專利名稱：一種螺桿樁機的制作方法
技術領域：
一種螺桿樁機
技術領域：
本實用新型涉及一種建筑基樁的制造裝置，尤其是一種螺桿狀混凝土樁的制造裝置。
技術背景現代公路、鐵路、多層或者高層建筑，都要求嚴格的地基處理、適當的承重樁基，以承載建筑物，且防止地震等帶來的對建筑物的傷害。一般可采用預制樁和灌注樁作為承重樁基。但預制樁只能預制長度適當的樁基，再根據實際的需要對接，對接的樁對于樁身橫向的承載力很小，往往容易錯位，只有上下縱向的承載力，且打樁對接過程費時費力費料，成本很高。灌注樁有二次成樁和一次成樁兩種施工方法，二次成樁是在長螺旋鉆機鉆成樁孔之后，拔出鉆機留下空孔，再向該空孔灌注混凝土同時振搗成樁。這種成樁方法必須保證所鉆的孔不縮頸、不坍塌，故在地下水位以下或土層松散時均無法施工，其使用范圍非常有限。一次成樁是在長螺旋鉆機鉆到設計深度后停機，用泵輸送混凝土，通過中空的螺旋鉆桿到鉆頭的出料口，進行壓力灌注混凝土，并同步起拔螺旋鉆桿成樁。這種成樁方式在任何時候所鉆的孔均沒有空置，所以不存在鉆孔坍塌的問題，可應用于各種地質條件的灌注樁。螺桿樁是一種半擠土樁，經大量實驗證明，其成樁土體發生隆起現象小、不取土、 噪音微，是一種適應面廣的新式樁。日本研制出了一種鋼纖維預制全螺紋樁，改變了一次成樁只能承載上下壓力的受力特征，該鋼纖維預制全螺紋樁樁身整體是螺紋結構，便于與土層結合，擴大了樁身的承載面，大大地提高了樁身的承載力，但是其施工時也需利用特殊的設備將樁身壓入到土層中，由于高昂的造價且需要專門的配套設備、施工不方便而得不到廣泛應用的推廣；而且對于全螺紋結構的樁來說，不能適用于混凝土特別是純混凝土結構的樁身，因為實際上樁身的承載力是呈倒金字塔型分布的，最上部承受的壓力最大，最底部承受的壓力最小，如果采用混凝土制作，上部的螺紋處只有少于二分之一的有效截面參加工作，當材料自身強度不足時非常容易斷裂，而且，下部螺紋段樁身不起作用。本人的申請號為20092(^64799. X的實用新型專利提出了一種一次成樁的螺桿樁機，采用混凝土制作上述的螺紋樁，但由于沉重的動力頭懸掛于樁機的頂端，所以整機在工地上移位時，容易發生的擺動而產生巨大慣量，致使樁機容易傾覆。為解決上述難題只有加大樁機底座或減少動力頭功率及鉆桿重量，其結果是制約了設備制造與使用。
發明內容針對上述問題，本實用新型的螺桿樁機對申請號為200920264799. X的螺桿樁機進行了改進，采用摺迭式混凝土輸送管道將混凝土從地面引導到鉆桿頂端，再沿著鉆稈芯管通向鉆尖，使主塔架的高度更高，有效樁長更長。本實用新型的螺桿樁機包括底座，動力頭、卷揚系統、同步控制裝置、帶有鉆頭的鉆桿、機架、輸漿管，所述卷揚系統、同步控制裝置和機架固定于所述底座上，所述鉆桿連接于所述動力頭上，所述動力頭設置于所述機架上，所述輸漿管與所述鉆桿連接，將混凝土注入所述鉆桿鉆出的螺桿孔中；所述鉆桿上帶有回轉注漿器，其位于所述鉆桿的頂端，與所述輸漿管連接；混凝土通過所述輸漿管進入所述鉆桿內，避免滲入動力頭。
所述動力頭包括一個主軸，其位于所述動力頭的中部，所述鉆桿垂直貫穿所述的主軸。所述主軸上設置有凹滑槽，所述鉆桿上設置有與凹滑槽相匹配的凸滑槽，用于安裝所述主軸與鉆桿。所述凹滑槽與凸滑槽為兩對至四對。所述輸漿管可采用摺迭式混凝土輸送管道。所述鉆桿為中空結構，其頂端為回轉注漿器，底部設有活門擋板，用于灌注混凝土。所述同步控制裝置可進一步包括控制器件，第一直流控制組，第二直流控制組和數字編碼器，所述控制器件與所述卷揚系統和所述動力頭電連接；所述第一直流控制組與所述單片機和卷揚系統電連接；第二直流控制組與所述動力頭電連接；數字編碼器與所述卷揚系統、動力頭和控制器件電連接。 