一种桩底沉渣清理设备及方法与流程

1.本发明涉及混凝土灌注桩施工技术领域，具体的是涉及一种桩底沉渣清理设备及方法。


背景技术：

2.随着国民经济水平的日益提高，我国人口城市化进程和人口数量增速，为满足人们的生活、生产等需求，建筑业逐渐向着地上高空方向与地下空间发展。城市发展规划中高层建筑规模和数量日趋增加，这为深基础施工技术的快速发展提供了主要动力。
3.在诸多深基础类型中，灌注桩是应用最为广泛的一种桩型。灌注桩施工是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、冲孔灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。
4.绝大多数灌注桩施工是在泥水中灌注混凝土，桩底沉渣是否清理干净直接影响成桩后的承载力及变形，因此相关规范标准对桩底沉渣厚度控制有着严格要求。
5.现有的桩底沉渣清理方式通常有以下几种：
6.1、采用旋挖机换清底钻头下钻清理，缺点是旋挖清理时难以完全清理干净；
7.2、采用正循环冲孔方法将沉渣悬浮于泥浆中带出至桩孔外的泥浆池中，清理速度慢，难以完全清理干净，清理过程过长容易导致塌孔等；
8.3、采用气举反循环法，通过向桩孔底部输入高压气体冲出沉渣，清理速度慢，对于大块径的沉渣效果差，高压气体对桩孔壁的冲击扰动较大，容易造成塌孔；
9.4、采用大功率清理泵抽渣，对于大块径的沉渣清理效果差，容易堵塞清理泵，抽浆过程浆液循环流速快，桩孔壁扰动较大容易塌孔。
10.因此，亟需一种改进的桩底沉渣清理设备及方法来解决上述的技术问题。


技术实现要素：

11.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种桩底沉渣清理设备及方法，桩底沉渣可以清理干净，对于不同直径的沉渣等均可清理，清理范围广，且清理速度快，减少了塌孔的风险。
12.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
13.本发明的第一方面提供一种桩底沉渣清理设备，包括制冷装置、起吊装置和控制装置；所述制冷装置包括与所述控制装置电连接的压缩机、冷凝器、干燥过滤器和蒸发单元，所述压缩机设有吸入口、排气管和吸气管，所述压缩机的排气管与所述冷凝器的入口之间通过第一输气管连接，所述冷凝器的出口与所述干燥过滤器的入口之间通过输液管连接，所述蒸发单元包括网状的防护罩以及设置在所述防护罩内的蒸发器，所述防护罩与所述起吊装置的缆绳可拆卸连接，所述防护罩的顶端设有第一接口和第二接口，所述蒸发器的入口与所述第一接口连接，所述第一接口与所述干燥过滤器的出口之间通过毛细管连
接，所述蒸发器的出口与所述第二接口连接，所述第二接口与所述压缩机的吸气管之间通过第二输气管连接。
14.作为优选的技术方案，所述防护罩的顶端设有第三接口，所述第三接口连接有温度传感器，所述温度传感器与所述控制装置电连接。
15.作为优选的技术方案，所述蒸发器通过焊接或绑扎的方式设置在所述防护罩的内部。
16.作为优选的技术方案，所述防护罩顶端设有吊环，所述吊环与所述起吊装置的缆绳可拆卸连接。
17.作为优选的技术方案，所述防护罩的底端呈锥状。
18.作为优选的技术方案，所述起吊装置包括托盘、吊臂、发动机、第一绞盘、第二绞盘、滑轮和所述缆绳，所述控制装置、压缩机、冷凝器、发动机、第一绞盘、第二绞盘均设置在所述托盘的顶端，所述吊臂相对所述托盘呈倾斜设置，吊臂的一端设置在所述托盘的顶端，另一端位于所述托盘的上方并凸出于托盘的后端，且设置有滑轮，所述缆绳的一端缠绕在所述第一绞盘上，另一端绕过所述滑轮并与所述防护罩可拆卸连接，所述输液管缠绕在所述第二绞盘上，所述发动机用于驱动所述第一绞盘转动以实现将所述缆绳导出或收回以及用于驱动所述第二绞盘转动以实现将所述输液管导出或收回，所述发动机与所述控制装置电连接。
19.作为优选的技术方案，所述起吊装置还包括设置在所述托盘顶端的发电机，所述发电机用于给所述压缩机供电，所述发电机与所述控制装置电连接。
20.作为优选的技术方案，所述起吊装置为一吊车。
