专利名称：中搅旋转预应力离心管桩沉桩装置及其沉桩方法
技术领域：
本发明涉及中搅旋转预应力离心管桩沉桩装置及其沉桩方法，主要应用于民用及其工业基础设施建设中，管桩它支承建筑物及各种大型设备基础的荷重，使建筑物、构筑物造得更高，所以桩打入土中的深度和桩的直径直接影响到该桩的承载力。
背景技术：
现预应力离心管桩(方桩)的沉桩装置及其沉桩方法多数是采用锤击法和静力压桩法，其次是钻孔取土压入法和钻孔灌注桩法。I、锤击法当桩直径较大，周边无居民时可采用锤击法，但存在噪音大，锤击时黑烟又有振动，是一种高污染的沉桩方法。很多城市在中心区已严禁使用，同时目前国内最大的锤只有10T，冲击力最大为1100吨。当承载力大于1100吨时只能改为钻孔灌注桩，故目前高铁和大桥桩基础都是选用钻孔灌注桩；2、静压法静压法是利用设备的自重把桩压入土中的一种方法，但由于设备自重较大，对场地要求较高，压入力有限，目前国内最大的液压压桩机为800吨，单桩承载力大于400吨以上就不 能采用该方法，也只能选用钻孔灌注桩。以上两种沉桩方法存在着一种无法解决的问题，大量的桩打(压)入土中，使土体向外膨胀，大量挤土影响周边的建筑物、道路和地铁、隧道以及管线等都能产生开裂、位移等等。所以在市中心和地铁边、隧道边和建筑物密集区不能打(压)预应力离心管桩(方桩)只能采用钻孔灌注桩。3、钻孔取土压入法即先用取土设备在原地坪上打个洞，再把桩压入孔中，这种方法在北方地区可以采用，因为土中含水量较少，洞可以成形，但在南方长三角地区，土中含水量较高，引孔就无法成形，桩就无法打(压)入，同时桩也容易偏位。桩较长时，钻孔取土就难以进行，目前最深取土也只能到30米左右；4、另一种桩基础为钻孔灌注桩法该方法为桩机在地上先钻个洞，再在洞里灌钢筋砼成桩法，具有造价高、工期长、质量又难以保证并且钻孔桩又有大量的泥浆产生，泥浆处置很难，大量的泥浆都处置到河里、湖里、海里、下水道里，大小河浜、下水道被泥浆堵塞，政府每年清理下水道及河浜泥浆费用巨大，造成极大的污染，但目前在市中心地铁边、河堤边、隧道边、超高层建筑、高铁基础桩，即承载力较大时无挤土只能采用钻孔灌注桩法。
发明内容
本发明克服以上几种沉桩方法的不足，能完全取代目前的钻孔灌注桩沉桩方法，使在市中心能压离心管桩的中搅旋转预应力离心管桩沉桩装置及其沉桩方法，此方法改变了以往的几种沉桩方法，不是直接把桩打(压)入土中，而是在旋转入土中的同时在桩的中心直接用扩大头将底部搅土，将桩底部土搅拌松散，此方法为用连接在挖掘杆下端的扩大头将底部土层搅拌松散，然后通过动力头将离心管桩通过旋转，使得离心管桩在较松散的土层下沉，减少土层的阻力，实现桩体下沉的方法。本发明是这样实现的，一种中搅旋转预应力离心管桩沉桩装置，包括主机、钻杆动力头、动力头、挖掘杆、扩大头，所述的钻杆动力头和动力头安装在主机上，所述的钻杆动力头上端安装有滑轮，所述的滑轮连接有钢丝绳，所述的钢丝绳通过主机顶部与卷扬机相连接，所述的钻杆动力头下方与挖掘杆相连接，所述的动力头下端与离心管桩相连接，所述的挖掘杆穿过动力头和离心管桩到达装置底部。所述的动力头和钻杆动力头可以在主机上滑动。