门式桩机的制作方法

本技术涉及桩基施工，尤其是涉及一种门式桩机。

背景技术：

1、桩基工程是建筑工程中的一种分项工程，其目的是在建筑地基自然土体的承载力中通过增加桩基以提高承载力，或通过桩基直接将建筑上部荷载传递到坚实有力的土层中，从而使建筑地基的承载力满足安全性要求。

2、桩基为混凝土、钢材及其他具有受力性能材料组成的杆件，通常为圆柱形或方柱形，但近年来也发展出了全长带螺纹、部分带螺纹及部分带扩大体的异形桩基。基于施工工艺，桩基分为预制桩和现浇灌注桩两类，预制桩是指在施工区域外预先制备的桩基，现浇灌注桩则是指在施工区域处通过钻孔再浇筑混凝土施工而成的桩基。

3、其中，用于施工形成现浇灌注桩的机械为桩工机械，桩工机械带有中空的钻具，该钻具用于在施工区域的土体中下钻成孔，以及用于在上提钻具的过程中作为浇筑混凝土的通道，通过该钻具可以一次成型浇筑混凝土(或者其它浇凝材料)形成桩基。而对于桩工机械，无论国外国内其皆归为两大类：一类是以桩机立柱及钻具长度满足桩基设计要求的传统桩机，在工作时，该类桩机的钻具需垂直于地面，然后通过钻具下钻成孔，再通过上提并现浇混凝土以成桩，此时用于支撑钻具的桩机立柱及钻具的整体长度均必须高于设计桩长；另一类是在桩机立柱一侧并列补充多个钻杆以满足桩基设计要求的桩机，具体的，将钻具中的带有钻头的钻杆设于桩机立柱上，并在桩机立柱上的原有钻杆的一侧并列竖立一根或一根以上的补充钻杆以用于在钻孔深度不足时与原有钻杆进行接杆。前者施工应用较为成熟，占据了广大市场，后者则是近十年来出现的新型桩机，如cn216381270u、cn105756060a、cn107023267b所公开的桩机。

4、其中，第一类传统桩机因受到桩机立柱及钻具总长度的限制，其上的立柱及钻具的高度还没有突破80米的先例，比如设计桩基长度为60米时，钻具总长度需大于60米以上，由于桩基上还需设置便于下钻和上提钻具的导轨，因而用于支撑导轨的立柱更长，且由于钻具工作时需垂直于地面，立柱上除钻具外还有重达10～20吨的动力头，因此传统的桩机在工作时会形成数十米以上的立柱高耸结构，当动力头处于立柱顶端时，整个桩机的重心极高，由此产生的倒塌现象屡见不鲜。基于此，立柱过高的传统桩机在一些地区已经开始禁止使用。

5、而第二类桩机虽然通过采用预先垂直并列多个钻杆及后接杆的工艺可以降低桩机立柱高度，从而降低倒塌风险，但目前该类桩机多用于轻型小直径桩基施工过程中，此时桩基上所采用的钻杆往往一人就可以拉起。而在施工直径为400毫米及以上的桩基时，钻具中的每根钻杆的长度和重量要求也相应增长(钻杆的重量是上述轻型小直径桩基施工中采用的钻杆的几十倍以上，重达3-6吨)。因此即使cn216381270u、cn105756060a、cn107023267b公开了将备用钻杆竖立待用的方案，但由于实际应用中钻杆为重型部件，每根竖立的钻杆均重达几吨，导致钻具重心高、稳定性差，钻具极易倒塌发生砸伤事故，且钻具对桩机立架机构强度要求更大，需用料更多、成本更高，因此现有的桩机仍旧难以满足大直径重型桩基的施工要求，并且因竖放时钻具与桩机本体接触面积小，导致集中受力区域压强大，配备重型钻具的桩机本身的结构强度也会经受增加极大考验。

