專利名稱：嵌入巖石的樁基施工方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種打樁的施工方法和使用的設備，具體說是具有非風化基巖的 地基上進行打樁的施工方法，以及在施工中使用的鉆頭、沖擊錘和轉動裝置等設 備。
背景技術：
在具有非風化基巖的地基上打樁的施工方法有多種，傳統(tǒng)的采用泥漿護壁， 重力式?jīng)_擊嵌巖方法，它存在速度慢，并有泥漿污染的缺陷。目前，采用振動沉 管護壁，螺旋鉆取土，達到巖石層時，采用人工風鉆，打眼放炮破巖，單體沖擊 錘破巖等方法，施工速度有所提高，但這些方法都是單一的用于某些特有的工程 中，沒有形成完整的綜合施工方法；而且，打眼放炮破巖很不安全，單體沖擊錘 國內生產(chǎn)的直徑小于500mm，不能滿足大直徑樁基的要求，國外直徑為500mm 800mm的單體沖擊錘售價在200萬元左右。
單體小沖擊錘是圓柱筒結構，在筒體內注入高壓空氣，通過各種換向閥在體 內形成振動，往復換向沖擊錘頭，使錘頭上下?lián)舸驇r石，達到破碎巖石的目的， 振動沖擊頻率為850 1300次/分，沖擊力取決于高壓空氣壓力和排氣量， 一般 為8 20Kg/cm2，直徑為400mm以下的產(chǎn)品市場有售。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種破巖效率高，施工速度快的嵌入巖石的 樁基施工方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種沖擊強度大，口徑大的捆綁式?jīng)_擊錘及轉動裝 置，以及圓錐螺旋巖石鉆頭的打樁設備，實現(xiàn)樁基施工的快速和高效。 本發(fā)明嵌入巖石的樁基施工方法，其中包括下列步驟
1) 振動沉護壁鋼管根據(jù)設計要求確定樁柱位置，打樁機吊起護壁鋼管豎 直立放，用振動器從鋼管頂部推進下沉至巖石層面；
2) 螺旋鉆進取土用旋轉動力頭和連接的長螺旋鉆鉆進，并取出鋼管內的 全部土壤；
3) 沖擊巖石層對于硬度在35Mpa以上的巖石層，卸下長螺旋鉆，動力頭 與轉動裝置、連接管和捆綁式?jīng)_擊錘相互連接；向沖擊錘內輸入強度為5 8Kg/cm2的高壓空氣，使錘頭以850 1300次/分的頻率連續(xù)沖擊破碎巖石層；
4) 移位沖擊在上述沖擊破碎至一定深度后，停止沖擊，提升沖擊錘，啟 動轉動裝置，使捆綁式?jīng)_擊錘轉動移位一定角度后，再下沉繼續(xù)進行連續(xù)沖擊破 碎，如此不斷轉動移位進行沖擊破碎，使樁孔達到設計深度；
5) 風動取巖石渣沖擊器破巖后的殘存氣體把孔內的巖石粉塵石渣揚起， 落入捆綁式?jīng)_擊錘上部的收集筒內，提出沖擊錘，打開筒壁上的出料門，便可卸
掉；
6) 下鋼筋籠將預制的鋼筋籠吊裝入鋼管中；
7) 灌混凝土向鋼管中灌注混凝土，并同時拔出護壁鋼管。 本發(fā)明嵌入巖石的樁基施工方法，其中在步驟3中，對于硬度在35Mpa以下
的巖石層，使用圓錐螺旋巖石鉆頭直接在巖石層面鉆進破巖，并同時下沉護壁鋼 管。
