一种预制桩的沉桩装置的制作方法

1.本发明涉及一种沉桩装置，特别是一种预制桩的沉桩装置。


背景技术：

2.传统的预制桩都是在预制桩端部焊接尖头或平头桩尖，然后采用抱压或顶压的施工方法压入地层中，要求设备液压系统能提供不小于2倍桩基承载力值的压桩力，同时，桩机重量也不得小于桩基承载力值的2倍才能保证施工过程中桩机不被反力所顶起。
3.随着建筑规模与高度的增加，桩基承载力需求值变得越来越大，导致预制桩所需压桩力越来越大，预制桩施工设备功率不断提高，能耗也越来越高。同时，因预制桩施工设备重量要不小于桩基承载力值的2倍才能保证施工过程中桩机不被反力所顶起，因此需要在施工设备上增加金属或混凝土配重，这些配重不仅消耗资源，并且配重的增加使得设备运行能耗进一步提高，其次配重的运输与安装也比较麻烦，费时费力。
4.故，提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种实现预制桩钻入地层中的沉桩装置。
6.为了实现上述目的，本发明所设计的一种预制桩的沉桩装置，其包括：桩尖，包括圆锥体和圆柱体，且圆锥体的平面直径d1与圆柱体的直径d2的关系为d1≥d2，圆柱体自圆锥体的平面向外延伸，且两者始终保持同轴结构；在圆柱体的外侧面上设有螺旋叶片一，并沿着该圆柱体的轴线方向进行延伸，所述圆柱体的侧面上形成外螺纹段，并自背离圆锥体的侧面端部往里延伸；套管，其内径d3与预制桩的最大直径d4的关系为d3＞d4，所述套管的一侧端部与桩机的回转变速箱的输出端相传动连接，另一侧端部形成内螺纹段，并自管口口沿往里延伸，在套管的外侧面上设有螺旋叶片二，并沿着该套管的轴线方向进行延伸；其中，桩尖的部分圆柱体通过外螺纹段与内螺纹段相配合自管口旋入套管内，上述螺旋叶片一和螺旋叶片二在同一螺旋线上，且其直径在沉桩装置的钻进方向上线性减小。
7.本发明沉桩装置采用钻进式完成预制桩沉桩，作为第一步，首先在沉桩装置的钻进方向上桩尖的顶部与预制桩的底部相固定，预制桩整体衬入至套管内，桩尖的部分通过外螺纹段与套管的内螺纹段相配合自管口旋入套管内，直至两者在螺纹旋紧方向上相锁紧，套管的顶端与桩机的回转变速箱的输出端相传动连接，至此携带上预制桩的沉桩装置在桩机（钻机设备）上就安装完成了。
8.下一步，在桩机的回转变速箱的动力驱动下，因桩尖与螺旋叶片一、二的共同作用下，沉桩装置采用旋转钻进的方式可以快速便捷地进入地层中，此过程中需要控制沉桩装置在钻进过程中的旋转方向必须与前述中桩尖与套管的螺纹旋紧方向以及螺旋叶片的螺
旋线方向保持一致（例如顺时针方向），套管内的预制桩则随着进入地层，待施工至指定标高后，桩机的回转变速箱驱动套管反向旋转，套管与桩尖的连接螺纹同步地旋松，进一步分离，直至将套管旋出地层，即完成预制桩的沉桩施工，在地层中形成一个带有桩尖的预制桩。
9.一种优选，上述一种预制桩的沉桩装置，其结构中所述套管上形成注浆通道，且该注浆通道的注浆口与出浆口均形成在套管的外侧面上。
10.考虑到沉桩装置在土层中钻进时，螺旋叶片一、二会切割，并进一步搅碎周围土层，因此本优选技术方案中在套管上形成注浆通道，水泥浆通过注浆通道引至前述中被螺旋叶片一、二切割，并进一步搅碎的周围土层中，待预制桩沉桩施工完毕后，该部分水泥浆和土块混合物会固化，最终与预制桩结合成一体，从而进一步提升预制桩的承载抗拔力，即提升预制桩的承载抗拔性能。
11.一种优选，上述一种预制桩的沉桩装置，其结构中所述圆锥体的平面直径d1与圆柱体的直径d2的关系为d1＞d2；上述套管的外侧面上的螺旋叶片二邻近桩尖设置。
