一种预制管桩深处桩芯土清理装置

1.该发明涉及预制管桩技术领域，尤其涉及一种预制管桩深处桩芯土清理装置。


背景技术：

2.预制管桩具体为空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成，当地质条件不好导致地下地基承载力较小时，就可以使用预制管桩进行承载支撑的任务，将上面建筑物的重量通过桩基传导至下层承载力高的土层上，从而使得整个建筑物的承载力足够的高并且支撑能力足够强，在预制管桩打入地下的过程中，管桩内部的内芯可能会有地下的土壤进入，为了保证管桩放入钢筋笼提升支撑强度，就需要将预制管桩桩芯内部进入的土壤清出，从而保证建筑施工的安全稳定性。
3.现有的预制管桩桩芯土清孔装置为管桩清孔机，现在的管桩清孔机主要为把手和钻头安装在一起的结构，通过电机带动钻头转动，使得钻头能够转进桩芯内部的土壤中，需要两个人抓住把手，将钻头进行移动，进行清孔的操作，这样的机器虽然结构比较简单，但是实际使用时，由于其工作原理(钻头与预制管桩管径匹配，且土螺旋输送至地面)以及钻头设置的长度限制，管桩清孔机只能对长度较浅的管桩进行桩芯土清除，若采用人工对预制管桩深度桩芯土进行清除，不仅费时费力，且清除的效果还不理想。


技术实现要素：

4.针对上述技术的不足，本发明的目的在于提供一种预制管桩深处桩芯土清理装置，用以解决现有技术中的管桩清孔机难以清除预制管桩深处的桩芯土，以及预制管桩深处的桩芯土清除难度大的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
6.一种预制管桩深处桩芯土清理装置，包括吊装机构、掘土机构和抽吸机构；
7.所述吊装机构包括安装底板，所述安装底板上设有安装架，所述安装架上端设有第一转轴，所述第一转轴的中部设有绕线筒，所述绕线筒上缠绕设置至少两组拉索，所述安装架的一端上设有用以转动第一转轴的第一电机；
8.所述掘土机构包括与预制管桩管径匹配的吊板，两组所述拉索的一端分别对称固定于吊板上，所述吊板上设有安装座，所述安装座上设有第二电机，所述第二电机的输出端上述设有一端与之固定连接的第二转轴，所述第二转轴的另一端穿过吊板位于吊板的下方，且其上设有掘土刀；
9.所述抽吸机构包括固定设置于安装底板上的连接管，第一水泵、第一抽水管、第一排水管、旋风分离器、水箱、第二水泵、第二抽水管和第二排水管，所述第一抽水管的一端与第一水泵的进水端连通，另一端穿过吊板设置于掘土刀的上方，所述第一排水管的一端与第一水泵的出水端连通，另一端与旋风分离器的进水口连通，所述连接管的两端分别与旋风分离器的出水口以及水箱的进水口连通，所述第二抽水管的一端与水箱的出水口连通，另一端与第二水泵的进水口连通，所述第二排水管的一端与第二水泵的出水口连通，另一
端穿过吊板，位于吊板的下方，所述第一抽水管和第二排水管与预制管桩的深度相匹配。
10.本装置的工作原理为：
11.吊装机构，首先，将本装置移动至需要清理桩芯土的上方，然后第一电机转动，带动第一转轴转动，同时绕线筒上的拉索处于放线状态，然后吊板在重力作用下会向预制管桩的深处移动，清理结束时，第一电机反向旋转即可即吊板复位；
12.掘土机构，当吊板向下运动，使掘土刀与桩芯土接触时，第二电机带动第二转轴旋转，第二转轴上的掘土刀旋转切割，把桩芯土变为细小状态，同时掘土到旋转还能使土壤和水起到搅拌混合的作用；
