专利名称：一种螺杆桩机的制作方法
技术领域：
一种螺杆桩机
技术领域：
本实用新型涉及一种建筑基桩的制造装置，尤其是一种螺杆状混凝土桩的制造装置。
技术背景现代公路、铁路、多层或者高层建筑，都要求严格的地基处理、适当的承重桩基，以承载建筑物，且防止地震等带来的对建筑物的伤害。一般可采用预制桩和灌注桩作为承重桩基。但预制桩只能预制长度适当的桩基，再根据实际的需要对接，对接的桩对于桩身横向的承载力很小，往往容易错位，只有上下纵向的承载力，且打桩对接过程费时费力费料，成本很高。灌注桩有二次成桩和一次成桩两种施工方法，二次成桩是在长螺旋钻机钻成桩孔之后，拔出钻机留下空孔，再向该空孔灌注混凝土同时振捣成桩。这种成桩方法必须保证所钻的孔不缩颈、不坍塌，故在地下水位以下或土层松散时均无法施工，其使用范围非常有限。一次成桩是在长螺旋钻机钻到设计深度后停机，用泵输送混凝土，通过中空的螺旋钻杆到钻头的出料口，进行压力灌注混凝土，并同步起拔螺旋钻杆成桩。这种成桩方式在任何时候所钻的孔均没有空置，所以不存在钻孔坍塌的问题，可应用于各种地质条件的灌注桩。螺杆桩是一种半挤土桩，经大量实验证明，其成桩土体发生隆起现象小、不取土、 噪音微，是一种适应面广的新式桩。日本研制出了一种钢纤维预制全螺纹桩，改变了一次成桩只能承载上下压力的受力特征，该钢纤维预制全螺纹桩桩身整体是螺纹结构，便于与土层结合，扩大了桩身的承载面，大大地提高了桩身的承载力，但是其施工时也需利用特殊的设备将桩身压入到土层中，由于高昂的造价且需要专门的配套设备、施工不方便而得不到广泛应用的推广；而且对于全螺纹结构的桩来说，不能适用于混凝土特别是纯混凝土结构的桩身，因为实际上桩身的承载力是呈倒金字塔型分布的，最上部承受的压力最大，最底部承受的压力最小，如果采用混凝土制作，上部的螺纹处只有少于二分之一的有效截面参加工作，当材料自身强度不足时非常容易断裂，而且，下部螺纹段桩身不起作用。本人的申请号为20092(^64799. X的实用新型专利提出了一种一次成桩的螺杆桩机，采用混凝土制作上述的螺纹桩，但由于沉重的动力头悬挂于桩机的顶端，所以整机在工地上移位时，容易发生的摆动而产生巨大惯量，致使桩机容易倾覆。为解决上述难题只有加大桩机底座或减少动力头功率及钻杆重量，其结果是制约了设备制造与使用。
发明内容针对上述问题，本实用新型的螺杆桩机对申请号为200920264799. X的螺杆桩机进行了改进，采用摺迭式混凝土输送管道将混凝土从地面引导到钻杆顶端，再沿着钻秆芯管通向钻尖，使主塔架的高度更高，有效桩长更长。本实用新型的螺杆桩机包括底座，动力头、卷扬系统、同步控制装置、带有钻头的钻杆、机架、输浆管，所述卷扬系统、同步控制装置和机架固定于所述底座上，所述钻杆连接于所述动力头上，所述动力头设置于所述机架上，所述输浆管与所述钻杆连接，将混凝土注入所述钻杆钻出的螺杆孔中；所述钻杆上带有回转注浆器，其位于所述钻杆的顶端，与所述输浆管连接；混凝土通过所述输浆管进入所述钻杆内，避免渗入动力头。
所述动力头包括一个主轴，其位于所述动力头的中部，所述钻杆垂直贯穿所述的主轴。所述主轴上设置有凹滑槽，所述钻杆上设置有与凹滑槽相匹配的凸滑槽，用于安装所述主轴与钻杆。所述凹滑槽与凸滑槽为两对至四对。所述输浆管可采用摺迭式混凝土输送管道。所述钻杆为中空结构，其顶端为回转注浆器，底部设有活门挡板，用于灌注混凝土。所述同步控制装置可进一步包括控制器件，第一直流控制组，第二直流控制组和数字编码器，所述控制器件与所述卷扬系统和所述动力头电连接；所述第一直流控制组与所述单片机和卷扬系统电连接；第二直流控制组与所述动力头电连接；数字编码器与所述卷扬系统、动力头和控制器件电连接。 