申请/专利权人：中国水电基础局有限公司

申请日：2019-04-25

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN109972607B

主分类号：E02D3/08

分类号：E02D3/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2019.07.30#实质审查的生效;2019.07.05#公开

摘要：本发明提供一种钻削振冲器和振冲碎石桩机，振冲器包括由上至下依次连接的导管、减震器及振冲器，振冲器下端具有高压出水口，振冲器还包括钻削装置，钻削装置包括动力源、执行部件及连接动力源与执行部件的传动组件，所述动力源安装在导管的上端，所述传动组件位于导管、减震器和振冲器的外围，振冲器的外壁固设有与传动组件活动连接的滑动导轨，振冲器和滑动导轨可沿传动组件的轴向滑动，所述执行部件用于钻削造孔，该执行部件的下端面高于高压出水口，或该执行部件的下端面与高压出水口齐平，本发明提供的振冲器造孔时，利用钻削装置能快速有效的破除硬质粘土层，以消除破解硬质粘土层需要反复提降振冲器的问题。

主权项：1.钻削振冲器，其特征在于，包括由上至下依次连接的导管10、减震器11和振冲器12，所述振冲器12的下端具有高压出水口13，其特征在于：还包括钻削装置，所述钻削装置包括动力源21、执行部件22及连接所述动力源21输出端与所述执行部件22输入端的传动组件23，所述动力源21固定在所述导管10的上端；所述传动组件23位于所述导管10、所述减震器11和所述振冲器12的外围，所述振冲器12的外壁固设有与所述传动组件23活动连接的滑动导轨14，所述振冲器12和所述滑动导轨14可沿所述传动组件23的轴向滑动；所述执行部件22用于钻削造孔，该执行部件22的下端面高于所述高压出水口13，或该执行部件22的下端面与所述高压出水口13齐平；所述动力源21包括两个结构相同，旋转方向相反，且沿所述导管10径向对称设置的摆线针轮减速机，每个所述摆线针轮减速机的输出端均设置一齿轮分动箱24，每个所述齿轮分动箱24具有两个等比传动的输出端；所述传动组件23包括四个均匀设置在所述导管10、所述减震器11和振冲器12外围的传动导杆，每个所述传动导杆对应连接于所述齿轮分动箱24的一输出端；所述执行部件22为与所述传动导杆一一对应连接的螺旋钻头；所述滑动导轨14包括固定在所述振冲器12外壁的第一环体14a和固设于所述第一环体14a外壁的四个导向环14b，所述传动导杆局部内套于所述导向环14b内；还包括设置在所述导管10外壁的固定导轨15，所述固定导轨15包括固定在所述导管10外壁的第二环体15a和固设于所述第二环体15a外壁的四个固定环15b，所述传动导杆局部贴设于所述固定环15b的内环壁。