6、此外，对于第二类桩机，cn202688997u公开了一种两用长螺旋全自动打桩机，其可以在不增加桩机高度的前提下增加打桩深度15米，但是其仅公开了可以轴心旋转以便于切换钻孔和下笼状态的立柱机构，并未公开钻具如何改进及备用钻杆如何与原有钻杆接杆。cn208950504u则公开了一种组合动力成孔桩机，其公开了沿立柱垂直方案布置两套动力头及钻具系统，当第一套钻具于动力头系统行程用尽后，钻具与动力头脱开，然后利用一道滑轨装置，将第一套钻具与第二套动力头及钻具系统连接以增加打桩深度；但其通过增加动力头及钻具系统的方式更会增加立柱顶端的重量，更容易产生倒机安全事故，且动力头通常是桩机造价最贵的部件，两套动力头无疑会极大增加桩机的制造成本。cn209556966u则公开了一种海上平台自动化修井机底座装置，其是通过上管机构将油管输送到机械臂上，然后通过机械臂举升油管送入井中，在此过程中，还需要其余附助设备来实现油管的不断供应，但由于油管属于轻质部件，而桩机上的一根6～8米长的钻具重约4～6吨，如果按照其所公开的油管输送方式，也即，以自由落体进入机械臂及井中的输送方式实现钻具的输送，将会对桩机的机械结构及钻具造成破坏，并且其所公开的输送方式还需要吊车等辅助机械及人工配合，也会极大增加成本，因此cn209556966u所公开的油管输送方式并不适用于重型桩机。此外，为保证桩机的平衡，cn110939132a提出了一种配重装置，其可以调节油缸的伸缩以改变配重外架的填充空间，同时增加或减少配重块，从而使机器的垂直度得到保证，但是增加或减少配重块的过程比较繁琐，不仅费时费力且需要其他辅助机械，从而极大影响打桩施工的连贯性以及增加成本。

7、基于此，出于安全及可靠性的考虑，目前还没有可靠的技术解决配备重型钻具的桩机如何在预先并列多个钻杆后仍旧可以实现稳定接杆且保证桩机稳定性的问题，由此，如何实现配备重型钻具的桩机中的平稳接杆和保持桩机稳定性仍然是难以攻克的技术难题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种门式桩机和灌注桩施工工法，以缓解现有技术中存在的现有一种桩机是在立柱一侧配备与原有钻杆并列的多个竖立钻杆，而当其应用于大直径重型桩基施工过程中时，每根钻杆的重量和长度也需相应提升，从而导致该桩机中的钻杆接杆过程难度较大且桩机稳定性也难以得到保证的技术问题。

2、第一方面，本实用新型提供一种门式桩机，包括门架、桩架平台、移动组件和举升组件；

3、所述门架竖立于所述桩架平台的一侧，所述门架上安装有能够升降的动力头，所述动力头能够与移动至其下方的任一钻杆的一端可拆卸连接；

4、所述桩架平台的位于所述门架一侧的位置设有上料位，所述动力头的中心轴在所述桩架平台上的投影位于所述上料位的延伸方向上；

5、所述上料位的一侧或两侧设有所述移动组件，所述移动组件上水平分布有多个钻杆，且每个所述钻杆均与所述门架所在平面垂直；所述移动组件用于在水平面上沿平行于所述门架所在平面的方向移动，以将多个所述钻杆依次运送至所述上料位处；

6、所述举升组件包括拾取件，所述拾取件用于抓取所述上料位处的钻杆，所述举升组件用于相对所述桩架平台旋转，以在旋转的过程中带动所述拾取件抓取的钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至所述动力头下方。

7、在可选的实施方式中，所述移动组件包括多个滑动机构，多个所述滑动机构沿垂直于所述门架所在平面的方向间隔分布，多个所述滑动机构用于支撑多个所述钻杆并带动多个所述钻杆移动；

