砂土地基灌注桩钻孔用冲抓装置及其施工方法与流程

本发明涉及砂土地基灌注桩钻孔用冲抓装置及其施工方法。

背景技术：

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、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。钻孔灌注桩是按成桩方法分类而定义的一种桩型。

在水利水电工程水闸泵站等结构建筑物一般在江河堤防处施工，大多数采用钻孔灌注桩进行基础处理，在地面以下难免会遇到多年前用于防冲加固的块石层，以前的解决办法往往是在现有设备情况下，延长工作时间，增加工程投入，既增加了工期和施工成本，又难以保证工程质量。

在实际施工中，经常遇到以粉砂土及粉质粘土为主的基础地基，一般选用回旋钻正循环钻孔的方式更经济合理。但在施工中，一旦遇到块石层的埋深较大后(甚至多达12米)，产生难以钻进、塌孔等问题将不可避免，需要用冲抓装置进行冲抓作业，将石块粉碎抓取，从而便于后续的施工处理。但是现有的冲抓装置在使用中，冲抓钻头上下移动时容易出现大幅度的晃动，造成移动路径的改变，增大施工难度和人工操作难度。

技术实现要素：

本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供砂土地基灌注桩钻孔用冲抓装置的技术方案，施工周期短，施工简单，环保效果好，并且通过导向装置的设计使得冲抓钻头的上下移动更加的精准，减少冲抓钻头的晃动，提高操作安全性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

砂土地基灌注桩钻孔用冲抓装置，包括冲抓机，冲抓机包括电动机、卷扬机、钢丝绳、架体、自动挂卸器和冲抓钻头，电动机通过皮带轮与卷扬机相连接，冲抓钻头通过钢丝绳与卷扬机相连接，其特征在于：还包括导向装置，导向装置包括滑动部和固定部，滑动部包括连接杆、弹性滑杆和夹紧装置，弹性滑杆位于连接杆的下方，弹性滑杆的底端设置有限位块，限位块的顶端设置有限位开关，夹紧装置包括滑套、连接臂、夹紧气缸和夹紧板，滑套套设在弹性滑杆上，滑套与连接臂的一端相连接，夹紧板位于连接臂的另一端，夹紧板包括固定夹板和活动夹板，固定夹板上设置有红外传感器，活动夹板与连接臂铰接，夹紧气缸的活塞杆与活动夹板相连接，固定部包括固定环和支撑杆，支撑杆的底端与固定环相连接，支撑杆的顶端与限位块相连接，冲抓钻头上设置有夹紧块，冲抓钻头通过夹紧块与夹紧板夹紧固定。

进一步，架体包括底架、塔架和支撑架，塔架位于底架上，塔架与支撑架之间设置有加强横杆，连接杆通过安装架与加强横杆相连接，底架可以便于电动机、卷扬机的安装固定，塔架和支撑架的设计可以便于冲抓钻头的安装，并且将塔架和支撑架安装成三角形的性质，提高架体结构的稳定性能，同时通过加强横杆的设计，可以进一步提高架体的结构强度，使得冲抓钻头的工作更加的平稳，提高操作安全性能。

进一步，支撑杆通过固定轴与限位块固定连接，固定轴的两端均穿过支撑杆和限位块，且固定轴的两端均设置有紧固螺母，固定轴和紧固螺母可以便于支撑杆与限位块之间的安装固定，简化安装操作步骤，也便于后续的拆卸和更换。

进一步，底架的下方设置有缓冲固定板，缓冲固定板的设计不仅可以使得底架的安装更加的平稳，而且又可以起到减震效果，降低冲抓装置工作时的震动幅度，使得冲抓钻头工作更稳定，结构设计更巧妙。

进一步，支撑杆与固定环为一体成型结构，一体成型结构的设计不仅可以便于实际的加工成型，而且可以提高固定部的结构强度，延长其使用寿命。

采用如上述的砂土地基灌注桩钻孔用冲抓装置的施工方法，其特征在于:包括如下步骤：

1)前期准备：首先通过振动锤将钢护筒打入到土中时，并且确保钢护筒的顶标高于原地面300～400mm，从而起到保护孔口的作用，又能够防止坍方，影响实际的施工，再根据钢护筒的尺寸确定冲抓钻头的大小，选择相应的冲抓装置。

2)冲抓装置的安装就位：

(1)冲抓机的安装：根据钢护筒的位置进行冲抓装置的安装固定，确保冲抓钻头对准钢护筒的中心处，并且确保偏差不大于±20mm，同时在底架的下方安装缓冲固定板，不仅减少电动机和卷扬机工作时的震动大小，减少施工噪音，绿色施工，提高施工安全性能，而且确保底架的底部平稳，进一步提高冲抓装置的稳定，从而提高冲抓钻头与钢护筒之间的对准精准度，再通过地脚螺钉将缓冲固定板与地面之间固定好，提高冲抓装置的安装稳定性能，使得冲抓钻头工作时更加的平稳；

