桩头破除装置及其施工方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 111101516 A(43)申请公布日 2020.05.05

(21)申请号 202010052268.5(22)申请日 2020.01.17

(71)申请人 中冶交通建设集团有限公司

地址 100085 北京市大兴区北京经济技术

开发区康定街1号2幢六、七层(72)发明人 白士新　孔令镕　

(74)专利代理机构 北京鸿元知识产权代理有限

公司 11327

代理人 袁文婷　王迎(51)Int.Cl.

E02D 9/00(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图3页

(54)发明名称

桩头破除装置及其施工方法(57)摘要

本发明提供一种桩头破除装置及其施工方法，其中，桩头破除装置包括外壳、高压喷射装置和夹持装置；外壳为开口向下的半封闭式结构，半封闭式结构内部形成桩头容置腔，在外壳的侧壁上设置有至少两排第一安装孔层，在第一安装孔层上设置有第一安装孔，在外壳的顶部设置有第二安装孔；高压喷射装置包括设置在第一安装孔内的第一喷嘴、为第一喷嘴提供高压喷射动力的第一动力装置、设置在第二安装孔内的第二喷嘴，为第二喷嘴提供高压喷射动力的第二动力装置；夹持装置包括设置在外壳的开口端的夹持结构和为夹持结构提供夹持动力的第三动力装置。利用本发明解决了现有技术中破除桩头过程中产生大量粉尘和噪音以及对桩头或钢筋造成损坏等问题。

CN 111101516 ACN 111101516 A

权　利　要　求　书

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1.一种桩头破除装置，其特征在于，包括外壳、高压喷射装置和夹持装置；其中，所述外壳为开口向下的半封闭式结构，所述半封闭式结构内部形成桩头容置腔，在所述外壳的侧壁上设置有至少两排第一安装孔层，在所述第一安装孔层上设置有第一安装孔，在所述外壳的顶部设置有第二安装孔；

所述高压喷射装置包括设置在所述第一安装孔内的第一喷嘴、为所述第一喷嘴提供高压喷射动力的第一动力装置、设置在所述第二安装孔内的第二喷嘴，以及为所述第二喷嘴提供高压喷射动力的第二动力装置；

所述夹持装置包括设置在所述外壳的开口端的夹持结构和为所述夹持结构提供夹持动力的第三动力装置。

2.根据权利要求1所述的桩头破除装置，其特征在于，所述外壳为圆柱形外壳；和/或，所述外壳的高度为1500mm，厚度为50mm。3.根据权利要求2所述的桩头破除装置，其特征在于，

在所述第一安装孔层上沿着所述外壳的侧壁均匀设置至少六个第一安装孔，且所述第一安装孔的高度相同。

4.根据权利要求1所述的桩头破除装置，其特征在于，在所述第一安装孔处设置有第一喷嘴座，所述第一喷嘴安装在所述第一喷嘴座上；和/或，

在所述第二安装孔处设置有第二喷嘴座，所述第二喷嘴安装在所述第二喷嘴座上。5.根据权利要求4所述的桩头破除装置，其特征在于，

所述第一喷嘴座通过第一法兰盘与所述第一安装孔同心安装在所述外壳的外侧壁表面；和/或，

所述第二喷嘴座通过第二法兰盘与所述第二安装孔同心安装在所述外壳的顶端外部。6.根据权利要求1所述的桩头破除装置，其特征在于，所述第一动力装置包括第一高压泵，所述第一高压泵通过第一快速接头与所述第一喷嘴连接；和/或，

所述第二动力装置包括第二高压泵，所述第二高压泵通过第二快速接头与所述第二喷嘴连接。

7.根据权利要求1所述的桩头破除装置，其特征在于，

所述第三动力装置包括设置在所述外壳的开口端的第三安装孔和安装在所述第三安装孔处的油缸；

所述油缸包括油缸外筒；

所述油缸外筒安装在所述外壳的外侧壁上，在所述油缸外筒外侧壁上设置有注油口，在所述油缸外筒内部设置有油缸活塞，所述油缸活塞靠近所述油缸外筒轴线的一端与所述夹持结构连接，通过油缸外筒内的液压油推动所述油缸活塞并带动所述夹持结构沿所述外壳径向运动。