8、沿垂直于所述门架所在平面的方向，所述上料位处的拾取件和多个所述滑动机构交错分布。

9、在可选的实施方式中，所述滑动机构为伸缩结构，所述滑动机构用于在伸缩的过程中带动其所支撑的钻杆升降。

10、在可选的实施方式中，所述桩架平台上设有多个导轨，多个所述导轨沿垂直于所述门架所在平面的方向间隔分布，且每个所述导轨均沿平行于所述门架所在平面的方向延伸；

11、多个所述滑动机构与多个所述导轨一一对应滑动连接。

12、在可选的实施方式中，每个所述滑动机构上均设有间隔分布的第一卡位和第二卡位，多个所述滑动机构的第一卡位分布于同一直线上以用于支撑同一钻杆，多个所述滑动机构的第二卡位分布于同一直线上以用于支撑同一钻杆。

13、在可选的实施方式中，所述举升组件包括机械臂和顶升驱动机构，所述拾取件为机械夹爪；

14、所述机械臂包括铰接端和悬空端，所述机械臂的铰接端与所述桩架平台铰接，所述机械臂的悬空端悬空；

15、所述机械夹爪安装于所述机械臂上，所述顶升驱动机构的输出端与所述机械臂连接，所述顶升驱动机构用于驱动所述机械臂相对所述桩架平台旋转以使所述机械臂在水平状态和竖立状态之间切换。

16、在可选的实施方式中，所述机械臂的铰接端位于所述门架和所述上料位之间，所述机械夹爪安装于所述机械臂的背对所述桩架平台的臂面上，或者，所述机械夹爪安装于所述机械臂的面对所述桩架平台的臂面上，且所述桩架平台上安装有转盘机构，所述机械臂的铰接端铰接于所述转盘机构上，所述转盘机构用于驱动所述机械臂以所述机械臂的中心轴为转轴自转。

17、在可选的实施方式中，所述桩架平台的设有所述门架的一侧连接有延展架，所述机械臂的铰接端铰接于所述延展架上，且所述机械臂能够在相对所述桩架平台旋转的过程中穿过所述门架后竖立于所述门架的背对所述上料位的一侧；

18、所述机械夹爪安装于所述机械臂的面对所述桩架平台的臂面上。

19、在可选的实施方式中，还包括自调节配重组件、监测系统和控制系统；

20、所述自调节配重组件安装于所述桩架平台的远离所述门架的一侧，且所述自调节配重组件包括能够沿垂直所述门架所在平面方向移动的移动部；

21、所述自调节配重组件和所述监测系统均与所述控制系统连接，所述监测系统用于监测所述门式桩机的所述门架处的重量变化，所述控制系统用于根据所述监测系统监测到的重量变化计算所述移动部的移动量，并驱动所述移动部按照所述移动量沿垂直所述门架所在平面方向移动。

