專利名稱：灌注樁液壓擴樁工程車及優化摩阻力灌注樁型和施工方法
技術領域：
本發明涉及建筑工程、橋梁樁基的的工程機械領域，灌注樁施工設備、樁型及施工方法。
背景技術：
目前，國內外建筑工程和高速公路橋樁工程施工中所用的混凝土灌注樁技術，仍然采用著普通鉆孔灌注樁技術。這種普通灌注樁技術耗材多、施工利潤低。90年代在建筑工程中先后采用了擠擴灌注樁、多支盤樁技術，其共同特點是采用液壓工作原理，在樁孔內用擴孔機擠壓形成多個不同直徑的承力盤。這種技術在原理上是可行的，但在實際使用中有很大的局限性，如擠擴灌注樁及多支盤技術的特點是適用于樁徑在600mm以內，樁長在20米以內小樁徑的一般工程。對于城市內的高層工程600mm以上的樁，采用擠擴灌注樁及多支盤樁技術，就會導致施工成本增加，施工企業利潤率下降，科學的樁型替代速度慢等不利因素阻礙行業技術進步。

發明內容
本發明的目的是提供一種提高灌注樁摩阻力的液壓擴樁工程車、所產生優化摩阻力的灌注樁型以及施工方法，適用于高層建筑和橋梁的樁基工程，工作效率高，施工成本低，設備機動性好，作業范圍廣。
本發明的灌注樁的液壓擴樁工程車，包括汽車底盤、起重機、液壓擴樁機，液壓擴樁機數顯系統，其特征在于圓柱體的液壓擴樁機通過臥裝固定卡具和擴樁機底部固定銷臥式置于駕駛室和吊車操縱室之間的起重機吊臂下方，液壓擴樁機的液壓泵站、高壓油路、電源控制柜和伸縮式數顯控制室都安裝在車體上。所述擴樁機制成的優化摩阻力灌注樁型，其特征在于在圓柱形樁外周的樁身上有凸出的成對的矩形樁錐，垂直于軸心、徑向水平分布。采用本工程車的施工方法由起重機將液壓擴樁機垂直吊入灌注樁鉆孔內，由液壓泵站提供液壓推力，擴樁機的所有擴樁錐同時從樁鉆孔最下端開始對周圍土層施加橫向擠壓力，擠壓進度實時顯示在數顯控制室并可打印報告，得到上述灌注樁孔型后由起重機提升一擴樁機身的高度，重復上述擠壓作業，直至全孔深度完成后，車體運載至下一孔位。
本發明為建筑工程，特別是高速公路大橋樁基的建設拓展了一種新樁型、新的施工設備及施工方法。其優點體現在1、將本發明灌注樁施工設備與運輸工具結合，所有設備裝配在一輛動力車上，使各項工作達到功能協同，減少了運輸費用和施工準備時間，不僅施工設備會為地下樁體節省材料40-45％，同時為施工現場節省了專為該設備裝運、作業的起吊設備，或省去專用運輸車，節省施工投資30％-40％。
2、采用大馬力汽車的底盤作為運輸工具，適應于野外作業的需要，適應于高速公路大橋樁基工程的施工現場條件。轉盤和起重吊臂可以保證液壓擴樁機在工作中靈活地垂直升降和水平360°轉向，液壓擴樁機的油缸連接的高壓油路是用卷揚機滾筒來控制升降收放的，可保證與起重機吊著的液壓擴樁機升降同步。
3、經本施工設備和方法獲得的優化摩阻力的灌注樁孔不僅僅是在圓柱體的鉆孔周圍增加了許多徑向凸形孔，增加了樁周身的表面積，而提高樁身摩阻力，更重要的是凸塊周圍土體被徑向擠壓過而提高密實度，因而該部位的摩阻力得到明顯提高。
4、用本發明獲得的混凝土樁體經計算對比摩阻力指標高于普通樁45-55％，因此按此樁型的摩阻力計算，即滿足了承載力要求，又節約了材料、施工成本降低，達到建設業主節省投資，施工企業提高利潤的目的。


