水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工装置及其方法
阅读说明：本技术 水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工装置及其方法 (Reverse circulation efficient pore-forming construction device and method for underwater cast-in-situ bored pile ) 是由 钟建军 吴小山 尹仁贵 黎辉 于 2021-05-17 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工装置及其方法,涉及灌注桩施工的领域,水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工方法包括如下步骤,施工准备；泥浆池制作；泥浆管以及泥浆槽设计；钻孔；泥浆反循环工作；泥浆进入到泥浆池前首先进入到沉淀池内,沉淀池中泥浆溢流至泥浆池内。本申请在钻孔平台上原位布设泥浆池,避免了复杂泥浆长输管道的布设,降低了施工难度,提高了施工效率的效果,采用闸门控制泥浆池进浆、停浆,同时利用泥浆差位反循环系统使得钢护筒内水头摆脱了泥浆池浆面的控制,降低了塌孔风险,提高了成孔效率。(The application relates to a reverse circulation efficient pore-forming construction device and a reverse circulation efficient pore-forming construction method for an underwater cast-in-situ bored pile, which relate to the field of cast-in-situ bored pile construction; manufacturing a mud pit; designing a mud pipe and a mud groove; drilling; the slurry is circulated reversely; the mud firstly enters a sedimentation tank before entering the mud tank, and the mud in the sedimentation tank overflows into the mud tank. This application lays the mud pit in normal position on drilling platform, has avoided laying of complicated mud long-distance pipeline, has reduced the construction degree of difficulty, has improved the effect of efficiency of construction, adopts gate control mud pit to advance thick liquid, stop thick liquid, utilizes the interior flood peak of mud difference position reverse circulation system to make the steel protect a section of thick bamboo break away from the control of mud pit thick liquid face simultaneously, has reduced the hole risk of collapsing, has improved pore-forming efficiency.)