所述的挖掘杆下端设置有扩大头，所述的扩大头包括挖掘头、活动套、上挖掘臂、下挖掘臂，所述的活动套安装在挖掘杆上，所述的活动套两侧活动连接有上挖掘臂，所述的上挖掘臂另一端与下挖掘臂活动连接，所述的下挖掘臂另一端与挖掘杆活动连接，所述的上挖掘臂与下挖掘臂形成菱形状设置，所述的活动套可以在挖掘杆上移动，所述的上挖掘臂和下挖掘臂可以沿着挖掘杆自由转动，所述的下挖掘臂上均匀设置有数个挖掘刀，所述的挖掘杆底部设置有喷气喷浆孔。本发明还提供了一种中搅旋转预应力离心管桩沉桩方法，其步骤为
步骤一、主机就位将主机移动到沉桩位置；步骤二、桩位复测用两台经纬仪在不同的两个角度控制点上复测桩位是否正确；步骤三、插下第一根离心管桩；步骤四、用两台经纬仪在不同的两个方向校正主机上的导杆是否垂直，也就是离心管桩是否垂直；步骤五、把与钻杆动力头连接的挖掘杆插入离心管桩的桩孔中，将离心管桩顶在动力头上；步骤六、通过钻杆动力头带动挖掘杆转动，扩大头扩大搅土动作，将离心管桩桩底部的土层搅拌松散，同时通过动力头带动离心管桩旋转，离心管桩在扩大头搅拌松散的土层旋转时下沉，将离心管桩旋转至地面；步骤七、将钻杆动力头与挖掘杆脱离，通过卷扬机带动钻杆动力头上端的滑轮转动，带动钻杆动力头往上移动，将动力头与离心管桩分离，动力头也往上移动，用履带吊机吊起第二节离心管桩，第二节离心管桩内穿有第二节挖掘杆，将第二节挖掘杆连接在钻杆动力头上，将第二节离心管桩连接在动力头上；步骤八、再用两台经纬仪校正第二节离心管桩与第一节离心管桩是否重合；步骤九、将第一节离心管桩与第二节离心管桩通过焊接相连接；步骤十、焊接饱满，无孔隙，符合规范要求，检查合格，通过钻杆动力头再次带动挖掘杆转动，扩大头扩大搅土动作，将离心管桩桩底部的土层搅拌松散，同时通过动力头带动第二节离心管桩旋转，离心管桩在扩大头搅拌松散的土层旋转时下沉，将第二节离心管桩旋转至地面，第三节离心管桩或第四节离心管桩可以采取以上动作继续实施；步骤十一、边搅土，边沉桩，至标高位置；步骤十二、注水反转挖掘杆，然后喷浆扩大桩底的承载力；步骤十三、注水退出挖掘杆，将扩大头收缩，一根桩施工结束，把桩机移至第二根桩位继续施工。本发明具有以下明显的优势和有益效果I)具有低成本、高效益、无噪音、无污染的特点；2)在压桩的过程中通过扩大土层的松散直径，有效实现了压桩的顺利进行；
图I是本发明中搅旋转预应力离心管桩沉桩装置的示意图；图2是本发明中搅旋转预应力离心管桩沉桩装置的扩大头结构示意图。其中1-挖掘头；2_挖掘杆；3_活动套；4_上挖掘臂；5_挖掘刀；6_下挖掘臂；7-主机；8_挖掘头；9_扩大头；10_离心管桩；11_动力头；13_钻杆动力头；14_滑轮；15-钢丝绳；19_喷气喷浆孔。
具体实施例方式如图1-2所示一种中搅旋转预应力离心管桩沉桩装置，包括主机7、钻杆动力头13、动力头11、挖掘杆2、扩大头9，所述的钻杆动力头13和动力头11安装在主机7上，所述的钻杆动力头13上端安装有滑轮14，所述的滑轮14连接有钢丝绳15，所述的钢丝绳15通过主机7顶部与卷扬机相连接，所述的钻杆动力头13下方与挖掘杆2相连接，所述的动力 头11下端与离心管桩10相连接，所述的挖掘杆2穿过动力头11和离心管桩10到达装置底部，所述的动力头11和钻杆动力头13可以在主机7上滑动。