大尺寸预制构件地下施工装置、组合体和施工方法

摘要

本发明公开了一种大尺寸预制构件地下施工装置、组合体和施工方法，该施工装置包括定位架、设置在所述定位架下方并与预制构件侧壁对应的多个搅拌头，所述搅拌头分别通过其上方的托架与定位架连接，并能相对于定位架水平移动或翻转，在预制构件下沉施工时，搅拌头设置在预制构件底端截面的下方，在下沉施工结束后，搅拌头能够通过翻转或水平向的平移，转移到预制构件的空腔中。本发明省去承台，从而节约成本，降低造价，加快工程进度，质量更加保证。

说明书

技术领域

本发明属于土木建筑工程领域，涉及一种大尺寸预制构件地下施工装置、组合体和施工方法。

背景技术

目前在大直径桩基工程中，常用的方法有：钻孔灌注桩、以及预应力管桩，预应力管桩的直径一般不大于800mm，钻孔灌注桩的直径一般不大于2000mm，这些桩径的单桩承载力不能满足工程的设计要求时，往往采用多桩加承台的办法来解决，这种做法在一般的建筑工程中能够满足工程需要。但是在海洋和大江工程中就存在一些问题，因为小直径桩在海洋的巨大力量面前显得比较脆弱，容易损坏，且水下的承台难以施工，因此往往希望尽量施工大直径的桩，做到一柱一桩，可是目前还没有办法施工特大尺寸（例如10米直径）的桩，本发明不仅可以施工特大尺寸的桩，而且桩体是采用了预制构件的方法，国内外没有这方面的先例，从而填补在这方面的技术空白。

发明内容

技术问题：本发明提供一种省去承台，从而节约成本，降低造价，加快工程进度，质量更加保证的大尺寸预制构件地下施工装置，同时提供一种大尺寸预制构件地下施工组合体和施工方法。

技术方案：本发明的大尺寸预制构件地下施工装置，包括定位架、设置在所述定位架下方并与预制构件侧壁对应的多个搅拌头，所述搅拌头分别通过其上方的托架与定位架连接，并能相对于定位架水平移动或翻转，在预制构件下沉施工时，搅拌头设置在预制构件底端截面的下方，在下沉施工结束后，搅拌头能够通过翻转或水平向的平移，转移到预制构件的空腔中。

进一步的，本发明的施工装置中，所述搅拌头包括支架、设置在所述支架上的动力装置、支重轮、由所述动力装置驱动的链条，所述链条外侧设置有搅拌齿头，内侧与支重轮连接安装。

进一步的，本发明的施工装置中，所述托架上设置有水平导轨、驱动装置和锁定装置，所述搅拌头安装在水平导轨上，能在驱动装置驱动下水平移动，并由锁定装置锁紧定位。

进一步的，本发明的施工装置中，所述托架与定位架上的支点铰接，能在所述定位架上设置的翻转机构的作用下连同搅拌头一起翻转，并由锁定装置锁紧定位。

进一步的，本发明的施工装置中，对应的预制构件断面为圆形或多边形，搅拌头在预制构件底端截面的下方呈高低交错分布。

进一步的，本发明的施工装置中，对应的预制构件断面为四边形，所述搅拌头包括翻转搅拌头和平移翻转搅拌头，所述翻转搅拌头设置在预制构件管壁内侧边缘处，能相对于定位架翻转，所述平移翻转搅拌头设置在预制构件侧壁的四个角部断面的下侧，能相对于定位架平移和翻转。部分所述翻转搅拌头还与定位架上设置的提升机构连接，具备在预制构件侧壁内提升的功能，以便为后续平移至侧壁内的平移翻转搅拌头腾出翻转位置。

本发明的大尺寸预制构件地下施工组合体，包括预制构件和上述的大尺寸预制构件地下施工装置，二者安装组合为一体，所述搅拌头能在预制构件内侧和断面下方之间移动或者翻转。

进一步的，本发明的施工组合体中，翻转搅拌头设置在预制构件侧壁内侧边缘处，所述平移翻转搅拌头设置在预制构件侧壁的四个角部断面的下侧，在平移翻转搅拌头平移方向上布置的搅拌头与定位架上安装的提升机构连接，具备在预制构件侧壁内提升的功能。