本發(fā)明實施嵌入巖石的樁基施工方法的設備，包括設有立柱的鉆機和懸掛連 接的動力頭，其中動力頭向下通過法蘭與轉動裝置上端連接，轉動裝置下端通過 連接管與捆綁式?jīng)_擊錘連接，連接管與捆綁式?jīng)_擊錘置于埋入地層中的護壁鋼管 中，并下沉到與巖石層面接觸；捆綁式?jīng)_擊錘包括上部的集料筒和與其下端固定 連接的錘筒殼體，在錘筒殼體內中心沿軸線方向裝有中心沖擊錘，在中心沖擊錘 的外層，位于同一圓周上，至少設有5個均勻排列、且豎直安放的小沖擊錘；中 心沖擊錘和小沖擊錘的上端分別與氣管接頭一端固定連接，氣管接頭另一端分別 通過管道與分氣室連通，分氣室伸出錘筒殼體位于集料筒中心，并通過相互連通 的中心氣管和連接管與轉動裝置下部的供氣通道連通，供氣通道通過控制閥和管 道與安裝在地面上的空壓機連通；中心沖擊錘上、下部分別與中心卡板和中心固 定板固定連接，中心卡板和中心固定板的外圈分別與錘筒殼體的內壁固定連接； 小沖擊錘上、下部分別與外層卡板和外層固定板固定連接，外層卡板和外層固定 板的外圈分別與錘筒殼體的內壁固定連接，其中外層卡板位于中心卡板下方，外 層固定板位于錘筒殼體底部，且氣管接頭分別穿過中心卡板，中心沖擊錘下部的 錘頭穿出外層固定板，小沖擊錘下部分別穿過中心固定板；小沖擊錘小錘頭的端 面與錘頭的端面位于同一平面上。
本發(fā)明實施嵌入巖石的樁基施工方法的設備，其中在集料筒下部的外筒壁上 裝有出料門。
本發(fā)明實施嵌入巖石的樁基施工方法的設備，其中轉動裝置包括兩端設有連 接法蘭的旋轉體，旋轉體中間空心，上端封閉，其上部與對稱結構的轉動臂垂直 固定連接，位于轉動臂下方的旋轉體插入固定套中，并與固定套的上下部密封轉 動連接，而中間部位形成空腔，位于空腔中的旋轉體上開有通孔，在固定套上設 有供氣管接頭和出氣嘴；旋轉體的下端通過法蘭與連接管固定連接，供氣管接頭 與空壓機連通；固定套上端與方形殼體底板垂直固定連接；在方形殼體內裝有兩 個氣缸，氣缸水平放置、轉動安裝在方形殼體的底板和蓋板之間，轉動臂的兩端 分別與對應的氣缸中的活塞桿轉動連接，且兩個活塞桿相互平行，每個氣缸的兩 端均設有進氣嘴和排氣口，進氣嘴通過軟管與三通式電磁換向閥連通，兩個電磁 換向閥的輸入端通過三通接頭和軟管與出氣嘴連通；在方形殼體一側裝有一對卡 瓦，卡瓦與立柱滑動連接。
本發(fā)明實施嵌入巖石的樁基施工方法的設備，其中在固定套的上、下端面分 別設有連接圈。
本發(fā)明實施嵌入巖石的樁基施工方法的設備，其中還包括與連接管固定連接 的圓錐螺旋巖石鉆頭，它包括圓柱主體，在圓柱主體兩端分別設有連為一體的錐
尖和連接法蘭，且圓柱主體和連接法蘭相互垂直；在圓柱主體上，沿軸線方向、 對稱地設有連為一體的兩個圓錐型螺旋葉片，且圓錐型螺旋葉片的錐度與錐尖的 錐度方向一致；在錐尖的尖部、底部、錐面上和圓錐型螺旋葉片的刃上均鑲嵌有 間距小于2厘米的硬質合金塊，且在錐尖錐面上的所述硬質合金塊也呈螺旋狀。
本發(fā)明實施嵌入巖石的樁基施工方法的設備，其中圓錐型螺旋葉片的下表面 也鑲嵌有硬質合金塊。
本發(fā)明嵌入巖石的樁基施工方法的優(yōu)點是采用振動沉鋼管護壁，長螺旋鉆 桿連續(xù)取土，既被免了塌孔，又無泥漿污染，連續(xù)取土速度快、效率高。圓錐螺 旋巖石鉆頭由于沿螺旋線鑲嵌更多的硬度HRC 71的硬質合金塊，可以直接進入 硬度小于35Mpa的巖石，破巖速度可達2 3厘米/分；而捆綁式?jīng)_擊錘是用直徑 為400mm以下的單體小沖擊錘組合捆綁成直徑800 1200mm大口徑的沖擊錘，并 與轉動裝置連接，直接沖擊硬度35Mpa 100Mpa的微風化和未風化的巖石，破巖 速度可達10 12cm/分；且造價為國外的十分之一。