8.根据权利要求7所述的桩头破除装置，其特征在于，

所述油缸外筒通过第三法兰盘安装在所述外壳的外侧壁上；和/或，

所述油缸活塞靠近所述油缸外筒轴线的一端通过第四法兰盘与所述夹持结构连接；

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权　利　要　求　书

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和/或，

所述夹持结构为卡瓦。

9.根据权利要求1所述的桩头破除装置，其特征在于，在所述外壳的顶端外部设置有吊环。

10.一种如权利要求1至9任意一项所述的桩头破除装置的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对距离待破除桩头的顶部300mm、直径为2500mm内的周围土体进行清除，并使桩头的底部平整，得到第一桩头；

S2、将所述桩头破除装置悬挂至所述第一桩头上，使所述夹持装置下降到桩基预设高度，通过所述第三动力装置使夹持结构紧固在桩体上；

S3、启动高压喷射装置，通过高速射流破除所述第一桩头上的混凝土，使桩体钢筋露出，得到第二桩头；

S4、每隔10-20分钟检查所述第二桩头上的混凝土是否已被完全破除，直至所述第二桩头混凝土被破除只留下钢筋，得到第三桩头；

S5、通过所述第三动力装置解除所述夹持结构在桩体上的紧固状态，将所述桩头破除装置从所述第三桩头移开，得到第四桩头；

S6、对所述第四桩头进行清理。

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说　明　书

桩头破除装置及其施工方法

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技术领域

[0001]本发明涉及桩头破除技术领域，更为具体地，涉及一种桩头破除装置及其施工方法。

背景技术

[0002]桩基础是通过承台把若干根桩的顶部联结成整体，共同承受动静荷载的一种深基础，而桩是设置于土中的竖直或倾斜的基础构件，其作用在于穿越软弱的高压缩性土层或水，将桩所承受的荷载传递到更硬、更密实或压缩性较小的地基持力层上，我们通常将桩基础中的桩称为基桩。在桩基的施工完成后，需要将一定长度的桩头混凝土破除掉留下钢筋笼，并在桩顶进行承台的浇筑。由于不能破坏钢筋笼和影响下部桩的结构，破除桩头时无法使用大型拆除设备，现有破除桩头的设备和方法有：[0003](1)传统的方法为：人工手持电锤破除混凝土，该方法的优点是人工精度高、不会伤害到钢筋并且不会影响下部桩的受力，但是该方法存在施工速度慢、效率低、会产生噪音、劳动强度大等问题；[0004](2)现有技术中也存在通过整套有针对性的装置对桩头进行破除的方法，例如，专利申请号为201721043770.X的一篇专利公开了一种预埋套管桩头整体破除装置，预先将需破除长度内的桩头钢筋套上套管，待桩施工完成后用切割机将桩头切出环形切线，再用扩张器从切线位置进行扩张破坏余下混凝，最后将桩头整体拆除，该方法具有施工速度快、节省人力的优点，但是需要提前预埋套管导致桩基施工麻烦，而且在涨裂混凝土的过程中容易损害钢筋；专利申请号为201710251637.1的专利公开了一种针对静压桩机进行破除桩头的破桩器及其施工方法，该方法通过在破桩器圆形基板上施加较大的静压力推动下部十字形锥头破除桩头，具有施工速度快、不会产生较大的振动等优点，但是在实际施工时难以保证上部静压力的作用方向与下部桩的轴线一致容易导致偏压，较大的静压力会对下部桩体产生较大的影响甚至会导致桩体下沉，此外压裂的过程会对钢筋产生破坏；专利申请号201820805274.1的专利公开了一种内置式钻孔灌注桩桩头破除器，通过在桩的钢筋笼上预先设置圆形钢板，待桩施工完成后通过油缸向上推动钢板是上部桩头混凝土与下部桩体分离实现破除桩头，该方法具有施工快、节省人力等优点，但存在预制过程繁琐、会对下部桩体造成影响等问题；专利申请号为201810367581.0的专利公开了一种桥梁灌注桩用桩头破剪装置及使用方法，该方法是在桩体浇筑前将环形破除器安置在钢筋笼顶端，待桩体混凝土初凝后将破除器本体吊走，留下破除器，待桩体混凝土终凝后再从破剪器本体初始所在位置破除桩头，该方法具有施工快、节省人力等优点，但存在施工繁琐、会对桩体造成影响等问题。

