一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置的制作方法

本实用新型属于建筑领域桩基施工技术领域，特别涉及一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置。

背景技术：

近年来，钻孔灌注桩因为其适应范围广、单桩承载力高、施工噪音小、成本低及施工方便等优点，在各类建筑工程中被广泛应用于基坑支护及桩基施工领域。随着高层建筑的日益增多, 对桩基承载力的要求也越来越高。但由于钻孔灌注桩施工工艺的特殊性, 其承载力受施工中的因素影响较大，特别是孔底沉渣层严重影响桩基承载力的发挥。根据《建筑桩基技术规范》规定，钻孔灌注桩桩底沉渣厚度控制标准为：端承型桩，不应大于50mm；摩擦型桩，不应大于100mm。为确保满足规范要求，施工过程中加强孔底沉渣厚度的控制就成了钻孔灌注桩施工质量和桩基承载力的关键问题之一。

目前钻孔灌注桩主要采用二次泥浆清孔方法，即第一次沉渣处理是当成孔作业达到预定深度后，并不立即提升钻孔机具，而是原位继续排土作业，直至将孔底附近沉渣清理干净为止，这次处理只能将粗颗粒土清理大部分，之后下钢筋笼和安装浇筑导管，由于这个工序时间较长，处于静止一段时间的泥浆小颗粒沉渣慢慢沉入孔底，这样需进行二次清孔，现在一般采用二种方法，一种采用泥浆泵通过导管压新泥浆置换孔内差泥浆，由于泥沙上返速度慢，清渣能力差，不够彻底，只适合小直径和不深的桩；另一种采用气举反循环的方法，用压风机产生的压缩空气，通过送风管经混合器送到清孔出水管内与孔内泥浆混合，产生出水管内外泥浆重度差，在此作用下，管内泥浆沿出水管上升流动，形成孔外泥浆及沉渣经出水管向上顺管流出桩外，同时不断向孔内补给新泥浆置换，达到清孔的目的，但对10多米以内的桩清渣不够彻底，而且清渣速度慢，还需增加压风机辅助设备，造成人力物力的大量增加，施工费用增加的同时其作业时间并没有得到有效减少。

技术实现要素：

针对背景技术中现有的上述问题，本实用新型旨在提供一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置及其施工方法。

所述的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置，其特征在于包括上空腔圆柱、下空腔圆柱及弹射器，所述上空腔圆柱包括上空腔圆柱实体，上空腔圆柱实体上表面设有上圆盖板、下部设有自锁装置及支杆安装孔；下空腔圆柱包括下空腔圆柱实体，下空腔圆柱实体下表面设有下圆盖板，下空腔圆柱实体两侧面上下位置对称设有螺栓预留孔a和螺栓预留孔b；弹射器包括底座及设置在底座上的下支杆，下支杆上套设上支杆，上支杆外侧设有预留侧孔，上支杆上设有弹簧a，下支杆上设有弹簧b，上支杆从下往上依次穿过螺栓预留孔b、支杆安装孔及螺栓预留孔a将上空腔圆柱和下空腔圆柱连接，并由自锁装置与预留侧孔连接固定，锁杆的直径与预留侧孔的内径匹配。

所述的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置，其特征在于上空腔圆柱实体为空腔型圆柱体，其上部开口为平行收口状，空腔型圆柱体的底部向内翻折构成下部内翻边，下部内翻边与圆柱体侧壁的空隙间距大于上空腔圆柱实体的厚度；下空腔圆柱实体为空腔型圆柱体，空腔型圆柱体的上部向外翻折构成上部外翻边，上部外翻边与圆柱体侧壁的空隙间距大于下空腔圆柱实体的厚度，下部内翻边与上部外翻边相互环扣配合。

所述的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置，其特征在于上空腔圆柱实体侧壁对应位置设有开孔，开孔位于支杆安装孔一侧，自锁装置包括压紧弹簧及锁杆，压紧弹簧一端固定在开孔内，另一端与锁杆连接，压紧弹簧处于正常状态时，压紧弹簧与锁杆的总长度大于上空腔圆柱实体侧壁与支杆安装孔之间的距离。

所述的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置，其特征在于下空腔圆柱实体底部设有安装座，通过安装座设置在弹簧b上方，安装座内设有开口，下圆盖板设置在安装座上并与开口匹配。

所述的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置，其特征在于螺栓预留孔b对称设置在安装座两侧，螺栓预留孔a对称设置在下空腔圆柱实体的上部外翻边底面两侧，且螺栓预留孔a、支杆安装孔及螺栓预留孔b位置对应，所述螺栓预留孔a为盲孔，孔径小于下空腔圆柱实体的上部外翻边的厚度，孔深为20-30mm。

所述的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置，其特征在于上空腔圆柱实体的上部开口的半径为圆柱体半径的0.5-0.8倍，上圆盖板大小与上部开口大小匹配，上圆盖板一侧有向外突起的长方体连接装置，在长方体侧面中心预留有圆形孔洞，由销钉连接上空腔圆柱实体上部设置的活动插销连接件a。