所述動力頭帶有兩個直流電動機，所述第二直流控制組包含兩套均由一個直流電動機和一個直流控制器相連接所構成的組合，所述兩套組合分別連接至一個動力頭；所述第一直流控制組包含一個直流電動機和與該直流電動機相連接的直流控制器。所述動力頭的上部與下部設有同步牽引裝置。動力頭減速器可以為行星動力頭減速器或三環動力頭減速器，當動力頭減速器采用電機驅動時，可增加一級行星減速，增大傳動比而調整輸出轉速，加大輸出扭矩。這種螺紋樁機降低了動力頭的位置，重心下降，有條件采用更強大的動力頭及鉆桿鉆具、可加大成樁樁徑，使操作更安全便捷。故障率低。整機更安全穩定，而使樁機底座的尺寸大為縮小。
圖1為本實用新型螺桿樁機所加工成的一種螺桿樁的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例的螺桿樁機的結構示意圖；圖3為本實用新型實施例中螺桿樁機動力頭的結構示意圖；圖4為本實用新型實施例中螺桿樁機鉆桿鉆頭的結構示意圖；圖5為本實用新型摺迭式混凝土輸送管道走向示意圖；圖6為本實用新型動力頭和鉆桿的結構示意圖；圖7為本實用新型中同步控制系統、卷揚系統和動力頭的連接示意圖；附圖中的各標號分別為螺桿樁1，樁基圓柱形結構11，樁基螺紋形結構12，螺齒121，鋼筋籠13 ；螺桿樁機2，動力頭21，電動機211，傳動軸212，上掛勾213，下掛勾214，主軸215， 凹滑槽2151，凸滑槽2451，卷揚系統22，上牽引鏈條221、下牽引索222，同步控制裝置23， 鉆桿24，鉆桿24的上部圓柱結構241，下部螺紋結構242，螺紋結構242上的螺齒243，回轉注漿器244，機架25，底座26，鉆頭27，檔板271，輸漿管28，水管29 ；同步自控系統3，控制器件31，第二直流控制組32，第一直流控制組33。
具體實施方式
圖1為本實用新型的螺桿樁機所加工成的一種螺桿樁1，該樁是由一體結構的兩部分構成，上部為直樁圓柱形結構的樁基11 (簡稱圓柱形結構11)，下部為螺紋形結構的樁基12(簡稱螺紋形結構12)；其設計是依照其設置于土層下受力呈倒金字塔形狀的分布情況，上部設計為圓柱形結構11，下部設計為螺紋形結構12，增強了其承載力，使其單樁具有足夠的承載能力，且該螺桿狀混凝土樁1，其圓柱形結構11占總樁長度的1/3至2/3，螺紋形結構12占總樁長度的2/3至1/3，結構搭配合理，能夠形成具有最大承載力的樁體。該螺桿狀混凝土樁1，其螺紋形結構12上均勻分布有成一定傾斜角度的螺齒121， 且該螺紋形結構12的徑向距離等于圓柱形結構11的直徑，且下部的螺紋形結構12的螺齒 121連結于上部的圓柱形結構11上，便于制作及使得螺紋形結構12能夠與圓柱形結構11 連接在一起，結構更結實、穩定。螺紋形結構12的螺齒厚度按照目前通用的螺紋結構計算標準計算得出，螺紋形結構12的螺距與螺桿狀混凝土樁1的公稱直徑為一比一的關系。該螺桿狀混凝土樁1的內部可在加工時設置鋼筋籠13，以增強其樁體的強度，鋼筋籠13貫穿設置于樁體的整體中。螺桿狀混凝土樁1的樁直徑為300-800mm，其樁體長小于等于60米。該螺桿狀混凝土樁能夠通過其螺紋與土層結合，承載能力高，且能夠承載相當的橫向力，對周圍的環境不構成污染，成樁不易斷裂。這種螺桿樁可由本實用新型的螺桿樁機澆灌而成。參見圖2-圖5，本實用新型的螺桿樁機包括底座26，動力頭21、卷揚系統22、同步控制裝置23、帶有鉆頭的鉆桿24、機架25、輸漿管28，該樁機2的基礎支撐物是底座26，底座26的底部有支撐的支腳261，所述卷揚系統22、同步控制裝置23和機架25固定于所述底座26上，所述鉆桿24連接于所述動力頭21上，所述動力頭21設置于所述機架25上，并與機架25保持活動連接。