附圖1是灌注樁優化摩阻力的液壓擴樁工程車平面圖；附圖2是圖1的側面圖；附圖3是使用液壓擴樁設備的施工方法示意圖；附圖4是有雙向油缸的液壓擴樁機結構剖面圖；附圖5是有單向油缸的液壓擴樁機結構剖面圖；附圖6.1是優化摩阻力徑向對稱灌注樁型示意圖；附圖6.2是優化摩阻力徑向交錯灌注樁型示意圖；附圖7.1是液壓泵站與擴樁機雙向液壓油缸油路示意圖；
附圖7.2是液壓泵站與擴樁機單向液壓油缸油路示意圖；附圖8是液壓擴樁工程車控制系統的數顯原理示意框圖；附圖9.1是擴樁機雙向液壓油缸結構示意圖；附圖9.2是擴樁機單向液壓油缸結構示意圖；具體實施方式
灌注樁液壓擴樁工程車，包括有載重汽車底盤、起重機、液壓擴樁機，液壓擴樁機數顯系統，見圖1、2其特征在于圓柱體的液壓擴樁機6a、6b通過在車體底盤3上的臥裝固定卡具7和擴樁機底部固定架18臥式置于汽車駕駛室9和起重機操縱室12之間的起重機吊臂10下方，液壓擴樁機高壓油路11和油路行走輪8安置在起重機吊臂10上部，并在起重吊臂前端設油路升降滑輪4和起重機吊裝滑輪5，在起重機吊臂后部兩側設有起重機吊臂起降支撐油缸13、起重機的卷揚機14、高壓油管升降卷揚滾筒15、液壓泵站16；車體上液壓擴樁機6a、6b兩側分別設電源控制柜1和伸縮式數顯打印室2。車體下對稱設水平垂直液壓支撐17。本灌注樁液壓擴樁工程車的使用狀態見圖3，包括地面上車體和地下孔內的擴樁機6a、6b共兩部分，起重機吊臂10通過鋼絲繩19及相伴的高壓油路11起吊擴樁機6a、6b。
有雙向擴樁錐的液壓擴樁機6a，見圖4其特征在于固定雙向油缸筒體608的鋼骨架611a截面是方形的，鋼骨架611a的上、下端與法蘭602焊為一體，法蘭602側周設螺栓孔，外護筒612由螺栓603固定在與鋼骨架611a為一體的法蘭602側面，外護筒612的圓筒形壁上有尺寸稍大于橫向擴樁錐607外緣的孔。多節鋼骨架611a與外護筒由法蘭602和螺栓603連接延長成擴樁機體6a；多個鋼骨架611a的中心位置分別水平地安裝有油缸筒體608、垂直于鋼骨架611a的軸向，雙向的活塞桿617相對180°地安裝在油缸筒體608內，油缸筒體608用螺栓603橫向地固定在鋼骨架611a內；將活塞桿617安裝擴樁錐607，用固定螺帽609固定，使擴樁錐607在外護筒612的孔內，見圖9.1。
有單向液壓油缸的擴樁機6b，見圖5其特征在于固定單向油缸615的鋼骨架611b截面是 形的，將單向油缸615偏向一側固定；多節鋼骨架611b聯接延長結合為擴樁機體。
不論雙向還是單向油缸的液壓擴樁機6a、6b，其中各雙向油缸608或單向油缸615的高壓油嘴均通過高壓油管610連通設在擴樁機6a、6b起吊端的高壓油路分流閥604后變成一高壓油路進口605、一高壓油路出口606，并經過高壓油管610和卷揚機15上的旋轉接頭716與車體上液壓泵站16的油箱701相接通。車尾的液壓泵站16相通；將油路進口605、油路回口606用法蘭602、螺栓603與外護筒612結合封在起吊端，法蘭602上面有吊樁器601，外護筒612下端有底座613，其外側有水平運輸固定銷614。還有，雙向油缸608或單向油缸615上傳感器的傳輸線和直流電源線均通過同一電纜622由通孔621穿出，并在起吊端內經電纜匯合接頭710引入數顯控制室2中。