所述动力头带有两个直流电动机，所述第二直流控制组包含两套均由一个直流电动机和一个直流控制器相连接所构成的组合，所述两套组合分别连接至一个动力头；所述第一直流控制组包含一个直流电动机和与该直流电动机相连接的直流控制器。所述动力头的上部与下部设有同步牵引装置。动力头减速器可以为行星动力头减速器或三环动力头减速器，当动力头减速器采用电机驱动时，可增加一级行星减速，增大传动比而调整输出转速，加大输出扭矩。这种螺纹桩机降低了动力头的位置，重心下降，有条件采用更强大的动力头及钻杆钻具、可加大成桩桩径，使操作更安全便捷。故障率低。整机更安全稳定，而使桩机底座的尺寸大为缩小。
图1为本实用新型螺杆桩机所加工成的一种螺杆桩的结构示意图；图2为本实用新型实施例的螺杆桩机的结构示意图；图3为本实用新型实施例中螺杆桩机动力头的结构示意图；图4为本实用新型实施例中螺杆桩机钻杆钻头的结构示意图；图5为本实用新型摺迭式混凝土输送管道走向示意图；图6为本实用新型动力头和钻杆的结构示意图；图7为本实用新型中同步控制系统、卷扬系统和动力头的连接示意图；附图中的各标号分别为螺杆桩1，桩基圆柱形结构11，桩基螺纹形结构12，螺齿121，钢筋笼13 ；螺杆桩机2，动力头21，电动机211，传动轴212，上挂勾213，下挂勾214，主轴215， 凹滑槽2151，凸滑槽2451，卷扬系统22，上牵引链条221、下牵引索222，同步控制装置23， 钻杆24，钻杆24的上部圆柱结构241，下部螺纹结构242，螺纹结构242上的螺齿243，回转注浆器244，机架25，底座26，钻头27，档板271，输浆管28，水管29 ；同步自控系统3，控制器件31，第二直流控制组32，第一直流控制组33。
具体实施方式
图1为本实用新型的螺杆桩机所加工成的一种螺杆桩1，该桩是由一体结构的两部分构成，上部为直桩圆柱形结构的桩基11 (简称圆柱形结构11)，下部为螺纹形结构的桩基12(简称螺纹形结构12)；其设计是依照其设置于土层下受力呈倒金字塔形状的分布情况，上部设计为圆柱形结构11，下部设计为螺纹形结构12，增强了其承载力，使其单桩具有足够的承载能力，且该螺杆状混凝土桩1，其圆柱形结构11占总桩长度的1/3至2/3，螺纹形结构12占总桩长度的2/3至1/3，结构搭配合理，能够形成具有最大承载力的桩体。该螺杆状混凝土桩1，其螺纹形结构12上均勻分布有成一定倾斜角度的螺齿121， 且该螺纹形结构12的径向距离等于圆柱形结构11的直径，且下部的螺纹形结构12的螺齿 121连结于上部的圆柱形结构11上，便于制作及使得螺纹形结构12能够与圆柱形结构11 连接在一起，结构更结实、稳定。螺纹形结构12的螺齿厚度按照目前通用的螺纹结构计算标准计算得出，螺纹形结构12的螺距与螺杆状混凝土桩1的公称直径为一比一的关系。该螺杆状混凝土桩1的内部可在加工时设置钢筋笼13，以增强其桩体的强度，钢筋笼13贯穿设置于桩体的整体中。螺杆状混凝土桩1的桩直径为300-800mm，其桩体长小于等于60米。该螺杆状混凝土桩能够通过其螺纹与土层结合，承载能力高，且能够承载相当的横向力，对周围的环境不构成污染，成桩不易断裂。这种螺杆桩可由本实用新型的螺杆桩机浇灌而成。参见图2-图5，本实用新型的螺杆桩机包括底座26，动力头21、卷扬系统22、同步控制装置23、带有钻头的钻杆24、机架25、输浆管28，该桩机2的基础支撑物是底座26，底座26的底部有支撑的支脚261，所述卷扬系统22、同步控制装置23和机架25固定于所述底座26上，所述钻杆24连接于所述动力头21上，所述动力头21设置于所述机架25上，并与机架25保持活动连接。