13.抽吸机构，当掘土刀开始工作时，第二水泵通过第二排水管将水箱内的水排放至预制管桩的内部，使桩芯土在掘土刀的旋转带动下与水形成泥浆状态，当掘土刀的掘进深度达到预设值时，第一电机停止运动，此时第二电机持续旋转，同时第一水泵通过第一抽水管抽取预制管桩内形成的泥浆水，第二电机持续转动的原因是，避免泥浆沉淀，泥浆水进入旋风分离器后，其内部的大部分泥沙和杂质由于质量大，在离心力的作用下会撞击旋风分离器的内壁，从而失去动能，在重力作用下掉入下部被收集，然后其内的有少部分泥沙的水从连接管进入水箱内部进行沉淀，便于下次掘土刀掘进时使用，如此循环即可对预制管桩深处的桩芯土进行清理。
14.进一步限定，所述吊板的横截面为与预制管桩内圈相匹配的内接矩形，其有益之处在于，内接矩形与与之管桩的内壁属于点接触，即边缘与预制管桩内壁之间存在一定的间隙，因此不易被预制管桩内壁上的凸起或粘附物所阻挡。
15.进一步限定，所述吊板的四角处均设有与预制管桩内壁接触的滚轮，所述滚轮的转动方向为与之管桩的轴线方向，且滚轮与安装底板弹性连接，其有益之处在于，减小吊板在预制管桩内部的滑动阻力和降低磨损，当然滚轮的连接方式可以为弹性连接方式，即滚轮到吊板中心的距离可受压变短，失压延长，这样的好处在于，可在一定程度上增强吊板下滑时的越障能力，同时还能给吊板提供向预制管桩内壁的抵紧力，避免吊板在预制管桩内部旋转。
16.进一步限定，所述掘土刀和第一抽水管位于吊板下表面的一端之间设有若干均布的横杆，其有益之处在于，横杆可以起到搅拌棒的作用，使桩芯土和水能够充分的混合，然后被抽出，提升对桩芯土的清理能力，同时第一抽水管位于其上方的好出在于，不与横杆和掘土刀的旋转造成干涉，同时抽取稍微上部一点的泥浆水，不易和下部体积较大的桩芯土接触，即不易使第一抽水管被堵塞。
17.进一步限定，所述横杆朝向掘土刀的一表面上设有若干均布的纵杆，其有益之处在于，纵杆的设置，可以对掘土刀掘起的体积较大的桩芯土进行接触撞击，使其破碎，提升桩芯土与水的混合效果。
18.进一步限定，所述吊板的下表面上设有用以控制第二排水管排水量的液位计，所述液位计的检测点到吊板的距离等于掘土刀单次的掘土深度，其有益之处在于，液位计的设置可使注水变得自动化，注水到液位计的检测高度即可控制第二水泵停止向内部注水。
19.进一步限定，所述旋风分离器的进水口切向设置于旋风分离器的壳体上，其有益之处在于，切向设置使进入的泥浆水能更好的沿着旋风分离器的内壁做切线旋转运动，即可提升泥沙与水的分离效果。
20.进一步限定，所述旋风分离器的底部设有与旋风分离器内部连通的沉淀箱，所述沉淀箱上设有排渣结构，所述排渣机构包括设置于沉淀箱上的排渣口，所述排渣口外侧设有将排渣口封闭的端盖，所述端盖与沉淀箱可拆卸式连接，其有益之处在于，沉淀箱用于收集分离出的泥土和泥沙，排渣机构的设计便于定时或定量对其内部进行清理。
21.进一步限定，所述水箱的内部设有若干隔板，所述隔板将水箱内部分为若干个储水空间，所述连接管的端部上设有第一电控阀，所述第一电控阀将连接管的端部与各个储水空间的下部连通，且第二排水管的端部设有第二电控阀，所述第二电控阀将第二排水管的端部与各个储水空间的上部连通，其有益之处在于，旋风分离器内排出的含有少量泥沙的水，可排入储水空间中进行沉淀，即使用时，可选择使用上一次或上两次排入储水空间中进行沉淀的水，此时沉淀已经有一段时间，泥沙沉积到下部，抽取上部的水可保证排入与之管桩内的水含有极少的泥沙。
