本发明属于废桩清除设备技术领域，涉及一种套管回旋平衡式拔桩装置及其拔桩方法。
背景技术
随着国家经济建设的发展及轨道交通的兴起，经常需要将残留在地下的废桩基清除。目前市面上常用的拔桩设备有三种，第一种是全套管旋切式设备，该设备在工作时，是采用把钻孔桩完全切断的方式进行的；第二种设备是通过套管将钻孔桩围护后，用小型设备将钻孔桩一点点凿除的；第三种设备是在钻孔桩外部设置套管后，通过套管与钻孔桩之间的杠杆效应将其折断的；上述三种设备在拔桩时，均存在拔桩效率低的缺点，且适用范围都有较大的限制。
技术实现要素：
为了解决上述问题，本发明设计了一种套管回旋平衡式拔桩装置及其拔桩方法，其与传统的拔桩设备相比，能够提高拔桩的效率，且能够减低对动力设备的要求，同时能够扩大设备的适用范围。
本发明的目的是这样实现的：
一种套管回旋平衡式拔桩装置，包括回旋钻机，回旋钻机的传动轴上固定连接有动力接头，动力接头的下端固定连接有转换接头，转换接头的下端固定连接有接长段，接长段的下端固定连接有工作端，工作端包括第一套管，第一套管的上端固定有第一法兰，第一套管的下端固定有钻头法兰，钻头法兰的下端面上固定有若干个合金钻头，第一套管的外周壁上周向均匀固定有四个内端面设置有开口且内部设置有空腔的支撑架，每个支撑架的下部与第一套管连通，每个支撑架的内部均安装有用于夹紧钻孔桩的夹紧机构，每个夹紧机构均包括紧固头、连杆和固定在支撑架的内顶部上的油缸，紧固头的中部通过转轴与支撑架的两侧内壁铰接，油缸的活塞杆上固定有铰接座，连杆的一端与铰接座铰接，另一端与紧固头的外端部铰接。
一种套管回旋平衡式拔桩装置，其中，紧固头外侧的支撑架的内侧壁上固定有限位块，限位块的两端均与支撑架的两侧内壁固定；通过限位块的设置，能够避免油缸因行程过大而出现损坏工作端的现象。
一种套管回旋平衡式拔桩装置，其中，紧固头内端部的两侧外壁由外向内逐渐收缩形成楔形状结构；通过采用这种结构后，紧固头能够更方便地切入到钻孔桩的混凝土保护层中。
一种套管回旋平衡式拔桩装置，其中，支撑架两侧与第一套管的外侧壁之间均固定有三块环向加劲块，第一法兰与第一套管之间固定有若干个呈周向分布的第五加强块，钻头法兰与第一套管之间固定有若干个呈周向分布的第六加强块；通过环向加劲块的设置，能够提高支撑架与第一套管之间的结构强度。
一种套管回旋平衡式拔桩装置，其中，支撑架与第一套管的外侧壁之间固定有用于封闭环向加劲块的封板。
一种套管回旋平衡式拔桩装置，其中，动力接头包括锥形状的第二套管，第二套管的两端分别固定有用于与回旋钻机的传动轴固定连接的第一上法兰和用于与转换接头的上端固定的第一下法兰，第一上法兰、第一下法兰和第二套管之间固定有若干块呈周向均匀分布的第一加强块；第一加强块用于增加第一上法兰、第一下法兰和第二套管之间的结构强度。
一种套管回旋平衡式拔桩装置，其中，转换接头包括第三套管和第四套管，第三套管和第四套管通过过渡盘连接，第三套管的上端固定有用于与动力接头的下端固定连接的第二上法兰，第四套管的下端固定有用于与接长段的上端固定连接的第二下法兰，第二上法兰、第三套管和过渡盘之间固定有若干块呈周向均匀分布的第二加强块，第四套管的外侧壁上固定有四根呈周向均匀分布的第一槽钢，第一槽钢沿第四套管的轴向方向延伸，第一槽钢与第四套管之间形成可供油缸的液压油管通过的通道，第二下法兰与第四套管之间固定有若干个呈周向分布的第三加强块；通过第一槽钢的设置，第一槽钢与第四套管之间形成的通道可供液压油管通过，能够避免液压油管因与钻孔的内壁之间产生摩擦而导致液压油管出现破损的现象。