[0005]上述各现有技术提供的桩头破除装置在施工过程中均会产生大量的粉尘和噪音，而且会对桩头或者钢筋造成损坏。

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说　明　书

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发明内容

[0006]鉴于上述问题，本发明的目的之一是提供一种桩头破除装置，采用这种桩头破除装置能够解决现有技术中破除桩头的施工过程中产生大量的粉尘和噪音以及对桩头或者钢筋造成损坏等技术问题。

[0007]本发明提供一种桩头破除装置，包括外壳、高压喷射装置和夹持装置；其中，所述外壳为开口向下的半封闭式结构，所述半封闭式结构内部形成桩头容置腔，在所述外壳的侧壁上设置有至少两排第一安装孔层，在所述第一安装孔层上设置有第一安装孔，在所述外壳的顶部设置有第二安装孔；所述高压喷射装置包括设置在所述第一安装孔内的第一喷嘴、为所述第一喷嘴提供高压喷射动力的第一动力装置、设置在所述第二安装孔内的第二喷嘴，以及为所述第二喷嘴提供高压喷射动力的第二动力装置；所述夹持装置包括设置在所述外壳的开口端的夹持结构和为所述夹持结构提供夹持动力的第三动力装置。[0008]此外，优选的方案是，所述外壳为圆柱形外壳；和/或，所述外壳的高度为1500mm，厚度为50mm。[0009]此外，优选的方案是，在所述第一安装孔层上沿着所述外壳的侧壁均匀设置至少六个第一安装孔，且所述第一安装孔的高度相同。[0010]此外，优选的方案是，在所述第一安装孔处设置有第一喷嘴座，所述第一喷嘴安装在所述第一喷嘴座上；和/或，在所述第二安装孔处设置有第二喷嘴座，所述第二喷嘴安装在所述第二喷嘴座上。[0011]此外，优选的方案是，所述第一喷嘴座通过第一法兰盘与所述第一安装孔同心安装在所述外壳的外侧壁表面；和/或，所述第二喷嘴座通过第二法兰盘与所述第二安装孔同心安装在所述外壳的顶端外部。[0012]此外，优选的方案是，所述第一动力装置包括第一高压泵，所述第一高压泵通过第一快速接头与所述第一喷嘴连接；和/或，所述第二动力装置包括第二高压泵，所述第二高压泵通过第二快速接头与所述第二喷嘴连接。[0013]此外，优选的方案是，所述第三动力装置包括设置在所述外壳的开口端的第三安装孔和安装在所述第三安装孔处的油缸；所述油缸包括油缸外筒；所述油缸外筒安装在所述外壳的外侧壁上，在所述油缸外筒外侧壁上设置有注油口，在所述油缸外筒内部设置有油缸活塞，所述油缸活塞靠近所述油缸外筒轴线的一端与所述夹持结构连接，通过油缸外筒内的液压油推动所述油缸活塞并带动所述夹持结构沿所述外壳径向运动。[0014]此外，优选的方案是，所述油缸外筒通过第三法兰盘安装在所述外壳的外侧壁上；和/或，所述油缸活塞靠近所述油缸外筒轴线的一端通过第四法兰盘与所述夹持结构连接；和/或，所述夹持结构为卡瓦。[0015]此外，优选的方案是，在所述外壳的顶端外部设置有吊环。

[0016]本发明的另一目的是供一种如上所述的桩头破除装置的施工方法，包括如下步骤：

[0017]S1、对距离待破除桩头的顶部300mm、直径为2500mm内的周围土体进行清除，并使桩头的底部平整，得到第一桩头；[0018]S2、将所述桩头破除装置悬挂至所述第一桩头上，使所述夹持装置下降到桩基预设高度，通过所述第三动力装置使夹持结构紧固在桩体上；

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S3、启动高压喷射装置，通过高速射流破除所述第一桩头上的混凝土，使桩体钢筋