(2)导向装置的安装：首先根据钢护筒的大小选择相对应的固定部，将固定环套设在钢护筒的上端，再进行滑动部的安装，根据冲抓钻头原位静止时的位置确定夹紧板的安装位置，再根据夹紧板的安装位置、冲抓钻头的实际长度、冲抓钻头原位静止时距离钢护筒顶端的距离确定连接杆的安装位置，调节弹性滑杆的拉伸长度，确保冲抓钻头带动滑套往下移动，碰到限位开关时，冲抓钻头的底端恰好到达钢护筒的顶部或超出进入到钢护筒的内部，再将固定部与滑动部之间的连接固定好；

(3)检测：冲抓装置安装好后，进行试运行，确保整体设备可以正常运行；

3)冲抓装置冲抓作业：

(1)冲击：冲抓装置开始工作，当冲抓钻头距离钢护筒上端2～3米时，完全松开卷扬机的刹车装置，使冲抓钻头依靠自身重力对钢护筒内进行冲击，依靠张开的叶片插入到钢护筒内，同时在冲抓钻头往下冲击时，冲抓钻头带动滑套沿着弹性滑杆垂直向下移动，有效提高冲抓钻头移动的垂直性能，使得冲抓钻头与钢护筒之间精准定位，提高操作安全性能，降低事故的发生，当滑套往下移动碰触到限位块上的限位开关时，夹紧气缸开启，活塞杆伸长，带动活动夹板往外旋转，使得夹紧块与夹紧板之间松开，从而不会影响到冲抓钻头继续往下移动，冲击好后，立即刹住卷筒，使得钢丝绳绷紧，便于冲抓钻头的冲抓操作；

(2)抓土提升：冲击好后，操控卷扬机使其正转，从而带动钢丝绳上升，同时冲抓钻头上的四个叶片闭合完成抓土动作，然后整个冲抓钻头由钢护筒内往上提升，同时当钢丝绳带动冲抓钻头往上移动时，当红外传感器感应到冲抓钻头时，夹紧气缸开启，活塞杆缩回从而带动活动夹板往回转动，与固定夹板相结合对夹紧块进行夹紧固定，通过冲抓钻头带动夹紧装置移动到原位，便于下一次冲抓作业，当冲抓钻头提升到钢护筒上方碰到自动挂卸器时，刹住刹车，等待推车卸土；

(3)卸土：待冲抓钻头停稳以后，将推车拉到冲抓钻头下方，放松刹车，将土卸到推车内，拉开推车即可重新脱钩冲击，进行下一个循环。

进一步，在所述步骤2)中，冲抓装置安装时，根据实际的桩位施工数量，至少确保2～3冲抓装置的同时安装，从而可以进行几个冲抓装置的同时施工，缩短施工周期，加快施工步骤。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明中当冲抓装置工作时，冲抓钻头依靠自身重力往下移动，并且在导向装置的引导作用下，使得冲抓钻头只能在垂直方向下移动，提高冲抓钻头的移动精准度，使得其始终保持与钢护筒之间的精准对位，从而提高冲抓钻头的工作速率和工作质量，提高操作安全性能，当冲抓钻头往下移动时，由于冲抓钻头的上端与夹紧板之间夹紧固定，冲抓钻头带动滑套在弹性滑杆上垂直下移，有效避免冲抓钻头发生移动偏差，当冲抓钻头带动滑套移动且碰到限位块上的限位开关时，冲抓砖头的底端已经进入到钢护筒内或正好触碰到钢护筒的上端，夹紧气缸开启，通过活塞杆的伸长带动活动夹板往外旋转，使得冲抓钻头与夹紧装置之间松开，冲抓钻头继续下移，并且由于冲抓钻头已经的底部已经进入或正好喷到到钢护筒上端，冲抓钻头的继续下移可以受到钢护筒四侧壁的限定，使得冲抓钻头继续垂直下移，当冲抓钻头完成一次冲抓后，再钢丝绳的带动下往上移动，当冲抓钻头往上移动并且红外传感器感应到夹紧块时，夹紧气缸开启，活塞杆缩回带动活动夹板移动往回旋转，从而对夹紧块夹紧固定，当冲抓钻头继续上移时，带动滑套在弹性滑杆上垂直上移，使得冲抓钻头的上端可以与自动挂卸器精准碰触，实现冲抓钻头的自动挂钩，同时夹紧装置回到原位，便于冲抓钻头的下一次循环作业，整体结构设计更加的紧凑合理，使用操作更加的便捷可靠。

