方形桩线切割设备及硬岩地层方形桩的机械开挖方法与流程

本发明涉及方形桩的开挖技术领域，特别是涉及一种方形桩线切割设备及硬岩地层方形桩的机械开挖方法。

背景技术：

方形桩因自身结构的原因，力学性能优于圆形桩，方形桩与圆形状相比，在等截面、等材料的情况下具有更大的侧摩擦面积，因而具有更大的侧摩擦力，使得方形桩承载力优于圆形桩。

目前市面上用于桩成孔的设备主要是旋挖机，但是旋挖机只能直接用于圆形桩的成孔施工，而方形桩的施工主要为传统人工挖孔桩施工工艺，由施工人员采用小型切割机或水钻钻孔，桩孔垂直度、平整度受人为因素影响较大，存在桩孔易倾斜、扭曲变形率大的问题，成孔施工质量对施工人员操作水平和客观条件的依赖性较大，施工质量稳定性差，不易控制，施工效率低下，安全风险高。

技术实现要素：

本发明提供一种机械化程度高，施工精准度高，施工质量稳定、易控制，施工效率高的硬岩地层方形桩的机械开挖方法及方形桩线切割设备。

解决的技术问题是：方形桩的现有施工方法对施工人员操作水平和客观条件的依赖性较大，桩孔垂直度、平整度都在较大程度上受人为因素的影响，存在桩孔易倾斜、扭曲变形率大的问题，施工质量稳定性差，不易控制，施工效率低下，安全风险高。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明方形桩线切割设备，包括主机行走系统、固定立杆、动力系统和钻杆，固定立杆设置在主机行走系统的前端，动力系统驱动钻杆旋转运动，钻杆上设置有定位装置，其特征在于：还包括切割系统；所述切割系统设置在钻杆端头，包括传动机构、切割锯片和伸缩油缸，所述传动机构包括水平设置的传动轴、竖向设置的轴转换器和外壳，钻杆的输出端与轴转换器的输入端连接，轴转换器的输出端与传动轴的输入端连接，驱动传动轴在竖直平面内做旋转运动，进而带动传动轴两端对称设置的切割锯片旋转；所述外壳套在传动轴与轴转换器外侧，并且与钻杆端头外侧壁连接，伸缩油缸一端与外壳铰接，另一端与固定立杆铰接，伸缩油缸驱动切割系统向下运动。

本发明方形桩线切割设备，进一步的，所述切割锯片为合金钢锯片，切割锯片的公称直径为500-1000mm。

本发明方形桩线切割设备，进一步的，所述切割系统还包括切割锯片保护罩，切割锯片保护罩通过连接杆与外壳刚性连接。

本发明方形桩线切割设备，进一步的，还包括降温系统，降温系统包括输水管和设置在输水管出水口处的喷头，所述喷头设置在两切割锯片之间。

本发明方形桩线切割设备，进一步的，所述喷头的数量为2个，喷射方向相反设置，分别朝向切割锯片的内侧表面。

本发明使用方形桩线切割设备进行硬岩地层方形桩的机械开挖方法，包括以下步骤：

步骤一、场地平整：施工场地进行清理、平整；

步骤二、测量放线：测量放线，标记待施工方形桩的位置；

步骤三、圆形桩孔施工：利用旋挖机，在方形桩中部开挖圆形桩孔，直至桩孔的设计深度；

步骤四、方形桩孔轮廓线切割：利用方形桩线切割设备，沿方形桩孔轮廓线进行逐层切割，每次的切割深度为500-1000mm，方形桩孔内的岩石被切割成体积较小的多个块状石料；

步骤五、方形桩孔的清渣：利用旋挖机，将方形桩孔内部的块状石料破碎，提升，出渣，完成第一层开挖；

步骤六、重复步骤四和步骤五，逐层进行切割和清渣，直至达到方形桩孔的设计深度。

本发明硬岩地层方形桩的机械开挖方法，进一步的，步骤三中圆形桩孔的边沿轮廓线与方形桩孔的轮廓线之间的距离不小于500mm。

本发明硬岩地层方形桩的机械开挖方法，进一步的，步骤三中圆形桩孔的数量为2个及2个以上，圆形桩孔沿方形桩横截面的轴线l1并列排布，圆形桩孔以方形桩横截面的轴线l2为对称中心对称设置。

本发明硬岩地层方形桩的机械开挖方法，进一步的，步骤三中圆形桩孔的直径为600-2500mm。

本发明硬岩地层方形桩的机械开挖方法，进一步的，步骤四中方形桩孔的每个侧边的切割线均为双线，每侧的两条切割线之间的间距为200-1200mm，不超过方形桩孔边长的1/2。

本发明硬岩地层方形桩的机械开挖方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明硬岩地层方形桩的机械开挖方法利用旋挖机和方形桩线切割设备交替转换施工，先利用旋挖机在方形桩的中部开挖圆形桩孔，产生临空面，降低了石料对方形桩线切割设备的阻力，便于施工，减小了石料对切割锯片的损伤，然后利用方形桩线切割设备沿方形桩孔的外轮廓线进行分层切割，形成体积较小的多块碎石，再使用旋挖机进行破碎和清渣，大大降低了石料破碎的难度，降低了刀具的硬性损伤，大大提高了在水平方向和竖直方向上的施工定位的精准度，施工质量稳定，易于控制，整个开挖过程中的机械化程度高，大大降低了对施工人员的依赖性，提高了施工效率。

本发明硬岩地层方形桩的机械开挖方法中使用的方形桩线切割设备可以在现有的旋挖机的基础上进行改进，更换钻杆端头的刀具，改装方便，成本低；选用切割锯片，在传动轴的带动下高速旋转，充分利用钻杆上设置的定位装置，进行精确的直线切割，使用方便。

