全自动造孔系统的制作方法

1.本实用新型涉及全自动造孔系统在注浆振冲碎石桩施工工艺中的应用，属于振冲技术领域。


背景技术：

2.在复合地基施工领域，振冲桩已成为提高地基承载力减少沉降的主要技术手段，可有效提高地基承载力、减少沉降，被广泛应用于处理土层液化、减少山体滑坡、增加土层抗震能力等多个方面，是一种快速、经济、有效的加固方法，振冲器是振冲法施工中的特制机具，主要分为液压振冲器和电动振冲器，它能够产生水平向振动力振挤填料以及周围土体，从而达到提高地基承载能力、减少沉降量、增加地基稳定性、提高抗震能力的目的。研究表明，采用水泥浆或水泥砂浆能够将散体的碎石桩体胶结在一起，能够提高复合地基强度。
3.但是对于土层复杂的情况下，水泥浆注射不能按照设计要求，实现不同位置开始注浆或终止注浆，特别是在遇到多岩石、大岩石地质条件下用振冲器造孔，通常需要用其它机械(打桩机、旋挖机等)造孔，然后再用振冲器加密。但是该方法施工困难、成本高、效率低。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型提出来注浆振冲碎石桩施工设备及工艺，能够针对不同地质条件下，启动注浆或多轮铣造孔机，进行辅助造孔，解决造孔困难、施工效率低的问题，其技术方案如下所述：
5.全自动造孔系统，包括机架，所述机架上安装有振冲器、接线盒、减震器、导杆、振冲器启动柜、电磁阀，所述振冲器的顶端与接线盒顶部连接，所述接线盒的顶部与减震器的底部连接，所述减震器的顶部与导杆的顶部连接，所述导杆的顶端连接有用于存储水泥浆的料仓、高压泵，所述导杆、减震器内设有用于泥浆和高压水通过的第一圆筒，所述第一圆筒连通有注浆管，所述振冲器的两侧均安装有液压缸，两个所述液压缸之间安装有挡板，所述液压缸的下部连接有用于粉碎岩石的刀盘机构，所述液压缸的顶部与振冲器连接，所述挡板的内侧与振冲器连接，所述刀盘机构套在挡板上，所述挡板中部设有用于注浆管穿过的第一通孔，所述注浆管的顶部与第一圆筒连通，所述注浆管的下部穿过第一通孔。
6.进一步的，所述注浆管、挡板均不少于1个，所述接线盒内部设置有三通管件，所述三通管件为倒y字型结构，所述三通管件的输入端与第一圆筒连通，所述三通管件的两个输出端向下倾斜延伸到接线盒外，所述三通管件的两个输出端均安装注浆管，所述注浆管的顶部与三通管件连通；
7.所述刀盘机构包括刀盘组件、安装座、用于驱动刀盘组件运动的驱动部件，所述安装座套在振冲器的外周，所述安装座与液压缸的下部连接，所述刀盘组件与驱动部件、安装座均连接；
8.所述刀盘组件为多个，所述刀盘组件包括刀座、刀杆、刀体，所述刀体为多个，所述
刀体安装在刀座上，所述刀座与刀杆的首端连接，所述刀杆的尾端与驱动部件连接；
9.所述驱动部件包括太阳齿轮、齿圈组件、行星齿轮组，所述太阳齿轮与齿圈组件内啮合，所述齿圈组件与行星齿轮组外啮合，所述行星齿轮组与刀杆的尾端刀盘组件连接。
10.进一步的，所述注浆管的中部为竖直段，所述注浆管的底部为倾斜段，两个倾斜段向下的延长线形成夹角α，其中α与振冲头的锥角相等；
11.所述刀体在刀座的外表面呈同心分布，所述刀体的刀头向外倾斜，所述刀体与刀座的夹角为15
°
～65
°
；
12.所述刀座包括第一弧形部、位于第一弧形部外侧的第二弧形部，所述第一弧形部的直径与第二弧形部的直径比例为a，其中1.2≤a≤3；
13.所述齿圈组件包括圆环本体，所述圆环本体内侧的上部、圆环本体内侧的下部均设有内齿圈，所述圆环本体的外侧设置有第一外齿圈、第二外齿圈，所述第一外齿圈位于第二外齿圈上方，所述第一外齿圈、第二外齿圈呈对称设置，所述第一外齿圈的外齿向下凸起，所述第二外齿圈的外齿向上凸起，所述内齿圈与太阳齿轮内啮合；
14.所述行星齿轮组包括第一行星齿轮、第二行星齿轮，所述第一行星齿轮位于第二行星齿轮上方，所述第一行星齿轮与第一外齿圈外啮合，所述第二行星齿轮与第二外齿圈外啮合。