液壓泵站與擴樁機雙向液壓擴樁組717a的油路設置見圖7.1其特征在于兩個活塞616相向180°裝在油缸筒體608內，雙向活塞桿617裝有各自的擴樁錐607，多個這樣的油缸為一擴樁機油缸組717a；液壓泵站16有電機714聯接柱塞泵706，液壓泵站16內設液位計702、空氣濾清器703、冷卻器704；高壓油路11中設濾油器705、單向閥708、回油濾清器713；旋轉接頭716處還設有測壓接頭711、電液閥712以及壓力表709。液壓泵站16中還配備監控、顯示儀表、電控閥的電路，都與電腦中的控制系統中心PLC相連。
液壓泵站16與擴樁機單向液壓擴樁錐油缸的油路設置見圖7.2其特征在于擴樁機6b有多個單向液壓擴樁錐構成的油缸組717b，各油缸的一個進油口619、一個出油口620均與高壓油管610相連通。油路其余部分與上述擴樁機6a雙向液壓擴樁組717a的油路設置相同。
液壓擴樁機6a的雙向油缸結構見圖9.1油缸為筒體，雙向油缸筒體608的兩端有法蘭602固定，筒體壁上有徑向通孔為出油口620，油缸筒體608中部內壁有一道凸臺構成防止活塞相撞的阻隔帶，凸臺與筒體為一體，其內徑稍大于活塞616直徑，并在凸臺中間的油缸徑向壁上設進油口619，油缸筒體608兩側有出油口620；兩活塞616端均設位移傳感器623，活塞616及活塞桿617圓心、活塞桿617徑向通孔在擴樁錐607與活塞桿617結合部位前轉折90°為徑向孔，法蘭602也有徑向通孔621，連接鋼骨架611a與外護筒子612的法蘭603也均有軸向傳輸線通孔。位移傳感器623的傳感線及直流電源線在同一電纜622中由通孔621穿出，經起吊端的電纜匯合接頭710引入數顯控制室2的控制系統PLC中。
有單向液壓油缸的液壓擴樁機其單向油缸615結構見圖9.2油缸為筒體，內置一個活塞616、一個活塞桿617，活塞616端設位移傳感器623，傳輸線路的設置與上述雙向油缸圖9.1所述的相同；固定單向油缸的鋼骨架611b是形的，單向油缸615在鋼骨架中部固定；多節鋼骨架611b聯接延長，并與外護筒612固定成擴樁機體6b。
液壓擴樁機的單向油缸的結構見圖9.2包括一個活塞桿617，其特征在于單個活塞桿的油缸筒體615是普通活塞缸體，其筒壁上有兩個通孔，分別為進油口619、出油口620，接油管610并通過分流閥604分別接通起吊端的進油口605和回油口606。油缸筒體615內相向的活塞616端分別設置位移傳感器623，活塞616及活塞桿617圓心均有通孔621，通孔并在擴樁錐607與活塞桿617結合部位前轉折90°為徑向孔，連接鋼骨架611與外護筒612的法蘭602也均有軸向傳輸線的通孔621。傳感器623的傳輸線及直流電源線在同一電纜622中由通孔621中穿出，引入數顯控制室2的控制系統PLC中。