技术领域
本申请涉及灌注桩施工的领域，尤其是涉及一种水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工装置及其方法。
背景技术
目前水中钻孔灌注桩施工常面临泥浆管道布置困难的问题，无法像陆地桩基那样采用明沟或明槽供浆，一般采用钢管或加筋波纹管等管道封闭连接岸边泥浆池与水中钢护筒及桩孔，利用连通器原理，形成大流量的有压流供浆系统。
当采用上述工艺进行施工时，需在平台下方布设大量管道，由于水中施工作业环境差，布设难度高，导致施工效率偏低。
发明内容
为了改善水中钻孔灌注桩效率低下的问题，本申请提供一种水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工装置及其方法。
本申请提供的一种水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工方法采用如下的技术方案：
一种水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工方法，包括如下步骤，
施工准备，钻孔平台搭设后打设钢护筒，钻机布设于钢护筒上方；
泥浆池制作，在泥浆底部开口处安装闸门以及控制闸门开关的控制装置；
泥浆管以及泥浆槽设计，泥浆管与泥浆池底部连接，泥浆管另一端与泥浆槽连接，泥浆槽位于钢护筒上方；
钻孔，钻机开始钻孔，泥浆从泥浆池通过泥浆槽后进入到钻孔内；
泥浆反循环工作，泥浆从钻孔内通过空心钻杆吸入后进入到泥浆池内，实现反循环工作；泥浆进入到泥浆池前首先进入到沉淀池内，沉淀池中泥浆溢流至泥浆池内。
通过采用上述技术方案，泥浆从钻孔内通过空心钻杆吸入至钻机内，泥浆从输送管内首先输送至沉淀池内，待沉淀池内泥浆沉淀后，泥浆从溢流口进入到泥浆池内，泥浆池内泥浆通过控制闸门实现控制泥浆流动，泥浆通过泥浆管进入到泥浆槽内，泥浆槽内泥浆进入到钻孔内，钢护筒内水头摆脱泥浆池浆面控制，水头较高，不易塌孔，也不需增加钢护筒数量。使用安全可靠，投资少，适用性强，技术易于被施工技术人员掌握。
可选的，钻机的出浆口与沉淀池之间连接有用于输送空心钻杆吸出泥浆的输送管。
通过采用上述技术方案，便于泥浆输送至泥浆槽内。
可选的，所述控制装置包括与所述泥浆池固定连接的支架、与所述闸门固定连接的滑块、与所述支架转动连接的丝杆以及限制所述闸门转动的限位件，所述丝杆与所述滑块螺旋配合，所述支架固定连接有驱动所述丝杆转动的伺服电机。
通过采用上述技术方案，伺服电机控制丝杆转动，丝杆带动滑块运动，在限位件限制闸门转动的作用下，实现闸门往复运动的同时，进而控制泥浆进入到泥浆槽内的流量。
可选的，所述限位件设置为滑杆，所述闸门远离于所述滑块的一侧与所述滑杆套设滑移，所述滑杆与所述支架固定连接，所述滑杆与所述丝杆平行设置。
通过采用上述技术方案，滑杆用于限制闸门转动，闸门沿着滑杆长度方向往复运动。
本申请还提供的一种水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工装置采用如下的技术方案：
一种水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工装置，包括设置于所述沉淀池入口处设置的过滤装置，所述过滤装置包括与所述沉淀池固定连接的过滤架以及与所述过滤架可拆设置的滤网。
通过采用上述技术方案，泥浆从输送管流入到沉淀池内进行沉淀，首先在滤网的过滤作用下，实现对泥浆内杂质进行过滤，保证泥浆成分稳定，进而保证粘附钻孔内壁的效果，提升成孔效果，也能保证施工安全。
可选的，所述滤网两端均固定连接有固定杆，所述过滤架固定连接有多个与所述固定杆对应的螺纹杆，所述固定杆套设滑移有螺纹套，所述螺纹套与所述螺纹杆螺纹连接，所述螺纹套与所述固定杆之间设置有卡接组件。
通过采用上述技术方案，将固定杆与螺纹杆端部抵接，螺纹套与螺纹杆螺纹连接，在卡接组件的作用下，实现螺纹杆与固定杆之间固定效果。