所述的挖掘杆2下端设置有扩大头9，所述的扩大头9包括挖掘头I、挖掘杆2、活动套3、上挖掘臂4、下挖掘臂6，所述的挖掘头I安装在挖掘杆2的下端，所述的活动套3安装在挖掘杆2上，所述的活动套3两侧活动连接有上挖掘臂4，所述的上挖掘臂4另一端与下挖掘臂6活动连接，所述的下挖掘臂6另一端与挖掘杆2活动连接，所述的上挖掘臂4与下挖掘臂6形成菱形状设置，所述的活动套3可以在挖掘杆2上移动，所述的上挖掘臂4和下挖掘臂6可以沿着挖掘杆2自由转动。所述的下挖掘臂6上均匀设置有数个挖掘刀5。所述的挖掘杆2底部设置有喷气喷浆孔19。本发明还提供了一种中搅旋转预应力离心管桩沉桩方法，其步骤为步骤一、主机7就位将主机7移动到沉桩位置；步骤二、桩位复测用两台经纬仪在不同的两个角度控制点上复测桩位是否正确；步骤三、插下第一根离心管桩10 ；步骤四、用两台经纬仪在不同的两个方向校正主机7上的导杆是否垂直，也就是离心管桩10是否垂直；步骤五、把与钻杆动力头13连接的挖掘杆2插入离心管桩10的桩孔中，将离心管桩10顶在动力头11上；步骤/K、通过钻杆动力头13带动挖掘杆2转动，扩大头9扩大揽土动作，将尚心管桩10桩底部的土层搅拌松散，同时通过动力头11带动离心管桩10旋转，离心管桩10在扩大头9搅拌松散的土层旋转时下沉，将离心管桩10旋转至地面；步骤七、将钻杆动力头13与挖掘杆2脱离，通过卷扬机带动钻杆动力头13上端的滑轮14转动，带动钻杆动力头13往上移动，将动力头11与离心管桩10分离，动力头11也往上移动，用履带吊机吊起第二节离心管桩10，第二节离心管桩10内穿有第二节挖掘杆2，将第二节挖掘杆2连接在钻杆动力头13上，将第二节离心管桩10连接在动力头11上；步骤八、再用两台经纬仪校正第二节离心管桩10与第一节离心管桩10是否重合；步骤九、将第一节离心管桩10与第二节离心管桩10通过焊接相连接；步骤十、焊接饱满，无孔隙，符合规范要求，检查合格，通过钻杆动力头13再次带动挖掘杆2转动，扩大头9扩大搅土动作，将离心管桩10桩底部的土层搅拌松散，同时通过动力头11带动第二节离心管桩10旋转，离心管桩10在扩大头9搅拌松散的土层旋转时下沉，将第二节离心管桩10旋转至地面，第三节离心管桩10或第四节离心管桩10可以采取以上动作继续实施；步骤十一、边搅土，边沉桩，至标高位置；步骤十二、注水反转挖掘杆，然后通过喷气喷浆孔19扩大桩底的承载力；步骤十三、注水退出挖掘杆2，将扩大头9收缩，一根桩施工结束，把桩机移至第二根桩位继续施工。 最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.中搅旋转预应力离心管桩沉桩装置，包括主机、钻杆动力头、动力头、挖掘杆、扩大头，其特征在于所述的钻杆动力头和动力头安装在主机上，所述的钻杆动力头上端安装有滑轮，所述的滑轮连接有钢丝绳，所述的钢丝绳通过主机顶部与卷扬机相连接，所述的钻杆动力头下方与挖掘杆相连接，所述的动力头下端与离心管桩相连接，所述的挖掘杆穿过动力头和离心管桩到达装置底部。所述的动力头和钻杆动力头可以在主机上滑动。