本发明结构简单，施工周期短，施工简单，环保效果好，并且通过导向装置的设计使得冲抓钻头的上下移动更加的精准，减少冲抓钻头的晃动，提高操作安全性能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明砂土地基灌注桩钻孔用冲抓装置的结构示意图；

图2为本发明中夹紧装置与弹性滑杆之间的安装结构示意图；

图3为图1中i处的局部放大图；

图4为本发明中夹紧装置的结构示意图。

图中：1-电动机；2-卷扬机；3-钢丝绳；4-自动挂卸器；5-冲抓钻头；6-皮带轮；7-导向装置；8-滑动部；9-固定部；10-连接杆；11-弹性滑杆；12-限位块；13-限位开关；14-滑套；15-连接臂；16-夹紧气缸；17-固定夹板；18-活动夹板；19-红外传感器；20-固定环；21-支撑杆；22-夹紧块；23-底架；24-塔架；25-支撑架；26-加强横杆；27-固定轴；28-紧固螺母；29-缓冲固定板。

具体实施方式

如图1至图4所示，为本发明砂土地基灌注桩钻孔用冲抓装置，包括冲抓机，冲抓机包括电动机1、卷扬机2、钢丝绳3、架体、自动挂卸器4和冲抓钻头5，电动机1通过皮带轮6与卷扬机2相连接，冲抓钻头5通过钢丝绳3与卷扬机2相连接，还包括导向装置7，导向装置7包括滑动部8和固定部9，滑动部8包括连接杆10、弹性滑杆11和夹紧装置，弹性滑杆11位于连接杆10的下方，弹性滑杆11的底端设置有限位块12，限位块12的顶端设置有限位开关13，夹紧装置包括滑套14、连接臂15、夹紧气缸16和夹紧板，滑套14套设在弹性滑杆11上，滑套14与连接臂15的一端相连接，夹紧板位于连接臂15的另一端，夹紧板包括固定夹板17和活动夹板18，固定夹板17上设置有红外传感器19，活动夹板18与连接臂15铰接，夹紧气缸16的活塞杆与活动夹板18相连接，固定部9包括固定环20和支撑杆21，支撑杆21与固定环20为一体成型结构，一体成型结构的设计不仅可以便于实际的加工成型，而且可以提高固定部9的结构强度，延长其使用寿命，支撑杆21的底端与固定环20相连接，支撑杆21的顶端与限位块12相连接，支撑杆21通过固定轴27与限位块12固定连接，固定轴27的两端均穿过支撑杆21和限位块12，且固定轴27的两端均设置有紧固螺母28，固定轴27和紧固螺母28可以便于支撑杆21与限位块12之间的安装固定，简化安装操作步骤，也便于后续的拆卸和更换，冲抓钻头5上设置有夹紧块22，冲抓钻头5通过夹紧块22与夹紧板夹紧固定，架体包括底架23、塔架24和支撑架25，底架23的下方设置有缓冲固定板29，缓冲固定板29的设计不仅可以使得底架23的安装更加的平稳，而且又可以起到减震效果，降低冲抓装置工作时的震动幅度，使得冲抓钻头5工作更稳定，结构设计更巧妙，塔架24位于底架23上，塔架24与支撑架25之间设置有加强横杆26，连接杆10通过安装架与加强横杆26相连接，底架23可以便于电动机1、卷扬机2的安装固定，塔架24和支撑架25的设计可以便于冲抓钻头5的安装，并且将塔架24和支撑架25安装成三角形的性质，提高架体结构的稳定性能，同时通过加强横杆26的设计，可以进一步提高架体的结构强度，使得冲抓钻头5的工作更加的平稳，提高操作安全性能。

采用如上述的砂土地基灌注桩钻孔用冲抓装置的施工方法，其特征在于:包括如下步骤：

1)前期准备：首先通过振动锤将钢护筒打入到土中时，并且确保钢护筒的顶标高于原地面300～400mm，从而起到保护孔口的作用，又能够防止坍方，影响实际的施工，再根据钢护筒的尺寸确定冲抓钻头5的大小，选择相应的冲抓装置。

2)冲抓装置的安装就位：

(1)冲抓机的安装：根据钢护筒的位置进行冲抓装置的安装固定，确保冲抓钻头5对准钢护筒的中心处，并且确保偏差不大于±20mm，同时在底架23的下方安装缓冲固定板29，不仅减少电动机1和卷扬机2工作时的震动大小，减少施工噪音，绿色施工，提高施工安全性能，而且确保底架23的底部平稳，进一步提高冲抓装置的稳定，从而提高冲抓钻头5与钢护筒之间的对准精准度，再通过地脚螺钉将缓冲固定板29与地面之间固定好，提高冲抓装置的安装稳定性能，使得冲抓钻头5工作时更加的平稳；

