一种一体式钢护筒沉放装置及其使用方法与流程

本发明属于钢护筒施工，更具体地，涉及一种一体式钢护筒沉放装置及其使用方法。

背景技术：

1、随着社会经济的高速发展，城市高层建筑物日益增多，建设者对桩基础的施工越来越重视，而灌注桩施工又是桩基施工领域中一个非常重要的分支，在各大城市高层建筑地下基础中广泛应用。目前，利用灌注桩施工过程中，由于地质结构不同，施工过程有时会面临桩内表面土层坍塌，将会严重影响施工质量。

2、为了解决上述问题，现场施工过程中，通常先采用搬运设备将尺寸对应的钢护筒搬运至预先设计完成的桩位，随后通过采用机械装置对钢护筒向下施压，直至完全沉入土层之中，最后通过使用钻机，在钻头的旋转作用下将钢护筒内部土层挖出，完成施工作业。上述技术方案通过多机械配合，利用钢护筒作为桩内壁的支撑结构，有效实现了防止桩内表面土层坍塌的技术效果。但仍存在如下技术问题：(1)通过利用机械装置将钢护筒往下压制的过程中，通常采用震动加向下施压的机械动作完成沉放过程，在震动时往往会出现倾斜，因此需要在施工同时对钢护筒进行机械扶持，以保证垂直度符合施工要求，从而增大了施工难度；(2)钢护筒的施工需要经历三大步骤，即搬运至预设点、沉放至土层内和挖空内部土层，同时需要通过三种与之对应的机械设备辅助施工，导致施工过程步骤繁多、施工成本较高；(3)现有技术中未提出一体式的能够缩减施工步骤的辅助施工装置。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种一体式钢护筒沉放装置，通过螺旋钻杆作为打桩钻头，不仅实现了挖掘土层的技术效果，而且可同时利用螺旋上升的桨状叶片结构，将挖掘出的土壤自动往上运输，实现了挖掘与土壤外排相结合，极大地节省了重复提钻挖土的繁琐施工步骤，节约了劳动力。此外，通过采用运动隔离装置将钻头的运动状态进行隔离，有效实现了在光杆与运动隔离组件两者之间的运动状态互不干扰，并同时与钢护筒通过卡接组件进行卡接，结合弹性对中单元利用弹力作用将钢护筒与运动隔离装置组件之间调整为轴线重合状态，整体而言实现了钢护筒与在中间转动的螺旋钻杆之间的运动隔离，有效阻隔了因螺旋钻杆的运动导致的钢护筒转动，在降低钻机输出功率的同时，又保证了钢护筒在稳定静止状态下沉放安装。按照本发明的第一方面，一种一体式钢护筒沉放装置，包括：

2、螺旋钻杆，其上方固定连接有光杆，所述光杆上端通过联轴器与钻机输出端同轴固定连接，所述螺旋钻杆外壁设有连续旋转上升的桨状叶片；

3、运动隔离单元，其包括用于隔离所述螺旋钻杆转动状态和定位连接钢护筒的定位组件，所述定位组件包括定位基体、设置在钢护筒壁上的卡接槽、与所述卡接槽卡接并设有滑动伸缩可控卡接头的卡接单元；

4、与钢护筒内壁抵接接触的弹力对中单元，所述弹力对中单元包括抵接轮、与所述抵接轮转动连接的转动连接块、同轴固定设置于转动连接块右端的滑动伸缩杆、套设于所述滑动伸缩杆外壁的对中弹簧、用于限位防止滑出的尾部限位槽，所述抵接轮与设置在定位基体内部的对中组件滑槽滑动连接；

5、钻况传感单元，其固定安装于定位组件与钻杆的转动交界处，所述钻况传感单元包括用于传递钻头工作状态时的振动强度、压力、转速、扭矩的传感器和用于数据传输的无线通讯模块。

6、优选的，所述的定位组件，包括；

7、设置在光杆表面的轴肩、与所述轴肩上表面抵接的套筒、下端面与所述套筒上表面抵接的推力轴承、与所述推力轴承上端面抵接的端盖，所述端盖通过定位螺栓与定位基体固定连接。

8、优选的，所述的定位组件，还包括；

9、在定位基体下方内侧面与光杆之间设有橡胶垫圈；

10、所述端盖和推力轴承的上端均不与光杆接触。

11、在本发明实施例中，通过在底部设置橡胶垫圈，不仅解决了下方土壤在外排过程中，容易进入内部结构导致堵塞的技术问题，而且有效实现了光杆与定位基体之间的动密封。

12、优选的，所述的卡接单元，包括：

13、与设置在端盖上的通孔滑动连接的压杆、同轴固定连接与所述压杆下端的第一连杆、将压杆与定位基体弹性连接的弹簧、与所述第一连杆下端依次首尾连接的第二连杆、第三连杆和第四连杆、固定设置于定位基体并与第三连杆转动连接的定位转轴、与所述第四连杆尾端转动连接的伸缩滑块、两端分别与所述伸缩滑块右端和定位基体固定连接的前推弹簧、与伸缩滑块伸出端固定连接的卡接头。

