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专利号: 2023102929149
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 水利工程;基础;疏浚
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置,包括桩身和钢护筒,所述钢护筒直径大于桩身,所述钢护筒与桩身之间形成灌注腔,其特征在于,还包括:竖向导轨,固定在所述桩身的外壁,所述竖向导轨与桩身同轴设置;

所述竖向导轨上滑动连接有滑块,所述滑块上固定连接有环形导轨;

开挖机构,滑动连接在所述环形导轨内,所述开挖机构包括驱动块,所述驱动块滑动连接在环形导轨内,所述驱动块内设有驱动电机,所述驱动电机的输出端设有碎岩掘进系统;

所述碎岩掘进系统包括转轴,所述转轴远离驱动电机的一端固定连接有第一掘进板,所述转轴上滑动连接有滑板,所述第一掘进板侧边铰接有第二掘进板,所述滑板侧边铰接有梯形板,所述梯形板远离滑板的一端设有铰接部,所述铰接部与第二掘进板远离第一掘进板的一端铰接,所述第一掘进板与第二掘进板外壁均设有钻头,所述转轴外壁设有液压伸缩杆,所述液压伸缩杆的伸缩端与铰接部固定连接;

排渣管,设置在所述桩身的外壁。

2.根据权利要求1所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置,其特征在于,所述滑块采用气动驱动的方式在竖向导轨内上下滑动。

3.根据权利要求2所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置,其特征在于,所述环形导轨采用相同的四个导轨分部组装而成,每组所述导轨分部单独拆卸,相邻所述环形导轨之间设有分区板,所述滑块在导轨分部内做往复运动。

4.根据权利要求1所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置,其特征在于,所述竖向导轨底部设有限位器。

5.根据权利要求4所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置,其特征在于,所述竖向导轨设置数量4‑12个,多组所述竖向导轨沿桩身外壁等距排布。

6.根据权利要求1所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置,其特征在于,所述排渣管的数量为8‑12个。

7.根据权利要求1所述的一种海上嵌岩单桩基础施工开挖装置,其特征在于,所述第一掘进板和滑板均为正方形,所述第二掘进板设有四组,四组所述第二掘进板分别与第一掘进板的四边铰接,所述梯形板设有四组,四组所述梯形板分别与滑板的四边铰接,相邻所述第二掘进板与梯形板通过铰接部铰接,所述液压伸缩杆设置2‑4个。

8.一种海上嵌岩单桩基础的施工方法,其特征在于,采用权利要求1‑7任一项所述的开挖装置,具体步骤如下:S1:通过吊装船将用以定位的定位平台吊装至设计机位,起吊桩身并将桩身插入定位平台的导向孔内;

S2:使桩身在自身重力的作用下沿定位平台的导向孔向海床的平面滑动,桩身接触海床平面后会继续下潜并插入到海床内部,直至桩身自重等于桩身内、外侧摩擦阻力与端部阻力总和;

S3:气动驱动装置驱动滑块沿竖向导轨下潜至桩身底部,所述竖向导轨底部设有限位器,限位器的设置可以对滑块进行限位,使碎石掘进系统与海床平面平齐,同时将钢护筒插入定位平台上的另一导向孔内,使钢护筒与桩身之间形成一个灌注腔,钢护筒顶端安装组合式振动锤,在振动锤的锤击之下,钢护筒下沉至基岩层的顶面上;

S4:驱动碎石掘进系统进行破泥成孔,此时,桩身外侧摩阻力减小,桩身自重大于桩身内、外侧摩阻力与端部摩阻力总和,原有力的平衡关系被打破,桩身在破泥成孔的同时继续下沉,桩身下沉至桩身自重等于桩身内侧摩阻力与端部摩阻力之和时,桩身受力达到新的平衡,当碎石掘进系统破泥成孔至桩身不再下沉时,通过液压伸缩杆的伸长将碎岩掘进系统中的第二掘进板伸展至桩身内部,第二掘进板和第一掘进板在驱动电机的带动下自转,同时,驱动块在环形导轨内做环向切削运动,增加成孔面积,此时,桩身底端部的土层被破除,桩身端部摩阻力消失,内侧摩阻力随着成孔面积的增大不再增加,桩身的自重从此刻开始始终大于内侧摩阻力,新的力的平衡被打破,因此,在碎岩掘进系统工作时始终有一个下压力使得桩身缓慢下沉,布置在桩身外侧的排渣管在掘进时完成对泥浆的抽吸;

S5:当碎岩掘进系统破泥成孔深度至海床与基岩层交界面处,开始进行碎岩成孔的工作,此时桩身自重大于桩身内侧摩阻力,桩身继续下沉,当碎岩掘进至设计嵌岩深度时,停止碎岩掘进系统工作,完成盾构成孔初步安装;

S6:当碎岩掘进系统下潜到设计嵌岩深度后,通过液压驱动使液压伸缩杆收缩,带动梯形板和第二掘进板内收,待第二掘进板的旋转切削半径缩小到转轴至桩身外壁水平距离时,液压伸缩杆停止工作,通过气动驱动装置使滑块沿竖向导轨上升,带动与滑块相连的环形导轨上升,进而完成对碎岩掘进系统的回收;

S7:通过桩身外壁布置的排渣管向钢护筒与桩身之间的灌注腔内灌注填充物,当灌注的填充物高度至海平面位置处,停止灌注,并去除排渣管;

S8:等灌注的填充物初步固结,达到要求强度后,取出钢护筒,完成总体安装。