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用于桩底沉渣清理的清渣机及其工作方法
申请号	CN201610179878.5	申请日	2016-03-25	公开(公告)号	CN105821881A	公开(公告)日	2016-08-03
申请人	山东大学;			发明人	张乾青; 张健; 李利平; 刘善伟; 谭英华; 袁永才; 成帅; 柳尚;
摘要	本发明公开了一种用于桩底沉渣清理的清渣机及其工作方法，包括清渣装置和控制所述清渣装置工作的主控器，所述清渣装置包括外罩，所述外罩内设有吸取沉渣的吸渣管，所述吸渣管的底端伸出所述外罩从而将桩底的沉渣吸入所述外罩内；在所述外罩和所述吸渣管之间设置有至少一层沉渣滤网，所述沉渣滤网所处位置的高度低于吸渣管出口，在所述外罩的底面上设有出水孔以排出经所述沉渣滤网流下的返回泥浆；所述外罩内侧面的上部设有沉渣量传感器，所述沉渣量传感器与所述主控器相连。本发明不存在泥浆置换，无需灌注泥浆，自动化程度高、操作性强，提高了清渣效率和效果，避免泥浆置换导致的塌孔风险和大量使用泥浆污染环境的问题。
权利要求	1.用于桩底沉渣清理的清渣机，其特征是，包括清渣装置和控制所述清渣装置工作的主控器，所述清渣装置包括外罩，所述外罩内设有吸取沉渣的吸渣管，所述吸渣管的底端伸出所述外罩从而将桩底的沉渣吸入所述外罩内；在所述外罩和所述吸渣管之间设置有至少一层沉渣滤网，所述沉渣滤网所处位置的高度低于吸渣管出口，在所述外罩的底面上设有出水孔以排出经所述沉渣滤网流下的返回泥浆；所述外罩内侧面的上部设有沉渣量传感器，所述沉渣量传感器与所述主控器相连。 2.根据权利要求1所述的用于桩底沉渣清理的清渣机，其特征是，所述清渣装置的外罩的下方设有自行走装置，所述自行走装置由行走驱动电机驱动，所述行走驱动电机由所述主控器控制，所述外罩的底部设有万向盘实现遇障碍自动转向。 3.根据权利要求1所述的用于桩底沉渣清理的清渣机，其特征是，所述清渣装置的底面上围绕吸渣管入口设有刷头，所述刷头绕各自的轴线旋转以将沉渣扫向吸渣管入口处。 4.根据权利要求2所述的用于桩底沉渣清理的清渣机，其特征是，还包括支架，在所述支架上设有带动所述清渣装置纵向移动的升降装置，所述升降装置由所述主控器控制。 5.根据权利要求4所述的用于桩底沉渣清理的清渣机，其特征是，在所述支架上还设有带动所述清渣装置横向移动的水平移动装置，所述水平移动装置由所述主控器控制。 6.根据权利要求1所述的用于桩底沉渣清理的清渣机，其特征是，所述吸渣管的吸渣管入口呈喇叭状。 7.根据权利要求1所述的用于桩底沉渣清理的清渣机，其特征是，所述的沉渣滤网在纵向上分布有多层，所述沉渣滤网网孔的直径从上到下依次减小。 8.根据权利要求1所述的用于桩底沉渣清理的清渣机，其特征是，所述的主控器内设有自动控制系统和手动控制系统。 9.一种如权利要求5所述的用于桩底沉渣清理的清渣机的工作方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1)：将支架固定安装在钻孔灌注桩孔口的地面上；步骤2)：通过升降装置将清渣装置降至桩底；步骤3)：清渣装置在桩底行走并吸取沉渣；步骤4)：当清渣装置内的沉渣累积到设定数量时触动沉渣量传感器，沉渣量传感器向主控器发送信号，主控器向清渣装置发送停止工作的指令；步骤5)：通过升降装置将清渣装置提升至孔口；步骤6)：通过水平移动装置将清渣装置平移至孔口一侧的既定位置；步骤7)：打开清渣装置，清理内部沉渣；步骤8)：重复步骤2)～步骤7)，直至桩底沉渣清理完毕。 10.根据权利要求9所述的工作方法，其特征是，所述步骤3)的具体工作过程为：所述清渣装置在行走驱动电机的驱动下在桩底行走，当遇到孔壁时利用万向盘自动转向，所述吸渣管将桩底的沉渣和泥浆吸入清渣装置的外罩内，吸入的沉渣和泥浆经沉渣滤网过滤后，沉渣颗粒被留在沉渣滤网上，泥浆通过出水孔返回桩底。