(2)导向装置7的安装：首先根据钢护筒的大小选择相对应的固定部9，将固定环20套设在钢护筒的上端，再进行滑动部8的安装，根据冲抓钻头5原位静止时的位置确定夹紧板的安装位置，再根据夹紧板的安装位置、冲抓钻头5的实际长度、冲抓钻头5原位静止时距离钢护筒顶端的距离确定连接杆10的安装位置，调节弹性滑杆11的拉伸长度，确保冲抓钻头5带动滑套14往下移动，碰到限位开关13时，冲抓钻头5的底端恰好到达钢护筒的顶部或超出进入到钢护筒的内部，再将固定部9与滑动部8之间的连接固定好，冲抓装置安装时，根据实际的桩位施工数量，至少确保2～3冲抓装置的同时安装，从而可以进行几个冲抓装置的同时施工，缩短施工周期，加快施工步骤；

(3)检测：冲抓装置安装好后，进行试运行，确保整体设备可以正常运行；

3)冲抓装置冲抓作业：

(1)冲击：冲抓装置开始工作，当冲抓钻头5距离钢护筒上端2～3米时，完全松开卷扬机2的刹车装置，使冲抓钻头5依靠自身重力对钢护筒内进行冲击，依靠张开的叶片插入到钢护筒内，同时在冲抓钻头5往下冲击时，冲抓钻头5带动滑套14沿着弹性滑杆11垂直向下移动，有效提高冲抓钻头5移动的垂直性能，使得冲抓钻头5与钢护筒之间精准定位，提高操作安全性能，降低事故的发生，当滑套14往下移动碰触到限位块12上的限位开关13时，夹紧气缸16开启，活塞杆伸长，带动活动夹板18往外旋转，使得夹紧块22与夹紧板之间松开，从而不会影响到冲抓钻头5继续往下移动，冲击好后，立即刹住卷筒，使得钢丝绳3绷紧，便于冲抓钻头5的冲抓操作；

(2)抓土提升：冲击好后，操控卷扬机2使其正转，从而带动钢丝绳3上升，同时冲抓钻头5上的四个叶片闭合完成抓土动作，然后整个冲抓钻头5由钢护筒内往上提升，同时当钢丝绳3带动冲抓钻头5往上移动时，当红外传感器19感应到冲抓钻头5时，夹紧气缸16开启，活塞杆缩回从而带动活动夹板18往回转动，与固定夹板17相结合对夹紧块22进行夹紧固定，通过冲抓钻头5带动夹紧装置移动到原位，便于下一次冲抓作业，当冲抓钻头5提升到钢护筒上方碰到自动挂卸器4时，刹住刹车，等待推车卸土；

(3)卸土：待冲抓钻头5停稳以后，将推车拉到冲抓钻头5下方，放松刹车，将土卸到推车内，拉开推车即可重新脱钩冲击，进行下一个循环。

本发明中当冲抓装置工作时，冲抓钻头5依靠自身重力往下移动，并且在导向装置7的引导作用下，使得冲抓钻头5只能在垂直方向下移动，提高冲抓钻头5的移动精准度，使得其始终保持与钢护筒之间的精准对位，从而提高冲抓钻头5的工作速率和工作质量，提高操作安全性能，当冲抓钻头5往下移动时，由于冲抓钻头5的上端与夹紧板之间夹紧固定，冲抓钻头5带动滑套14在弹性滑杆11上垂直下移，有效避免冲抓钻头5发生移动偏差，当冲抓钻头5带动滑套14移动且碰到限位块12上的限位开关13时，冲抓砖头的底端已经进入到钢护筒内或正好触碰到钢护筒的上端，夹紧气缸16开启，通过活塞杆的伸长带动活动夹板18往外旋转，使得冲抓钻头5与夹紧装置之间松开，冲抓钻头5继续下移，并且由于冲抓钻头5已经的底部已经进入或正好喷到到钢护筒上端，冲抓钻头5的继续下移可以受到钢护筒四侧壁的限定，使得冲抓钻头5继续垂直下移，当冲抓钻头5完成一次冲抓后，再钢丝绳3的带动下往上移动，当冲抓钻头5往上移动并且红外传感器19感应到夹紧块22时，夹紧气缸16开启，活塞杆缩回带动活动夹板18移动往回旋转，从而对夹紧块22夹紧固定，当冲抓钻头5继续上移时，带动滑套14在弹性滑杆11上垂直上移，使得冲抓钻头5的上端可以与自动挂卸器4精准碰触，实现冲抓钻头5的自动挂钩，同时夹紧装置回到原位，便于冲抓钻头5的下一次循环作业，整体结构设计更加的紧凑合理，使用操作更加的便捷可靠。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。