21.作为优选的技术方案，所述第一输气管、第二输气管和输液管均为柔性管。
22.作为优选的技术方案，所述蒸发器为螺旋形蒸发器或s形蒸发器。
23.本发明的第二方面提供一种桩底沉渣清理方法，包括以下步骤：
24.s2、通过起吊装置将蒸发单元吊放至桩底；
25.s4、通过制冷装置将桩底的沉渣冻结在防护罩上，包括：
26.启动压缩机，通过压缩机将经吸入口吸入的气态制冷剂压缩成高温高压的过热蒸汽，高温高压的过热蒸汽从排气管排出后依次经第一输气管、冷凝器的入口进入到冷凝器内；
27.通过冷凝器将高温高压的过热蒸汽冷却为中温高压的液体，中温高压的液体经冷凝器的出口出来后依次经输液管、干燥过滤器的入口进入到干燥过滤器内；
28.通过干燥过滤器对中温高压的液体进行过滤以过滤出杂质和水份，经过滤后的中温高压的液体从干燥过滤器的出口出来后进入到毛细管内，并在毛细管的节流降压作用下变为低温低压的液体，然后经第一接口、蒸发器的入口进入到蒸发器内，低温低压的液体在进入到蒸发器内后吸收桩底沉渣的热量而被汽化为低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽从蒸发器的出口出来后经第二接口、第二输气管、吸气管进入到压缩机内，沉渣由于被低温低压的液体吸收了热量则被冻结在防护罩上；
29.关闭压缩机；
30.s6、通过起吊装置将蒸发单元及冻结在防护罩上的沉渣吊出桩孔，如此即完成桩底沉渣的清理工作。
31.作为优选的技术方案，所述步骤s2中，所述防护罩的底端绑扎有网袋，所述网袋内盛装有干冰。
32.作为优选的技术方案，所述步骤s4中，在关闭压缩机之前还包括：通过温度传感器对桩底的温度进行检测并将检测出的温度发送给控制装置，通过控制装置将检测出的温度与沉渣的冰点温度进行比较，若检测出的温度低于沉渣的冰点温度，则判断沉渣已经完成冻结。
33.本发明的有益效果是：本发明结构简单，通过制冷装置可实现将桩底的沉渣冻结在防护罩上，通过起吊装置可将冻结在防护罩上的沉渣吊出桩孔，沉渣可以清理干净，对于不同直径的沉渣等均可清理，清理范围广，且清理速度快，减少了塌孔的风险，有利于快速施工，缩短工期，降低了成本。
附图说明
34.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
35.图1是本发明一实施例提供的一种桩底沉渣清理设备的结构示意图；
36.图2是图1所示桩底沉渣清理设备的制冷装置的原理示意图；
37.图3是图1所示桩底沉渣清理设备的蒸发单元的结构示意图；
38.图4是图1所示桩底沉渣清理设备的蒸发单元的俯视示意图；
39.图5是基于图1所示的桩底沉渣清理设备提供的一种桩底沉渣清理方法的流程示意图。
具体实施方式
40.以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
41.请参照图1至图4，本发明一实施例提供的一种桩底沉渣清理设备，包括制冷装置、起吊装置和控制装置50。控制装置50用于控制各个器件如压缩机12、发动机、发电机的工作，主要包括外壳、设置在外壳内的控制器、电源模块和设置在外壳上的触摸屏。电源模块、触摸屏与控制器电连接，电源模块用于给控制器供电。
42.制冷装置包括与控制装置50的控制器电连接的压缩机12、冷凝器14、干燥过滤器16和蒸发单元18。
43.压缩机12设有吸入口、排气管122和吸气管124。吸入口用于与存储装置连接，存储装置用于储存气态的制冷剂。压缩机12可通过吸入口吸入气态的制冷剂。制冷剂例如为r134a制冷剂，该种制冷剂为环保制冷剂，具有稳定、无毒、性能优越等特点。可以理解地，制冷剂还可以是例如r407c制冷剂、r401a制冷剂等。
44.压缩机12的排气管122与冷凝器14的入口之间通过第一输气管22连接。冷凝器14
的出口与干燥过滤器16的入口之间通过输液24管连接。蒸发单元18包括网状的防护罩182以及设置在防护罩182内的蒸发器184。防护罩182与起吊装置的缆绳38可拆卸连接。防护罩182的顶端设有第一接口1822和第二接口1824，蒸发器184的入口与第一接口1822连接，第一接口1822与干燥过滤器16的出口之间通过毛细管26连接。蒸发器184的出口与第二接口1824连接，第二接口1824与压缩机12的吸气管124之间通过第二输气管28连接。