圖1為本發(fā)明的嵌入巖石的樁基施工方法中使用設備連接結構示意圖； 圖2為本發(fā)明的嵌入巖石的樁基施工方法中使用圓錐螺旋巖石鉆頭連接示 意圖(局部)；
圖3為本發(fā)明使用設備中的捆綁式?jīng)_擊錘結構剖面示意圖； 圖4為圖3的A向示意圖5為圖3的A-A剖面示意圖(其中沖擊錘內部結構省略)； 圖6為圖3的B-B剖面示意圖(其中沖擊錘內部結構省略)； 圖7為本發(fā)明使用設備中的轉動裝置結構主視剖面示意圖； 圖8為圖7的俯視示意圖(去掉蓋板)；
圖9為本發(fā)明使用設備中圓錐螺旋巖石鉆頭結構主視示意圖10為圖9的左視示意圖。
具體實施例方式
由圖l可見，本發(fā)明嵌入巖石的樁基施工方法中使用的設備，包括設有立柱
16的鉆機和懸掛連接的動力頭17，其中，動力頭17向下通過法蘭與轉動裝置 18上端連接，轉動裝置18的側面裝有一對卡瓦15，卡瓦15與打樁機的立柱16 滑動連接，轉動裝置18下端通過連接管19或螺旋鉆桿與捆綁式?jīng)_擊錘21連接， 連接管19或螺旋鉆桿與捆綁式?jīng)_擊錘21置于埋入地層中的護壁鋼管20中，并 下沉到與巖石層面接觸；轉動裝置18下部的供氣通道通過管道22和控制閥與安 裝在地面上的空壓機23連通，并通過連接管19給捆綁式?jīng)_擊錘21注入高壓空 氣，沖擊錘頭，擊打巖石。
由圖3 圖6可見，本發(fā)明捆綁式?jīng)_擊錘包括上部的集料筒1和與其下端固 定連接的捶筒殼體5，在錘筒殼體5內中心沿軸線方向裝有中心沖擊錘10，在中 心沖擊綞10的外層，位于同一圓周上，設有5個均勻排列、且豎直安放的小沖 擊錘9;中心沖擊錘10和小沖擊錘9的上端分別與氣管接頭7 —端固定連接， 氣管接頭7另一端分別通過管道與分氣室3連通，分氣室3伸出錘筒殼體5位于
集料筒1中心，并通過相互連通的中心氣管2和連接管19與轉動裝置18下部的 供氣通道連通；中心沖擊錘10上、下部分別與中心卡板6和中心固定板11固定 連接，中心卡板6和中心固定板11的外圈分別與錘筒殼體5的內壁固定連接； 小沖擊錘9上、下部分別與外層卡板8和外層固定板12固定連接，外層卡板8 和外層固定板12的外圈分別與錘筒殼體5的內壁固定連接，其中外層卡板8位 于中心卡板6下方，外層固定板12位于錘筒殼體5底部，且氣管接頭7分別穿 過中心卡板6，中心沖擊錘10下部的錘頭14穿出外層固定板12，小沖擊錘9下 部分別穿過中心固定板11;小沖擊錘9下部的小錘頭13的端面與綞頭14的端 面位于同一平面上。其中在集料筒1下部的外筒壁上裝有向下打開的出料門4。
