【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种节能保领域中的挖孔桩取土装置及作业方法，具体是指一种节能型挖孔桩取土装置及作业方法。
技术介绍
1、在桩基基础施工机械迅猛发展的当今，在特殊的环境、地质和特定施工条件下，人工挖孔桩或半机械半人工挖孔桩仍有不可替代的作用。如山区公路桥梁建设过程中，由于部分桥墩处于陡峭山坡上，所需桩基施工平台难以修筑、钻孔机械不能确保安全运行的特殊情况；需要最大幅度减少环境破坏、避免采用大型桩基施工机械的区域；治理滑坡体的抗滑桩，大型施工机械可能导致对滑坡体的扰动而发生二次滑坡；施工区域狭窄、空间有限的地下托换工程等等。除此以外，人工挖孔桩还具有施工工艺及设备简单、外形尺寸检查直观、单桩承载力高、持力层确定方便和造价低等优点。由于人工挖孔桩井下作业危险性较大，出于安全性考虑，其施工具有一定的局限性，挖孔过程中出现塌孔事故或其他不利情况，需采取安全、经济、节能的施工技术措施，确保人工挖孔桩施工质量、安全，并发挥其独特的经济效益和节能环保效益。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造合理、方法科学、经济节约、节能高效、生态环保的挖孔桩取土装置及作业方法。
2、本专利技术的技术问题通过以下技术方案实现：
3、一种节能型挖孔桩取土装置，用于地基上进行桩基施工，所述的取土装置包括取土器、挖掘机和空压机；所述的取土器为上端封闭下端尖锐开口的倒圆桶形筒体，该取土器的上端安装电动机，并由电动机竖向嵌合而驱动取土器转动，进而带动下端的
4、所述的取土器钻取桩基外圆周的土体后设置模板并浇筑水泥混凝土而形成桩基护壁，该桩基护壁由多级圆柱形台阶按照上大下小依次组成，且多级圆柱型台阶包括一级台阶、二级台阶、三级台阶和四级台阶，以及与之相对应的圆环形的一级护壁、二级护壁、三级护壁和四级护壁。
5、所述的取土器对任意级台阶内的土体钻取后，提起取土器、挖掘机摇臂阶转动至弃土处时，取土器管壁内的摩阻力如不能阻止土体从取土器内滑落，该空压机将空腔内的空气抽出使气体压力小于大气压力为 q p，假设取土器内土体的气体压力沿土体高度为线性分布根据静土压力理论，气体压力和土体的水平分布力为，其中为静止侧压力系数；取土器对任意级台阶内的土体钻取后，提起取土器、挖掘机摇臂阶转动至弃土处时，排出土体，空压机对空腔内充气使气体压力大于大气压力为 q j，同理，假设取土器内土体的气体压力沿土体高度为线性分布，根据静土压力理论，气体压力和土体的水平分布力为其中为静止侧压力系数；根据取土器内土体力的平衡，得如下计算公式：
6、公式一、取土器对任意级台阶内的土体钻取后，提起取土器、挖掘机摇臂阶转动至弃土处时，空压机抽气使空腔内排气，该取土器的空腔内为负压 q p，防止土体从取土器内滑落，根据取土器内土体力的平衡，得
7、
8、公式二、取土器对任意级台阶内的土体钻取后，提起取土器、挖掘机摇臂阶转动至弃土处时，空压机对空腔内增压至 q j排出土体，根据取土器内土体力的平衡，得
9、
10、
11、公式一～公式二中各符号的含义如下：
12、——分别为取土器中土体的高度、内径，单位为；
13、——取土器底面起算的土体任意高度，单位为；
14、——土体的重度，单位为；
15、——分别为标准大气压强、空腔中小于标准大气压的气体压强、空腔中大于标准大气压的气体压强，单位均为；
16、——分别为空腔中气体压强小于标准大气压时取土器中土体所受的内壁摩阻力强度、空腔中气体压强大于标准大气压时取土器中土体所受的内壁摩阻力强度，单位均为；
17、——分别为空腔中气体压强小于标准大气压时取土器中土体所受的内壁摩阻力和粘结力、空腔中气体压强大于标准大气压时取土器中土体所受的内壁摩阻力和粘结力，单位均为；
18、——取土器中土体的重力，单位为；
19、——分别为土体的静止侧压力系数、土体与取土器内壁的摩阻力系数、土体粘结系数，单位分别为无量纲、无量纲；
20、——分别为空腔中气体压强小于标准大气压时阻止取土器中土体滑落的富余系数、空腔中气体压强大于标准大气压时取土器中土体顺利排出的富余系数，单位均为无量纲。