45.通过上述的结构，本发明在实际应用时，先通过起吊装置将蒸发单元18吊放至桩底(桩底即桩孔100的底部)，如图1所示，然后通过压缩机12将经吸入口吸入的气态制冷剂压缩成高温高压的过热蒸汽(高温高压的过热蒸汽，温度一般为60-90℃，压力一般为1.3-1.8mpa，温度、压力的具体数值与采用的制冷剂的类别是对应的)，高温高压的过热蒸汽从排气管122排出后可依次经第一输气管22、冷凝器14的入口进入到冷凝器14内，然后通过冷凝器14将高温高压的过热蒸汽冷却为中温高压的液体(中温高压的液体，温度一般为30-45℃，压力一般为1.1-1.38mpa，温度、压力的具体数值与采用的制冷剂的类别是对应的)，中温高压的液体经冷凝器14的出口出来后可依次经输液管24、干燥过滤器16的入口进入到干燥过滤器16内，然后通过干燥过滤器16对中温高压的液体进行过滤以过滤出杂质和水分，经过滤后的中温高压的液体从干燥过滤器16的出口出来后进入到毛细管26内，并在毛细管26的节流降压作用下变为低温低压的液体(低温低压的液体，温度一般为-33-13℃，压力一般为0.13-0.5mpa，温度、压力的具体数值与采用的制冷剂的类别是对应的)，然后经第一接口1822、蒸发器184的入口进入到蒸发器184内，低温低压的液体在进入到蒸发器184内后与桩底的沉渣102进行热交换，吸收沉渣102的热量而被汽化为低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽从蒸发器184的出口出来后经第二接口1824、第二输气管28、吸气管124进入到压缩机12内，这样可实现下一次制冷循环。沉渣102由于被低温低压的液体吸收了热量则被冻结在防护罩182上，然后关闭压缩机12，通过起吊装置将蒸发单元18及冻结在防护罩182上的沉渣102吊出桩孔100，如此桩底沉渣102的清理工作即完成。本发明结构简单，通过制冷装置可实现将桩底的沉渣102冻结在防护罩182上，通过起吊装置可将冻结在防护罩182上的沉渣102吊出桩孔100，如此，采用冻结沉渣102的方式来清理沉渣102，使得沉渣102可以清理干净，对于不同直径的沉渣102等均可清理，清理范围广，且清理速度快，减少了塌孔的风险，有利于快速施工，缩短工期，降低了成本。
46.进一步地，防护罩182的顶端设有第三接口1826，第三接口1826连接有温度传感器19，温度传感器19通过导线与控制装置50的控制器电连接。温度传感器19用于在制冷装置工作后对桩底的温度进行检测并将检测出的温度发送给控制装置50的控制器，控制装置50的控制器用于将检测出的温度与桩底沉渣102的冰点温度进行比较，若检测出的温度低于沉渣102的冰点温度(沉渣102的冰点温度一般为零下3℃左右)，则判断沉渣102已经完成冻结，此时通过起吊装置即可将蒸发单元18及冻结在防护罩182上的沉渣102吊出桩孔100。若检测出的温度大于等于沉渣102的冰点温度，则需提高制冷功率或更换制冷装置的相关部件，直至检测出的温度低于沉渣102的冰点温度。
47.优选地，温度传感器19通过例如螺栓或通过钢丝绑扎的方式连接到第三接口1826。可以理解地，还可以是其他方式。
48.防护罩182为一圆柱状结构，其底端呈锥状，便于插入沉渣102底部。本实施例中，防护罩182的外径小于桩孔100的内径，防护罩182的大小可以根据实际桩孔100的内径进行
制作，而对于大直径桩孔，为了增强防护罩182的利用率，节约制作成本，也可以采用小外径的防护罩182进行二次或多次清渣作业。防护罩182呈由多根钢筋焊接而成，也可以采用薄钢板切割成条状焊接而成，成本低。防护罩182的网眼大小可以根据实际情况进行设置。
49.防护罩182顶端的四周分别设有一吊环1828，吊环1828与起吊装置的缆绳38可拆卸连接。
50.蒸发器184通过焊接或绑扎的方式设置在防护罩182的内部，制作方便。蒸发器为螺旋形蒸发器、s形蒸发器等，可以理解地，蒸发器还可以是其他形状。