12.本优选技术方案中在沉桩装置的钻进方向上，桩尖底部的直径要大于顶部的直径，因此一旦如前述中一个底部带有桩尖的预制桩在土层中完成沉桩施工后，因上方土层的施压作用力，该预制桩的抗拔力会明显得到进一步的提升，有利于提升预制桩的抗拔稳定性。同时，本优选技术方案中套管上的螺旋叶片二邻近桩尖设置，这有利于沉桩装置的底部能够快速及稳定地钻进土层中，而一旦在钻进方向上前期的土层被切割搅碎，且部分螺旋桨叶进入土层中，从而会使得整个沉桩装置能够快速便捷的沉入土层中，有利于提升施工效率。
13.一种优选，上述一种预制桩的沉桩装置，其结构中上述圆柱体为壳体结构，其包括筒体以及密封该筒体两侧端部的端板，其中一侧端板与圆锥体的平面相焊接；外螺纹段与螺旋叶片一均分布于筒体的外侧面上。
14.本发明沉桩装置采用本优选技术方案的结构设计，能够进一步的减轻装置的自身重量，以方便运输与安装，并降低运输与安装中的能耗。
15.与现有技术相比较，本发明得到的一种预制桩的沉桩装置，其具备以下的优点：1）改变了传统预制桩抱压或顶压入地层中的施工方法，采用钻入式施工方法，同等预制桩的承载力条件下其沉桩动力仅为压入式施工方法的1/7左右。
16.2）对施工设备没有配重需求，采用常规的桩机（钻机设备）即可施工。
17.3）在同等桩长桩径的条件下，由于桩尖存在外扩的螺旋叶片，增大了桩基在竖直方向上与地层的接触面，其抗压承载力与抗拔承载力均大幅得到提升。
附图说明
18.图1是一种沉桩装置的结构示意图；图2是一种沉桩装置的使用状态示意图一；图3是一种沉桩装置的使用状态示意图二；图4是一种桩尖的圆柱体的结构示意图；图5是另一种桩尖的圆柱体的结构示意图；图6是一种套管的剖面结构示意图。
19.图中：桩尖1、圆锥体1-1、圆柱体1-2、筒体1-2-1、端板1-2-2、外螺纹段1-3、环形台阶面1-4、螺旋叶片一2、套管3、内螺纹段3-1、注浆通道3-2、注浆口3-3、出浆口3-4、回转变速箱4、螺旋叶片二5、预制桩6。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.如图1所示，作为本发明的一种实施方式，本实施例中提供的一种预制桩的沉桩装置，其包括：桩尖1，包括圆锥体1-1和圆柱体1-2，且圆锥体1-1的平面直径d1与圆柱体1-2的直径d2相一致，圆柱体1-2自圆锥体1-1的平面向外延伸，且两者始终保持同轴结构；在圆柱体1-2的外侧面上设有螺旋叶片一2，并沿着该圆柱体1-2的轴线方向进行延伸，所述圆柱体1-2的侧面上形成外螺纹段1-3，并自背离圆锥体1-1的侧面端部往里延伸。
22.套管3，其内径d3与预制桩6的最大直径d4的关系为d3＞d4，所述套管3的一侧端部与桩机的回转变速箱4的输出端相传动连接，另一侧端部形成内螺纹段3-1，并自管口口沿往里延伸，在套管3的外侧面上设有螺旋叶片二5，并沿着该套管3的轴线方向进行延伸。上述套管3的外侧面上的螺旋叶片二5邻近桩尖1设置，这有利于沉桩装置的底部能够快速及稳定地钻进土层中，而一旦在钻进方向上前期的土层被切割搅碎，且部分螺旋桨叶进入土层中，从而会使得整个沉桩装置能够快速便捷的沉入土层中，有利于提升施工效率。
23.其中，桩尖1的部分圆柱体1-2通过外螺纹段1-3与内螺纹段3-1相配合自管口旋入套管3内，上述螺旋叶片一2和螺旋叶片二5在同一螺旋线上，且其直径在沉桩装置的钻进方向上线性减小。