22.进一步限定，所述吊板的下表面上设有环形或矩形分布的盘管，所述盘管的表面上设有出水方向斜向下指向预制管桩内壁的若干出水孔，所述盘管的一端封闭，另一端与第二出水管连通，其有益之处在于，第二排水管内的水从盘管上的出水孔排出，即可对与之管桩的内壁进行冲洗，即可将预制管桩内壁上的土冲洗至下方便于后续的一起排出，能提升对桩芯土的清理效果，同时在预制管桩内壁上有土，使吊板不易向下滑动时，此时可使盘管注水，使吊板向下运动的同时，水流冲击预制管桩内壁，即可实现清理障碍的效果。
23.本技术方案所取得的技术效果如下：
24.(1)在第一电机、绕线筒和拉索的作用下，可控制吊板在预制管桩内下降的深度，使本装置能满足预制管桩深处的桩芯土清理；(2)旋风分离器和水箱的设置，使抽吸处的泥浆能实现泥土和水的分离，使水能够循环使用，同时还避免了随意排放污水造成的施工不便；(3)掘土机构在重力的作用下可是掘土刀与桩芯土紧密接触，实现掘土刀的向下掘进，而无需人工和机械施压；(4)横杆和纵杆的设置，利用第二转轴的旋转，实现对桩芯土和水的充分混合，同时第一抽水管的端部设置于横杆的上方，可避免抽吸到底部体积较大的土壤，可避免第一抽水管被堵塞；(5)盘管上出水孔的设置，可是第二排出管注水时对预制管桩内壁进行冲刷，保证桩芯土的清理效果，同时吊板向下运动时，还能起到对预制管桩内壁进行清障的作用；(6)水箱内部设置隔板，使其内部分为多个储水空间的设置，使旋风分离器排出的污水能充分沉淀，同时能保证第二排水管排出的水含有较少的泥沙，进一步提升对桩芯土的清理效果。
附图说明
25.图1为本装置的立体示意图；
26.图2为本装置另一个视角的立体示意图；
27.图3为本装置的侧视图示意图；
28.图4为本装置工作时的安装状态示意图；
29.图5为本装置吊板在预制管桩内的安装示意图；
30.图6为本装置中掘土机构的立体示意图；
31.图7为本装置中水箱内部隔板的设计示意图；
32.图8为本装置中滚轮与安装底板弹性连接设计方式示意图。
33.附图编号
34.安装底板1、安装架2、第一转轴3、绕线筒4、第一电机5、拉索6、吊板7、安装座8、第二电机9、第二转轴10、掘土刀11、横杆12、液位计13、旋风分离器14、沉淀箱15、第一抽水管16、第一水泵17、进水口18、连接管19、水箱20、第二水泵21、第二排水管22、盘管23、预制管桩24、纵杆25、滚轮26、第一电控阀27、第二电控阀28、储水空间29、隔板30、滑杆31、弹簧32、安装孔33。
具体实施方式
35.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
36.如图1-图8所示，一种预制管桩深处桩芯土清理装置，需要提前说明的是，应当包括控制系统，如单片机对本装置中的各个组件按照预设程序进行控制，使各个部件按照预期要求进行协调运作，结构部分具体包括吊装机构、掘土机构和抽吸机构。
37.吊装机构包括安装底板1，安装底板1上设有与预制管桩形状匹配的缺口，掘土机构设置于该缺口的正上方，同时安装底板1的底面上还设有与地面固定的固定支脚，安装底板1上设有安装架2，安装架2上端设有第一转轴3，第一转轴3的中部设有绕线筒4，绕线筒4上缠绕设置至少两组拉索6，安装架2的一端上设有用以转动第一转轴3的第一电机5。
38.掘土机构包括与预制管桩24管径匹配的吊板7，两组拉索6的一端分别对称固定于吊板7上，吊板7上设有安装座8，安装座8上设有第二电机9，第二电机9的输出端上述设有一端与之固定连接的第二转轴10，第二转轴10的另一端穿过吊板7位于吊板7的下方，且其上设有掘土刀11，掘土刀11可以为现有技术中的掏土机转轴底端设置的掘土钻头，其直径略小于预制管桩24的直径，避免损坏预制管桩24，置于预制管桩24内壁上为清除的土，可靠就绪盘管的冲洗。