本发明的大尺寸预制构件地下施工方法，包括以下步骤：

1）将上述的大尺寸预制构件地下施工装置吊入地下预制构件的空腔中，然后将施工装置定位架与预制构件定位卡死；

2）将预制构件和施工装置组装而成的施工组合体放置在施工工位上，水平移动或翻转搅拌头，使其分别位于预制构件侧壁断面下侧并覆盖整个断面，然后定位锁死；

3）通过注水管向搅拌头处供水，启动搅拌头，进行下沉工作，预制构件下部的搅拌土体与水混合搅拌成为泥浆或泥糊，预制构件随即下沉，待下沉到位后，将其临时固定；

4）吊装后续预制构件至上一节下沉到位的预制构件的上方，将二者拼装为一体，然后拆除临时固定，按照所述步骤3）的方法继续下沉工作；反复多次拼装后续预制构件并下沉，直至预制构件下沉达到设计要求的深度；

5）将搅拌头依次水平移动或翻转至预制构件侧壁内侧的空腔中，然后将定位架与预制构件解锁，并通过钢丝绳将整个施工装置从预制构件的空腔内取出；

6）用喷射或注浆法将预制构件下部搅松的土体进行置换加固。

本发明装置主要用来施工特大尺寸地下桩基工程，特别适用于海洋工程和大江中的工程，例如以前在海洋中建造一个风力发电机，需要十几根桩，采用本方法只要一根桩即可，而且还省去了承台。本发明是采用多部链搅机，联合施工，将预制构件送入地下，将本发明用于一般建筑工程时，可以做到一柱一桩，省去承台，从而节约成本，降低造价，加快工程进度，采用预制构件，质量更加保证。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明首次采用多个搅拌头在地下作业来完成特大预制构件的沉桩工作，解决了原有施工机械无法进行特大构件的下沉作业问题，为海洋和大江工程提供了一种新的选择。

2、本发明首次将竖向构件与施工机械合二为一，即预制中空构件兼做了施工机械中的钻杆作用，预制构件承担着安装在下部的搅拌头与地面之间的连接作用，不仅省去了钢制钻杆，而且省去了一般的钻孔后竖向构件的安装过程。

3、本发明采用预制构件，与目前的现浇方法相比，预制构件可以做成空心方形、环形、多边形等多种截面形式；预制构件在工厂生产，生产效率高，质量可靠。

4、搅拌头与预制构件连为一体，预制构件随着搅拌头的搅拌下沉而下沉，施工过程中不会引起塌孔和缩径，不会引起施工过程的地面。

附图说明

图1为本发明的圆形或多边形大尺寸预制构件的搅拌头布置立体示意图。

图2为本发明的圆形或多边形大尺寸预制构件及搅拌头布置俯视示意图。

图3为图2的1-1剖面示意图。

图4为预制构件展开后的示意图。

图5为单个搅拌头在工作状态时的剖面示意图。

图6为单个搅拌头翻转90度后在回收状态时的剖面示意图。

图7为本发明的方形大尺寸预制构件及搅拌头布置俯视示意图。

图8为搅拌头在工作状态时，即图7的2-2剖面示意图。

图9为搅拌头停止工作，且中间两个翻转搅拌头翻转后的示意图。

图10为将图9中的中间两个翻转搅拌头向上提升后的示意图。

图11为将图10中的两边两个平移搅拌头向中间平移后的示意图。

图12为将图11中的两边两个平移搅拌头翻转后的示意图。

图13为将图12的剖面示意图。

图中有：定位架1、翻转搅拌头2、平移翻转搅拌头3、提升机构4、翻转机构5、供水管6、预制构件7、钢丝绳8、支架9、动力装置10、支重轮11、链条12、搅拌齿头13、水平导轨31。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明的的技术方案做进一步详细说明。