可选的，所述卡接组件包括抵接盘以及卡接环，所述抵接盘与所述固定杆端部同轴设置，所述卡接环与所述螺纹套远离于所述固定杆的一端固定连接，所述卡接环套设滑移于所述固定杆外，所述抵接盘与所述卡接环抵接。
通过采用上述技术方案，在抵接盘与卡接环的牵扯作用以及螺纹套与螺纹杆的螺纹作用下，实现固定杆与螺纹杆之间的固定效果。
可选的，所述泥浆池内设置有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌架、与所述搅拌架转动连接的转动盘、多个与所述转动盘转动连接的搅拌杆以及多个与所述搅拌杆周向外壁固定连接的搅拌叶，所述搅拌架设置有驱动所述搅拌杆自转的传动组件，所述搅拌架固定连接有驱动所述转动盘转动的搅拌电机。
通过采用上述技术方案，搅拌电机驱动转动盘转动，转动盘带动多个搅拌杆发生公转，同时在传动组件的作用下，实现搅拌杆的自转，确保对泥浆池内泥浆的充分搅拌效果。
可选的，所述传动组件包括内齿轮以及外齿轮，所述外齿轮与所述搅拌杆同轴固定连接，所述内齿轮与所述搅拌架固定连接，且所述内齿轮的轮齿设置于内圈，所述内齿轮与多个所述外齿轮均啮合连接。
通过采用上述技术方案，转动盘带动搅拌杆转动，在内齿轮以及外齿轮的相对运动作用下，实现对外齿轮的驱动效果，进而实现搅拌杆的自转效果。
可选的，所述转动盘与所述搅拌架转动连接有转动杆，所述搅拌架转动连接有半齿轮，所述半齿轮与所述转动杆之间通过皮带传动，所述搅拌架滑移设置有第一齿条以及第二齿条，所述第一齿条以及所述第二齿条分别位于所述半齿轮的两侧，所述第一齿条以及所述第二齿条通过往复杆连接，所述往复杆固定连接有用于刮铲所述沉淀池出口处泥浆的刮刀，所述刮刀沿着水平方向运动。
通过采用上述技术方案，在皮带以及半齿轮作用下，半齿轮转动且与第一齿条或第二齿条中的任一个啮合连接，实现对刮刀往复运动的驱动效果。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.泥浆从钻孔内通过空心钻杆吸入至钻机内，泥浆从输送管内首先输送至沉淀池内，待沉淀池内泥浆沉淀后，泥浆从溢流口进入到泥浆池内，泥浆池内泥浆通过控制闸门实现控制泥浆流动，泥浆通过泥浆管进入到泥浆槽内，泥浆槽内泥浆进入到钻孔内，钢护筒内水头摆脱泥浆池浆面控制；
2.将固定杆与螺纹杆端部抵接，螺纹套与螺纹杆螺纹连接，在抵接盘与卡接环的牵扯作用以及螺纹套与螺纹杆的螺纹作用下，实现固定杆与螺纹杆之间的固定效果；
3.在皮带以及半齿轮作用下，半齿轮转动且与第一齿条或第二齿条中的任一个啮合连接，实现对刮刀往复运动的驱动效果。
附图说明
图1是本申请实施例一的施工流程图；
图2是本申请实施例一的整体结构示意图；
图3是本申请实施例一中泥浆池、沉淀池、闸门以及控制装置的示意图；
图4是本申请实施例二中过滤装置的示意图；
图5是本申请实施例二中泥浆池、沉淀池以及搅拌装置的局部剖视图；
图6是本申请实施例二中搅拌装置、刮刀、半齿轮、第一齿条以及第二齿条的示意图。
附图标记：1、钻孔平台；2、钢护筒；3、钻机；4、钢管桩；5、闸门；6、控制装置；7、泥浆管；8、泥浆池；9、泥浆槽；10、沉淀池；11、输送管；12、支架；13、滑块；14、丝杆；15、伺服电机；16、滑杆；17、过滤装置；18、过滤架；19、滤网；20、固定杆；21、螺纹杆；22、螺纹套；23、抵接盘；24、卡接环；25、搅拌装置；26、搅拌架；27、转动盘；28、搅拌杆；29、搅拌叶；30、搅拌电机；31、内齿轮；32、外齿轮；33、转动杆；34、半齿轮；35、皮带；36、第一齿条；37、第二齿条；38、往复杆；39、刮刀。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
实施例一
本申请实施例公开一种水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工方法。参照图1和图2，水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工方法包括如下步骤，