39.抽吸机构包括固定设置于安装底板1上的连接管19，第一水泵17、第一抽水管16、第一排水管、旋风分离器14、水箱20、第二水泵21、第二抽水管和第二排水管22，第一抽水管16的一端与第一水泵17的进水端连通，另一端穿过吊板7设置于掘土刀11的上方，第一排水管的一端与第一水泵17的出水端连通，另一端与旋风分离器14的进水口18连通，连接管19的两端分别与旋风分离器14的出水口以及水箱20的进水口18连通，第二抽水管的一端与水箱20的出水口连通，另一端与第二水泵21的进水口18连通，第二排水管22的一端与第二水泵21的出水口连通，另一端穿过吊板7，位于吊板7的下方，第一抽水管16和第二排水管22与预制管桩24的深度相匹配，匹配的意思是说水管可缠绕放置在安装底板1上，随着吊板7的深入而释放，当然本装置中线缆的布置方式也可设置绞线盘的方式，和水管的设置方式类似。需要简单说明的使本技术方案中的旋风分离器的主体形状为上部圆柱状，起到对泥浆或污水的螺旋运动引导，下部上大下小的圆台状，直径减小使泥浆或污水的流速变快，到直径最小处，产生从下至上的旋流，将含有少量泥沙的水排出。
40.本装置的工作原理为：
41.吊装机构，首先，将本装置移动至需要清理桩芯土的上方，然后第一电机5转动，带动第一转轴3转动，同时绕线筒4上的拉索6处于放线状态，然后吊板7在重力作用下会向预制管桩24的深处移动，清理结束时，第一电机5反向旋转即可即吊板7复位；
42.掘土机构，当吊板7向下运动，使掘土刀11与桩芯土接触时，第二电机9带动第二转
轴10旋转，第二转轴10上的掘土刀11旋转切割，把桩芯土变为细小状态；需要说明的是掘土刀11靠掘土机构的自重保持与桩芯土的接触力，当然为了进一步保证二者的接触效果，可在吊板7上设置配重块。
43.抽吸机构，当掘土刀11开始工作时，第二水泵21通过第二排水管22将水箱20内的水排放至预制管桩24的内部，使桩芯土在掘土刀11的旋转带动下与水形成泥浆状态，当掘土刀11的掘进深度达到预设值时，第一电机5停止运动，此时第二电机9持续旋转，同时第一水泵17通过第一抽水管16抽取预制管桩24内形成的泥浆水，第二电机9持续转动的原因是，避免泥浆沉淀，泥浆水进入旋风分离器14后，其内部的大部分泥沙和杂质由于质量大，在离心力的作用下会撞击旋风分离器14的内壁，从而失去动能，在重力作用下掉入下部被收集，然后其内的有少部分泥沙的水从连接管19进入水箱20内部进行沉淀，便于下次掘土刀11掘进时使用，如此循环即可对预制管桩24深处的桩芯土进行清理。
44.吊板7的横截面为与预制管桩24内圈相匹配的内接多边形，优选为内接矩形，且内接矩形属于点接触，其外壁与预制管桩24内壁之间存在一定的间隙，因此不易被预制管桩24内壁上的凸起或粘附物所阻挡。
45.吊板7的四角处均设有与预制管桩24内壁接触的滚轮26，滚轮26的转动方向为与之管桩的轴线方向，减小吊板7在预制管桩24内部的滑动阻力和降低磨损，当然滚轮26的连接方式可以为弹性连接方式，即滚轮26到吊板7中心的距离可受压变短，失压延长，这样的好处在于，可在一定程度上增强吊板7下滑时的越障能力，需要说明的是，在实际设计时吊板7内接只是说吊板7和预制管桩24内壁之间的间距小，实际设计时为了便于向下移动，二者之间的间距应该适当大一点，但是设计弹性装配的滚轮26就可达到接触紧密且滑动效果好的目的，具体包括与滚轮座连接的滑杆31，滑杆31上套接弹簧32，弹簧32的一端固定于吊板7上开设的安装孔33内，另一端固定于滑杆31上，且滑杆31位于安装孔33内。
