驱动装置进行传动连接；

所述芯管3的高度不小于需施工桩帽2的高度，所述螺旋叶片4的高度与需施工桩帽2的高度相同；所述芯管3分为上部节段和位于所述上部节段正下方的下部节段，所述上部节段和所述下部节段连接为一体，所述下部节段的高度与所述下部桩帽段的高度相同；所述螺旋叶片4分为布设在所述上部节段外侧的上部叶片和布设在所述下部节段外侧的下部叶片，所述上部叶片与所述下部叶片连接为一体；所述上部节段和所述上部叶片组成圆柱状钻头，所述圆柱状钻头的外径与所述上部桩帽段的直径相同，所述上部叶片的宽度由上至下均相同；所述下部节段和所述下部叶片组成圆锥台状钻头，所述圆锥台状钻头的上端外径与所述下部桩帽段的上端直径相同，所述圆锥台状钻头的下端外径与所述下部桩帽段的下端直径相同，所述下部叶片的宽度由上至下逐渐缩小。

本实施例中，所述芯管3的高度大于需施工桩帽2的高度。

并且，所述芯管3的高度为需施工桩帽2高度的1.2倍～1.8倍。

实际加工时，可根据具体需要，对芯管3的高度进行相应调整。

本实施例中，所述上部桩帽段的直径D1＝Φ600mm～Φ2000mm且其高度h1＝100mm～500mm，所述下部桩帽段的下端直径D2＝Φ400mm～Φ1000mm且其高度h2＝100mm～500mm。

实际施工时，可根据具体需要，对所述上部桩帽段的直径D1和高度h1以及所述下部桩帽段的下端直径D2和高度h2的取值大小分别进行相应调整。

本实施例中，所述芯管3的正上方安装有下传动轴5，所述下传动轴5与芯管3呈同轴布设；所述旋转驱动装置的动力输出轴上同轴安装有上传动轴6，所述上传动轴6位于所述旋转驱动装置下方，所述上传动轴6位于下传动轴5的正上方且二者同轴连接。

实际安装时，所述芯管3与下传动轴5之间通过下安装板7进行连接，所述下安装板7与芯管3呈垂直布设，所述下传动轴5的下部外侧设置有多道加强板8，多道所述加强板8沿圆周方向均匀布设在下传动轴5外侧，多道所述加强板8均为直角三角形板且其底部均固定在下安装板7上。

本实施例中，所述下安装板7为圆形平板。并且，所述下安装板7和加强板8均为不锈钢板。所述芯管3为不锈钢管。

本实施例中，所述上传动轴6与下传动轴5之间通过下连接法兰9进行连接，所述下连接法兰9与芯管3呈垂直布设；所述旋转驱动装置上部装有上连接法兰10，所述旋转驱动装置通过上连接法兰10安装在吊装设备上。

本实施例中，所述旋转驱动装置与芯管3呈同轴布设。

并且，所述芯管3呈竖直布设，所述下连接法兰9和上连接法兰10均呈水平布设。

本实施例中，所述旋转驱动装置为液压马达13。

实际使用时，所述旋转驱动装置也可以采用其它类型的旋转驱动设备，如电动机等。

同时，如图4所示，本实用新型还包括主控装置11-1、对所述桩帽成型钻头的转速进行实时检测的转速检测单元11-2和对所述桩帽成型钻头的转向进行实时检测的转向检测单元11-3，所述旋转驱动装置由主控装置11-1进行控制；所述转速检测单元11-2和转向检测单元11-3均与主控装置11-1连接。因而，实际控制非常简便。

本实施例中，所述芯管3欲螺旋叶片4之间以焊接方式进行固定。所述芯管3与下安装板7之间、下安装板7与下传动轴5和加强板8之间以及下传动轴5与下连接法兰9中位于下方的法兰盘之间均以焊接方式进行固定。所述上传动轴6与下连接法兰9中位于上方的法兰盘之间以焊接方式进行固定。所述液压马达13的外壳与上连接法兰10中位于下方的法兰盘之间以焊接方式进行固定。

如图3所示，采用本实用新型对灌注桩进行桩头处理与桩帽施工的方法，包括以下步骤：

步骤一、桩头处理：待所施工灌注桩的桩身混凝土灌注施工完成后且在所灌注混凝土初凝之前，根据预先设计的所施工灌注桩桩身1-6的顶部标高，将桩孔内侧上部的多余混凝土取出，详见图3-1、图3-2、图3-3和图3-4；待所灌注混凝土终凝后，获得施工成型的桩身1-6；

所述桩身1-6顶部至地面的高度为h，其中h小于需施工桩帽2的高度；

步骤二、桩帽成形器下钻形成桩帽土模：通过吊装设备将所述桩帽成形器吊装至所施工灌注桩的桩位上，再开启所述旋转驱动装置并带动所述桩帽成型钻头由上向下钻进，获得施工成型且用于施工所述需施工桩帽2的桩帽土模15，详见图3-7、图3-8和图3-9；钻进完成后，关闭所述旋转驱动装置；

步骤三、桩帽混凝土灌注施工：通过吊装设备将所述桩帽成形器向上提至桩帽土模15外侧，再向桩帽土模15内进行混凝土灌注施工，完成需施工桩帽2的混凝土灌注施工过程；

步骤四、桩帽成型：待步骤三中所灌注混凝土终凝后，获得施工成型的桩帽，所述桩帽位于桩身1-6的正上方且其与桩身1-6浇筑为一体，详见图3-10。

本实施例中，步骤一中对所施工灌注桩的桩身混凝土灌注之前，先对所述桩孔进行施工；再向所述桩孔内灌注混凝土，完成所施工灌注桩的桩身混凝土灌注施工过程；之后，根据预先设计的所施工灌注桩桩身1-6的顶部标高，将所述桩孔内侧上部的多余混凝土取出，详见图3-4；然后，采用混凝土振捣装置对所述桩孔内的混凝土进行振捣并完成桩头处理过程，再在所述桩孔内的桩头上覆盖一层保护膜，详见图3-5和图3-6。