所述輸漿管28與所述鉆桿24連接，將混凝土注入所述鉆桿24 鉆出的螺孔中；所述鉆桿24上帶有回轉注漿器244，其位于所述鉆桿24的頂端，與所述輸漿管28連接；混凝土通過所述輸漿管28進入所述鉆桿24內，避免滲入動力頭21內。動力頭21向下伸出鉆桿24，并通過鉆桿24底端的鉆頭27鉆孔；鉆孔時，動力頭 21帶動鉆桿24旋轉，并向下運動，使鉆頭27沖破土層的阻力，鉆出符合要求的孔；該樁機2 的動力頭21下部固定有牽引裝置，即下牽引索222，以使鉆桿在鉆孔時具有強大的壓力，提高施工速度和效率；動力頭21上部也設置有牽引裝置，即上牽引索221，上牽引索221和下牽引索222 是兩條在卷揚系統22控制下向動力頭21提供向下、向上拉力的牽引索，以能夠順利快捷地鉆孔成孔，且在鉆孔結束后順利地提升鉆桿，同時生成螺桿狀混凝土樁；在動力頭21上設置的下牽引索222及上牽引索221均衡設置于動力頭上，以使鉆桿下鉆或者提升時受力平衡、穩定；同時，上牽引索221通過固定于機架25上部的滑輪223牽引到卷揚系統22中，下牽引索222通過固定于機架25下部的滑輪223牽引到卷揚系統22中，卷揚系統22中的電動機224向上牽引索221、下牽引索222提高牽引動力。動力頭21的內部具有電動機211及傳動軸212，傳動軸212帶動鉆桿24旋轉下鉆或者提升，鉆桿24的上端連接有輸漿管28和水管29，以在鉆孔完成后向孔內灌注混凝土 ； 動力頭的上下中間位置設置有上掛勾213和下掛勾214，以固定上牽引鏈條221、下牽引索222，這樣上牽引2鏈條21和下牽引鏈條222對稱均衡分布在動力頭21上，使動力頭21的運動保持均衡、穩定。鉆桿24的上部為圓柱結構241，下部為螺紋結構242且其圓柱結構 241的直徑小于鉆桿螺紋結構242的徑向距離，使螺紋結構242上均勻分布的螺齒243能夠突出其桿體，起下鉆破壞土層的作用。參見圖6， 所述動力頭21進一步包括一個主軸215，其位于所述動力頭21的中部， 所述鉆桿24垂直貫穿所述的主軸215，這樣在輸送混凝土時，混凝土不與動力頭21產生任何接觸，避免混凝土滲入動力頭21，鉆桿24頂端連接回轉注漿器244 —端，所述主軸215上設置有凹滑槽2151，所述鉆桿24上設置有與凹滑槽2151相匹配的凸滑槽2451，用于安裝所述主軸215與鉆桿24。所述凹滑槽2151與凸滑槽2451為兩對至四對，按相應的軸向位置安裝。鉆桿24可伸縮，長度可達到40米。動力頭21可以為行星或三環動力頭減速器，當動力頭21采用電機驅動時，可增加一級行星減速，增大傳動比而調整輸出轉速，加大輸出扭矩。鉆桿24為中空結構，其底部設置有用于灌注混凝土的檔板271，該檔板271設置于鉆桿24底部外端，能夠阻擋土層進入鉆桿24內，往下鉆孔時，該檔板271被土層向上頂持， 不能打開，提升鉆桿24時，混凝土在壓力的作用下沖開該檔板271，同時土層對該檔板271 的頂持力消失，使得混凝土能夠順利灌注。