所述输浆管28与所述钻杆24连接，将混凝土注入所述钻杆24 钻出的螺孔中；所述钻杆24上带有回转注浆器244，其位于所述钻杆24的顶端，与所述输浆管28连接；混凝土通过所述输浆管28进入所述钻杆24内，避免渗入动力头21内。动力头21向下伸出钻杆24，并通过钻杆24底端的钻头27钻孔；钻孔时，动力头 21带动钻杆24旋转，并向下运动，使钻头27冲破土层的阻力，钻出符合要求的孔；该桩机2 的动力头21下部固定有牵引装置，即下牵引索222，以使钻杆在钻孔时具有强大的压力，提高施工速度和效率；动力头21上部也设置有牵引装置，即上牵引索221，上牵引索221和下牵引索222 是两条在卷扬系统22控制下向动力头21提供向下、向上拉力的牵引索，以能够顺利快捷地钻孔成孔，且在钻孔结束后顺利地提升钻杆，同时生成螺杆状混凝土桩；在动力头21上设置的下牵引索222及上牵引索221均衡设置于动力头上，以使钻杆下钻或者提升时受力平衡、稳定；同时，上牵引索221通过固定于机架25上部的滑轮223牵引到卷扬系统22中，下牵引索222通过固定于机架25下部的滑轮223牵引到卷扬系统22中，卷扬系统22中的电动机224向上牵引索221、下牵引索222提高牵引动力。动力头21的内部具有电动机211及传动轴212，传动轴212带动钻杆24旋转下钻或者提升，钻杆24的上端连接有输浆管28和水管29，以在钻孔完成后向孔内灌注混凝土 ； 动力头的上下中间位置设置有上挂勾213和下挂勾214，以固定上牵引链条221、下牵引索222，这样上牵引2链条21和下牵引链条222对称均衡分布在动力头21上，使动力头21的运动保持均衡、稳定。钻杆24的上部为圆柱结构241，下部为螺纹结构242且其圆柱结构 241的直径小于钻杆螺纹结构242的径向距离，使螺纹结构242上均勻分布的螺齿243能够突出其杆体，起下钻破坏土层的作用。参见图6， 所述动力头21进一步包括一个主轴215，其位于所述动力头21的中部， 所述钻杆24垂直贯穿所述的主轴215，这样在输送混凝土时，混凝土不与动力头21产生任何接触，避免混凝土渗入动力头21，钻杆24顶端连接回转注浆器244 —端，所述主轴215上设置有凹滑槽2151，所述钻杆24上设置有与凹滑槽2151相匹配的凸滑槽2451，用于安装所述主轴215与钻杆24。所述凹滑槽2151与凸滑槽2451为两对至四对，按相应的轴向位置安装。钻杆24可伸缩，长度可达到40米。动力头21可以为行星或三环动力头减速器，当动力头21采用电机驱动时，可增加一级行星减速，增大传动比而调整输出转速，加大输出扭矩。钻杆24为中空结构，其底部设置有用于灌注混凝土的档板271，该档板271设置于钻杆24底部外端，能够阻挡土层进入钻杆24内，往下钻孔时，该档板271被土层向上顶持， 不能打开，提升钻杆24时，混凝土在压力的作用下冲开该档板271，同时土层对该档板271 的顶持力消失，使得混凝土能够顺利灌注。