15.进一步的，安装座所述包括圆筒、位于圆筒上方的上安装板、位于圆筒下方的下安装板，所述上安装板、下安装板均为圆环状结构，所述圆筒的内径、上安装板的内径、下安装板的内径均大于振冲器的内径，所述驱动部件位于上安装板和下安装板之间，所述上安装板的内侧、下安装板的内侧均设有凹槽，所述凹槽套在挡板上，所述凹槽与挡板相匹配；
16.所述圆筒的外周设置有通孔组件，所述通孔组件包括第一通孔、第二通孔，所述第一通孔位于第二通孔上方，所述一通孔、第二通孔均安装有刀杆。
17.进一步的，驱动部件还包括用于驱动太阳齿轮转动的减速电机，所述减速电机的机轴与太阳齿轮连接，所述减速电机与下安装板连接。
18.进一步的，驱动部件还包括用于驱动太阳齿轮转动的液压马达，所述液压马达的输出轴与太阳齿轮连接，所述液压马达与下安装板连接。
19.本实用新型的有益效果：
20.本实用新型通过在振冲器设置刀盘机构，利用刀盘机构的转动粉碎岩石，设备结构简单，造孔效率高，有效的解决了在多岩石、大岩石地质条件造孔困难问题，通过注浆管和注浆工艺能够实现对不同位置开始注浆或终止注浆，提高复合地基强度。
附图说明
21.图1为所述全自动造孔系统的示意图；
22.图2为所述全自动造孔系的剖面图；
23.图3为所述振冲器、液压缸、挡板、刀盘机构的连接示意图；
24.图4为所述刀盘机构的示意图；
25.图5为所述刀盘机构的剖面图；
26.图6为所述刀盘机构的纵向剖面图；
27.图7为所述齿轮组件的示意图；
28.图8为所述齿轮组件的纵向剖面图；
29.图9为所述刀盘组件的示意图；
30.图10为本实用新型所述第一弧形部与第二弧形部的连接示意图；
31.图11为第一弧形部与第二弧形部连接的对照示意图；
32.图12为所述第一弧形部与第二弧形部连接的对照示意图。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
34.需要理解的是，术语“顶部”、“中部”、“上”、“一端”、“下”、“左侧”、“右侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
35.实施例一
36.如图1
‑
3所示的全自动造孔系统包括机架，机架上安装有振冲器1、接线盒5、减震器6、导杆7、振冲器启动柜、电磁阀、料仓、高压泵，在机架钢丝绳卷筒上还安装有用来测量振冲器1深度的测深编码器，在振冲器启动柜中安装用来测量振冲器1工作电流的电流变送器，所述振冲器1的顶端与接线盒5顶部连接，所述接线盒5的顶部与减震器6的底部连接，所述减震器6的顶部与导杆7的顶部连接，所述导杆5的顶端连接有用于存储水泥浆的料仓、高压泵，所述导杆7、减震器6内设有用于泥浆和高压水通过的第一圆筒8，所述第一圆筒8连通有注浆管9，所述注浆管9不少于1个，所述接线盒5内部设置有三通管件51，所述三通管件为倒y字型结构，所述三通管件的输入端与第一圆筒8连通，所述三通管件的两个输出端向下倾斜延伸到接线盒5外，所述三通管件的两个输出端均安装注浆管9，所述注浆管9的顶部与三通管件连通。
37.所述振冲器1的两侧均安装有液压缸2，两个所述液压缸2之间安装有挡板4，所述挡板4中部设有用于注浆管9穿过的第一通孔41，所述注浆管9的下部穿过第一通孔41，所述液压缸2的下部连接有刀盘机构3，刀盘机构3用于粉碎岩石，其中液压缸2的顶部与振冲器1固定连接，所述挡板4的内侧与振冲器1固定连接，所述刀盘机构3套在挡板4上，所述刀盘机构3包括用于破碎岩石的刀盘组件31、安装座32、驱动部件33，安装座32与液压缸2的下部连接，所述驱动部件33与刀盘组件31连接其中驱动部件33用于驱动刀盘组件31上下运动。