一种套管回旋平衡式拔桩装置，其中，接长段包括至少一根第五套管，第五套管的两端均固定有第二法兰，第五套管的外侧壁上固定有四根呈周向均匀分布的第二槽钢，第二槽钢沿第五套管的轴向方向延伸，第二槽钢与第五套管之间形成可供油缸的液压油管通过的通道，第二法兰与第五套管之间固定有若干个呈周向分布的第四加强块；通过第二槽钢的设置，第二槽钢与第五套管之间形成的通道可供液压油管通过，能够避免液压油管因与钻孔的内壁之间产生摩擦而导致液压油管出现破损的现象。
一种套管回旋平衡式拔桩装置的拔桩方法，包括以下步骤：
步骤a、施工时，采用回旋钻机将工作端送至钻孔桩截断位置；
步骤b、驱动油缸的活塞杆伸展，油缸的活塞杆通过连杆带动紧固头转动，紧固头通过摩擦力破除部分钻孔桩的混凝土保护层，使紧固头与钻孔桩之间的接触面积增加，且通过油缸的作用，使得紧固头与钻孔桩之间具备足够的摩阻力；
步骤c、通过回旋钻机提供的扭矩将钻孔桩扭断，即在回旋钻机提供扭矩时，紧固头对钻孔桩施加侧摩阻力，且在钻孔桩下端入土部分的嵌固作用下，位于紧固头处的钻孔桩被扭断；
步骤d、解除转换接头与接长段之间的连接，并通过起重机械将破坏面以上的钻孔桩移出；
步骤e、向接长段内注入填料；
步骤f、将转换接头重新与接长段的上端连接，并通过回旋钻机将工作端移出至地面。
本发明通过采用上述结构后，其与传统的拔桩设备相比，能够提高拔桩的效率，且能够减低对动力设备的要求，同时能够扩大设备的适用范围。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是工作端的主视结构示意图；
图3是图2沿a-a线的剖视结构示意图；
图4是工作端的部分结构示意图；
图5是工作端的部分结构示意图；
图6是紧固头部分嵌入到钻孔桩的混凝土保护层中后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
一种套管回旋平衡式拔桩装置，包括回旋钻机1，回旋钻机1的传动轴上固定连接有动力接头2，动力接头2的下端固定连接有转换接头3，转换接头3的下端固定连接有接长段4，接长段4的下端固定连接有工作端5，工作端5包括第一套管51，第一套管51的上端固定有第一法兰52，第一套管51的下端固定有钻头法兰53，钻头法兰53的下端面上固定有若干个合金钻头54，第一套管51的外周壁上周向均匀固定有四个内端面设置有开口且内部设置有空腔的支撑架55，每个支撑架55的下部与第一套管51连通，每个支撑架55的内部均安装有用于夹紧钻孔桩的夹紧机构，每个夹紧机构均包括紧固头61、连杆62和固定在支撑架55的内顶部上的油缸63，紧固头61的中部通过转轴64与支撑架55的两侧内壁铰接，油缸63的活塞杆上固定有铰接座65，连杆62的一端与铰接座65铰接，另一端与紧固头61的外端部铰接；在上述结构中，相邻两个紧固头与第一套管的轴心的连线所形成的夹角相同，当钻孔桩的直径小于1.5米时，夹紧机构和支撑架设置4个为宜，对于1.5米以上的钻孔桩来说，可设置6个夹紧机构和支撑架；本装置中的钻头法兰的外径大于转换接头、接长段和第一套管的外径。
紧固头61外侧的支撑架55的内侧壁上固定有限位块66，限位块66的两端均与支撑架55的两侧内壁固定；通过限位块的设置，能够避免油缸因行程过大而出现损坏工作端的现象。
紧固头61内端部的两侧外壁由外向内逐渐收缩形成楔形状结构；通过采用这种结构后，紧固头能够更方便地切入到钻孔桩的混凝土保护层中。
支撑架55两侧与第一套管51的外侧壁之间均固定有三块环向加劲块56，第一法兰52与第一套管51之间固定有若干个呈周向分布的第五加强块58，钻头法兰53与第一套管51之间固定有若干个呈周向分布的第六加强块59；通过环向加劲块的设置，能够提高支撑架与第一套管之间的结构强度。
支撑架55与第一套管51的外侧壁之间固定有用于封闭环向加劲块56的封板57。