本发明的大尺寸预制构件地下施工装置，包括定位架1、设置在所述定位架1下方并与预制构件7侧壁对应的多个搅拌头，所述搅拌头分别通过其上方的托架与定位架1连接，并能相对于定位架1水平移动或翻转，在预制构件7下沉施工时，搅拌头设置在预制构件7底端截面的下方，在下沉施工结束后，搅拌头能够通过翻转或水平向的平移，转移到预制构件7的空腔中。搅拌头包括支架9、设置在所述支架9上的动力装置10、支重轮11、由所述动力装置10驱动的链条12，所述链条12外侧设置有搅拌齿头13，内侧与支重轮11连接安装。托架上设置有水平导轨31、驱动装置和锁定装置，所述搅拌头安装在水平导轨31上，能在驱动装置驱动下水平移动，并由锁定装置锁紧定位。

本发明装置的一种实施例中，托架与定位架1上的支点铰接，能在所述定位架1上设置的翻转机构5的作用下连同搅拌头一起翻转，并由锁定装置锁紧定位。

一种实施例中，装置对应的预制构件7断面为圆形或多边形，搅拌头在预制构件7底端截面的下方呈高低交错分布。

一种实施例中，装置对应的预制构件7断面为四边形，所述搅拌头包括翻转搅拌头2和平移翻转搅拌头3，所述翻转搅拌头2设置在预制构件7管壁内侧边缘处，能相对于定位架1翻转，所述平移翻转搅拌头3设置在预制构件7侧壁的四个角部断面的下侧，能相对于定位架1平移和翻转。部分所述翻转搅拌头2还与定位架1上设置的提升机构4连接，具备在预制构件7侧壁内提升的功能，以便为后续平移至侧壁内的平移翻转搅拌头3腾出翻转位置。

本发明的大尺寸预制构件地下施工组合体，包括预制构件7和上述的大尺寸预制构件地下施工装置，二者安装组合为一体，所述搅拌头能在预制构件7内侧和断面下方之间移动或者翻转。翻转搅拌头2设置在预制构件7侧壁内侧边缘处，所述平移翻转搅拌头3设置在预制构件7侧壁的四个角部断面的下侧，在平移翻转搅拌头3平移方向上布置的搅拌头与定位架1上安装的提升机构4连接，具备在预制构件7侧壁内提升的功能。

本发明的一种实施例中，对应的地下预制构件断面为四边形，所述多个搅拌头包括两个第一搅拌头和至少一组第二搅拌头，所述的两个第一搅拌头正对设置，每个第一搅拌头的长度小于其对应安装的地下预制构件侧壁的内侧长度，一组第二搅拌头由多个第二搅拌头直线排列组成，沿与第一搅拌头垂直方向设置，一组第二搅拌头的长度之和与其对应安装的地下预制构件侧壁的外侧长度相当，所述搅拌头分别通过其上方的托架与定位架1连接，能在地下地下预制构件底端截面下方和构件内侧之间移动定位并提升至定位架1上方。

本发明的大尺寸预制构件地下施工方法，包括以下步骤：

1）将上述的大尺寸预制构件地下施工装置吊入地下预制构件的空腔中，然后将施工装置定位架1与预制构件7定位卡死；

2）将预制构件7和施工装置组装而成的施工组合体放置在施工工位上，水平移动或翻转搅拌头，使其分别位于预制构件7侧壁断面下侧并覆盖整个断面，然后定位锁死；

3）通过注水管向搅拌头处供水，启动搅拌头，进行下沉工作，预制构件7下部的搅拌土体与水混合搅拌成为泥浆或泥糊，预制构件7随即下沉，待下沉到位后，将其临时固定；

4）吊装后续预制构件7至上一节下沉到位的预制构件7的上方，将二者拼装为一体，然后拆除临时固定，按照所述步骤3）的方法继续下沉工作；反复多次拼装后续预制构件7并下沉，直至预制构件7下沉达到设计要求的深度；

5）将搅拌头依次水平移动或翻转至预制构件7侧壁内侧的空腔中，然后将定位架1与预制构件7解锁，并通过钢丝绳8将整个施工装置从预制构件7的空腔内取出；

6）用喷射或注浆法将预制构件7下部搅松的土体进行置换加固。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。