S1、施工准备，通过在水中打入多根钢管桩4，钻孔平台1搭设在钢管桩4上方，且整个钻孔平台1位于水平面上方，然后在钻孔处打设钢护筒2，利用吊机作为起吊设备，配合振动锤插打钢护筒2，钢护筒2进入持力层，确保施工过程安全，钻机3布设于钻孔平台1上且位于钢护筒2上方；
S2、泥浆池8制作，在钻孔平台1上安装泥浆池8，泥浆池8开口设置在其下方，且在泥浆池8底部开口处安装闸门5以及控制闸门5开关的控制装置6，闸门5用于控制泥浆流动；
照图1和图3，控制装置6包括与泥浆池8固定连接的支架12、与闸门5固定连接的滑块13、与支架12转动连接的丝杆14以及限制闸门5转动的限位件，滑块13与闸门5的侧壁固定连接，丝杆14为竖直设置，限位件设置为滑杆16，滑杆16与支架12固定连接，滑杆16与丝杆14为平行设置，闸门5远离于滑块13的一侧与滑杆16套设滑移，闸门5沿竖直方向贯穿开设有滑孔，滑杆16穿过滑孔，支架12固定连接有驱动丝杆14转动的伺服电机15；
伺服电机15驱动丝杆14正转或反转，丝杆14带动滑块13以及闸门5运动，闸门5的转动被滑杆16限制，闸门5沿着滑杆16长度方向运动，实现驱动闸门5沿着竖直方向往复运动，随着闸门5开启与关闭，实现对泥浆流入量的控制效果。
S3、泥浆管7以及泥浆槽9设计，泥浆管7与泥浆池8底部连接，泥浆管7另一端与钻孔平台1上的泥浆槽9连接，泥浆槽9沿着朝向钢护筒2方向朝下倾斜1%以上的坡度，泥浆槽9高度位于泥浆管7开口处下方，泥浆槽9下方位于钢护筒2上方，便于泥浆由泥浆槽9内流入到钢护筒2支护的钻孔内；泥浆管7内设置有用于输送泥浆的螺旋机，便于输送泥浆；
S4、钻孔，钻机3开始钻孔，泥浆从泥浆池8通过泥浆管7的输送作用流入至泥浆槽9内，泥浆从泥浆槽9流入至钻孔内，保证钻孔工作的正常进行；
S5、泥浆反循环工作，泥浆从钻孔内通过空心钻杆吸入至钻机3内，钻机3的出浆口与泥浆池8之间连接有用于输送空心钻杆吸出泥浆的输送管11，用于对泥浆进行输送，泥浆从输送管11内首先输送至沉淀池10内，沉淀池10开设有溢流口，溢流口位于泥浆池8开口的上方，待沉淀池10内泥浆沉淀后，泥浆从溢流口进入到泥浆池8内，泥浆池8内泥浆通过控制闸门5实现控制泥浆流动，泥浆通过泥浆管7进入到泥浆槽9内，泥浆槽9内泥浆进入到钻孔内，钢护筒2内水头摆脱泥浆池8浆面控制，水头较高，不易塌孔，也不需增加钢护筒2数量。使用安全可靠，投资少，适用性强，技术易于被施工技术人员掌握。
实施例二
本申请实施例还公开一种水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工装置。参照图2和图4，水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工装置包括设置于沉淀池10入口处的过滤装置17，由于泥浆携带部分钻孔残屑，为了便于对泥浆内杂质内进行过滤，过滤装置17包括与沉淀池10固定连接的过滤架18以及与过滤架18可拆设置的滤网19，滤网19位于沉淀池10的入口处，且滤网19端面尺寸待遇沉淀池10入口处的尺寸，当输送管11将泥浆输送至沉淀池10开口处时，在滤网19的过滤作用下，实现对泥浆中杂质的过滤效果。
滤网19两端均固定连接有固定杆20，固定杆20为水平设置，过滤架18固定连接有两个与固定杆20对应的螺纹杆21，螺纹杆21也为水平设置，固定杆20外套设滑移有螺纹套22，螺纹套22与螺纹杆21螺纹连接，螺纹套22与固定杆20之间设置有卡接组件，卡接组件包括抵接盘23以及卡接环24，抵接盘23与固定杆20端部同轴固定，卡接环24与螺纹套22远离于固定杆20的一端固定连接，卡接环24套设滑移于固定杆20外，抵接盘23与卡接环24抵接。
螺纹杆21端面圆直径大于固定杆20端面圆直径，螺纹套22穿过抵接盘23后与螺纹杆21螺纹连接，驱动螺纹套22转动，螺纹套22沿着固定杆20的轴向运动，螺纹套22带动卡接环24朝向抵接盘23方向运动，当卡接环24运动至与抵接盘23抵接的位置时，在抵接盘23与卡接环24相互牵扯以及螺纹套22与螺纹杆21的螺纹连接作用下，实现固定杆20与螺纹杆21之间的固定效果，同时也便于对滤网19进行拆卸。