液壓擴樁工程車的控制系統，見圖8將作業程序編程序設在電腦中，將擴樁機的作業狀態通過數字顯示技術處理能在數顯控制室2的電腦中看到并將作業數據檢索或由打印機打印，這都是現有技術可以實現的。圖8中示意外接電源連通、啟動設備進入準備狀態，并同時數顯控制室2中的控制程序PLC、電腦屏幕、打印機、卷揚機、液壓泵站等的電路均進入工作預備狀態；外接電源還提供直流穩壓電源給油缸上的位移傳感器；傳感器輸出經模擬轉換輸入模塊送入連通的控制程序PLC的轉換電路、數字處理器等。控制程序PLC發出指令給油缸及電機。
雙向油缸的液壓擴樁機規格適用于樁徑1000mm以上的灌注樁施工。單向油缸的液壓擴樁機適用于鉆孔徑500-1000mm樁徑的灌注樁，所以本發明的擴樁機基本可滿足工民建和公路工程中的灌注樁摩阻力優化施工要求。
優化摩阻力的灌注樁型在灌注樁身上有凸出于樁外周的矩形樁錐，垂直于軸心、徑向水平對稱分布的成對樁錐a，并且長方形錐面制成的是長方體形樁型20a，如圖6.1所示；或者成對的樁錐還可以是徑向交錯、不對稱，而軸向對稱分布樁錐20b，如6.2所示，所形成的樁錐b也可以是方體形的。還可以根據土層結構或技術需要，擴樁錐體的邊緣制成圓形，所擠壓成的樁型就是垂直于立樁的圓柱型。這是根據鉆孔的尺寸選用擴樁機，大徑的灌注樁要用雙向油缸的擴樁機，小孔徑的灌注樁用單向油缸的擴樁機。
優化摩阻力的灌注樁型的施工方法，施工現場有允許本工程車作業的道路、場地和空間，在完成樁基鉆孔作業準備后，讓本車駛入施工現場，其特征在于1、調整施工設備的前、后液壓水平支撐16，使車體處于水平狀態；2、接通動力電源，將起重臂立起，將液壓擴樁機垂直吊入灌注樁鉆孔內；3、結合圖3中的圖下標號1-6所示順序將擴樁機6送入樁位孔的最下端電力起動液壓泵站16，液壓泵站產生的高壓油推力使油缸608或615及所有擴樁錐607同時對鉆孔周圍的土層實施橫向擠壓作業，所有擴樁錐607的同時徑向延伸過程均由各自的傳感器實時傳遞并轉換成數據和模擬圖形顯示在數顯控制室2內的顯示屏上，并可同時由打印機打印報告；4、實時監控所要求的擴孔洞徑向形狀，至完成一個擴樁機身長度的優化摩阻力擠密擴孔作業；作業后垂直于孔位的土體被擠密實呈矩形孔洞，以保證混凝土灌入后形成圖6.1、圖6.2所示樁型將液壓擴樁錐復位，并滿足垂直提升要求；5、用起重機提升出一個液壓擴樁機身的高度，同時油管升降卷揚滾筒伴隨收回部分高壓油管，實施下一節的作業；6、起重機再次作業，將擴樁機提升到最后一個工作段，擴樁錐對孔周土層實施擠壓作業；7、將液壓擴樁機和起重臂放回水平運輸狀態，收回液壓支撐；8、施工設備移位，進行下一棵樁孔的作業。
采用本擴樁工程車并按本發明方法施工獲得了優化摩阻力的灌注樁型，見圖3中的3接著按灌注樁的常規工序進行混凝土灌注樁的過程，經過擠壓的土層密實，樁身的表面積增加了45-50％，摩阻力隨之相應提高，從而達到了提高單樁承載力的目的。
權利要求
1.一種灌注樁液壓擴樁工程車，用于優化摩阻力的灌注樁的施工，包括汽車底盤、起重機、液壓擴樁機，液壓擴樁機數顯控制系統，其特征在于圓柱體的液壓擴樁機通過臥裝固定卡具和底部固定銷臥式置于駕駛室和吊車操縱室之間的起重機吊臂下方，起重機吊臂起降支撐油缸、擴樁機的液壓泵站固定在車尾，擴樁機高壓油路行走輪安置在起重臂上部，并在起重機吊臂前端設油路升降滑輪、在車尾設高壓油路升降卷揚滾筒；車體上擴樁機兩側分別設電源控制柜和伸縮式數顯控制室。