2.根据权利要求I所述的中搅旋转预应力离心管桩沉桩装置，其特征在于所述的挖掘杆下端设置有扩大头，所述的扩大头包括挖掘头、活动套、上挖掘臂、下挖掘臂，所述的活动套安装在挖掘杆上，所述的活动套两侧活动连接有上挖掘臂，所述的上挖掘臂另一端与下挖掘臂活动连接，所述的下挖掘臂另一端与挖掘杆活动连接，所述的上挖掘臂与下挖掘臂形成菱形状设置，所述的活动套可以在挖掘杆上移动，所述的上挖掘臂和下挖掘臂可以沿着挖掘杆自由转动，所述的下挖掘臂上均匀设置有数个挖掘刀。
3.中搅旋转预应力离心管桩沉桩方法，其特征在于分为下列步骤 步骤一、主机就位将主机移动到沉桩位置； 步骤二、桩位复测用两台经纬仪在不同的两个角度控制点上复测桩位是否正确； 步骤三、插下第一根离心管桩； 步骤四、用两台经纬仪在不同的两个方向校正主机上的导杆是否垂直，也就是离心管桩是否垂直； 步骤五、把与钻杆动力头连接的挖掘杆插入离心管桩的桩孔中，将离心管桩顶在动力头上; 步骤六、通过钻杆动力头带动挖掘杆转动，扩大头扩大搅土动作，将离心管桩桩底部的土层搅拌松散，同时通过动力头带动离心管桩旋转，离心管桩在扩大头搅拌松散的土层旋转时下沉，将离心管桩旋转至地面； 步骤七、将钻杆动力头与挖掘杆脱离，通过卷扬机带动钻杆动力头上端的滑轮转动，带动钻杆动力头往上移动，将动力头与离心管桩分离，动力头也往上移动，用履带吊机吊起第二节离心管桩，第二节离心管桩内穿有第二节挖掘杆，将第二节挖掘杆连接在钻杆动力头上，将第二节离心管桩连接在动力头上； 步骤八、再用两台经纬仪校正第二节离心管桩与第一节离心管桩是否重合； 步骤九、将第一节离心管桩与第二节离心管桩通过焊接相连接； 步骤十、焊接饱满，无孔隙，符合规范要求，检查合格，通过钻杆动力头再次带动挖掘杆转动，扩大头扩大搅土动作，将离心管桩桩底部的土层搅拌松散，同时通过动力头带动第二节离心管桩旋转，离心管桩在扩大头搅拌松散的土层旋转时下沉，将第二节离心管桩旋转至地面，第三节离心管桩或第四节离心管桩可以采取以上动作继续实施； 步骤十一、边搅土，边沉桩，至标高位置； 步骤十二、注水反转挖掘杆，然后喷浆扩大桩底的承载力； 步骤十三、注水退出挖掘杆，将扩大头收缩，一根桩施工结束，把桩机移至第二根桩位继续施工。
全文摘要
本发明公开了中搅旋转预应力离心管桩沉桩装置，包括主机、钻杆动力头、动力头、挖掘杆、扩大头，所述的钻杆动力头和动力头安装在主机上，所述的钻杆动力头下方与挖掘杆相连接，所述的动力头下端与离心管桩相连接，所述的挖掘杆穿过动力头和离心管桩到达装置底部。所述的动力头和钻杆动力头可以在主机上滑动，所述的挖掘杆下端设置有扩大头。本发明还提供了一种中搅旋转预应力离心管桩沉桩方法，用连接在挖掘杆下端的扩大头将底部土层搅拌松散，然后通过动力头带动离心管桩转动，使得离心管桩在较松散的土层下压，减少土层的阻力，实现桩体下沉的方法。本发明具有安全、可靠、低成本、高效益、无噪音、无污染、无挤土、无泥浆、环保等优点。
文档编号E02D7/28GK102776884SQ20111012448
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者卢寿根, 谢晓东 申请人:上海城地建设发展有限公司