如圖7、圖8所示，轉動裝置18包括兩端設有連接法蘭的旋轉體25，旋轉 體25中間空心，上端封閉，其上部與對稱結構的轉動臂28垂直固定連接，位于 轉動臂28下方的旋轉體25插入固定套29中，在固定套29的上、下端面分別設 有連接圈37;旋轉體25并與固定套29的上下部密封轉動連接，而中間部位形 成空腔33，位于空腔33中的旋轉體25上開有通孔32，在固定套29上設有供氣 管接頭30和出氣嘴31;旋轉體25的下端通過法蘭與連接管固定連接，供氣管 接頭30通過管道和控制閥與氣源連通；固定套29上端與方形殼體27底板垂直 固定連接。由供氣管接頭30、空腔33、通孔32和空心的旋轉體25構成的供氣 通道通過連接管19給捆綁式?jīng)_擊錘21供氣。在方形殼體27內裝有兩個氣缸26， 氣缸26水平放置、轉動安裝在方形殼體27的底板和蓋板之間，轉動臂28的兩 端分別與對應的氣缸26中的活塞桿34轉動連接，且兩個活塞桿34相互平行， 每個氣缸26的兩端均設有進氣嘴35和排氣口，進氣嘴35通過軟管與三通式電 磁換向閥36連通，兩個電磁換向閥36的輸入端通過三通接頭43和軟管與出氣 嘴31連通。
本發(fā)明的設備還包括與連接管19固定連接的圓錐螺旋巖石鉆頭24，如圖2、 圖9、圖10所示，它包括圓柱主體38,在圓柱主體38兩端分別設有連為一體的 錐尖39和連接法蘭40，且圓柱主體38和連接法蘭40相互垂直；在圓柱主體38 上，沿軸線方向、對稱地設有連為一體的兩個圓錐型螺旋葉片41，且圓錐型螺 旋葉片41的錐度與錐尖39的錐度方向一致；在錐尖39的尖部、底部、錐面上 和圓錐型螺旋葉片41的刃上均鑲嵌有間距小于2厘米的硬質合金塊42，且在錐 尖39錐面上的硬質合金塊42也呈螺旋狀。而且在圓錐型螺旋葉片41的下表面 也鑲嵌有硬質合金塊42，增強磨削能力。
用上述設備在35Mpa以上的微風化和未風化的巖石上進行樁基作業(yè)的施工 方法包括下列步驟
1) 振動沉護壁鋼管根據(jù)設計要求確定樁柱位置，打樁機吊起護壁鋼管豎 直立放，用振動器從鋼管頂部推進下沉至巖石層面；
2) 螺旋鉆進取土用旋轉動力頭和連接的長螺旋鉆鉆進，并取出鋼管內的 全部土壤；
3) 沖擊巖石層對于硬度在35Mpa以上的巖石層，卸下長螺旋鉆，動力頭 與轉動裝置、連接管和捆綁式?jīng)_擊錘相互連接，或只卸下螺旋鉆頭，螺旋鉆桿與
與轉動裝置和捆綁式?jīng)_擊錘相互連接，向沖擊綞內輸入強度為5 8Kg/cn^的高 壓空氣，使錘頭以850 1300次/分的頻率連續(xù)沖擊破碎巖石層；
4) 移位沖擊在上述沖擊破碎至一定深度后，停止沖擊，提升沖擊錘，啟 動轉動裝置，使捆綁式?jīng)_擊錘轉動移位一定角度后，再下沉繼續(xù)進行連續(xù)沖擊破 碎，如此不斷轉動移位進行沖擊破碎，使樁孔達到設計深度；
5) 風動取巖石渣沖擊器破巖后的殘存氣體把孔內的巖石粉塵石渣揚起， 落入捆綁式?jīng)_擊錘上部的收集筒內，提出沖擊錘，打開筒壁上的出料門，便可卸 掉；
6) 下鋼筋籠將預制的鋼筋籠吊裝入鋼管中；
7) 灌混凝土向鋼管中灌注混凝土，并同時拔出護壁鋼管。 對于硬度小于35Mpa的巖石層，可直接用圓錐螺旋巖石鉆頭24與連接管19
或螺旋鉆桿連接進行鉆進，不需要用沖擊錘破巖。
權利要求