參見圖7，同步控制裝置23，可包括第二直流控制組32、第一直流控制組33和控制器件31，控制器件31可以為單片機或可編程邏輯控制器；同步控制裝置23、動力頭21與卷揚系統22共同構成一個同步自控系統3，在該同步自控系統3中，第二直流控制組32連接到動力頭21與控制器件31之間，第一直流控制組33連接到卷揚系統22與控制器件31之間；動力頭21用來控制鉆桿24的轉速與扭矩，并將鉆桿轉速信號反饋到控制器件31，控制器件31向第二直流控制組32輸出控制指令，進而，第二直流控制組32向動力頭21發送控制指令，以實現對鉆桿24轉速的調節；卷揚系統22用來控制鉆桿24的深度進給，并將鉆桿進給深度信號反饋給控制器件31，控制器件31向第一直流控制組33輸出控制指令，進而， 第一直流控制組33向卷揚系統22發送控制指令，以實現對鉆桿24進給深度的調節；其中， 動力頭21為兩個，第二直流控制組32包含兩套均由一個直流電動機211和一個直流控制器相連接所構成的組合，所述兩套組合分別連接至一個動力頭；第一直流控制組33包含一個直流電動機211和與該直流電動機相連接的直流控制器。所述同步自控系統3還包括一個數字編碼器36，該數字編碼器36分別與卷揚系統 22、動力頭21電性連接，該數字編碼器36電性連接至控制器件31 ；來自動力頭21的鉆桿轉速信號與來自卷揚系統22的鉆桿進給深度信號，皆通過數字編碼器36反饋到控制器件31。實際運行中，動力頭21在鉆桿24的影響下，其轉速會發生變化，進而轉速信號通過數字編碼器36反饋到控制器件31，同步的，卷揚系統22也通過數字編碼器36將鉆桿進給深度信號反饋到控制器件31。控制器件31對反饋來的兩種信號進行協同處理，并向第一直流控制組33與第二直流控制組32同步發出適當的控制指令。進而，第二直流控制組32 將控制指令發送給動力頭21，同步的，第一直流控制組33將控制指令發送給卷揚系統22。 因此，可實現對所述三臺直流電動機211的協同控制，從而實現了對鉆桿24轉速、扭矩與進給深度的協同控制，保證了鉆桿24轉速與進給深度之間的同步。本具體實施方式
所提供的螺桿樁機的加工方法為[0039]a、采用螺桿樁機2打樁孔，鉆桿24正向向下旋轉，成孔成形至設計深度；b、成孔成形至設計深度后，從鉆桿24的底端壓出砼，并反向向上旋轉提鉆桿24， 連續泵送砼以保持鉆桿24內與土體的壓力差，不得中斷砼，形成下部充盈的螺紋型樁基 (即螺紋形結構12)；C、鉆桿24上升至適當高度后 ，通過程控保護處理，由反向向上旋轉切換為正向旋轉直提，切換過程保持提鉆狀態，切換后，保持正向旋轉直提過程，直至上部樁壓注完畢，形成圓柱形結構的樁基(即圓柱形結構11)，完成螺桿狀混凝土樁的施工制作。對樁長高于動力頭21活動范圍的部分，需短暫停機一次或兩次調整動力頭21在鉆桿24的相對位置、繼續退鉆桿24提轉成樁即可完成比如對于設計深度為30米的螺桿狀混凝土樁1，其上部圓柱形結構11的高度一般為10米左右，螺紋形結構12的高度為30米左右。對于該加工方法，在步驟c中，鉆桿24提升時，鉆桿24的提升速度和轉速相協調， 鉆桿24的螺齒243在提升過程中嚴格按照鉆孔時形成的螺紋結構反向旋轉，不破壞在土層中形成的螺紋結構；在通過打樁成孔制作而成的半螺絲孔內，鉆桿24上下旋轉運動時要保持螺絲成孔同步，不得擾動螺齒243的齒間土，并且螺齒243齒頂寬大于25mm，該操作尤其適用于> 120KPa 土層或其它樁體持力土層。對于該加工方法，圓柱形結構11的成樁過程沒必要同步，直流電機系統可加倍提速，比如，電機額定轉速lOOOr/m可提高到2000r/m，因此可以提高工效并避免樁壁土體拉松。起始正向旋轉直提的高度為軟土底標高或者接近該標高，該操作尤其適用于< 120KPa 土層或其它非樁體持力土層。鋼筋籠13的設置可在灌注完成后，采用現有技術直接插入，待混凝土凝固后便可與樁體結合成一個整體。該方法的優點是1、由機械一次性擠壓成孔成樁，無余土外運，不夾泥，樁身直徑均勻，無噪音；2、由于采用直流電機系統，所以在同等電機功率下轉數可提高一倍，相應施工速度明顯優于以往，一臺機每天施工750延米(以直徑500mm的樁計算，每天累計的施工進度為750米)左右；3、由泵壓式鉆桿擠壓成螺絲型+直樁，成型樁無斷樁，無縮頸，承載力明顯提高。