说明书全文	用于桩底沉渣清理的清渣机及其工作方法技术领域 [0001] 本发明涉及岩土工程里的桩底沉渣清理技术领域，具体地说是一种用于桩底沉渣清理的清渣机及其工作方法，尤其适用于钻孔灌注桩桩底沉渣清理。背景技术 [0002] 钻孔灌注桩是现阶段广泛使用的主要基础形式之一，它具有承载力高、沉降小、制作灵活方便和适用条件广泛等优点，被广泛应用于建筑工程、桥梁工程的基础。但在桩基进行施工过程中，受施工工艺和施工质量限制，在终孔前及混凝土灌注前，桩底往往会形成一定厚度、性质相对较弱的沉渣。尤其超长灌注桩桩底沉渣有效控制难度较大，许多工程桩(尤其桩身穿越砂层、砾卵石、含砂砾粉土层时由于砂砾沉淀等)桩底不可避免残余有一定厚度的沉渣。过厚的桩底沉渣将在桩底形成一层松软层，从而降低桩承载力，增加桩顶沉降。由于桩底沉渣不易控制，桩底沉渣过厚导致桩的承载力不足的工程实例很多，造成不必要的经济损失。 [0003] 目前常用的清渣方法有抽浆法、换浆法、掏渣法、喷射法等，抽浆法清孔比较彻底，但是容易造成塌孔；换浆法是采用泥浆泵，通过钻杆以中速向孔底压入相对密度1.15左右,含砂率＜4％的泥浆，把孔内含沉渣多的泥浆替换出来，换浆法不易塌孔，但缺点较多，首先，若有较大泥团掉入孔底很难清除，清渣不彻底；再有就是相对密度小的泥浆是从孔底流入孔中，轻重泥浆在孔内会产生对流运动，要花费很长时间才能降低孔内泥浆相对密度，清孔所花时间太长，效率很低；掏渣法的操作步骤十分复杂，也存在效率低、环保性差等缺点；喷射法是在灌注混凝土前，对孔底进行高压射水或射风数分钟，使沉淀物飘浮后，立即灌注水下混凝土，该法在操作中钻孔工作完毕，由于拆卸钻杆、钻头、下钢筋骨架及导管等工序，沉淀厚度可能会增大，导管无法插到底，故也存在清渣不彻底、环保性差的缺点。 [0004] 综上所述，现有的清渣方法和设备会造成清渣不彻底、效率低、易塌孔和环保性差等缺点。所以，桩底沉渣的清理问题，一直是施工人员较为棘手的问题。发明内容 [0005] 本发明的目的在于针对传统方法对桩底沉渣清理时的缺陷，提供一种用于桩底沉渣清理的清渣机及其工作方法，提高桩底沉渣的清理效果和效率。 [0006] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括：用于桩底沉渣清理的清渣机，包括清渣装置和控制所述清渣装置工作的主控器，所述清渣装置包括外罩，所述外罩内设有吸取沉渣的吸渣管，所述吸渣管的底端伸出所述外罩从而将桩底的沉渣吸入所述外罩内；在所述外罩和所述吸渣管之间设置有至少一层沉渣滤网，所述沉渣滤网所处位置的高度低于吸渣管出口，在所述外罩的底面上设有出水孔以排出经所述沉渣滤网流下的返回泥浆；所述外罩内侧面的上部设有沉渣量传感器，所述沉渣量传感器与所述主控器相连。 [0007] 吸渣管上设有吸渣泵或者抽风机提供吸渣的动力，清渣机采用配电箱作为电源，清渣装置与配电箱以及主控器之间通过浮水电缆电性连接，浮水电缆包括电源电缆和控制信息传输电缆，清渣装置与配电箱之间通过电源电缆相连接，清渣装置与主控器之间通过控制信息传输电缆相连接，要保证浮水电缆的绝缘和密封，从而保证清渣装置水下工作的安全。 [0008] 为了实现清渣装置在桩底的自动行走，提高清渣效果和效率，进一步的技术方案为：所述清渣装置的外罩的下方设有自行走装置，所述自行走装置由行走驱动电机驱动，所述行走驱动电机由所述主控器控制，所述外罩的底部设有万向盘实现遇障碍自动转向。自行走装置的行走轮外侧设有履带，强度高、地面附着力强、使用寿命长。 [0009] 为提高清渣效率，进一步的技术方案为：所述清渣装置的底面上围绕吸渣管入口设有刷头，所述刷头绕各自的轴线旋转以将沉渣扫向吸渣管入口处。刷头可以刷到桩底的任何部位，将桩底的沉渣扫向吸渣管入口，经扰动的沉渣经吸渣管上的吸渣泵或者抽风机吸入。 [0010] 为实现清渣装置的自动升降，进一步的技术方案为：还包括支架，在所述支架上设有带动所述清渣装置纵向移动的升降装置，所述升降装置由所述主控器控制。优选的，升降装置采用电动机进行驱动，电动机的输出轴和清渣装置之间连接有提升用的钢绞线，电动机正转或者反转实现清渣装置的上升或者下降。 [0011] 为实现清渣装置提升到地面之后自动移动到既定位置，进一步的技术方案为：在所述支架上还设有带动所述清渣装置横向移动的水平移动装置，所述水平移动装置由所述主控器控制。水平移动装置可采用滚珠丝杠副、电缸、气缸或者液压缸等。 [0012] 进一步的技术方案为：所述吸渣管的吸渣管入口呈喇叭状。吸渣管底端的吸渣管入口向外扩散形成喇叭状，可以提高清渣效率。 [0013] 进一步的技术方案为：所述的沉渣滤网在纵向上分布有多层，所述沉渣滤网网孔的直径从上到下依次减小。将沉渣滤网设置为网孔直径不同的多层，可以滤出不同粒径的沉渣颗粒，不仅使得过滤效果更好，而且减轻每一层沉渣滤网的压力，延长其使用寿命。 [0014] 进一步的技术方案为：所述的主控器内设有自动控制系统和手动控制系统。对于自动控制系统来说，工作人员事先在主控器内存储控制程序，清渣装置的升降速度、行进速度，吸渣速度等均按照事先设定的进行；对于手动控制系统来说，可通过按键调整清渣装置的升降速度、行进速度，吸渣速度等。 [0015] 本发明解决其技术问题的技术方案还包括：用于桩底沉渣清理的清渣机的工作方法，包括以下步骤： [0016] 步骤1)：将支架固定安装在钻孔灌注桩孔口的地面上； [0017] 步骤2)：通过升降装置将清渣装置降至桩底，下降时应保证下降过程的平稳； [0018] 步骤3)：清渣装置在桩底行走并吸取沉渣； [0019] 步骤4)：当清渣装置内的沉渣累积到设定数量时触动沉渣量传感器，沉渣量传感器向主控器发送信号，主控器向清渣装置发送停止工作的指令； [0020] 步骤5)：通过升降装置将清渣装置提升至孔口，提升时应保证提升过程的平稳； [0021] 步骤6)：通过水平移动装置将清渣装置平移至孔口一侧的既定位置； [0022] 步骤7)：打开清渣装置，清理内部沉渣； [0023] 步骤8)：重复步骤2)～步骤7)，直至桩底沉渣清理完毕。 [0024] 进一步的技术方案为：所述步骤3)的具体工作过程为：所述清渣装置在行走驱动电机的驱动下在桩底行走，当遇到孔壁时利用万向盘自动转向，所述吸渣管将桩底的沉渣和泥浆吸入清渣装置的外罩内，吸入的沉渣和泥浆经沉渣滤网过滤后，沉渣颗粒被留在沉渣滤网上，泥浆通过出水孔返回桩底。 [0025] 本发明的有益效果是： [0026] 1.设有清渣装置进入桩底进行清渣，清渣彻底。 [0027] 2.通过吸渣管吸渣的方式进行清渣，不存在泥浆置换，避免了清渣过程中因泥浆置换导致的塌孔风险。 [0028] 3.无需灌注泥浆，克服了传统方法中大量使用泥浆污染环境的问题。 [0029] 4.通过吸渣管吸渣的方式进行清渣，清渣效率高，沉渣和泥浆的混合物经吸渣管吸入后落到沉渣滤网上，经过沉渣滤网的过滤，沉渣被留在滤网上，泥浆经出水孔重新回到桩底，由于返回的泥浆具有一定的压力，对桩底的沉渣冲击扰动，可以提高清渣效率。此外，在清渣装置的底部设置刷头扰动桩底的沉渣并将桩底沉渣扫向吸渣管，且吸渣管入口设为喇叭状，能够进一步的提高清渣效率。 [0030] 5.不受桩径、施工方法、地层的影响，适应范围广；设置沉渣量传感器，自动化程度高，工作效率高。 [0031] 6.本发明的工作方法步骤简单、操作性强，改善了传统方法中清渣效率低的问题，克服了其他清渣方法清渣不彻底的问题，避免了泥浆置换导致的塌孔风险和大量使用泥浆污染环境的问题。附图说明 [0032] 图1为本发明实施例的清渣机的结构示意图； [0033] 图2为图1中清渣装置的结构示意图。 [0034] 图中：1清渣装置，2履带，3吸渣管入口，4浮水电缆，5钢绞线，6主控器，7电动机，8配电箱，9支架，10连接电缆，11吸渣泵，12行走驱动电机，13沉渣滤网，14吸渣管，15外罩，16万向盘，17沉渣量传感器,18出水孔，19桩底沉渣，20泥浆。具体实施方式 [0035] 下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述： [0036] 如图1所示。用于桩底沉渣清理的清渣机，包括清渣装置1、主控器6、支架9、配电箱8、升降装置、水平移动装置、浮水电缆4等。 [0037] 清渣装置1的结构如图2所示，清渣装置包括外罩15，所述外罩15内设有吸取沉渣的吸渣管14，所述吸渣管14的底端伸出所述外罩15从而将桩底的沉渣吸入所述外罩15内，吸渣管14底端的吸渣管入口3向外扩散呈喇叭状；在所述外罩15和所述吸渣管14之间设置有至少三层沉渣滤网13，所述沉渣滤网13网孔的直径从上到下依次减小，所述沉渣滤网13所处位置的高度低于吸渣管出口，在所述外罩15的底面上设有出水孔18以排出经所述沉渣滤网13流下的返回泥浆；所述外罩15内侧面的上部设有沉渣量传感器17，所述沉渣量传感17器与所述主控器6相连。 [0038] 吸渣管14上设有吸渣泵11提供吸渣的动力，清渣机采用配电箱8作为电源，清渣装置1与配电箱8以及主控器6之间通过浮水电缆4电性连接，浮水电缆4包括电源电缆和控制信息传输电缆，清渣装置1与配电箱8之间通过电源电缆相连接，清渣装置1与主控器6之间通过控制信息传输电缆相连接，要保证浮水电缆4的绝缘和密封，从而保证清渣装置1水下工作的安全。 [0039] 为了实现清渣装置1在桩底的自动行走，提高清渣效果和效率，所述清渣装置1的外罩15的下方设有自行走装置，所述自行走装置由行走驱动电机12驱动，所述行走驱动电机12由所述主控器6控制，所述外罩15的底部设有万向盘16实现遇障碍自动转向。自行走装置的行走轮外侧设有履带2，强度高、地面附着力强、使用寿命长，所述的万向盘16可参考目前儿童玩具车底盘上的万向盘，遇到障碍物可以自动转向。 [0040] 为提高清渣效率，所述清渣装置1的底面上围绕吸渣管入口3设有刷头，所述刷头绕各自的轴线旋转以将沉渣扫向吸渣管入口3处。刷头可以刷到桩底的任何部位，将桩底沉渣19扫向吸渣管入口3，经扰动的沉渣经吸渣管14上的吸渣泵11吸入。 [0041] 主控器6、升降装置和水平移动装置均安装在支架9上，升降装置和水平移动装置由主控器6控制。升降装置采用电动机7进行驱动，电动机7的输出轴和清渣装置1之间连接有提升用的钢绞线5，电动机7正转或者反转实现清渣装置1的上升或者下降。水平移动装置可采用滚珠丝杠副、电缸、气缸或者液压缸等。电动机7安装在支架9上，电动机7、主控器6分别通过连接电缆10连接配电箱。 [0042] 所述的主控器6内设有自动控制系统和手动控制系统。对于自动控制系统来说，工作人员事先在主控器内存储控制程序，清渣装置的升降速度、行进速度，吸渣速度等均按照事先设定的进行；对于手动控制系统来说，可通过按键调整清渣装置的升降速度、行进速度，吸渣速度等。 [0043] 本实施例的工作方法，包括以下步骤： [0044] 步骤1)：将清渣机安放于钻孔口处，将支架9固定于地面保证其在运转过程中的稳定。 [0045] 步骤2)：调整主控器6的升降装置，通过电动机7将桩底清渣装置1置于桩底，保证下降过程的平稳，且使浮水电缆4和钢绞线5的长度能够满足清渣装置1在桩底的自由走动。 [0046] 步骤3)：清渣装置1到达桩底后，在主控器6设置清渣装置1的行走速度和吸渣泵11的功率。清渣装置1利用行走驱动电机12驱动履带2行走，当遇到孔壁时利用万向盘16自动转向，可以满足清渣装置1彻底清除桩底沉渣。吸渣泵11通过吸渣管入口3和吸渣管14将桩底沉渣19吸入清渣装置1中，吸入的桩底沉渣19和泥浆20被多级沉渣滤网13过滤，不同粒径的沉渣颗粒被留在沉渣滤网13上，泥浆20通过出水孔18返回桩底。 [0047] 步骤4)：当清渣装置1内的沉渣累积到设定数量时触动沉渣量传感器17，沉渣量传感器17向主控器6发送信号，主控器6向清渣装置1发送停止工作的指令。 [0048] 步骤5)：主控器6控制升降装置，通过电动机7将清渣装置1提升至孔口，提升时应保证提升过程的平稳。 [0049] 步骤6)：通过水平移动装置将清渣装置1平移至孔口一侧的既定位置。 [0050] 步骤7)：打开清渣装置1，清理内部沉渣； [0051] 步骤8)：待沉渣清理完毕后重复步骤2)～步骤7)，直至桩底沉渣清理完毕。 [0052] 本发明的升降装置不限于采用实施例所述的电动机7驱动，还可以采用液压马达、气动马达等进行驱动。 [0053] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 [0054] 除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

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