1、一種嵌入巖石的樁基施工方法，其特征是包括下列步驟1)振動沉護壁鋼管根據(jù)設計要求確定樁柱位置，打樁機吊起護壁鋼管豎直立放，用振動器從鋼管頂部推進下沉至巖石層面；2)螺旋鉆進取土用旋轉動力頭和連接的長螺旋鉆鉆進，并取出鋼管內的全部土壤；3)沖擊巖石層對于硬度在35Mpa以上的巖石層，卸下長螺旋鉆，動力頭與轉動裝置、連接管和捆綁式?jīng)_擊錘相互連接；向沖擊錘內輸入強度為5～8Kg/cm2的高壓空氣，使錘頭以850～1 300次/分的頻率連續(xù)沖擊破碎巖石層；4)移位沖擊在上述沖擊破碎至一定深度后，停止沖擊，提升沖擊錘，啟動轉動裝置，使捆綁式?jīng)_擊錘轉動移位一定角度后，再下沉繼續(xù)進行連續(xù)沖擊破碎，如此不斷轉動移位進行沖擊破碎，使樁孔達到設計深度；5)風動取巖石渣沖擊器破巖后的殘存氣體把孔內的巖石粉塵石渣揚起，落入捆綁式?jīng)_擊錘上部的收集筒內，提出沖擊錘，打開筒壁上的出料門，便可卸掉；6)下鋼筋籠將預制的鋼筋籠吊裝入鋼管中；7)灌混凝土向鋼管中灌注混凝土，并同時拔出護壁鋼管。
2、 根據(jù)權利要求1所述的嵌入巖石的樁基施工方法，其特征是在步驟3中， 對于硬度在35Mpa以下的巖石層，使用圓錐螺旋巖石鉆頭直接在巖石層面鉆進破 巖，并同時下沉護壁鋼管。
3、 一種實施權利要求1所述施工方法的設備，包括設有立柱(16)的鉆機 和懸掛連接的動力頭(17)，其特征是所述動力頭(17)向下通過法蘭與轉動裝 置(18)上端連接，所述轉動裝置(18)下端通過連接管(19)與捆綁式?jīng)_擊錘(21)連接，所述連接管(19)與捆綁式?jīng)_擊錘(21)置于埋入地層中的護壁鋼 管(20)中，并下沉到與巖石層面接觸；所述捆綁式?jīng)_擊錘(21)包括上部的集 料筒(1)和與其下端固定連接的錘筒殼體(5)，在所述錘筒殼體(5)內中心沿 軸線方向裝有中心沖擊錘(10)，在所述中心沖擊錘(10)的外層，位于同一圓 周上，至少設有5個均勻排列、且豎直安放的小沖擊錘(9);所述中心沖擊錘(IO) 和小沖擊錘(9)的上端分別與氣管接頭(7) —端固定連接，所述氣管接頭(7) 另一端分別通過管道與分氣室(3)連通，所述分氣室(3)伸出所述錘筒殼體(5) 位于所述集料筒(1)中心，并通過相互連通的中心氣管(2)和所述連接管(19) 與所述轉動裝置(18)下部的供氣通道連通，供氣通道通過控制閥和管道(22) 與安裝在地面上的空壓機(23)連通；所述中心沖擊錘(10)上、下部分別與中 心卡板(6)和中心固定板(11)固定連接，所述中心卡板(6)和中心固定板(11) 的外圈分別與所述綞筒殼體(5)的內壁固定連接；所述小沖擊錘(9)上、下部 分別與外層卡板(8)和外層固定板(12)固定連接，所述外層卡板(8)和外層 固定板(12)的外圈分別與所述錘筒殼體(5)的內壁固定連接，其中所述外層卡板(8)位于所述中心卡板(6)下方，所述外層固定板(12)位于所述錘筒殼 體(5)底部，且所述氣管接頭(7)分別穿過所述中心卡板(6)，所述中心沖擊 錘(10)下部的錘頭(14)穿出所述外層固定板(12)，所述小沖擊錘(9)下部 分別穿過所述中心固定板(11);所述小沖擊錘(9)下部的小錘頭(13)的端面 與所述錘頭(14)的端面位于同一平面上。
4、 根據(jù)權利要求3所述的設備，其特征是在所述集料筒(1)下部的外筒壁 上裝有出料門(4)。