所述的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置，其特征在于安装座为空心圆盘，空心圆盘的外圆半径与下空腔圆柱实体半径比为1.1-1.3:1，空心圆盘的内圆半径与下空腔圆柱实体半径比为0.3-0.4:1，空心圆盘的内圆大小与下圆盖板匹配，下圆盖板一侧有向外突起的长方形连接装置，在长方体侧面中心预留有圆形孔洞，通过销钉连接安装座。

所述的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置，其特征在于锁杆外端设为向下的斜坡状结构，下支杆上端设有匹配的斜坡状结构，下支杆往上运动至锁杆外端时，能推动锁杆运动，将锁杆从预留侧孔中退出。

所述的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置，其特征在于弹簧a、弹簧b的两端分别设有圆形垫片。

所述的钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

1）使用前，先将上空腔圆柱压缩到下空腔圆柱的底部，使自锁装置弹射至下空腔圆柱下侧的上支杆的预留侧孔，整个装置处于压缩锁定状态；

2）架设一个三角支架，保证自弹式水压清渣装置沿着钢筋笼中心下放，利用该装置自身重量，沿中心匀速下放至底部；

3）整个装置下放至桩孔底部时，弹射器将受到底部岩土抵挡停止向下移动，而上部装置由于重力的惯性作用将继续向下移动，当下支杆顶部的斜坡面接触到自锁装置的锁杆的斜坡面并继续向上时，锁杆被顶出上支杆的预留侧孔，自锁装置打开，在弹簧a的弹力作用下上空腔圆柱向上弹出，整个装置的空腔体积突然增大，内外产生水压差，利用外部压强大于内部压强原理，下圆盖板顶开，下部沉渣与水流一起吸入上空腔圆柱和下空腔圆柱内部；

4）人工将装置整体垂直提出桩孔，在压力和重力作用下，上圆盖板和下圆盖板盖上，沉渣与水流一起带出倒入处理容器装置，清理干净后重复操作，将沉渣全部取出，实现快速清渣。

现有技术相比，本实用新型的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置及其施工方法具有如下优点：

1）本装置采用上圆盖板和下圆盖板组合使用，清渣装置在自重的作用下下沉，通过水的阻力将两个盖板同时自动打开，提高了下沉速度，并且在到达底部后，通过弹射器自动触动上空腔弹射，使上圆盖板自动在上表面水的阻力下关闭，下圆盖板在内外水压差的作用下自动打开，形成内外水压差，将沉渣吸入装置内部，可以实现简单、快速、精准清理沉渣；

2）本装置结构简单、体积较小，方便运输携带，操作也十分方便，无需其他外力辅助设备，只需一名操作人员就能实现全过程清渣工作。

3）本实用新型的方法通过采用限定的装置对泥浆集中底部进行针对性清理，代替了传统的桩孔内整体泥浆置换的方法，并且该方法施工与桩孔深度影响无关，更加简单实用、节约工期的同时，施工费用也明显降低；

4）本实用新型的方法采用灌浆前确保孔底无沉渣的技术方案，省去了第二次清孔需要的大量新泥浆补充及作业时间，也省去了二次清孔排出的旧泥浆，从而降低了环境污染，使作业环境更加绿色环保。

附图说明

图1为上空腔圆柱的结构示意图；

图2为下空腔圆柱的结构示意图；

图3为弹射器的分体结构示意图；

图4为自弹式水压清渣装置的整体结构示意图；

图5为自锁装置锁紧状态局部节点放大图；

图6为自弹式水压清渣装置关闭状体示意图；

图7为自弹式水压清渣装置打开状体示意图。

图中：上空腔圆柱1、上空腔圆柱实体11、上圆盖板12、活动插销连接件a13、自锁装置14、压紧弹簧141、锁杆142、支杆安装孔15、下部内翻边16；下空腔圆柱2、下空腔圆柱实体21、下圆盖板22、活动插销连接件b23、螺栓预留孔a24、螺栓预留孔b25、上部外翻边26、安装座27；弹射器3、上支杆31、预留侧孔32、下支杆33、弹簧a34、弹簧b35。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型进一步说明。

本实用新型旨在提供一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置及其施工方法。

如图1-7所示，本实用新型的一种钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置，包括上空腔圆柱1、下空腔圆柱2及弹射器3，所述上空腔圆柱1包括上空腔圆柱实体11，上空腔圆柱实体11上表面设有上圆盖板12、下部设有自锁装置14及支杆安装孔15；下空腔圆柱2包括下空腔圆柱实体21，下空腔圆柱实体21下表面设有下圆盖板22，下空腔圆柱实体21两侧面上下位置对称设有螺栓预留孔a24和螺栓预留孔b25；弹射器3包括底座及设置在底座上的下支杆33，下支杆33上套设上支杆31，上支杆31外侧设有预留侧孔32，上支杆31上设有弹簧a34，下支杆33上设有弹簧b35，上支杆31从下往上依次穿过螺栓预留孔b25、支杆安装孔15及螺栓预留孔a24将上空腔圆柱1和下空腔圆柱2连接，并由自锁装置14与预留侧孔32连接固定。