本发明方形桩线切割设备的切割系统上还设置有降温系统，可在切割锯片高速旋转的过程中，对切割锯片进行间歇性的喷水降温，可有效减少刀具的磨损程度。

下面结合附图对本发明的方形桩线切割设备及硬岩地层方形桩的机械开挖方法作进一步说明。

附图说明

图1为方形桩线切割设备的结构示意图；

图2为图1中a部位的细节结构即切割系统的主视图；

图3为切割系统的结构示意图；

图4为切割系统的左视图；

图5为传动机构的结构示意图；

图6为本发明硬岩地层方形桩的机械开挖方法的开挖示意图。

附图标记：

1-方形桩孔；2-圆形桩孔；3-切割线；4-主机行走系统；5-固定立杆；6-动力系统；7-钻杆；81-传动轴；82-外壳；83-切割锯片；831-切割锯片保护罩；832-连接杆；84-伸缩油缸；91-输水管；92-喷头。

具体实施方式

如图6所示，本发明硬岩地层方形桩的机械开挖方法，包括以下步骤：

步骤一、场地平整：施工场地进行清理、平整；

步骤二、测量放线：根据施工方案，确定待施工方形桩的位置，进行精确的测量放线，并标记好中心轴线和圆形桩孔2的施工点；

步骤三、圆形桩孔施工：利用旋挖机，在方形桩中部开挖圆形桩孔2，直至桩孔的设计深度；圆形桩孔2的直径为600-2500mm，圆形桩孔2的数量为1个时，圆形桩孔2的中轴线与方形桩孔1的中轴线重合，圆形桩孔2的数量为2个及2个以上时，圆形桩孔2沿方形桩横截面的轴线l1并列排布，圆形桩孔2以方形桩横截面的轴线l2为对称中心对称设置，圆形桩孔2的边沿轮廓线与方形桩孔1的轮廓线之间的距离不小于500mm；

步骤四、方形桩孔轮廓线切割：利用方形桩线切割设备，沿方形桩孔1轮廓线进行切割，每次的切割深度为500-1000mm，直至完成四周轮廓线的切割，每个侧边的切割线3均为双线，每侧的两条切割线3之间的间距为200-1200mm，不超过方形桩孔1边长的1/2；方形桩孔1内的岩石被切割成体积较小的多个块状石料；

步骤五、方形桩孔的清渣：利用旋挖机，将方形桩孔1内部的块状石料破碎，提升，出渣，完成第一层开挖；

步骤六、重复步骤四和步骤五，逐层进行切割和清渣，直至达到方形桩孔1的设计深度。

本发明硬岩地层方形桩的机械开挖方法中使用的旋挖机为技术成熟的现有施工设备，方形桩线切割设备为改进设备。

如图1所示，方形桩线切割设备，包括主机行走系统4、固定立杆5、动力系统6、钻杆7、切割系统和降温系统；

主机行走系统4为整个方形桩线切割设备的主体部分，实现设备的行走，并支撑固定其余构件；固定立杆5设置在主机行走系统4的前端，固定动力系统6、钻杆7、切割系统。

动力系统6驱动钻杆7旋转运动，钻杆7上设置有定位装置，以上均为现有技术，不再详细赘述；钻杆7端头设有切割系统；如图2至图5所示，切割系统包括传动机构、切割锯片83和伸缩油缸84；传动机构包括水平设置的传动轴81、竖向设置的轴转换器和外壳82；钻杆7端头外侧壁与外壳82连接，带动切割系统下上下运动；钻杆7在水平面内旋转运动，钻杆7的输出端与轴转换器的输入端连接，轴转换器的输出端与传动轴81的输入端连接，钻杆7转动时，通过轴转换器驱动传动轴81在竖直平面内做旋转运动，进而带动切割锯片83旋转，实现岩石切割。伸缩油缸84一端与固定立杆5铰接，另一端与外壳82铰接；伸缩油缸84驱动切割系统向下运动。

切割锯片83为合金钢锯片，数量为2个，对称设置在传动轴81两端，在传动轴81的带动下高速旋转；切割锯片83的公称直径为500-1000mm，切割锯片83的外侧半包裹设置有切割锯片保护罩831，切割锯片保护罩831通过连接杆832与外壳82刚性连接，如焊接固定。

降温系统包括输水管91、水泵、水箱、喷头92和控制系统，水箱设置在主机行走系统4上，水箱的出水口通过水泵与输水管91连接，输水管91上设置有电磁阀，电磁阀与控制系统电连接，输水管91的出水口一端与外壳82外侧壁固定，输水管91的出水口与喷头92连接，喷头92设置在两切割锯片83之间，间歇性喷水降温，喷头92的数量为2个，喷射方向相反设置，分别朝向切割锯片83的内侧表面；喷射时间为3-5min，间歇1-2min，喷射流量为40-60ml/min。

方形桩线切割设备的工作过程，具体如下：

开动主机行走系统4至待施工地点，摆正位置，动力系统6首先驱动钻杆7向下运动，带动切割系统向下运动，利用钻杆7上的定位装置进行准确定位，同时驱动传动轴81高速旋转，传动轴81带动两侧的切割锯片83高速旋转，然后伸缩油缸84驱动切割系统向下运动，实现岩石切割；操纵主机行走系统4，实现切割系统的前后移动，完成直线切割，切割系统的行进速度不超过10m/min，避免切割方向的偏移。在切割锯片83高速旋转的过程中，降温系统间歇性向切割锯片83喷水降温，控制系统通过电磁阀控制喷头92的喷射流量，将其控制在40-60ml/min。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。