21、所述的四级护壁的圆环以内为桩基的圆柱形外径，各级护壁厚度均为取土器的管壁外直径一半尺寸；所述的一级台阶为地基地面以下第一级台阶，该一级台阶的最大直径为桩基外直径+2倍取土器管壁外直径的尺寸，取土器的中心沿着桩基外直径+1.5倍取土器管壁外直径的尺寸处钻一周孔连续取土，每相邻两次钻孔取土边缘相互重叠，且重叠范围在取土器管壁外径五分之一至八分之一的尺寸，围绕一级台阶一周全部取土完成后使一级台阶形成圆环形的凹槽，继而在凹槽内放置圆环形模板，并预留由外而内一半取土器的厚度浇筑水泥混凝土形成一级护壁，待水泥混凝土终凝后拆除模板，对一级护壁的水泥混凝土护壁养护一周后，掏出一级台阶内的全部地基土，再对二级台阶进行与一级台阶相同的作业，以此类推完成四级台阶的四级护壁和掏出全部地基土；则在四级台阶中放置钢筋笼、浇筑水泥混凝土即完成一根桩基。
22、所述的一级台阶、二级台阶、三级台阶和四级台阶的级数、高度均由桩基在地基中长度、地基土特性和施工条件来确定。
23、所述的模板为圆环形，放置在取土器取土形成的各级台阶的凹槽内，预留由外而内一半取土器的厚度浇筑水泥混凝土而形成各级护壁。
24、所述的空压机通过阀门、软管与取土器上部的气嘴连接，且取土器取土完成转运土体时，该空压机抽出空腔内的部分气体使之产生负压；取土器排出土体时，该空压机排进压力空气使空腔内的气体增压。
25、一种节能型挖孔桩取土装置的作业方法，包括如下步骤：
26、步骤一、挖孔桩作业前期工作
27、①根据地基和土体参数条件、桩基埋置深度和桩基直径以及取土器的有关参数，拟定挖孔桩作业初步方案；
28、②采用类比法或通过试验确定静止侧压力系数、土体与取土器内壁的摩阻力系数、土体粘结系数的数值；
29、③由公式一、公式二分别计算出提起取土器、挖掘机摇臂阶转动至弃土处全过程，空压机抽出空腔内部分气体后的负压，取土器对任意级台阶内土体钻取后，提起取土器、挖掘机摇臂阶转动至弃土处时，空压机对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种节能型挖孔桩取土装置，用于地基（1）上进行桩基（2）施工，其特征在于所述的取土装置包括取土器（4）、挖掘机（3）和空压机（5）；所述的取土器（4）为上端封闭下端尖锐开口的倒圆桶形筒体，该取土器的上端安装电动机（41），并由电动机竖向嵌合而驱动取土器转动，进而带动下端的尖锐开口钻入桩基（2）区域内的地基土中取土；所述的电动机（41）悬吊连接挖掘机（3）的铲斗（31），并由挖掘机驱动铲斗而带动取土器（4）竖向钻进取土、转运土体或排出土体；所述的空压机（5）经阀门（42）、软管（41）与取土器上部未填满土体的空腔（43）连通，并由该空压机（5）来调节空腔（43）内的空气压力。
2.根据权利要求1所述的一种节能型挖孔桩取土装置，其特征在于所述的取土器（4）钻取桩基（2）外圆周的土体（11）后设置模板（25）并浇筑水泥混凝土而形成桩基护壁，该桩基护壁由多级圆柱形台阶按照上大下小依次组成，且多级圆柱型台阶包括一级台阶（21）、二级台阶（22）、三级台阶（23）和四级台阶（24），以及与之相对应的圆环形的一级护壁（211）、二级护壁（221）、三级护壁（231）和四级护壁（
3.根据权利要求2所述的一种节能型挖孔桩取土装置，其特征在于所述的取土器（4）对任意级台阶内的土体钻取后，提起取土器、挖掘机摇臂阶转动至弃土处时，取土器管壁（42）内的摩阻力如不能阻止土体从取土器内滑落，该空压机（5）将空腔（43）内的空气抽出使气体压力小于大气压力为qp，假设取土器内土体的气体压力沿土体高度为线性分布根据静土压力理论，气体压力和土体的水平分布力为，其中为静止侧压力系数；取土器对任意级台阶内的土体钻取后，提起取土器、挖掘机摇臂阶转动至弃土处时，排出土体，空压机（5）对空腔（43）内充气使气体压力大于大气压力为qj，同理，假设取土器内土体的气体压力沿土体高度为线性分布，根据静土压力理论，气体压力和土体的水平分布力为其中为静止侧压力系数；根据取土器内土体力的平衡，得如下计算公式：