刀盘机构3在初始状态时不工作，仅振冲器1进行造孔，即当基质中没有遇到岩石层或者大岩石时,刀盘机构3不工作,仅需要在注入石料后,通过注浆管9注入水泥浆或水泥砂浆后振密；当振冲器遇到岩石层或者大岩石时，液压缸2推动刀盘机构3向下运动到振冲器1的下方，同时驱动部件33启动使得刀盘组件31开始旋转对岩石进行粉碎，当粉碎完成后，液压缸2带动刀盘机构3向上运动返回到初始状态。本实用新型中，挡板4能够使刀盘机构3沿着挡板4的方向进行上下运动，防止刀盘机构3在粉碎岩石时，受外力发生扭转，影响设备的使用寿命和施工效率。本实施例通过plc控制电磁阀线圈得电与失电的动作，实现对控制液压缸2、刀盘机构3启动与关闭的控制；
38.图4
‑
6所示的安装座32包括圆筒、位于圆筒上方的上安装板321、位于圆筒下方的下安装板322，所述圆筒的内径、上安装板321的内径、下安装板322的内径均大于振冲器的内径，所述驱动部件33位于上安装板321和下安装板322之间，所述驱动部件33包括太阳齿轮332、齿圈组件333、行星齿轮组334，所述太阳齿轮332与齿圈组件333内啮合，所述齿圈组件333与行星齿轮组334外啮合，所述行星齿轮组334与刀盘组件31连接，所述刀盘组件31与安装座32连接；还包括用于驱动太阳齿轮332转动的驱动组件，所述驱动组件可以为减速电机或液压马达中的一种，当驱动组件为减速电机时，减速电机的机轴与太阳齿轮332连接，所述减速电机与下安装板321连接；当驱动组件为液压马达时，液压马达的输出轴与太阳齿轮332连接，所述液压马达与下安装板321连接。
39.所述刀盘组件31为多个，所述刀盘组件31包括刀座312、刀杆313、刀体311如图7所示，所述刀体311为多个，所述刀体311安装在刀座312上，所述刀座312与刀杆313的首端连接，所述刀杆313的尾端安装行星齿轮组334，所述刀杆313与行星齿轮组334键连接。当刀盘机构3运动到振冲器1的下端时，减速电机或液压马达驱动太阳齿轮332旋转，太阳齿轮332带动齿圈组件333，齿圈组件333带动行星齿轮组334转动，行星齿轮组334带动刀杆313旋转，导杆313带动刀座312旋转进而对岩石进行粉碎。本实用新型造孔效率高，有效的解决了在多岩石、大岩石地质条件造孔困难问题。
40.实施例二
41.作为一种优化的技术方案，所述圆筒的外周设置有通孔组件，所述通孔组件包括第一通孔、第二通孔，所述第一通孔位于第二通孔上方。所述行星齿轮组334包括第一行星齿轮3341、第二行星齿轮3342，所述第一行星齿轮3341位于第二行星齿轮3342上方，当刀杆313的首端贯穿第一通孔时，所述刀杆313的末端连接第一行星齿轮3341；当刀杆313的首端贯穿第二通孔，所述刀杆313的末端连接第二行星齿轮3342。本实施例所述第一行星齿轮3341、第二行星齿轮3342均为伞齿轮，第一通孔和第二通孔等间距交替设置，即第一行星齿轮3341和第二行星齿轮3342等间距交替设置。
42.如图7
‑
8所示的齿圈组件333包括圆环本体、设置在圆环本体内侧的内齿圈3331、第一外齿圈3332、第二外齿圈3333，其中所述第一外齿圈3332位于第二外齿圈3333上方，所述第一外齿圈3332、第二外齿圈3333呈对称设置，所述第一外齿圈3332的外齿向下凸起，所述第二外齿圈3333的外齿向上凸起，为了方便加工，本实施例中，内齿圈3331分布在圆环本体内侧上部和下部，加工时，首先选择一个代加工的工件，该工件包括圆筒、环形板，其中环形板的内径等于圆筒的内径，环形板套在圆筒底部焊接，接着在圆筒下部加工与太阳齿轮332相匹配的齿圈，然后在环形板上表面加工出于第一行星齿轮3341、第二行星齿轮3342相匹配的齿圈，最后将加工好的两个工件的顶面焊接形成本实用新型所述的齿圈组件333。