本实施例中，所述保护膜为塑料膜14。

本实施例中，将所述桩孔内侧上部的多余混凝土取出之前，先对所述桩孔孔口上部的虚土和浮浆进行清理，详见图3-3。

并且，在所述桩孔内的桩头上覆盖一层所述保护膜后，完成桩头处理过程。

本实施例中，待所施工灌注桩的桩身混凝土灌注施工完成后，便能立即进行桩头处理。其中，桩头处理包括对所述桩孔孔口上部的虚土和浮浆进行清理、将桩孔内侧上部的多余混凝土取出、采用混凝土振捣装置对所述桩孔内的混凝土进行振捣和在所述桩孔内的桩头上覆盖一层所述保护膜这个四个步骤，详见图3-3至图3-6。

并且，待所施工灌注桩的桩身混凝土灌注施工完成28天后，所灌注混凝土完全凝固，便能进入步骤二，进行桩帽施工。

本实施例中，步骤二中钻进完成后，所述桩帽成形器中芯管3的下端套装在桩身1-6的上端外侧，详见图3-9。

本实施例中，步骤三中进行桩帽混凝土灌注施工之前，还需人工对桩帽土模15内的剩余渣土进行清理并压密实。

本实施例中，对所述桩孔进行施工时，采用钻杆1-2由上向下钻进直至钻进至所施工灌注桩的设计孔深，获得施工成型的钻孔1-1；再向上提升钻杆1-2，直至将钻杆1-2提出至钻孔1-1外侧；向上提升过程中，通过钻杆1-2由下至上同步向钻孔1-1内进行混凝土灌注施工，完成所述灌注桩的桩身混凝土灌注施工过程；所述钻孔1-1为所施工灌注桩的所述桩孔。

其中，所述钻孔1-1为所述灌注桩的桩孔。

本实施例中，采用钻杆1-2由上向下钻进之前，先将钻杆1-2移至所述灌注桩的桩位上，此时所述钻杆1-2沿所述灌注桩的中心轴线布设。

本实施例中，采用钻杆1-2由上向下钻进过程中，所述钻杆1-2采用旋转挤压的方式进行钻孔。

本实施例中，所述钻杆1-2包括内部中空的芯杆和由下至上布设在所述芯杆外侧壁上的杆体外螺纹结构。相应地，所述桩身1-6为长螺旋灌注桩(也称为螺纹桩)，所述桩身1-6上由下至上设置有桩身外螺纹结构。所述杆体外螺纹结构与所述桩身外螺纹结构的结构相同，所述杆体外螺纹结构上均未设置切削齿，并且钻孔过程中不向外侧出土，钻孔过程为全挤土施工过程。

所述桩身外螺纹结构为等螺距螺纹且其为单线螺纹或多线螺纹；所述桩身外螺纹结构为圆柱螺纹。

实际施工时，也可以采用旋转切削与旋转挤压相结合的方式进行钻孔。此时，所述杆体外螺纹结构上设置有切削齿，钻孔过程中向外侧出土，但出土量非常小。因而，钻孔过程为切削与挤土相结合的施工过程，也称为半挤土施工过程。

本实施例中，所述螺旋叶片2-2的外侧均设置有切削齿或刀刃。

本实施例中，采用钻杆1-2由上向下钻进过程中，所述钻杆1-2为顺时针旋转；向上提升钻杆1-2过程中，所述钻杆1-2为逆时针旋转，这样钻杆1-2向上提升过程中，对已成型钻孔1-1无任何作用，施工成型的钻孔1-1为螺纹孔。

实际施工过程中，当桩身1-6上未设置所述桩身外螺纹结构时，顺时针旋转；向上提升钻杆1-2过程中，所述钻杆1-2为顺时针旋转，这样钻杆1-2向上提升过程中，对已成型钻孔1-1进行挤压，施工成型的钻孔1-1为圆柱形孔。

本实施例中，所述钻杆1-2为螺旋打桩机的钻杆，所述螺旋打桩机包括桩架和安装在桩架上的钻进设备，所述钻进设备包括钻杆1-2和驱动钻杆1-2进行连续转动的电动旋转驱动机构；所述电动旋转驱动机构与钻杆1-2的外端部进行传动连接，所述钻杆1-2为内部中空的杆体且其外端与注浆设备相接；

本实施例中，所述电动旋转驱动机构为动力头，所述动力头采用2012年07月04日公开的公开号为CN102535445A(申请号为CN201210026528.7)的发明专利申请中所公开的大扭矩可调速动力头。

步骤一中所述螺旋打桩机采用公开号为CN102535445A的发明专利申请《长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置及成型方法》中公开的成型装置，区别在于，并且步骤二中的钻孔方法，与公开号为CN102535445A的发明专利申请《长螺旋挤压入岩灌注桩用成型装置及成型方法》中的钻孔方法相同。

本实施例中，步骤二中所述吊装设备为挖掘机12；所述桩帽成形器吊装于挖掘机12的起重臂下方。

并且，本实用新型通过上连接法兰10安装在所述起重臂上。本实施例中，所述挖掘机12的起重臂与上连接法兰10中位于上方的法兰盘之间以焊接方式进行固定。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。