如图所示，上空腔圆柱实体11为空腔型圆柱体，其上部开口为平行收口状，空腔型圆柱体的底部向内翻折构成下部内翻边16，下部内翻边16与圆柱体侧壁的空隙间距大于上空腔圆柱实体11的厚度；下空腔圆柱实体21为空腔型圆柱体，空腔型圆柱体的上部向外翻折构成上部外翻边26，上部外翻边26与圆柱体侧壁的空隙间距大于下空腔圆柱实体21的厚度，下部内翻边16与上部外翻边26相互环扣配合；上空腔圆柱实体11侧壁对应位置设有开孔，开孔位于支杆安装孔15一侧，自锁装置14包括压紧弹簧141及锁杆142，锁杆142的直径与预留侧孔32的内径匹配，压紧弹簧141一端固定在开孔内，另一端与锁杆142连接，压紧弹簧141处于正常状态时，压紧弹簧141与锁杆142的总长度大于上空腔圆柱实体11侧壁与支杆安装孔15之间的距离；上空腔圆柱实体11的上部开口的半径为圆柱体半径的0.5-0.8倍，优选为0.67倍；上圆盖板12大小与上部开口大小匹配，上圆盖板12一侧有向外突起的长方体连接装置，在长方体侧面中心预留有圆形孔洞，由销钉连接上空腔圆柱实体11上部设置的活动插销连接件a13。

如图所示，下空腔圆柱实体21底部设有安装座27，通过安装座27设置在弹簧b35上方，安装座27内设有开口，下圆盖板22设置在安装座27上并与开口匹配；螺栓预留孔b25对称设置在安装座27两侧，螺栓预留孔a24对称设置在下空腔圆柱实体21的上部外翻边26底面两侧，且螺栓预留孔a24、支杆安装孔15及螺栓预留孔b25位置对应，所述螺栓预留孔a24为盲孔，孔径小于下空腔圆柱实体21的上部外翻边26的厚度，孔深为20-30mm；所述安装座27为空心圆盘，空心圆盘的外圆半径与下空腔圆柱实体21半径比为1.1-1.3:1，优选为1.2:1，空心圆盘的内圆半径与下空腔圆柱实体21半径比为0.3-0.4:1，优选为0.33:1，空心圆盘的内圆大小与下圆盖板22匹配，下圆盖板22一侧有向外突起的长方形连接装置，在长方体侧面中心预留有圆形孔洞，通过销钉连接安装座27。

为了便于使自锁装置14顺利解锁，本实用新型将锁杆142外端设为向下的斜坡状结构，下支杆33上端设有匹配的斜坡状结构，下支杆33往上运动至锁杆142外端时，能推动锁杆142运动，将锁杆142从预留侧孔32中退出，其坡度优选为45°。

为了提高使用便利性，本实用新型在弹簧a34、弹簧b35的两端分别设有圆形垫片，与弹簧一起配套使用，所述的弹簧环绕在对应支杆上，弹簧的半径和圈数满足将上部结构弹出的使用要求。

本实用新型的上圆盖板12和下圆盖板22结构相同，均为圆饼形状，宜为0.8-1.5mm厚的钢板。

如图所示，本实用新型的钻孔灌注桩自弹式水压清渣装置的施工方法，包括如下步骤：

1）使用前，先将上空腔圆柱1压缩到下空腔圆柱2的底部，使自锁装置14弹射至下空腔圆柱2下侧的上支杆31的预留侧孔32，整个装置处于压缩锁定状态；

2）架设一个三角支架，保证自弹式水压清渣装置沿着钢筋笼中心下放，利用该装置自身重量，沿中心匀速下放至底部；

3）整个装置下放至桩孔底部时，弹射器3将受到底部岩土抵挡停止向下移动，而上部装置由于重力的惯性作用将继续向下移动，当下支杆33顶部的斜坡面接触到自锁装置14的锁杆142的斜坡面并继续向上时，锁杆142被顶出上支杆31的预留侧孔32，自锁装置14打开，在弹簧a34的弹力作用下上空腔圆柱1向上弹出，上空腔圆柱1上移至下部内翻边16与上部外翻边26相互环扣配合时固定；与整个装置的空腔体积突然增大，内外产生水压差，利用外部压强大于内部压强原理，下圆盖板22顶开，下部沉渣与水流一起吸入上空腔圆柱1和下空腔圆柱2内部；

4）人工将装置整体垂直提出桩孔，在压力和重力作用下，上圆盖板12和下圆盖板22盖上，沉渣与水流一起带出倒入处理容器装置，清理干净后重复操作，将沉渣全部取出，实现快速清渣。