43.进一步的，所述第一行星齿轮3341与第一外齿圈3332外啮合，所述第二行星齿轮3342与第二外齿圈3333外啮合，且第一行星齿轮3341不与第二外齿圈3333外啮合，第二行星齿轮3342不与第一外齿圈3332外啮合，即第一外齿圈3332仅能驱动与第一行星齿轮3341连接的刀盘组件31，第二外齿圈3333仅能驱动与第二行星齿轮3342连接的刀盘组件31，当太阳齿轮332带动内齿圈3331顺时针旋转时，第一外齿圈3332驱动第一行星齿轮3341逆时针旋转，第一行星齿轮3341逆时针旋转又可以带动刀盘组件31逆时针旋转，第二外齿圈3333驱动第二行星齿轮3342顺时针旋转，第二行星齿轮3342顺时针旋转又可以带动刀盘组
件31顺时针旋转，又由于第一行星齿轮3341和第二行星齿轮3342等间距交替设置，因此，相邻刀盘组件31的旋转方向均不相同，使得刀盘机构3同时实现正转和反转进行掘进，同时避免了粉碎石料在刀座312外淤积，降低了碎石对刀盘机构的扭矩影响和对设备的磨碎，提高了施工效率，增加了设备的使用寿命。
44.所述刀体311在刀座312的外表面呈同心分布，所述刀体311的刀头向外倾斜，所述刀体311与刀座312的夹角为15
°
～65
°
。本实施例所述的刀体311为硬质合金头。在将岩层或大块岩石打穿过程中，刀盘组件31的结构，特别是刀具组件311的布置和刀头的选择，对刀盘组件31的切削能力、运动轨迹都有重要影响，采用硬质合金头可以提高刀体311的抗磨损性能，提高设备使用寿命。另外，所述刀体311在刀座312呈同心分布等间距分布，所述刀体311与刀座312的夹角为15
°
～60
°
，优选的夹角为47
°
，该设计不仅能够提高刀具的切削能力，提高岩石破碎效率，而且能够增强碎石的流动性，降低碎石对刀盘的损坏。
45.实施例三
46.图10
‑
12为所述第一弧形部与第二弧形部不同状态的连接示意图；所述刀座312包括第一弧形部3121、位于第一弧形部3121外侧的第二弧形部3122，所述第二弧形部3122为向外凸起的弧形结构，所述第一弧形部3121的直径与第二弧形部3122的直径比例为a，其中1.2≤a≤3；
47.本实施中第二弧形部3122的弦面不变，当a等于1时，第一弧形部3121与第二弧形部3122组成一个球面；当a小于1时，第二弧形部3122的弧度变小，虽然刀具组件受到阻力相对最小、磨损率变低，但是道具组件掘进速度非常慢、造孔效率很低，不能满足遇到大块岩石的施工需求。随着第二弧形部3122的弧度变大，第二弧形部3122向外凸起明显，当1.2≤a≤3时，虽然刀具收到阻力增大、磨损量每千米的磨损增加到0.5mm，但是刀具的掘进速度非常快，造孔效率显著提高，且刀具使用寿命10km，远大于a＝1或a<1时，刀盘的使用寿命，但当a大于3时，第二弧形部3122受力较大，容易磨损，刀具使用寿命较短。故本实用新型优选的所述第一弧形部3121的直径与第二弧形部3122的直径比例范围为1.2≤a≤3。
48.表1为不同第一弧形部与第二弧形部连接方式对造孔的影响
49.直径比例a磨损量掘进速度受到阻力造孔效率使用寿命1.2≤a≤30.5mm/km快大高10kma＝10.3mm/km慢小低2kma<10.2mm/km很慢很小很低2km
50.实施例四
51.所述上安装板321、下安装板322均为圆环状结构，所述上安装板321的内侧、下安装板322的内侧均设有凹槽323，所述凹槽323套在挡板4上，所述凹槽323与挡板4相匹配；所述挡板4不少于1个，所述挡板4的纵剖面为梯形结构，所述挡板4包括第一斜面段41、第二斜面段43、位于第一斜面段41和第二斜面段43之间的平面段42，所述第一斜面段41位于第二斜面段43上方，所述第一斜面段41的首端、第二斜面段43的首端均与振冲器1连接，所述第一斜面段41的末端向下延伸，所述第二斜面段43的末端向上延伸，所述第一斜面段41与振冲器1的夹角不小于30
°
，所述第二斜面段43与振冲器1的夹角不小于30
°