4.根据权利要求1所述的一种节能型挖孔桩取土装置，其特征在于所述的四级护壁（241）的圆环以内为桩基（2）的圆柱形外径，各级护壁厚度均为取土器（4）的管壁外直径一半尺寸；所述的一级台阶（21）为地基（1）地面以下第一级台阶，该一级台阶（21）的最大直径为桩基外直径+2倍取土器管壁外直径的尺寸，取土器的中心沿着桩基外直径+1.5倍取土器管壁外直径的尺寸处钻一周孔连续取土，每相邻两次钻孔取土边缘相互重叠，且重叠范围在取土器管壁外径五分之一至八分之一的尺寸，围绕一级台阶一周全部取土完成后使一级台阶形成圆环形的凹槽，继而在凹槽内放置圆环形模板（25），并预留由外而内一半取土器的厚度浇筑水泥混凝土形成一级护壁（211），待水泥混凝土终凝后拆除模板（25），对一级护壁（211）的水泥混凝土护壁养护一周后，掏出一级台阶（21）内的全部地基土，再对二级台阶（22）进行与一级台阶相同的作业，以此类推完成四级台阶的四级护壁（241）和掏出全部地基土；则在四级台阶中放置钢筋笼、浇筑水泥混凝土即完成一根桩基。
5.根据权利要求1所述的一种节能型挖孔桩取土装置，其特征在于所述的一级台阶（21）、二级台阶（22）、三级台阶（23）和四级台阶（24）的级数、高度均由桩基（2）在地基（1）中长度、地基土特性和施工条件来确定。
6.根据权利要求1所述的一种节能型挖孔桩取土装置，其特征在于所述的模板（25）为圆环形，放置在取土器（4）取土形成的各级台阶的凹槽内，预留由外而内一半取土器的厚度浇筑水泥混凝土而形成各级护壁。
7.根据权利要求1所述的一种节能型挖孔桩取土装置，其特征在于所述的空压机（5）通过阀门（52）、软管（51）与取土器上部的气嘴（44）连接，且取土器取土完成转运土体时，该空压机（5）抽出空腔（43）内的部分气体使之产生负压；取土器（4）排出土体（11）时，该空压机（5）排进压力空气使空腔（43）内的气体增压。
8.一种根据权利要求3所述的节能型挖孔桩取土装置的作业方法，其特征在于所述的作业方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种节能型挖孔桩取土装置，用于地基（1）上进行桩基（2）施工，其特征在于所述的取土装置包括取土器（4）、挖掘机（3）和空压机（5）；所述的取土器（4）为上端封闭下端尖锐开口的倒圆桶形筒体，该取土器的上端安装电动机（41），并由电动机竖向嵌合而驱动取土器转动，进而带动下端的尖锐开口钻入桩基（2）区域内的地基土中取土；所述的电动机（41）悬吊连接挖掘机（3）的铲斗（31），并由挖掘机驱动铲斗而带动取土器（4）竖向钻进取土、转运土体或排出土体；所述的空压机（5）经阀门（42）、软管（41）与取土器上部未填满土体的空腔（43）连通，并由该空压机（5）来调节空腔（43）内的空气压力。
2.根据权利要求1所述的一种节能型挖孔桩取土装置，其特征在于所述的取土器（4）钻取桩基（2）外圆周的土体（11）后设置模板（25）并浇筑水泥混凝土而形成桩基护壁，该桩基护壁由多级圆柱形台阶按照上大下小依次组成，且多级圆柱型台阶包括一级台阶（21）、二级台阶（22）、三级台阶（23）和四级台阶（24），以及与之相对应的圆环形的一级护壁（211）、二级护壁（221）、三级护壁（231）和四级护壁（241）。
3.根据权利要求2所述的一种节能型挖孔桩取土装置，其特征在于所述的取土器（4）对任意级台阶内的土体钻取后，提起取土器、挖掘机摇臂阶转动至弃土处时，取土器管壁（42）内的摩阻力如不能阻止土体从取土器内滑落，该空压机（5）将空腔（43）内的空气抽出使气体压力小于大气压力为qp，假设取土器内土体的气体压力沿土体高度为线性分布根据静土压力理论，气体压力和土体的水平分布力为，其中为静止侧压力系数；取土器对任意级台阶内的土体钻取后，提起取土器、挖掘机摇臂阶转动至弃土处时，排出土体，空压机（5）对空腔（43）内充气使气体压力大于大气压力为qj，同理，假设取土器内土体的气体压力沿土体高度为线性分布，根据静土压力理论，气体压力和土体的水平分布力为其中为静止侧压力系数；根据取土器内土体力的平衡，得如下计算公式：
4.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈出新，董巧静，刘淑贤，陈久武，刘名坚，胡成亮，翁学润，周一勤，
申请(专利权)人：浙江绿艺建设有限公司，
类型：发明
国别省市：
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