24.本发明沉桩装置采用钻进式完成预制桩6沉桩，作为第一步，如图2所示，首先在沉桩装置的钻进方向上桩尖1的顶部与预制桩6的底部相固定，一般采用焊接或铆接等机械固定方式，预制桩6整体衬入至套管3内，如图3所示，桩尖1的部分通过外螺纹段1-3与套管3的内螺纹段3-1相配合自管口旋入套管3内，直至两者在螺纹旋紧方向上相锁紧，套管3的顶端与桩机的回转变速箱4的输出端相传动连接，至此携带上预制桩6的沉桩装置在桩机上就安装完成了。
25.下一步，在桩机的回转变速箱4的动力驱动下，因桩尖1与螺旋叶片一2、二5的共同作用下，沉桩装置采用旋转钻进的方式可以快速便捷地进入地层中，此过程中需要控制沉桩装置在钻进过程中的旋转方向必须与前述中桩尖1与套管3的螺纹旋紧方向以及螺旋叶片的螺旋线方向保持一致（例如顺时针方向），套管3内的预制桩6则随着进入地层，待施工至指定标高后，桩机的回转变速箱4驱动套管3反向旋转，套管3与桩尖1的连接螺纹同步地旋松，进一步分离，直至将套管3旋出地层，即完成预制桩6的沉桩施工，在地层中形成一个带有桩尖1的预制桩6。
26.上述第一种实施方案中整个沉桩装置的材质优选择钢质。当然在强度、刚度以及硬度均满足预制桩6钻进式沉桩施工要求的前提下，整个沉桩装置的材质也可以选择铁质。
27.上述第一种实施方式中桩尖1的圆锥体1-1部分和圆柱体1-2部分均采用实体结构，能够最大程度上保证沉桩装置的头部在钻进土层时不变形。当然根据实际使用情况，前述中桩尖1的圆柱体1-2部分亦可以采用壳体结构，例如作为本发明的第二种实施方案中提供一种预制桩的沉桩装置，如图4所示，其结构中所述圆柱体1-2为壳体结构，以进一步的减轻装置的自身重量，以方便运输与安装，并降低运输与安装中的能耗。其包括筒体1-2-1以及密封该筒体1-2-1两侧端部的端板1-2-2，其中一侧端板1-2-2与圆锥体1-1的平面相焊接；外螺纹段1-3与螺旋叶片一2均分布于筒体1-2-1的外侧面上。
28.上述第一种实施方式中桩尖1采用了等直径的设计。同样，根据实际使用情况，前述中圆锥体1-1的平面直径d1与圆柱体1-2的直径d2的关系也可以是d1＞d2，即在沉桩装置的钻进方向上，桩尖1的底部直接要大于桩尖1的顶部直接，桩尖1的圆锥体1-1部分与圆柱体1-2部分的连接处会形成一个环形台阶面1-4，例如作为本发明的第三种实施方式中提供一种预制桩的沉桩装置，如图5所示，其结构中所述桩尖1的圆锥体1-1部分与圆柱体1-2部分采用变径的设计，在两者的连接处形成了一个环形台阶面1-4，这样一旦如前述中一个底部带有桩尖1的预制桩6在土层中完成沉桩施工后，因上方土层的施压作用力，该预制桩6的抗拔力会明显得到进一步的提升，有利于提升预制桩6的抗拔稳定性。
29.考虑到本发明沉桩装置在土层中钻进时，螺旋叶片一2、二5会切割，并进一步搅碎周围土层，因此作为本发明的第四种实施方式，本实施例提供一种预制桩的沉桩装置，如图6所示，其结构中所述套管3上形成注浆通道3-2，且该注浆通道3-2的注浆口3-3与出浆口3-4均形成在套管3的外侧面上。
30.上述中在套管3上形成注浆通道3-2，水泥浆通过注浆通道3-2引至前述中被螺旋叶片一2、二5切割，并进一步搅碎的周围土层中，待预制桩6沉桩施工完毕后，该部分水泥浆和土块混合物会固化，最终与预制桩6结合成一体，从而进一步提升预制桩6的承载抗拔力，即提升预制桩6的承载抗拔性能。
31.本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。