一种灌注桩桩头高效切割系统的制作方法
1.本发明涉及灌注桩生产技术领域，具体涉及到一种灌注桩桩头高效切割系统。
背景技术：
2.灌注桩具有适应能力强、桩的几何尺寸和单桩承载力可调空间大等优点，且具有穿越各种硬夹层、嵌岩和进入各类硬持力层的能力，被广泛用于高层建筑和桥梁等大型工程的桩基础。
3.在进行灌注桩混凝土浇筑时，桩顶的沉渣和灌注过程中泥浆中沉淀的杂质会在混凝土表面形成一定厚度的浮浆，为保证桩顶处混凝土的强度，采取灌注混凝土超出桩顶设计标高0.5-1.0m的措施，以保证桩顶处混凝土在超灌部分自重作用下的密实以及桩头处的混凝土中不含泥浆；在桩基上部结构施工前，需将超灌部分凿除，使桩顶标高以上的钢筋露出。
4.目前，凿除超灌桩头的方法主要有两种：采用风镐进行人工凿除以及采用液压桩头破碎机进行机械破碎。采用风镐进行人工凿除存在劳动强度大、工作效率低以及环境噪音大等问题，且人身安全风险高；尽管液压桩头破碎机可以有效解决上述问题，但操作不当时仍存在桩头产生裂缝或超灌区域部分主筋出现变形甚至损伤，此外桩头破碎完成后需进行整平。
5.再者，随着中国碳达峰、碳中和目标的提出，基于浅层地温能的能量桩技术受到工程技术人员的广泛关注。能量桩是将地源热泵系统中的换热管埋置在桩体内部，桩同时起到承载和换热的作用，是一种新型的基础型式。而现浇灌注桩作为能源桩的主要桩型，一般都是采用在钢筋笼上绑扎换热管的埋设方式。针对这类的能源桩在进行凿除时，无论采用人工凿除还是液压桩头破碎机进行超灌桩头机械破碎，都难以避免换热管产生变形，甚至造成挤压破坏，进而影响能源桩的正常使用。
6.因此，针对现有灌注桩桩头在凿除破碎时所面临的问题，需要一种新的灌注桩桩头高效切割方案。
技术实现要素：
7.针对现有技术所存在的不足，本发明目的在于提出一种灌注桩桩头高效切割系统，具体方案如下：
8.一种灌注桩桩头高效切割系统，灌注桩的内部以其中轴线为中心同轴设置有钢筋笼，所述钢筋笼超出桩顶的部分设为桩头预留钢筋，所述切割系统包括预制多仓隔板、自动切割装置：
9.预制多仓隔板，可随着钢筋笼内置于灌注桩中，整体套设于钢筋笼的一端，密封所述桩头预留钢筋的端面以及外壁；
10.预制多仓隔板位于钢筋笼的内部形成有一个放置腔，放置腔设置为与钢筋笼同轴设置的圆环状内腔；
11.自动切割装置，形成有一根可伸入放置腔中的切割绳圈，切割绳圈沿其长度方向形成有若干个切割部，切割部的硬度大于混凝土，自动切割装置带动切割绳圈沿着放置腔的径向收拢以及沿着放置腔的周向位移。
12.进一步的，预制多仓隔板包括从内至外包括三个同轴连接的封闭式内仓室、顶部封闭式中间仓室以及封闭式外仓室，三者均呈圆筒状；
13.封闭式内仓室贴合设置于钢筋笼的内圈，封闭式外仓室贴合设置于钢筋笼的外圈，顶部封闭式中间仓室贴合设置于钢筋笼的端面。
14.进一步的，封闭式内仓室的高度为h1，h1＝h0+h2cm，径向宽度为r1，r1大于切割绳圈的直径；
15.顶部封闭式中间仓室的高度为h2cm，径向宽度为r2，r2＝r0+0.5cm，其中r0为钢筋的设计直径；
16.封闭式外仓室的高度为h3，h3＝h1，径向宽度为r3，r3小于钢筋保护层的设计宽度。
17.进一步的，切割绳圈采用金刚石串珠绳。
18.进一步的，自动切割装置还包括主动轮、动力机构以及自动收紧机构；
19.动力机构与主动轮驱动连接，可带动主动轮自转，主动轮的外壁上形成有用于金刚石串珠绳嵌合的齿槽，金刚石串珠绳与齿槽啮合连接，两端均朝外延伸形成两段具有一定长度的切割段，并且两切割段的两端可接合形成切割绳圈；
20.自动收紧机构，分别与两切割段接触，可推动切割段做张开或者收拢的运动以缩短切割段在放置腔的长度。
21.进一步的，自动收紧机构包括固定轮、滑轮、带齿轮的步进电机、带齿条的导轨；
22.导轨上设有两个间隔设置的步进电机，步进电机的齿轮与导轨上的齿条啮合，每个步进电机上安装有一个滑轮；
23.导轨位于两个步进电机之间固接有两个间隔设置的固定轮；
24.金刚石串珠绳的一端以s型依次绕过一个滑轮以及一个固定轮。
25.进一步的，所述导轨呈弧形，设于灌注桩的一侧，与灌注桩同轴设置。
26.进一步的，靠近所述固定轮的钢筋上套设有防护轴承，防护轴承的外壁上设有凹槽。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