全文数据：钻削振冲器、振冲碎石桩机及软地基加固施工工法技术领域本发明涉及基础工程建设技术领域，具体涉及钻削振冲器、振冲碎石桩机及软地基加固施工工法。背景技术振冲碎石桩法是地基加固处理的主要方法之一，其以施工设备简单、操作容易、材料来源广泛及造价相对低廉而被广泛应用于水利、电力等基础设施领域。振冲碎石桩施工工艺大致为：以起重系统吊起振冲设备就位后，开启高压水泵，水流通过高压水道由振冲器前段喷出，同时启动潜水电机，潜水电机带动偏心块转动，使振冲器产生高频振动，在振冲及高压水流的冲击作用下，设备逐步下放，形成桩孔，在达到设计深度后，按照清孔、填料、挤密工艺，振冲设备逐步上提，最终形成具有一定密实度的碎石桩。经过振冲碎石桩处理的地基，减少了土体孔隙，增强了桩间土密实度，提高了抗液化能力，与原始土层组成复合地基，提高地基承载力和压缩模量，减少沉降量和变形量。振冲碎石桩因地质状况复杂，在施工过程中遇到诸多难题，造孔困难是其中之一，在造孔过程中，遇到硬质粘土层，给施工带来较大影响，由于粘土层密实度高，对振冲器及导管的摩擦力较大。为了完成造孔，常常需要反复提降振冲器，这样一方面使得振冲器激振电流较高，超过过载电流而使控制柜频繁发生跳闸现象，另一方面由于长时间大电流施工，振冲器电动机温度升高，严重时则会出现电动机烧坏或机械机构出现故障，致使施工不能有效进行，由此可见，在硬质粘土层振冲碎石桩施工中，施工电流增大加大了振冲器的损耗，缩短了振冲器及配件设备的使用寿命，降低了施工效率，增加了施工成本。发明内容针对现有技术中的缺陷，本发明提供钻削振冲器、碎石桩机及软地基加固施工工法，利用钻削振冲施工设备，在动力源的作用下，通过传动部件带动执行部件旋转钻进，能够有效解决硬质粘土层的施工阻碍，实现振冲碎石桩顺利施工。为了实现上述目的，本发明第一方面提供钻削振冲器，其包括由上至下依次连接的导管、减震器、振冲器，所述振冲器的下端具有高压出水口；还包括钻削装置，所述钻削装置包括动力源、执行部件及连接所述动力源输出端与所述执行部件输入端的传动组件，所述动力源安装在所述导管的上端；所述传动组件位于所述导管、所述减震器和所述振冲器的外围，所述振冲器的外壁固设有与所述传动组件活动连接的滑动导轨，所述振冲器和所述滑动导轨可沿所述传动组件的轴向滑动；所述执行部件用于钻削造孔，该执行部件的下端面高于所述高压出水口，或该执行部件的下端面与所述高压出水口齐平。根据上述方案提供的振冲器，造孔时，开启钻削装置，利用钻削装置的钻进功能快速有效的破除硬质粘土层，消除破解硬质粘土层需要反复提降振冲器的问题，从而降低振冲器的损耗，提高施工效率，进而降低施工成本。为了更好地实现上述方案，优选地，所述动力源包括两个结构相同，旋转方向相反，且沿所述导管径向对称设置的摆线针轮减速机，每个所述摆线针轮减速机的输出端均设置一齿轮分动箱，每个所述齿轮分动箱具有两个等比传动的输出端；所述传动组件包括四个均匀设置在所述导管、所述减震器和振冲器外围的传动导杆，每个所述传动导杆对应连接于所述齿轮分动箱的一输出端；所述执行部件为与所述传动导杆一一对应连接的螺旋钻头。采用优选技术方案的有益效果为：动力源采用2台功率、扭矩、转速相同，旋转方向相反的摆线针轮减速机，以产生一对平衡力偶，克服了造孔过程中振冲器非均匀受力而发生旋转的现象，齿轮分动箱为两个，且采用等比传动把动力均分到两个轴上，可避免了传动组件带动振冲器发生旋转；传动导杆对滑动导轨起到导向定位的作用，使振冲器能够沿传动导杆轴向发生移动，以满足减震器在施工中的伸缩问题，从而保护设备安全；执行部件为螺旋钻头，能够快速钻削硬质地层，从而保证振冲碎石桩顺利施工。优选地，所述滑动导轨包括固定在所述振冲器外壁的第一环体和固设于所述第一环体外壁的四个导向环，所述传动导杆局部内套于所述导向环内。优选地，还包括设置在所述导管外壁的固定导轨，所述固定导轨包括固定在所述导管外壁的第二环体和固设于所述第二环体外壁的四个固定环，所述传动导杆局部贴设于所述固定环的内环壁。采用优选技术方案的有益效果为：因传动导杆的长度较长，设置固定导轨可对传动导杆进行限位，以减少螺旋钻头钻进过程中产生的晃动量。优选地，所述固定导轨为多个，且沿所述导管轴向均匀分布。优选地，所述传动导杆包括多个依次连接的钻杆。第二方面，本发明提供一种碎石桩机，包括起重系统，所述起重系统的输出端安装有上述任意一项所述的钻削振冲器。第三方面，本发明提供一种软地基加固施工工法，包括如下步骤：S10、按照图纸设计对桩位进行测量放线，并安装振冲碎石桩机，同时建立供电、供水及排浆系统；S20、起重系统吊起振冲器，开启振冲器和钻削装置，振冲器和钻削装置相配合头部向下激振和钻进造孔直至达到软地基预设的处理深度；S30、关闭钻削装置，清孔、投放石料并利用振冲器振冲加密；S40、分段提升，分段激振以密实石料，直至留振至碎石桩的设计高度。