。本实用新型设置挡板4主要为了对动力头3的运动方向进行引导，防止动力头3在粉碎时发生扭动，同时设置的第一斜面段41、第二斜面段43能够防止泥土和岩石进入动力头3和壳体1之间的缝隙，影
响动力头3上升或下降，减低泥土和碎石对设备运行的影响，提高施工效率，延长设备使用寿命。说明书附图以挡板4为2个进行示意，仅用于对本实施例的进一步说明并非指定，实际应用中有多种类型的刀花，本实用新型对此不做限定。
52.实施例五
53.全自动造孔系统在注浆振冲碎石桩施工工艺的应用，所述注浆振冲碎石桩施工工艺，包括如下步骤：
54.步骤1，选定制桩位置，设定地面零点；
55.步骤2，造孔:启动高压水泵，当位于振冲器1两侧的注浆管9底部出水后，启动振冲器1，当检测到振冲器1在造孔过程中不再下降时，启动刀盘机构3，直到检测到振冲器1继续下降时，关闭刀盘机构3，同时使振冲器1继续向下造孔到设计深度，至此形成第一孔；
56.步骤3，清孔:当造孔完成后，提升振冲器1，同时在第一孔的孔内继续冲入高压水直至第一孔的孔口，接着将振冲器1放至第一孔的孔底，然后再次提升振冲器1，如此重复一至两次，使得第一孔的孔径扩大并使第一孔孔内的泥浆变稀形成第二孔；本实施例中，振冲器1向上提升的高度为5m～50m。
57.步骤4，将位于第二孔孔底的振冲器1向上提升到设定高度，关闭高压水泵，接着向第二孔的孔内填充碎石料，再接着对第二孔进行振密，在振密的同时，通过第一圆筒8、注浆管9向第二孔内注入水泥浆或水泥砂浆，最终形成水泥浆或水泥砂浆与碎石料混合的混合料，振冲器1继续将第二孔内的混合料振挤密实；
58.步骤5，重复步骤4，直至第二孔孔内填料密实。
59.作为一种优选的技术方案，
60.在所述步骤1中，还包括在机架钢丝绳卷筒上安装用来测量振冲器1下降深度的测深编码器，在振冲器启动柜中安装用来测量振冲器1工作电流的电流变送器；通过plc技术控制电磁阀线圈得电与失电，进而实现对控制液压缸2、刀盘机构3启动与关闭的动作；本实施中电磁阀线圈包括mv101
‑
b电磁铁、mv102
‑
a电磁铁、mv102
‑
b电磁铁，电磁阀线圈得电与失电，进而实现对控制液压缸2、刀盘机构3启动与关闭的原理为：当mv101
‑
b电磁铁得电，液压缸2输出端下降，反之失电，液压缸2输出端上升。当mv102
‑
b电磁铁得电，太阳齿轮332正转；mv102
‑
b电磁铁失电，mv102
‑
a电磁铁得电，太阳齿轮332反转。具体工作过程如下:当检测到振冲器1下降的深度不再增加，并且输出电流达到振冲器1的额定电流时，mv101
‑
b电磁铁和mv102
‑
b电磁铁同时得电，此时液压缸下降，此时液压缸2的输出端推动刀盘机构3下降到振冲器1的底部，太阳齿轮332正向旋转，刀盘组件31打破硬层进行造孔。当检测到振冲器1的下降深度继续增加并且振冲器1的输出电流低于额定电流时，mv101
‑
b电磁铁和mv102
‑
b电磁铁同时失电，此时液压缸复位，刀盘机构停止旋转，关闭液压缸2和刀盘机构3
61.本实施例中，所述碎石料粒径为20mm～150mm，所述水泥浆中水泥浆与水灰体积比为1～2，所述水泥砂浆中水泥与砂体积比为1：3～5，所述高压水泵的供水压力不小于1mpa，所述水泥浆注浆压力为0.2～0.5mpa，其中，在黏性土中为0.2～0.3mpa，在砂性土中为0.2
‑
0.5mpa。
62.在造孔过程中，当基质中没有遇到岩石层或者大岩石时，则刀盘机构3不工作，仅振冲器1进行造孔,造孔后,进行上述步骤3
‑
5所述的过程相同。本实用新型能够根据不同的基质情况，选择不同的操作方案，设备和施工工艺更加灵活、便捷，能够在软基质、岩石层等
复杂多变的地质状况中进行推广应用，与现有技术相比，造孔效率高，复合强度高。
63.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。