51.第一输气管22、第二输气管28和输液管24均为柔性管，方便收卷。毛细管26例如为铜管、邦迪管、铝管等等。干燥过滤器16优选通过钢丝162等绑扎在第二输气管28上，毛细管26由于管径很小，毛细管26优选缠绕在第二输气管28上，如图1所示。
52.压缩机12的排气管122的与第一输气管22连接的一端设有第一电磁阀1222，吸气管124的与第二输气管28连接的一端设有第二电磁阀1242，第一电磁阀1222和第二电磁阀1242均与控制装置50的控制器电连接，通过控制装置50的控制器可控制第一电磁阀1222和第二电磁阀1242的开启或关闭。在压缩机12启动工作时，第一电磁阀1222、第二电磁阀1242开启，在压缩机12停止工作时，第一电磁阀1222、第二电磁阀1242关闭。
53.冷凝器14包括蛇形的铜管142和百叶窗形的钢板144，铜管142焊接在钢板144上，铜管142的一端作为冷凝器14的入口，另一端作为冷凝器14的出口。在实际应用时，高温高压的过热蒸汽可经第一输气管22、铜管142的一端进入到铜管142内，高温高压的过热蒸汽在进入到铜管142内后与周围的空气进行热交换，将热量散发给周围的空气从而变为中温高压的液体，中温高压的液体可经铜管142的另一端、输液管24、干燥过滤器16的入口进入到干燥过滤器16内，百叶窗形的钢板144可增加散热效果，可加速高温高压的过热蒸汽的放热，如此通过铜管142和钢板144即可实现将高温高压的过热蒸汽冷却为中温高压的液体。
54.可以理解地，冷凝器14也可以是其他现有的结构。
55.冷凝器14的入口处、冷凝器14的出口处设有第三电磁阀、第四电磁阀，第三电磁阀、第四电磁阀均与控制装置50的控制器电连接，通过控制装置50的控制器可控制第三电磁阀和第四电磁阀的开启或关闭。在压缩机12启动工作时，第三电磁阀、第四电磁阀开启，在压缩机12停止工作时，第三电磁阀、第四电磁阀关闭。
56.各管路与接口、入口、出口之间均采用耐高压螺纹锁紧式液压快速接头连接，方便拆装。
57.起吊装置包括托盘32、吊臂34、发动机、发电机、第一绞盘35、第二绞盘36、滑轮37和上述的缆绳38。
58.控制装置50、压缩机12、冷凝器14的钢板144、发动机、发电机、第一绞盘35、第二绞盘36均设置在托盘32的顶端。控制装置50靠近托盘32的前端。吊臂34相对托盘32呈倾斜设置，吊臂34的一端设置在托盘32的顶端，另一端位于托盘32的上方并凸出于托盘32的后端，且设置有所述滑轮37。第一绞盘35位于吊臂34和控制装置50之间。缆绳38的一端缠绕在第一绞盘35上，另一端绕过滑轮37并与防护罩182的吊环1828可拆卸连接。第二绞盘36靠近托盘32的后端，压缩机12、冷凝器14位于第二绞盘36和吊臂34之间。输液管24缠绕在第二绞盘36上，通过第二绞盘36可将输液管24导出或收回。发动机用于驱动第一绞盘35转动以实现将缆绳38导出或收回以及用于驱动第二绞盘36转动以实现将输液管24导出或收回，发动机
与控制装置50的控制器电连接。发电机用于给压缩机12供电，发电机与控制装置50的控制器电连接。在实际应用时，当要将蒸发单元18吊放至桩底时，在缆绳38的远离第一绞盘35的一端与防护罩182的吊环1828连接后，通过发动机驱动第一绞盘35转动、第二绞盘36转动，从而可实现将缆绳38导出、输液管24导出，如此即可实现将蒸发单元18吊放至桩底。当要将蒸发单元18及冻结在防护罩182上的沉渣102吊出桩孔100时，通过发动机驱动第一绞盘35转动、第二绞盘36转动，从而可实现将缆绳38收回、输液管24收回，如此即可实现将蒸发单元18及冻结在防护罩182上的沉渣102吊出桩孔100。
59.托盘32的顶端设有支撑件342，支撑件342的远离托盘32的一端与吊臂34连接，支撑件342对吊臂34起到支撑作用。
60.优选地，压缩机12、冷凝器14的钢板144可拆卸地设置在托盘32的顶端，方便拆装，在场地狭窄不具备车辆进入条件下分解组装。
61.为提高其场地通过性，在托盘32的底端安装有轮子或履带，方便行走，轮子或履带通过一驱动装置例如发动机驱动，以给轮子或履带提供行走的动力。
62.在一个替换方案中，起吊装置也可以是一吊车。