22、在可选的实施方式中，所述移动组件的数量为偶数，且偶数个所述移动组件分为两组，两组所述移动组件对称分布于所述上料位的两侧。

23、本实用新型提供的门式桩机包括门架、桩架平台、移动组件和举升组件；门架竖立于桩架平台的一侧，门架上安装有能够升降的动力头，动力头能够与移动至其下方的任一钻杆的一端可拆卸连接；桩架平台的位于门架一侧的位置设有上料位，动力头的中心轴在桩架平台上的投影位于上料位的延伸方向上；上料位的一侧或两侧设有移动组件，移动组件上水平分布有多个钻杆，且每个钻杆均与门架所在平面垂直；移动组件用于在水平面上沿平行于门架所在平面的方向移动，以将多个钻杆依次运送至上料位处；举升组件包括拾取件，拾取件用于抓取上料位处的钻杆，举升组件用于相对桩架平台旋转，以在旋转的过程中带动拾取件抓取的钻杆由水平状态切换至竖立状态并移动至动力头下方。本实用新型提供的门式桩机用于施工现浇灌注桩，尤其适用于施工长度较高的现浇灌注桩，为降低桩机高度，该门式桩机所适配的钻具可以分为多个钻杆，其中一个钻杆带有钻头，该带有钻头的钻杆视为原有钻杆，其余钻杆则为备用钻杆。在施工灌注桩之前，可以先将原有钻杆连接于门架上的动力头下方，以及将多个备用钻杆依次水平分布于移动组件上。需要说明的是，虽然门架竖立于桩架平台的一侧且其上安装的动力头下方连接有原有钻杆，但由于桩架平台上还设有移动组件，且移动组件上的多个备用钻杆均水平分布，因而此时桩架平台上的门架处不会堆积大量竖立的钻杆，桩机的重心不会向门架偏移，同时水平分布的多个备用钻杆可以起到配重平衡作用，从而有效保证门式桩机的平衡稳定性。而在施工灌注桩的过程中，需将备用钻杆与原有钻杆依次接杆以连接形成钻具，具体的，需先使得动力头在门架上下降并启动动力头，从而利用动力头带动原有钻杆旋转钻入设计桩位处的土体内，然后将动力头与原有钻杆分离并使得动力头在门架上升至原位以备与下一备用钻杆连接；动力头带动原有钻杆移动过程中，还需使得移动组件在桩架平台上沿平行于门架所在平面的方向水平移动，以将其中一个备用钻杆运送至上料位。备用钻杆移动至上料位后，启动举升组件的拾取件，使得拾取件抓取上料位处的备用钻杆，然后启动举升组件，使得举升组件相对桩架平台旋转，由于动力头的中心轴在桩架平台上的投影位于上料位的延伸方向上，因此通过旋转举升组件即可使得拾取件抓取的备用钻杆由水平状态切换至竖立状态，同时使得备用钻杆竖立后即位于动力头下方。此时可以将动力头和其下方的备用钻杆进行连接，然后松开拾取件并使得举升组件回到原位，同时下降动力头，直至将动力头下方连接的备用钻杆移动至原有钻杆的顶端处，然后将备用钻杆的底端与原有钻杆的顶端连接，再启动动力头以带动备用钻杆和原有钻杆同时旋转，从而使得备用钻杆也下钻至设计桩位处的土体内。重复上述移动备用钻杆、旋转备用钻杆、连接备用钻杆和动力头、下降动力头、对备用钻杆接杆和使得备用钻杆下钻至土体内的过程，即可将多个备用钻杆依次进行接杆和下钻，最终使得灌注桩的设计桩位处的土体内钻入由多个钻杆接杆形成的钻具，该钻具可以满足灌注桩的设计长度要求，能够用于施工现浇灌注桩。需要说明的是，在对多个备用钻杆依次进行接杆的过程中，桩架平台上还未移动至上料位的水平分布的备用钻杆可以继续起到配重作用而保证门式桩机的平衡和稳定，同时，由于每个备用钻杆均会在接杆后下钻而进入土体内，因此门架处的重量不会随着接杆作业的进行而持续增加，即使接杆作业进入后期，桩架平台上不再分布有水平备用钻杆，此时门式桩机的重心仍旧不会超向门架偏移，门式桩机的稳定性仍旧可以得到保证。

24、与现有技术相比，本实用新型提供的门式桩机通过将多个钻杆水平放置在有序运动的移动组件上，以及通过举升组件对每个钻杆进行点对点有序拾取和抬升，可以将不同工位水平放置的多个钻杆以举升组件单一行程路线有序送入门架内同一位置(动力头下方)，从而使得运送钻杆、接杆和下钻过程可以完整有序进行。同时，该门式桩机通过将多个钻杆水平分布在移动组件上可以对桩机进行配重而保证门式桩机的稳定性，在接杆过程中，则可以利用接杆后即下钻的过程和还未接杆的水平分布的钻杆继续保证门式桩机的重心不过于向门架处偏移，从而继续保证该门式桩机的使用稳定性。