露出，得到第二桩头；[0020]S4、每隔10-20分钟检查所述第二桩头上的混凝土是否已被完全破除，直至所述第二桩头混凝土被破除只留下钢筋，得到第三桩头；[0021]S5、通过所述第三动力装置解除所述夹持结构在桩体上的紧固状态，将所述桩头破除装置从所述第三桩头移开，得到第四桩头；[0022]S6、对所述第四桩头进行清理。[0023]从上面的技术方案可知，本发明提供的桩头破除装置及其施工方法，通过外壳将高压喷射装置产生的高压喷射集中在外壳内部进行，高速水射流破除桩头、劳动强度低、无粉尘和噪音产生；而且使用方便，不需要提前在桩基钢筋笼上预制装置，施工时只会破坏桩头混凝土，不会伤害桩内钢筋；破除过程不会产生强烈的振荡、无需对桩施加强力，不会对下部桩体产生影响。

[0024]为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

[0025]通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

[0026]图1为根据本发明实施例的桩头破除装置的结构示意图；[0027]图2为图1的A-A方向的剖面图；[0028]图3为图1的B-B方向的剖面图；

[0029]图4为根据本发明实施例的桩头破除装置的局部剖面图；

[0030]图5为根据本发明实施例的桩头破除装置喷射高压水时的原理图。[0031]其中的附图标记包括：1-外壳，11-桩头容置腔，12-第一安装孔，13-第二安装孔，21-第一喷嘴，22-第二喷嘴，23-第一喷嘴座，24-第二喷嘴座，31-夹持结构，41-第一高压泵的连接胶管，42-第一快速接头，43-第二高压泵的连接胶管，44-第二快速接头，51-第三安装孔，52-油缸外筒，53-注油口，54-油缸活塞，6-吊环，7-桩头，8-桩体，9-地层，10-钢筋。[0032]在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

[0033]在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。[0034]以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。[0035]图1示出了根据本发明实施例的桩头破除装置的结构。[0036]图2为图1的A-A方向的剖面结构。[0037]图3为图1的B-B方向的剖面结构。

[0038]图4为根据本发明实施例的桩头破除装置的局部剖面结构。

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如图1至图4共同所示，一种桩头破除装置，包括外壳1、高压喷射装置和夹持装置；

其中，外壳1为开口向下的半封闭式结构，半封闭式结构内部形成桩头容置腔11，在外壳1的侧壁上设置有至少两排第一安装孔层，在第一安装孔层上设置有第一安装孔12，在外壳1的顶部设置有第二安装孔13；高压喷射装置包括设置在第一安装孔12内的第一喷嘴21、为第一喷嘴21提供高压喷射动力的第一动力装置、设置在第二安装孔13内的第二喷嘴22，以及为第二喷嘴22提供高压喷射动力的第二动力装置；夹持装置包括设置在外壳1的开口端的夹持结构31和为夹持结构31提供夹持动力的第三动力装置。[0040]如图1所示，在施工的过程中，桩体8下部位于地层9中，桩头7露出底层9，将外壳1套至桩头7，将高压喷射装置产生的高压喷射集中在外壳1内部进行，通过高速水射流破除桩头7，使位于桩头7内的钢筋10露出，劳动强度低、无粉尘和噪音产生；而且使用方便，不需要提前在桩基钢筋笼上预制装置，施工时只破坏桩头7的混凝土，不伤害桩内钢筋10；破除过程不会产生强烈的振荡、无需对桩施加强力，不会对下部桩体8产生影响；通过在外壳1的侧壁上设置至少两排第一安装孔层，在外壳1的顶部设置有第二安装孔13，能够对桩头各个位置进行全面破除，破除速度快。[0041]其中，外壳1的形状可为长方体、立方体或者圆形；由于，桩体通常为圆柱形，所以为了便于在外壳1侧壁上安装一周第一喷嘴21，外壳1优选为圆柱形外壳；其材质优选为钢材，外壳1的高度和厚度可根据实际应用确定，在本发明的一个优选方案中，外壳1的高度优选为1500mm，厚度优选为50mm。

[0042]在外壳1的侧壁上可上下设置多排第一安装孔层，每相邻的第一安装孔层之间的距离根据实际情况进行确定，作为本发明的一个优选方案，在第一安装孔层上沿着外壳1的侧壁均匀设置至少六个第一安装孔12，且第一安装孔12的高度相同。多个安装孔内的第一喷嘴21同时对桩头进行高压水喷射，能够快速的破除桩头，提高效率，且同时喷射高压水时，各个方向的喷射力量相同，确保整个装置的稳定，利于进一步减少装置震动产生的噪音。