参照图5和图6，为了保证泥浆池8内泥浆的流动性，泥浆池8内设置有搅拌装置25，搅拌装置25包括与沉淀池10固定连接的搅拌架26、与搅拌架26转动连接的转动盘27、四个与转动盘27转动连接的搅拌杆28以及多个与搅拌杆28周向外壁固定连接的搅拌叶29，转动盘27与搅拌架26通过转动杆33转动连接，转动杆33与搅拌架26通过轴套转动连接，转动杆33与转动盘27固定连接，四个搅拌杆28等间距分布于转动盘27的端面上，搅拌杆28与转动盘27之间也通过轴套实现转动连接，搅拌架26固定连接有驱动转动盘27转动的搅拌电机30，搅拌电机30输出端与转动杆33顶端固定连接。
搅拌架26设置有驱动搅拌杆28自转的传动组件，传动组件包括内齿轮31以及外齿轮32，外齿轮32与搅拌杆28同轴固定，内齿轮31与搅拌架26固定连接，内齿轮31的轮齿设置于内圈，四个外齿轮32均位于内齿轮31内，四个外齿轮32均与内齿轮31啮合连接；
搅拌电机30驱动转动杆33转动，转动盘27带动四个搅拌杆28实现公转，四个搅拌杆28在转动过程中带动外齿轮32转动，内齿轮31与外齿轮32发生相对运动，内齿轮31驱动外齿轮32发生转动，此时，搅拌杆28实现自转，在搅拌叶29充分搅拌的作用下，保证泥浆池8内泥浆的流动性。
参照图5和图6，为了降低泥浆在泥浆池8的出口处粘结，搅拌架26转动连接有半齿轮34，半齿轮34与搅拌架26通过圆杆转动连接，圆杆与搅拌架26也通过轴套转动连接，圆杆与半齿轮34为同轴固定，圆杆与转动杆33之间通过皮带35转动，皮带35位于沉淀池10上方，半齿轮34轴线为竖直设置，半齿轮34的轮齿数小于一圈且大于半圈，搅拌架26固定连接有两个滑套，两个滑套内分别滑动连接有第一齿条36以及第二齿条37，第一齿条36以及第二齿条37相对于半齿轮34的对称面为对称设置，第一齿条36的一端与第二齿条37对应的端部之间固定连接有往复杆38，往复杆38固定连接有用于刮铲沉淀池10出口处泥浆的刮刀39，刮刀39竖直设置且沿着水平方向运动。
半齿轮34与第一齿条36以及第二齿条37均为啮合连接，半齿轮34在转动过程中仅与第一齿条36或第二齿条37中的一个啮合连接，在皮带35与圆杆之间摩擦力作用，实现对半齿轮34进行驱动，当半齿轮34与第一齿条36啮合时，此时刮刀39朝向泥浆池8出口处运动，当刮刀39由沉淀池10出口的一侧运动至另一侧时，此时半齿轮34刚好与第二齿条37啮合，随着半齿轮34继续转动，实现刮刀39的往复运动；在刮刀39往复刮铲以及搅拌杆28自转与公转作用下，保证泥浆正常从泥浆池8出口处流出。
本申请实施例一种水中钻孔灌注桩反循环高效成孔施工装置的实施原理为：将固定杆20与螺纹杆21端部抵接，螺纹套22与螺纹杆21螺纹连接，当卡接环24运动至与抵接盘23抵接时，实现滤网19与过滤架18的固定效果；泥浆被空心钻杆抽出时，泥浆由输送管11进入到沉淀池10开口处，滤网19对泥浆内杂质进行过滤，保证沉淀池10内泥浆洁净；
沉淀池10内沉淀后由溢流口进入到泥浆池8内，搅拌电机30驱动转动杆33转动，转动盘27带动搅拌杆28转动，同时在外齿轮32以及内齿轮31相对运动的作用下，实现搅拌叶29的自转与公转效果，保证对泥浆的充分搅拌效果；同时在皮带35与圆杆的摩擦力作用下，实现对半齿轮34的驱动效果，半齿轮34与第一齿条36啮合后与第二齿条37啮合，实现刮刀39的往复运动，保证泥浆池8内泥浆的流动性；
伺服电机15驱动丝杆14转动，丝杆14带动滑块13运动，在滑杆16的限制作用下，实现闸门5的开启效果，此时泥浆从泥浆池8内流动至泥浆管7内，泥浆从泥浆管7流动至泥浆槽9内，泥浆从泥浆槽9内流动至钢护筒2内，使得钢护筒2内水头摆脱了泥浆池8浆面的控制，降低了塌孔风险，提高了成孔效率。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
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