2.一種如權利要求1所述灌注樁液壓擴樁工程車上的液壓擴樁機，其特征在于液壓擴樁機有雙向擴樁錐固定油缸的截面方形鋼骨架上、下端與法蘭焊為一體，法蘭上側周設螺栓孔，外護筒由螺栓固定在法蘭側面，外護筒壁上有尺寸稍大于擴樁錐外緣的孔，多節鋼骨架與外護筒由法蘭和螺栓連接延長成擴樁機殼體；多個鋼骨架的中心位置分別水平地安裝有雙向活塞桿的油缸筒體、垂直于方形鋼骨架的軸向，在方形鋼骨架與外護筒之間將活塞桿安裝上擴樁錐，穿過外護筒上的孔；各油缸的高壓油嘴均通過高壓油管連通設在擴樁機起吊端的分流閥，變成進油口、回油口，并與車尾的液壓泵站相連通，其外部由法蘭、螺栓與外護筒結合封住上端，法蘭上邊還有吊裝器，外護筒下端有底座封口，并在外側有水平運輸固定銷。
3.一種如權利要求1所述灌注樁液壓擴樁工程車上的液壓擴樁機，其特征在于液壓擴樁機有單向擴樁錐固定單向油缸的鋼骨架截面是 形的，單向油缸在鋼骨架偏中位置固定；多個鋼骨架聯接延長，并與外護筒結合成擴樁機體；多個鋼骨架的中心位置分別水平地安裝有單向活塞桿的油缸筒體、垂直于 形鋼骨架的軸向，在 鋼骨架與外護筒之間將活塞桿安裝上擴樁錐，穿過外護筒上的孔；各油缸的高壓油嘴均通過高壓油管連通設在擴樁機起吊端的分流閥，變成進油口、回油口，并與車尾的液壓泵站相連通，其外部由法蘭、螺栓與外護筒結合封住上端，法蘭上邊還有吊裝器，外護筒下端有底座封口，并在外側有水平運輸固定銷。
4.根據權利要求2所述的灌注樁液壓擴樁工程車，其特征在于液壓擴樁機的雙向油缸結構油缸為筒體，其兩端由法蘭固定，油缸筒體的兩端壁上有徑向通孔為出油口，筒體中間內壁有一道凸臺構成防止活塞相撞的阻隔帶，凸臺稍大于活塞直徑，并在凸臺中間的油缸壁上設進油口；在兩活塞外端均設位移傳感器，兩活塞桿方向相反，活塞及活塞桿圓心、活塞桿徑向以及法蘭徑向均有通孔，位移傳感器的傳感線及直流電源線在同一電纜中由通孔穿出，經電纜匯合接頭引入數顯控制室的控制系統PLC中。
5.根據權利要求3所述的灌注樁液壓擴樁工程車，其特征在于液壓擴樁機的單向油缸結構油缸筒體的壁上有兩個徑向孔，分別為進油口和出油口，油缸筒體內設一個活塞，活塞外端設位移傳感器；活塞及活塞桿圓心、活塞桿徑向以及法蘭徑均有通孔，位移傳感器的傳感線及直流電源線在同一電纜中由通孔穿出，經電纜匯合接頭引入數顯控制室的控制系統PLC中。
6.根據權利要求2所述的灌注樁液壓擴樁工程車，其特征在于液壓擴樁機的雙向油缸與液壓油泵站的油路設置油缸筒體及其雙向擴樁錐為一擴樁組，多個雙向擴樁組的高壓油管經分流閥后變成一進油口、一出油口，通過旋轉接頭與車體上液壓泵站的油箱相連通；液壓泵站上有電機聯接柱塞泵，內設液位計、空氣濾清器、冷卻器；濾油器、單向閥、回油濾清器；旋轉接頭處還設有測壓接頭、電液閥以及壓力表；液壓泵站中還配備監控、顯示的儀表、電控閥，都與數顯控制中心相連。