动力接头2包括锥形状的第二套管21，第二套管21的两端分别固定有用于与回旋钻机1的传动轴固定连接的第一上法兰22和用于与转换接头3的上端固定的第一下法兰23，第一上法兰22、第一下法兰23和第二套管21之间固定有若干块呈周向均匀分布的第一加强块24；第一加强块用于增加第一上法兰、第一下法兰和第二套管之间的结构强度。
转换接头3包括第三套管31和第四套管32，第三套管31和第四套管32通过过渡盘33连接，第三套管31的上端固定有用于与动力接头2的下端固定连接的第二上法兰34，第四套管32的下端固定有用于与接长段4的上端固定连接的第二下法兰35，第二上法兰34、第三套管31和过渡盘33之间固定有若干块呈周向均匀分布的第二加强块36，第四套管32的外侧壁上固定有四根呈周向均匀分布的第一槽钢37，第一槽钢37沿第四套管32的轴向方向延伸，第一槽钢37与第四套管32之间形成可供油缸63的液压油管通过的通道，第二下法兰35与第四套管32之间固定有若干个呈周向分布的第三加强块38；通过第一槽钢的设置，第一槽钢与第四套管之间形成的通道可供液压油管通过，能够避免液压油管因与钻孔的内壁之间产生摩擦而导致液压油管出现破损的现象。
接长段4包括至少一根第五套管41，第五套管41的两端均固定有第二法兰42，第五套管41的外侧壁上固定有四根呈周向均匀分布的第二槽钢43，第二槽钢43沿第五套管41的轴向方向延伸，第二槽钢43与第五套管41之间形成可供油缸63的液压油管通过的通道，第二法兰42与第五套管41之间固定有若干个呈周向分布的第四加强块44；通过第二槽钢的设置，第二槽钢与第五套管之间形成的通道可供液压油管通过，能够避免液压油管因与钻孔的内壁之间产生摩擦而导致液压油管出现破损的现象。
一种套管回旋平衡式拔桩装置的拔桩方法，包括以下步骤：
步骤a、施工时，采用回旋钻机将工作端送至钻孔桩截断位置；
步骤b、驱动油缸的活塞杆伸展，油缸的活塞杆通过连杆带动紧固头转动，紧固头通过摩擦力破除部分钻孔桩的混凝土保护层，使紧固头与钻孔桩之间的接触面积增加，且通过油缸的作用，使得紧固头与钻孔桩之间具备足够的摩阻力；
步骤c、通过回旋钻机提供的扭矩将钻孔桩扭断，即在回旋钻机提供扭矩时，紧固头对钻孔桩施加侧摩阻力，且在钻孔桩下端入土部分的嵌固作用下，位于紧固头处的钻孔桩被扭断；
步骤d、解除转换接头与接长段之间的连接，并通过起重机械将破坏面以上的钻孔桩移出；
步骤e、向接长段内注入填料；
步骤f、将转换接头重新与接长段的上端连接，并通过回旋钻机将工作端移出至地面。
如图6所示，紧固头在油缸的活塞杆的驱动下，紧固头转动，其头部破除了部分钻孔桩的混凝土保护层，并嵌入在钻孔桩中。
本发明通过采用上述结构后，其与传统的拔桩设备相比，能够提高拔桩的效率，且能够减低对动力设备的要求，同时能够扩大设备的适用范围；拔桩效率高是因为紧固头只破除部分混凝土保护层，然后采用扭断法直接破除桩头；能够减低对动力设备的要求主要体现在：在使用本装置后，采用40吨·米的扭矩即可完成直径1.2米及以下钻孔桩的拔除；钻进效率高主要体现在：本装置中的钻头法兰的外径大于转换接头、接长段和第一套管的外径，这样一来，能够减少转换接头、接长段和第一套管与土体的摩擦，减少了扭矩的损失；适用范围广体现在：在破除废桩时，仅要求破坏面以下的废桩存在5米的嵌固区域即可，断桩位置则可依据工程需要确定。
需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此，本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。
总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。