14、优选的，所述的卡接头下边缘为斜口，且沿向外伸出方向截面不断减小。

15、优选的，所所述的一种一体式钢护筒沉放装置，包括：

16、底边挖爪单元，包括固定设置于螺旋钻杆底部附近的挖爪定位块、与所述挖爪定位块的两端转动连接的挖爪、与挖爪定位块两端上方的用于限制张开角度的角度限位块。

17、优选的，所述的挖爪，包括：

18、设置于所述挖爪底边的尖齿部。

19、优选的，所述的一种一体式钢护筒沉放装置，包括：

20、螺旋钻杆底部高度低于挖爪张开时的底部标高。

21、优选的，所述的弹力对中单元沿光杆环形等距阵列至少三组。

22、按照本发明的第二方面，一种一体式钢护筒沉放装置的使用方法，包括如下步骤：

23、s100：首先按照施工要求，将钢护筒放置于预先设计完成的桩位；

24、s200：启动钻机，将装置置于钢护筒上方，保持底边挖爪单元为收拢状态下，控制本装置下方至钢护筒内部，直至将螺旋钻杆下放至地面，随后轻提钢护筒，使得卡接头在前推弹簧的作用下插入卡接槽内部，完成施工前的与准备；

25、s300：控制螺旋钻杆转动，此时在切削力的作用下，螺旋钻杆底部将地面的土层挖起，随着高度不断降低，土层会将底边挖爪单元的两侧挖抓撑开，并随螺旋钻杆转动同时转动，对钢护筒壁下方土层进行挖掘，由于钢护筒下放的土壤全部被挖空，因此可直接对装置平缓下降；

26、s400：当钢护筒到达指定深度后，按压压杆，使得卡接单元脱离钢护筒，随后控制装置向上提起，并将钢护筒内部少许土层清除，即可完成施工。

27、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

28、1.在本发明实施例中，通过螺旋钻杆作为打桩钻头，不仅实现了挖掘土层的技术效果，而且可同时利用螺旋上升的桨状叶片结构，将挖掘出的土壤自动往上运输，实现了挖掘与土壤外排相结合，极大地节省了重复提钻挖土的繁琐施工步骤，节约了劳动力；此外，通过设置钻况传感单元，优化了原始施工仅能依靠经验判断钻头选型及工况，为工作人员提供可更加直观准确的数据支撑和工作指导；

29、2.本发明的一种一体式钢护筒沉放装置，通过采用运动隔离装置将钻头的运动状态进行隔离，有效实现了在光杆与运动隔离组件两者之间的运动状态互不干扰，并同时与钢护筒通过卡接组件进行卡接，结合弹性对中单元利用弹力作用将钢护筒与运动隔离装置组件之间调整为轴线重合状态，整体而言实现了钢护筒与在中间转动的螺旋钻杆之间的运动隔离，有效阻隔了因螺旋钻杆的运动导致的钢护筒转动，在降低钻机输出功率的同时，又保证了钢护筒在稳定静止状态下沉放安装；

30、3.本发明的一种一体式钢护筒沉放装置，通过弹性件与滚动轮相结合，不仅能够满足一定范围内的钢护筒尺寸要求，扩大了适用范围，而且采用滚动轮，可有效降低两者处于抵接状态下，上下运动产生的摩擦力，有效减少了机械磨损，采用滚动摩擦极大的提高了装置的使用寿命。

31、4.本发明的一种一体式钢护筒沉放装置，通过卡接头将钢护筒的重力传递至定位基体，进一步的通过定位螺栓将作用力传递至端盖，最后依次通过推力轴承顶圈、滚动体、底圈和套筒将钢护筒向下的作用力传递至轴肩，本发明实施例，通过采用推力轴承在承载轴向作用力的同时，有效的实现了光杆与钢护筒之间的运动隔离的技术效果。

32、5.本发明的一种一体式钢护筒沉放装置，通过采用连杆滑块机构，实现了手动按压脱扣的作用，在使用时，通过手动按压压杆，从而依次带动第一连杆、第二连杆向下运动，进而在第二连杆下端的下压作用下，使得第三连杆沿定位转轴逆时针转动，进而使得第三连杆右端向上运动，从而通过第四连杆对伸缩滑块产生回拉作用，从而将卡接头从卡接槽中脱出，有效实现了按压脱扣的技术效果。

33、6.本发明的一种一体式钢护筒沉放装置，通过在螺旋钻杆底部设计自开式挖抓，不仅解决了挖除钢护筒底部土层的技术问题，而且达到了简易安装的作用，当土层被中心位置的螺旋钻杆挖起后，土层会自行将挖抓向两侧撑开，从而有效解决了因挖抓张开直径大于钢护筒内壁而带来安装困难的技术问题；此外，本发明实施例通过设置螺旋钻杆底部低于挖爪张开时的底部标高，从而在施工过程中首先通过螺旋钻杆破坏挖抓所处的平面，在极大的减轻两侧挖抓受力的同时，实现了将土层向中心靠拢，并通过桨状叶片将土壤从底部向上运输的技术效果；此外在挖抓底部设置尖齿部，增加了挖抓对土层的破坏力。