46.需要说明的是，为了避免由于掘土刀11的旋转阻力大，造成吊板7在预制管桩24内转动的问题，可采用减小掘土刀11单位时间内的进给量，或者通过采取增大吊板7转动阻力的操作，如在吊板7上对称设置推杆，推杆端部设置防滑块，如橡胶块等，当吊板出现转动迹象使，推杆伸长抵紧预制管桩24内壁，即可避免吊板转动，从而使掘土刀11转动，若桩芯土较硬，可采用地面插入钢管与吊板7可拆式连接，即对钢管上端定位，那么吊板7就不会旋转，当然一般桩芯土土质软，只采用本技术方案中的基本设计即可。
47.掘土刀11和第一抽水管16位于吊板7下表面的一端之间设有若干均布的横杆12，横杆12可以起到搅拌棒的作用，使桩芯土和水能够充分的混合，然后被抽出，提升对桩芯土的清理能力，同时第一抽水管16位于其上方的好出在于，不与横杆12和掘土刀11的旋转造成干涉，同时抽取稍微上部一点的泥浆水，不易和下部体积较大的桩芯土接触，即不易使第一抽水管16被堵塞。
48.横杆12朝向掘土刀11的一表面上设有若干均布的纵杆25，纵杆25的设置，可以对掘土刀11掘起的体积较大的桩芯土进行接触撞击，使其破碎，提升桩芯土与水的混合效果。
49.吊板7的下表面上设有用以控制第二排水管22排水量的液位计13，液位计13的检测点到吊板7的距离等于掘土刀11单次的掘土深度，液位计13的设置可使注水变得自动化，注水到液位计13的检测高度即可控制第二水泵21停止向内部注水。
50.旋风分离器14的进水口18切向设置于旋风分离器14的壳体上，切向设置使进入的
泥浆水能更好的沿着旋风分离器14的内壁做切线旋转运动，即可提升泥沙与水的分离效果。
51.旋风分离器14的底部设有与旋风分离器14内部连通的沉淀箱15，沉淀箱15上设有排渣结构，排渣机构包括设置于沉淀箱15上的排渣口，排渣口外侧设有将排渣口封闭的端盖，端盖与沉淀箱15可拆卸式连接，沉淀箱15用于收集分离出的泥土和泥沙，排渣机构的设计便于定时或定量对其内部进行清理。
52.水箱20的内部设有若干隔板30，隔板30将水箱20内部分为若干个储水空间29，连接管19的端部上设有与储水空间29数量相对应的第一电控阀27，电控阀将连接管19的端部与各个储水空间29的下部连通，且第二排水管22的端部设有第二电控阀28，第二电控阀28将第二排水管22的端部与各个储水空间29的上部连通，旋风分离器14内排出的含有少量泥沙的水，可排入储水空间29中进行沉淀，即使用时，可选择使用上一次或上两次排入储水空间29中进行沉淀的水，此时沉淀已经有一段时间，泥沙沉积到下部，抽取上部的水可保证排入与之管桩内的水含有极少的泥沙，需要说明的是第一电控阀27和第二电控阀28为多通阀。
53.吊板7的下表面上设有环形或矩形分布的盘管23，盘管23的表面上设有出水方向指向预制管桩24内壁的若干出水孔，盘管23的一端封闭，另一端与第二出水管连通，第二排水管22内的水从盘管23上的出水孔排出，即可对与之管桩的内壁进行冲洗，即可将预制管桩24内壁上的土冲洗至下方便于后续的一起排出，能提升对桩芯土的清理效果，同时在预制管桩24内壁上有土，使吊板7不易向下滑动时，此时可使盘管23注水，使吊板7向下运动的同时，水流冲击预制管桩24内壁，即可实现清理障碍的效果。
54.需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
55.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。