附图说明为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为本发明实施例一提供的钻削振冲器的立体示意图；图2为图1所述的振冲器下半段的立体示意图；图3为图1所述的振冲器上半段的正视图；附图标记中：10、导管；11、减震器；12、振冲器；13、高压出水口；14、滑动导轨；14a、第一环体；14b、导向环；15、固定导轨；15a、第二环体；15b、固定环；21、动力源；22、执行部件；23、传动组件；24、齿轮分动箱。具体实施方式下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。实施例一：参照图1至图3，本实施例提供钻削振冲器，包括由上至下依次连接的导管10、减震器11和振冲器12，所述振冲器12的下端具有高压出水口13。本实施例在现有技术基础上的改进之处在于，还包括钻削装置，所述钻削装置包括动力源21、执行部件22及连接动力源21输出端与执行部件22输入端的传动组件23，动力源21安装在导管10的上端；传动组件23位于导管10、减震器11和振冲器12的外围，振冲器12的外壁固设有与传动组件23活动连接的滑动导轨14，振冲器12和滑动导轨14可沿传动组件23的轴向滑动；执行部件22用于钻削造孔，该执行部件22的下端面高于高压出水口13，或该执行部件22的下端面与高压出水口13齐平。具体地，所述动力源21包括两个结构相同，旋转方向相反，且沿导管10径向对称设置的摆线针轮减速机，每个摆线针轮减速机的输出端均设置一齿轮分动箱24，每个齿轮分动箱24具有两个等比传动的输出端，此时两个齿轮分动箱24形成的输出端在导管围绕导管10周向成90°的夹角。所述传动组件23包括四个均匀设置在导管10、减震器11和振冲器12外围的传动导杆，每个传动导杆对应连接于齿轮分动箱24的一输出端，所述执行部件22为与传动导杆一一对应连接的螺旋钻头，由上可知，动力源21产生的一对平衡力偶通过齿轮分动箱24传动至传动组件23，传动组件23又传递给执行部件22，这样克服了钻孔过程中的振冲设备旋转的现象，保证了振冲器整体的平稳性，利用螺旋钻头能够快速的钻削硬质地层，以减少或避免采用反复提降振冲器的方式克服硬质地层的阻碍。在本实施例中，所述滑动导轨14包括固定在振冲器12外壁的第一环体14a和固设于第一环体14a外壁的四个导向环14b，所述第一环体14a和四个导向环14b一体成型，第一环体14a与振冲器12外壁可通过焊接固定。传动导杆局部内套于导向环14b内。在本实施例中，还包括设置在导管10外壁的固定导轨15，所述固定导轨15包括固定在导管10外壁的第二环体15a和固设于第二环体15a外壁的四个固定环16b，传动导杆局部贴设于固定环16b的内环壁。作为一种优选方案，固定导轨15和滑动导轨14结构完全相同，以减少固定导轨15和滑动导轨14的采购成本。在本实施例中，所述传动导杆包括多个依次连接的钻杆，相邻两个钻杆之间螺接，这样可降低传动导杆的安装难度，相对应的，为了提高钻杆的稳定性，可沿导管10轴向均匀分布多个固定导轨15。本实施例提供的钻削振冲器与现有技术中的振冲设备相比，其利用钻削装置快速破除硬质地层，消除了传统振冲设备破解硬质粘土层需要反复提降振冲器的问题，降低了振冲器的损耗，提高施工效率，进而降低施工成本。动力源21采用两台功率、扭矩、转速相同，旋转方向相反的摆线针轮减速机，以产生一对平衡力偶，克服了造孔过程中振冲器旋转的现象，齿轮分动箱21为两个，且采用等比传动把动力均分到两个轴上，避免了传动组件带动振冲器发生旋转。传动导杆23与滑动导轨14活动连接，传动导杆23对滑动导轨14起到导向和支撑的作用，使滑动导轨14能够沿传动导杆轴向移动，以满足减震器在施工中伸缩的问题，保护设备的安全。实施例2：本实施例基于实施例1提供一种振冲碎石桩机，包括起重系统，所述起重系统的输出端安装有实施例1提供的钻削振冲器。在本实施例中，所述起重系统优选吊车，所述吊车与现有技术中的吊车结构类似，其不同点在于，吊车内的控制系统增加了用于控制钻削装置的控制单元。本实施例提供的振冲碎石桩机与现有技术中的振冲碎石桩机相比，其利用钻削装置快速破除硬质地层，缩短了碎石桩造孔的时间，提高了造孔的效率。实施例3：本实施例基于实施例2，提供一种软地基加固施工工法：其包括如下步骤：S10、按照图纸设计对桩位进行测量放线，并安装振冲碎石桩机，同时建立供电、供水及排浆系统；S20、起重系统吊起振冲器，开启振冲器13和钻削装置，振冲器13和钻削装置相配合头部向下激振和钻进造孔直至达到软地基预设的处理深度；S30、关闭钻削装置，清孔、投放石料并利用振冲器13振冲加密；S40、分段提升，分段激振以密实石料，直至留振至碎石桩的设计高度。本实施例基于现有技术中的振冲碎石桩施工工艺，在造孔环节增加了钻削步骤，该钻削步骤和振冲步骤同步进行，以保证遇到硬质地层时，振冲器能够快速穿过，当然，如果是软弱地层，可关闭钻削装置，直接振冲造孔，以实现效率最大化。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