参见图7，同步控制装置23，可包括第二直流控制组32、第一直流控制组33和控制器件31，控制器件31可以为单片机或可编程逻辑控制器；同步控制装置23、动力头21与卷扬系统22共同构成一个同步自控系统3，在该同步自控系统3中，第二直流控制组32连接到动力头21与控制器件31之间，第一直流控制组33连接到卷扬系统22与控制器件31之间；动力头21用来控制钻杆24的转速与扭矩，并将钻杆转速信号反馈到控制器件31，控制器件31向第二直流控制组32输出控制指令，进而，第二直流控制组32向动力头21发送控制指令，以实现对钻杆24转速的调节；卷扬系统22用来控制钻杆24的深度进给，并将钻杆进给深度信号反馈给控制器件31，控制器件31向第一直流控制组33输出控制指令，进而， 第一直流控制组33向卷扬系统22发送控制指令，以实现对钻杆24进给深度的调节；其中， 动力头21为两个，第二直流控制组32包含两套均由一个直流电动机211和一个直流控制器相连接所构成的组合，所述两套组合分别连接至一个动力头；第一直流控制组33包含一个直流电动机211和与该直流电动机相连接的直流控制器。所述同步自控系统3还包括一个数字编码器36，该数字编码器36分别与卷扬系统 22、动力头21电性连接，该数字编码器36电性连接至控制器件31 ；来自动力头21的钻杆转速信号与来自卷扬系统22的钻杆进给深度信号，皆通过数字编码器36反馈到控制器件31。实际运行中，动力头21在钻杆24的影响下，其转速会发生变化，进而转速信号通过数字编码器36反馈到控制器件31，同步的，卷扬系统22也通过数字编码器36将钻杆进给深度信号反馈到控制器件31。控制器件31对反馈来的两种信号进行协同处理，并向第一直流控制组33与第二直流控制组32同步发出适当的控制指令。进而，第二直流控制组32 将控制指令发送给动力头21，同步的，第一直流控制组33将控制指令发送给卷扬系统22。 因此，可实现对所述三台直流电动机211的协同控制，从而实现了对钻杆24转速、扭矩与进给深度的协同控制，保证了钻杆24转速与进给深度之间的同步。本具体实施方式
所提供的螺杆桩机的加工方法为[0039]a、采用螺杆桩机2打桩孔，钻杆24正向向下旋转，成孔成形至设计深度；b、成孔成形至设计深度后，从钻杆24的底端压出砼，并反向向上旋转提钻杆24， 连续泵送砼以保持钻杆24内与土体的压力差，不得中断砼，形成下部充盈的螺纹型桩基 (即螺纹形结构12)；C、钻杆24上升至适当高度后 ，通过程控保护处理，由反向向上旋转切换为正向旋转直提，切换过程保持提钻状态，切换后，保持正向旋转直提过程，直至上部桩压注完毕，形成圆柱形结构的桩基(即圆柱形结构11)，完成螺杆状混凝土桩的施工制作。对桩长高于动力头21活动范围的部分，需短暂停机一次或两次调整动力头21在钻杆24的相对位置、继续退钻杆24提转成桩即可完成比如对于设计深度为30米的螺杆状混凝土桩1，其上部圆柱形结构11的高度一般为10米左右，螺纹形结构12的高度为30米左右。对于该加工方法，在步骤c中，钻杆24提升时，钻杆24的提升速度和转速相协调， 钻杆24的螺齿243在提升过程中严格按照钻孔时形成的螺纹结构反向旋转，不破坏在土层中形成的螺纹结构；在通过打桩成孔制作而成的半螺丝孔内，钻杆24上下旋转运动时要保持螺丝成孔同步，不得扰动螺齿243的齿间土，并且螺齿243齿顶宽大于25mm，该操作尤其适用于> 120KPa 土层或其它桩体持力土层。对于该加工方法，圆柱形结构11的成桩过程没必要同步，直流电机系统可加倍提速，比如，电机额定转速lOOOr/m可提高到2000r/m，因此可以提高工效并避免桩壁土体拉松。起始正向旋转直提的高度为软土底标高或者接近该标高，该操作尤其适用于< 120KPa 土层或其它非桩体持力土层。钢筋笼13的设置可在灌注完成后，采用现有技术直接插入，待混凝土凝固后便可与桩体结合成一个整体。该方法的优点是1、由机械一次性挤压成孔成桩，无余土外运，不夹泥，桩身直径均勻，无噪音；2、由于采用直流电机系统，所以在同等电机功率下转数可提高一倍，相应施工速度明显优于以往，一台机每天施工750延米(以直径500mm的桩计算，每天累计的施工进度为750米)左右；3、由泵压式钻杆挤压成螺丝型+直桩，成型桩无断桩，无缩颈，承载力明显提高。