7.根據權利要求3所述的灌注樁液壓擴樁工程車，其特征在于液壓擴樁機的單向油缸與液壓油泵站的油路設置多個單向擴樁錐的油缸進、出高壓油管均經分流閥后變成一進油口、一出油口，通過旋轉接頭與車體上液壓泵站的油箱相連通；液壓泵站上有電機聯接柱塞泵，內設液位計、空氣濾清器、冷卻器；濾油器、單向閥、回油濾清器；旋轉接頭處還設有測壓接頭、電液閥以及壓力表；液壓泵站中還配備監控、顯示的儀表、電控閥，都與數顯控制中心相連。
8.根據權利要求2、3所述的灌注樁液壓擴樁工程車，其特征在于擴樁數顯控制系統連通外接電源，為設備提供作業電力和傳感器的直流電源，將作業程序編制成程序設在電腦的控制PLC中，操縱室的電腦連接起重機、數顯控制室、卷揚機、擴樁機油缸、油路監控的電路；外接電源還提供直流穩壓電源給油缸上的位移傳感器；傳感器輸出信號經模擬轉換輸入模塊送入連通的控制程序PLC的轉換電路、數字處理器，控制程序PLC發出指令給油缸及電機將作業中的位移傳感器數據，通過數字顯示技術處理在數顯控制室電腦中顯示并對作業數據檢索或打印報告。
9.一種由權利要求1所述的灌注樁液壓工程車制成的優化摩阻力灌注樁型，其特征在于在灌注樁身上有凸出于樁外周的矩形樁錐，a對稱樁錐垂直于軸心、徑向水平對稱分布；b對稱的樁錐還可以是徑向交錯、軸向對稱分布。
10.一種使用權利要求1所述的灌注樁液壓工程車的施工方法，施工現場有允許載有本設備的起重機作業的道路、場地和空間，在完成樁基鉆孔作業準備后，讓本車到位，其特征在于1、調整施工設備的前、后液壓水平支撐，使起重機處于水平狀態；2、接通動力電源，將起重臂立起，將液擴樁機垂直吊入樁孔內；3、將擴樁機送入樁孔的最下端電力起動液壓泵站，液壓泵站產生的高壓推力使油缸及擴樁錐同時對鉆孔周圍的土層實施徑向擠壓作業，所有擴樁錐的徑向延伸過程均由各自的傳感器實時傳遞并轉換成數據和模擬圖形顯示在數顯控制室內的顯示屏上，并可同時由數顯控制室打印報告；4、作業后垂直于孔位的土體被擠密實呈矩形孔洞，以保證混凝土灌入，實時監控孔洞徑向深度和形狀，至完成一個擴樁機長度的全部擠密擴孔作業；將液壓擴樁錐復位，并滿足垂直提升要求；5、用起重機提升出一個液壓擴樁機的高度，實施下一節的作業；6、起重機起吊，將擴樁機提升到最后一個工作段，對樁孔周土層實施擠壓作業；7、將液壓擴樁機和起重臂放回水平運輸狀態，收回液壓支撐；8、施工設備移位，進行下一棵樁孔的作業。
全文摘要
一種灌注樁液壓擴樁工程車及優化摩阻力灌注樁型和施工方法，本工程車包括汽車底盤、起重機、液壓擴樁機，液壓擴樁機數顯控制系統，其特征在于圓柱體的液壓擴樁機通過臥裝固定卡具和底部固定銷臥式置于駕駛室和吊車操縱室之間的起重機吊臂下方，起重機吊臂起降支撐油缸、擴樁機的液壓泵站固定在車尾，擴樁機高壓油路行走輪安置在起重臂上部，并在起重機吊臂前端設油路升降滑輪、在車尾設高壓油路升降卷揚滾筒；車體上擴樁機兩側分別設電源控制柜和伸縮式數顯控制室。本發明使同等規格的樁身表面積增了45－50％，可在保證同級單樁承載力的前題下，可獲得節省材料40－45％，節省投資30％的經濟效益。
文檔編號E02D5/34GK1896382SQ200610104039
公開日2007年1月17日 申請日期2006年8月2日 優先權日2006年1月9日
發明者杜保亮, 杜新智 申請人:杜保亮, 杜新智