权利要求：1.钻削振冲器，其特征在于，包括由上至下依次连接的导管10、减震器11和振冲器12，所述振冲器12的下端具有高压出水口13，其特征在于：还包括钻削装置，所述钻削装置包括动力源21、执行部件22及连接所述动力源21输出端与所述执行部件22输入端的传动组件23，所述动力源21固定在所述导管10的上端；所述传动组件23位于所述导管10、所述减震器11和所述振冲器12的外围，所述振冲器12的外壁固设有与所述传动组件23活动连接的滑动导轨14，所述振冲器12和所述滑动导轨14可沿所述传动组件23的轴向滑动；所述执行部件22用于钻削造孔，该执行部件22的下端面高于所述高压出水口13，或该执行部件22的下端面与所述高压出水口13齐平。2.根据权利要求1所述的钻削振冲器，其特征在于：所述动力源21包括两个结构相同，旋转方向相反，且沿所述导管10径向对称设置的摆线针轮减速机，每个所述摆线针轮减速机的输出端均设置一齿轮分动箱24，每个所述齿轮分动箱24具有两个等比传动的输出端；所述传动组件23包括四个均匀设置在所述导管10、所述减震器11和振冲器12外围的传动导杆，每个所述传动导杆对应连接于所述齿轮分动箱24的一输出端；所述执行部件22为与所述传动导杆一一对应连接的螺旋钻头。3.根据权利要求2所述的钻削振冲器，其特征在于：所述滑动导轨14包括固定在所述振冲器12外壁的第一环体14a和固设于所述第一环体14a外壁的四个导向环14b，所述传动导杆局部内套于所述导向环14b内。4.根据权利要求1所述的钻削振冲器，其特征在于：还包括设置在所述导管10外壁的固定导轨15，所述固定导轨15包括固定在所述导管10外壁的第二环体15a和固设于所述第二环体15a外壁的四个固定环16b，所述传动导杆局部贴设于所述固定环16b的内环壁。5.根据权利要求4所述的钻削振冲器，其特征在于：所述固定导轨15为多个，且沿所述导管10轴向均匀分布。6.根据权利要求2所述的钻削振冲器，其特征在于：所述传动导杆包括多个依次连接的钻杆。7.一种振冲碎石桩机，其特征在于：包括起重系统，所述起重系统的输出端安装有权利要求1至6任意一项所述的钻削振冲器。8.软地基加固施工工法，其特征在于，包括如下步骤：S10、按照图纸设计对桩位进行测量放线，并安装振冲碎石桩机，同时建立供电、供水及排浆系统；S20、起重系统吊起振冲器，之后开启振冲器13和钻削装置，振冲器13和钻削装置相配合头部向下激振和钻进造孔直至达到软地基预设的处理深度；S30、关闭钻削装置，清孔、投放石料并利用振冲器13振冲加密；S40、分段提升，分段激振以密实石料，直至留振至碎石桩的设计高度。

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