其適應范圍為1、廣泛運用于軟土層與硬土層交替土層，是一種能夠適應任意土層、沙層、強風化巖層及鵝卵石層的螺桿樁機及其工作方法和自控裝置，作為建筑物的磨擦樁+端承樁使用，2、樁徑 Φ OOmm 至 Φ 1000mm，樁長彡60米。這種螺紋樁機降低了動力頭21的位置，重心下降，有條件采用更強大的動力頭21 及鉆桿24鉆具、可加大成樁樁徑，使操作更安全便捷。故障率低。整機更安全穩定，而使樁機底座26的尺寸大為縮小。
權利要求1.一種螺桿樁機，其包括底座，動力頭、卷揚系統、同步控制裝置、帶有鉆頭的鉆桿、機架、輸漿管，所述卷揚系統、同步控制裝置和機架固定于所述底座上，所述鉆桿連接于所述動力頭上，所述動力頭設置于所述機架上，所述輸漿管與所述鉆桿連接，將混凝土注入所述鉆桿鉆出的螺桿孔中；其特征在于所述鉆桿上帶有回轉注漿器，其位于所述鉆桿的頂端，與所述輸漿管連接，使所述機架增高；混凝土通過所述輸漿管進入所述鉆桿內，避免滲入動力頭。
2.如權利要求1所述的螺桿樁機，其特征在于所述動力頭包括一個主軸，其位于所述動力頭的中部，所述鉆桿垂直貫穿所述的主軸。
3.如權利要求2所述的螺桿樁機，其特征在于所述主軸上設置有凹滑槽，所述鉆桿上設置有與所述凹滑槽相匹配的凸滑槽，用于將所述主軸與鉆桿安裝于一體。
4.如權利要求3所述的螺桿樁機，其特征在于所述相匹配的凹滑槽與凸滑槽為兩對至四對。
5.如權利要求1所述的螺桿樁機，其特征在于所述輸漿管采用摺迭式混凝土輸送管道。
6.如權利要求1所述的螺桿樁機，其特征在于所述鉆桿為中空結構，其頂端為回轉注漿器，底部設有活門擋板，用于灌注混凝土。
7.如權利要求1所述的螺桿樁機，其特征在于所述同步控制裝置包括控制器件，與所述卷揚系統和所述動力頭電連接；第一直流控制組，與所述單片機和卷揚系統電連接；第二直流控制組，與所述動力頭電連接；數字編碼器，與所述卷揚系統、動力頭和控制器件電連接；所述控制器件為單片機或可編程邏輯控制器。
8.如權利要求1所述的螺桿樁機，其特征在于所述動力頭帶有兩個直流電動機，所述第二直流控制組包含兩套均由一個直流電動機和一個直流控制器相連接所構成的組合，所述兩套組合分別連接至一個動力頭；所述第一直流控制組包含一個直流電動機和與該直流電動機相連接的直流控制器。
9.如權利要求1所述的螺桿樁機，其特征在于所述動力頭的上部與下部設有同步牽引裝置。
10.如權利要求1所述的螺桿樁機，其特征在于所述動力頭為行星動力頭減速器或三環動力頭減速器。
專利摘要本實用新型涉及一種螺桿狀混凝土樁的螺桿樁機，其包括底座，動力頭、卷揚系統、同步控制裝置、帶有鉆頭的鉆桿、機架、輸漿管，所述卷揚系統、同步控制裝置和機架固定于所述底座上，所述鉆桿連接于所述動力頭上，所述動力頭設置于所述機架上，所述輸漿管與所述鉆桿連接，將混凝土注入所述鉆桿鉆出的螺桿孔中；所述鉆桿上帶有回轉注漿器，其位于所述鉆桿的頂端，與所述輸漿管連接；混凝土通過所述輸漿管進入所述鉆桿內，避免滲入動力頭。這種螺紋樁機增加了塔架高度與鉆桿長度，增加了有效樁長，同時降低了動力頭的位置，使其重心下降，有條件采用更強大的動力頭及鉆桿鉆具，加大成樁樁徑等。
文檔編號E21B17/00GK201943066SQ20112002782
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月27日 優先權日2011年1月27日
發明者張寧 申請人:張寧