[0043]为了便于固定第一喷嘴21和第二喷嘴22，作为本发明的一个优选方案，在第一安装孔12处设置有第一喷嘴座23，第一喷嘴21安装在第一喷嘴座23上；和/或，在第二安装孔22处设置有第二喷嘴座24，第二喷嘴22安装在第二喷嘴座24上。[0044]为了便于将第一喷嘴座和第二喷嘴座安装到外壳上，作为本发明的一个优选方案，第一喷嘴座23通过第一法兰盘与第一安装孔21同心安装在外壳1的外侧壁表面；和/或，第二喷嘴座24通过第二法兰盘与第二安装孔22同心安装在外壳1的顶端外部。[0045]作为本发明的一个优选方案，第一动力装置包括第一高压泵，第一高压泵通过第一快速接头42与第一喷嘴21连接；和/或，第二动力装置包括第二高压泵，第二高压泵通过第二快速接头44与第二喷嘴22连接。通过第一高压泵和第二高压泵为第一喷嘴21和第二喷嘴22提供高压喷射动力，用于破除桩头。[0046]具体地，第一高压泵与第一高压泵的连接胶管41的一端连接，第一高压泵的连接胶管41的另一端部设置有第一快速接头42，第一快速接头42与第一喷嘴21连接；第二高压泵与第二高压泵的连接胶管43的一端连接，第二高压泵的连接胶管43的另一端部设置有第二快速接头44，第二快速接头44与第二喷嘴22连接。[0047]作为本发明的一个优选方案，第三动力装置包括设置在外壳1的开口端的第三安

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装孔51和安装在第三安装孔51处的油缸；油缸包括油缸外筒52；油缸外筒52安装在外壳1的外侧壁上，在油缸外筒52外侧壁上设置有注油口53，在油缸外筒52内部设置有油缸活塞54，油缸活塞54靠近油缸外筒52轴线的一端与夹持结构3连接，通过油缸外筒52内的液压油推动油缸活塞54并带动夹持结构3沿外壳1径向运动。[0048]作为本发明的一个优选方案，油缸外筒52通过第三法兰盘安装在外壳1的外侧壁上；和/或，油缸活塞54靠近油缸外筒52轴线的一端通过第四法兰盘与夹持结构3连接；其中，夹持结构3优选为卡瓦。

[0049]为了使夹持结构3在工作时对桩体的夹持力度更加均匀，在外壳1的开口端沿着侧壁一周均匀设置四个第三安装孔51，油缸安装在第三安装孔51处，每个油缸活塞54靠近油缸外筒52轴线的一端通过第四法兰盘连接一个卡瓦。[0050]为了方便将整个破除装置吊起，在外壳1的顶端外部设置有吊环6。[0051]本发明提供的桩头破除装置的施工方法，包括如下步骤：[0052]S1、对距离待破除桩头的顶部300mm、直径为2500mm内的周围土体进行清除，并使桩头的底部平整，得到第一桩头；[0053]S2、将桩头破除装置悬挂至第一桩头上，使夹持装置下降到桩基预设高度，通过第三动力装置使夹持结构紧固在桩体上；[0054]S3、启动高压喷射装置，通过高速射流破除第一桩头上的混凝土，使桩体钢筋露出，得到第二桩头；[0055]S4、每隔10-20分钟检查第二桩头上的混凝土是否已被完全破除，直至第二桩头混凝土被破除只留下钢筋，得到第三桩头；[0056]S5、通过第三动力装置解除夹持结构在桩体上的紧固状态，将桩头破除装置从第三桩头移开，得到第四桩头；[0057]S6、对第四桩头进行清理。

[0058]本发明提供的桩头破除装置的工作原理为：[0059]通过油缸活塞推动夹持结构包住桩体，再通过第一高压泵和第二高压泵经高压管向第一喷嘴座和第二喷嘴座中泵入40-50MPa的高压水，高压水从第一喷嘴和第二喷嘴中高速喷出从而切割破坏桩头混凝土，但射流的冲击力不会对桩体内的钢筋造成伤害，从而达到破除桩头而不伤害桩头内钢筋的目的。如图5所示，高速射流有三个区域组成，分为初期区域A段，主要区域B段和终期区域C段，B段为主要发挥喷射流的切削、冲击作用的区域。[0060]如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的桩头破除装置及其施工方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的桩头破除装置及其施工方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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图3

图4

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说　明　书　附　图

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图5

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