一种基于蛇形仿生结构的多螺旋环形取土装置及方法

本发明涉及岩土工程桩基设备，具体涉及一种基于蛇形仿生结构的多螺旋环形取土装置及方法。

背景技术：

1、现浇混凝土大直径管桩（cast-in-place concrete large-diameter pipe pile，简称pcc桩）凭借承载力高、沉降控制效果好、绿色节材等优势，广泛应用于高速公路、铁路等路基加固工程。传统pcc桩施工工艺采用活瓣桩靴结构，相较于预制钢筋混凝土桩头，可有效降低工程造价、加快施工进度；施工时可调整桩靴倾斜角度改变沉模挤土方向，配合振动双层套管成模工艺，成桩质量稳定可控。

2、现有施工配套取土设备多采用常规单螺旋取土装置，该设备仅可单向正向掘进，依靠单一螺旋叶片单向旋挖土体，单次切削土体量有限，土体剥离、排土速度慢，土层钻进、清土耗时大幅增加。

3、鉴于此，现有技术还有待改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于蛇形仿生结构的多螺旋环形取土装置及方法，旨在解决现有施工配套取土设备多采用常规单螺旋取土装置，导致工作效率低的问题。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种基于蛇形仿生结构的多螺旋环形取土装置，包括：

4、双层套管，沉入施工土壤中，并部分裸露出施工土壤，形成环形取土槽；

5、三螺旋取土组件，沿所述环形取土槽周向并排布设；

6、输送排土组件，与所述三螺旋取土组件的尾端相连接，用于输送所述三螺旋取土组件挖掘的土壤；

7、驱动组件，与所述输送排土组件转动连接，用于带动所述三螺旋取土组件与所述输送排土组件沿所述环形取土槽的周向移动；

8、存土组件，设置于所述驱动组件上，并与所述输送排土组件的出料端相配合，承接暂存挖掘排出的土壤。

9、进一步的，所述三螺旋取土组件包括：

10、第一套筒，设置于所述环形取土槽内，并靠近所述双层套管的内管外壁；

11、第一螺旋件，转动设置于所述第一套筒内，并凸出所述第一套筒的前侧；所述第一套筒的表面设置有第一电机，所述第一电机与所述第一螺旋件相连接；

12、第二套筒，设置于所述环形取土槽的内部，并位于所述第一套筒的一侧；

13、第二螺旋件，转动设置于所述第二套筒内，并凸出所述第二套筒的前侧；所述第二套筒的表面设置有第二电机，所述第二电机与所述第二螺旋件相连接；

14、第三套筒，设置于所述环形取土槽内，并靠近所述双层套管的外管内壁；

15、第三螺旋件，转动设置于所述第三套筒内，并凸出所述第三套筒的前侧，所述第三套筒的表面设置有第三电机，所述第三电机与所述第三螺旋件相连接。

16、进一步的，所述第一套筒和所述第三套筒相背的一侧均设置有管壁刮板。

17、进一步的，所述输送排土组件包括：

18、连接筒，与所述第一套筒、所述第二套筒以及所述第三套筒相连通；

19、第四螺旋件，转动设置于所述连接筒内，并与所述第一螺旋件相配合；

20、第五螺旋件，转动设置于所述连接筒内，并与所述第三螺旋件相配合；所述第四螺旋件与所述第五螺旋件同轴布置；

21、竖向输送筒，设置于所述连接筒的顶部，并与所述连接筒相连通；

22、竖向输土组件，转动设置于所述竖向输送筒与所述连接筒内，并与所述第三螺旋件以及所述第四螺旋件、所述第五螺旋件相配合；

23、驱动件，设置于所述连接筒的表面，并与所述第四螺旋件、所述第五螺旋件以及所述竖向输土组件相连接。

24、进一步的，所述竖向输土组件包括：

25、第一转动轴，转动设置于所述连接筒内；所述第一转动轴与所述第四螺旋件、所述第五螺旋件同轴连接；所述第一转动轴与所述驱动件相连接；

26、第二转动轴，转动设置于所述竖向输送筒远离所述连接筒的一端；

27、第一输送链条，套设于所述第一转动轴和所述第二转动轴上；

28、第一导向件，设置于所述竖向输送筒内；所述第一输送链条滑动设置于第一所述导向件上；

29、多个第一弧形推板，间隔设置于所述第一输送链条上；所述第一弧形推板与所述竖向输送筒相配合。

30、进一步的，所述输送排土组件还包括：

31、第一输土组件，转动设置于所述第一套筒内；所述第一输土组件的两端分别与所述第一螺旋件和所述第四螺旋件相配合；

32、第二输土组件，转动设置于所述第三套筒内；所述第二输土组件的两端分别与所述第三螺旋件和所述第五螺旋件相配合。

33、进一步的，所述第一输土组件包括：

34、第三转动轴，转动设置于所述第一套筒内；

35、第四转动轴，转动设置于所述第一套筒内；

36、第二输送链条，套设于所述第三转动轴和所述第四转动轴上；

37、第二导向件，设置于所述第一套筒内；所述第二输送链条滑动设置于第二所述导向件上；

38、多个第二弧形推板，间隔设置于所述第二输送链条上；所述第二弧形推板与所述第一套筒相配合。

39、进一步的，所述第二输土组件包括：

40、第五转动轴，转动设置于所述第三套筒内；

41、第六转动轴，转动设置于所述第三套筒内；

42、第三输送链条，套设于所述第五转动轴和所述第六转动轴上；

43、第三导向件，设置于所述第三套筒内；所述第三输送链条滑动设置于第三所述导向件上；

44、多个第三弧形推板，间隔设置于所述第三输送链条上；所述第三弧形推板与所述第三套筒相配合。

45、进一步的，其还包括：

46、支撑架体，竖向布置于施工土壤表面；

47、下压动力头，滑动设置于所述支撑架体的一侧；

48、套管嵌合下压架，与所述双层套管相配合，用于夹持所述双层套管；

49、开合式套管托盘，设置于所述支撑架体的下端。

50、一种基于上述的一种基于蛇形仿生结构的多螺旋环形取土装置的取土方法，包括：

51、将所述双层套管沉入施工土壤中，并部分裸露形成环形取土槽；

52、将所述三螺旋取土组件、所述输送排土组件、所述驱动组件以及所述存土组件放入所述环形取土槽内；

53、通过所述驱动组件转动所述输送排土组件和所述三螺旋取土组件偏转，使所述三螺旋取土组件与施工土壤的表面呈30°夹角；

54、启动所述三螺旋取土组件、所述输送排土组件以及所述驱动组件，并缓慢回正所述三螺旋取土组件与水平面平齐，所述驱动组件带动所述三螺旋取土组件与所述输送排土组件绕所述环形取土槽周向持续回转切削，并将土壤输送至存土组件内；

55、持续沿环形取土槽回转取土，直至双层套管内土体清理完毕、套管内外壁无浮土残留，完成pcc桩成模前取土工序。

56、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

57、在本发明中，采用沿环形取土槽周向并排布设的三螺旋取土组件作为掘进主体，搭配驱动组件带动取土与输土结构沿环形槽周向回转作业，结合输送排土组件与存土组件形成取土、输土、存土的一体化连续作业链路，替代传统单一螺旋叶片单向正向掘进的取土模式；有效解决了现有单螺旋取土装置单次切削土体量有限、土体剥离与排土速度慢、土层钻进清土耗时长的问题，多点同步切削大幅提升单次挖土体量，环形回转实现全域连续作业，配合定向输送排土加快土体转运效率，显著缩短pcc桩成模前的取土施工周期，加快整体施工进度。