其适应范围为1、广泛运用于软土层与硬土层交替土层，是一种能够适应任意土层、沙层、强风化岩层及鹅卵石层的螺杆桩机及其工作方法和自控装置，作为建筑物的磨擦桩+端承桩使用，2、桩径 Φ OOmm 至 Φ 1000mm，桩长彡60米。这种螺纹桩机降低了动力头21的位置，重心下降，有条件采用更强大的动力头21 及钻杆24钻具、可加大成桩桩径，使操作更安全便捷。故障率低。整机更安全稳定，而使桩机底座26的尺寸大为缩小。
权利要求1.一种螺杆桩机，其包括底座，动力头、卷扬系统、同步控制装置、带有钻头的钻杆、机架、输浆管，所述卷扬系统、同步控制装置和机架固定于所述底座上，所述钻杆连接于所述动力头上，所述动力头设置于所述机架上，所述输浆管与所述钻杆连接，将混凝土注入所述钻杆钻出的螺杆孔中；其特征在于所述钻杆上带有回转注浆器，其位于所述钻杆的顶端，与所述输浆管连接，使所述机架增高；混凝土通过所述输浆管进入所述钻杆内，避免渗入动力头。
2.如权利要求1所述的螺杆桩机，其特征在于所述动力头包括一个主轴，其位于所述动力头的中部，所述钻杆垂直贯穿所述的主轴。
3.如权利要求2所述的螺杆桩机，其特征在于所述主轴上设置有凹滑槽，所述钻杆上设置有与所述凹滑槽相匹配的凸滑槽，用于将所述主轴与钻杆安装于一体。
4.如权利要求3所述的螺杆桩机，其特征在于所述相匹配的凹滑槽与凸滑槽为两对至四对。
5.如权利要求1所述的螺杆桩机，其特征在于所述输浆管采用摺迭式混凝土输送管道。
6.如权利要求1所述的螺杆桩机，其特征在于所述钻杆为中空结构，其顶端为回转注浆器，底部设有活门挡板，用于灌注混凝土。
7.如权利要求1所述的螺杆桩机，其特征在于所述同步控制装置包括控制器件，与所述卷扬系统和所述动力头电连接；第一直流控制组，与所述单片机和卷扬系统电连接；第二直流控制组，与所述动力头电连接；数字编码器，与所述卷扬系统、动力头和控制器件电连接；所述控制器件为单片机或可编程逻辑控制器。
8.如权利要求1所述的螺杆桩机，其特征在于所述动力头带有两个直流电动机，所述第二直流控制组包含两套均由一个直流电动机和一个直流控制器相连接所构成的组合，所述两套组合分别连接至一个动力头；所述第一直流控制组包含一个直流电动机和与该直流电动机相连接的直流控制器。
9.如权利要求1所述的螺杆桩机，其特征在于所述动力头的上部与下部设有同步牵引装置。
10.如权利要求1所述的螺杆桩机，其特征在于所述动力头为行星动力头减速器或三环动力头减速器。
专利摘要本实用新型涉及一种螺杆状混凝土桩的螺杆桩机，其包括底座，动力头、卷扬系统、同步控制装置、带有钻头的钻杆、机架、输浆管，所述卷扬系统、同步控制装置和机架固定于所述底座上，所述钻杆连接于所述动力头上，所述动力头设置于所述机架上，所述输浆管与所述钻杆连接，将混凝土注入所述钻杆钻出的螺杆孔中；所述钻杆上带有回转注浆器，其位于所述钻杆的顶端，与所述输浆管连接；混凝土通过所述输浆管进入所述钻杆内，避免渗入动力头。这种螺纹桩机增加了塔架高度与钻杆长度，增加了有效桩长，同时降低了动力头的位置，使其重心下降，有条件采用更强大的动力头及钻杆钻具，加大成桩桩径等。
文档编号E21B17/00GK201943066SQ20112002782
公开日2011年8月24日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者张宁 申请人:张宁