5、 根據(jù)權利要求3或4所述的設備，其特征是所述轉動裝置(18)包括兩 端設有連接法蘭的旋轉體(25)，所述旋轉體(25)中間空心，上端封閉，其上 部與對稱結構的轉動臂(28)垂直固定連接，位于所述轉動臂(28)下方的所述 旋轉體(25)插入固定套(29)中，并與所述固定套(29)的上下部密封轉動連 接，而中間部位形成空腔(33)，位于所述空腔(33)中的所述旋轉體(25)上 開有通孔(32)，在所述固定套(29)上設有供氣管接頭(30)和出氣嘴(31); 所述旋轉體(25)的下端通過法蘭與所述連接管(19)固定連接，所述供氣管接 頭(30)與空壓機(23)連通；所述固定套(29)上端與方形殼體(27)底板垂 直固定連接；在所述方形殼體(27)內裝有兩個氣缸(26)，所述氣缸(26)水 平放置、轉動安裝在所述方形殼體(27)的底板和蓋板之間，所述轉動臂(28) 的兩端分別與對應的所述氣缸(26)中的活塞桿(34)轉動連接，且兩個所述活 塞桿(34)相互平行，每個所述氣缸(26)的兩端均設有進氣嘴(35)和排氣口， 所述進氣嘴(35)通過軟管與三通式電磁換向閥(36)連通，兩個所述電磁換向 閥(36)的輸入端通過三通接頭(43)和軟管與所述出氣嘴(31)連通；在所述 方形殼體(27) —側裝有一對卡瓦(15)，所述卡瓦(15)與所述立柱(16)滑 動連接。
6、 根據(jù)權利要求5所述的設備，其特征是在所述固定套(29)的上、下端 面分別設有連接圈(37)。
7、 根據(jù)權利要求6所述的設備，其特征是還包括與所述連接管(19)固定 連接的圓錐螺旋巖石鉆頭(24)，所述圓錐螺旋巖石鉆頭(24)包括圓柱主體(38)， 在所述圓柱主體(38)兩端分別設有連為一體的錐尖(39)和連接法蘭(40)， 且所述圓柱主體(38)和連接法蘭(40)相互垂直；在所述圓柱主體(38)上， 沿軸線方向、對稱地設有連為一體的兩個圓錐型螺旋葉片(41)，且所述圓錐型 螺旋葉片(41)的錐度與所述的錐尖(39)的錐度方向一致；在所述錐尖(39) 的尖部、底部、錐面上和所述圓錐型螺旋葉片(41)的刃上均鑲嵌有間距小于2 厘米的硬質合金塊(42),且在所述錐尖(39)錐面上的所述硬質合金塊(42) 也呈螺旋狀。
8、 根據(jù)權利要求7所述的設備，其特征是在所述圓錐型螺旋葉片(41)的 下表面也鑲嵌有所述硬質合金塊(42)。
全文摘要
在巖石地基上打樁的施工方法和設備。施工方法特征是包括螺旋鉆進取土、沖擊巖石層、移位沖擊和風動取巖石渣等步驟。使用的設備包括具有轉動裝置的捆綁式?jīng)_擊錘和圓錐螺旋巖石鉆頭。沖擊錘是將小直徑?jīng)_擊錘捆綁為直徑較大的沖擊錘。轉動裝置包括旋轉體、轉動臂、固定套等安裝在方形殼體中，在殼體中還裝有驅動轉動臂的氣缸。鉆頭包括兩個圓錐型螺旋葉片和錐尖；在錐尖和葉片的刃上均鑲嵌有硬質合金塊。本發(fā)明優(yōu)點既被免了塌孔，又無泥漿污染，連續(xù)取土速度快、效率高。硬質合金塊硬度高，可以直接進入硬度小于35MPa的巖石，破巖速度達2～3厘米/分；而沖擊錘口徑大，直接沖擊巖石，破巖速度達10～12cm/分，造價為國外的十分之一。
文檔編號E02D7/00GK101100859SQ20071010026
公開日2008年1月9日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權日2007年6月6日
發(fā)明者周洪生 申請人:周洪生