63.在其他实施方式中，对于冲孔灌注桩，可以直接用冲孔桩机代替起吊装置，然后通过缆绳吊装蒸发单元18。对于旋挖桩，也可以利用旋挖桩机卸掉钻头后，通过缆绳吊装蒸发单元18。
64.请参照图5，本发明还提供了一种桩底沉渣清理方法，具体包括以下步骤：
65.s2、通过起吊装置将蒸发单元18吊放至桩底。
66.本实施例中，在桩机成孔撤离后，将本装置移至桩孔100旁边，然后将缆绳38的远离第一绞盘35的一端与防护罩182的吊环1828连接，然后启动发动机，通过发动机驱动第一绞盘35、第二绞盘36转动以实现将缆绳38、输液管24导出，在缆绳38的带动下从而可实现将蒸发单元18吊放至桩底。在蒸发单元18到达桩底后，关闭发动机即可。
67.在一个替换方案中，在桩机成孔撤离后，将本装置移至桩孔100旁边，然后将吊车的缆绳的一端与防护罩182的吊环1828连接，从而同样可实现将蒸发单元18吊放至桩底。
68.在其他实施方式中，对于冲孔灌注桩，可以直接用冲孔桩机代替起吊装置，然后通过缆绳可实现将蒸发单元18吊放至桩底。对于旋挖桩，也可以利用旋挖桩机卸掉钻头后，通过缆绳可实现将蒸发单元18吊放至桩底。
69.s4、通过制冷装置将桩底的沉渣102冻结在防护罩182上，包括：
70.启动压缩机12，通过压缩机12将经吸入口吸入的气态制冷剂压缩成高温高压的过热蒸汽，高温高压的过热蒸汽从排气管122排出后依次经第一输气管22、冷凝器14的入口进入到冷凝器14内。
71.通过冷凝器14将高温高压的过热蒸汽冷却为中温高压的液体，中温高压的液体经冷凝器14的出口出来后依次经输液管24、干燥过滤器16的入口进入到干燥过滤器16内。
72.通过干燥过滤器16对中温高压液体进行过滤以过滤出杂质和水分，经过滤后的中温高压液体从干燥过滤器16的出口出来后进入到毛细管26内，并在毛细管26的节流降压作用下变为低温低压的液体，然后经第一接口1822、蒸发器184的入口进入到蒸发器184内，低温低压的液体在进入到蒸发器184内后与桩底的沉渣102进行热交换，低温低压的液体吸收沉渣102的热量而被汽化为低压饱和蒸汽，低压饱和蒸汽从蒸发器184的出口出来后经第二
接口1824、第二输气管28、吸气管124进入到压缩机12内，这样可实现下一次制冷循环。沉渣102由于被低温低压液体吸收了热量则被冻结在防护罩182上。
73.通过温度传感器19对桩底的温度进行检测并将检测出的温度发送给控制装置50的控制器，通过控制装置50的控制器将检测出的温度与沉渣102的冰点温度进行比较，若检测出的温度低于沉渣102的冰点温度，则判断沉渣102已经完成冻结。
74.关闭压缩机12。
75.s6、通过起吊装置将蒸发单元18及冻结在防护罩182上的沉渣102吊出桩孔100，如此即完成桩底沉渣102的清理工作。
76.本实施例中，在压缩机12关闭后，启动发动机，然后通过发动机驱动第一绞盘35、第二绞盘36转动以实现将缆绳38、输液管24收回，在缆绳38的带动下从而可实现将蒸发单元18及冻结在防护罩182上的沉渣102吊出桩孔100。在蒸发单元18及冻结在防护罩182上的沉渣102吊出桩孔100后，关闭发动机即可。
77.本实施例中，在蒸发单元18及冻结在防护罩182上的沉渣102吊出桩孔100后，先将蒸发单元18从缆绳38上拆卸下来，然后通过自然融化的方式使冻结在防护罩182上的沉渣102与防护罩182脱离，也可以采用人工干预措施(例如利用风机吹热风、水枪冲击等)加速脱离。
78.上述步骤s6中，也可以通过浇水等辅助措施增加冷凝器14的冷却效果。
79.上述步骤s2中，防护罩182的底端绑扎有网袋，网袋内盛装有干冰。干冰可随蒸发单元18一同吊放至桩底，利用干冰升华吸热的特性可加快桩底沉渣102冻结，同时，干冰升华吸热变为co2气体，可自行溢出桩孔100，且气泡上升过程中可扰动桩孔100内的泥浆104，如图1所示，从而可阻止泥浆104离析沉淀，同时co2难溶于水，不会对桩内土层、水质产生污染，不会影响成桩质量。
80.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。