28.(1)通过设置预制多仓隔板，在进行钢筋笼吊装前，将预制多仓隔板安装在钢筋笼的顶部，使桩头预留钢筋被预制多仓隔板包裹，进行混凝土浇筑时，预制多仓隔板便可对预留出来的钢筋起到防护作用，之后对灌注桩进行超灌。
29.需要凿除灌注桩的超灌部分时，由于本发明的预制多仓隔板与钢筋笼一同浇筑于灌注桩中，首先，沿着齐平于桩头预留钢筋端面的切割面对超灌部分进行初次切割，在清掉部分素混凝土的同时，对预制多仓隔板进行开天窗处理，将放置腔对外敞开，将切割绳圈放入放置腔的底部，在自动切割装置的动力作用下，切割绳圈逐渐收紧，沿着低于上个切割面有桩头预留钢筋该高度的又一个切割面逐渐切开处于钢筋笼内圈的预制多仓隔板、素混凝土。
30.最后，处于钢筋笼外圈的桩头剩余保护层混凝土以及预制多仓隔板，可采用手持
切割机进行切割，由于钢筋笼与混凝土保护层之间有预制多仓隔板，桩头预留钢筋也不会受到手持切割机的损伤。
31.综述，通过切割绳圈逐渐收紧的方式，将钢筋笼内部的混凝土切断，切断的切割面平整，使得后续无需对桩顶修整，而且该切断过程中切割绳圈是逐渐远离钢筋笼，相较于现有技术，可以在有效保护桩头区域钢筋在切割阶段不被破坏。
32.(2)本发明基于金刚石和混凝土之间具有硬度差的原理，采用电机驱动方式，带动金刚石串珠绳在摩擦力的作用下，切割混凝土，相较于现有的风镐、液压桩头破碎机，本发明的操作过程环境噪音大大减小，从而减少噪音污染。
33.(3)液压桩头破碎机整体结构复杂，相较于现有技术中的液压桩头破碎机，本发明的自动切割装置整体的机械结构简单，整体占用空间小，虽然自动切割装置需要配合预先设置在灌注桩内部的预制多仓隔板才能使用，但预制多仓隔板在没有影响灌注桩的本身结构的前提下，不仅能在混凝土超灌的过程中隔开桩头预留钢筋与混凝土，还能在切割过程中，对金刚石串珠绳限位配合自动切割装置完成切割。
附图说明
34.图1为本发明的灌注桩桩头高效切割系统作业时的平面布置图；
35.图2为灌注桩桩头区域的剖面图；
36.图3为预制多仓隔板与桩头预留钢筋的剖面图；
37.图4为主动轮与金刚石串珠绳接触时的示意图。
38.附图标记：1、灌注桩；2、预制多仓隔板；21、封闭式内仓室；211、放置腔；22、顶部封闭式中间仓室；23、封闭式外仓室；3、金刚石串珠绳；4、切割段；5、主动轮；51、凸块；52、齿槽；6、动力机构；7、自动收紧机构；71、固定轮；72、滑轮；73、步进电机；74、导轨；8、桩头预留钢筋；9、防护轴承。
具体实施方式
39.下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
40.灌注桩是一种利用钻孔机械钻出桩孔，并在孔中浇筑混凝土(或先在孔中吊放钢筋笼)而成的桩。在制作带钢筋笼的灌注桩1时，为保证桩顶处混凝土的强度，采取灌注混凝土超出桩顶设计标高0.5-1.0m的措施，在桩基上部结构施工前，需将超灌部分凿除，使桩顶标高以上的钢筋露出。本实施例中，混凝土超灌部分的高度可在0.5-1.0m该范围中选取，不做具体限制，由于钢筋笼整体浇筑于混凝土中，因此，为便于描述，钢筋笼中的钢筋超出桩顶的设计高度设为h0，该h0不做具体限制，此部分钢筋可以简称为桩头预留钢筋8。
41.鉴于现有灌注桩桩头凿除施工方法存在的不足之处，本发明提供了一种灌注桩桩头高效切割系统，灌注桩桩头高效切割系统可以在有效保护桩头区域钢筋在切割阶段不被破坏的前提下，实现桩头超灌混凝土的高效以及静音切割，且切割后桩顶平整，无需后续修整。
42.为实现上述功能，切割系统包括两个部分，其中一个部分为预制多仓隔板2，另一部分为实际进行切割操作的自动切割装置。预制多仓隔板2用于灌注桩1制作过程中还未对
钢筋笼浇筑混凝土之前，对超出桩顶h0的钢筋起到包裹、防护作用，其另一个作用是在切断阶段辅助自动切割装置进行定位切割。
43.参见图2，预制多仓隔板2，整体呈圆筒状，采用pvc材质。在结构上，由三个独立的仓室组成，具体为从内至外包括三个同轴连接的封闭式内仓室21、顶部封闭式中间仓室22以及封闭式外仓室23，三个仓室也分别呈圆筒状，其封闭体现在仓室的内部空心设置，端面密封，减轻整个仓室的重量。为配合超出桩顶h0的钢筋的规格，封闭式内仓室21的高度为h1，h1＝h0+h2cm，径向宽度为r1，r1大于自动切割装置中的切割绳圈的直径；顶部封闭式中间仓室22的高度为h2cm，本实施例中设置为10cm，径向宽度为r2，r2＝r0+0.5cm，其中r0为桩头预留钢筋8的设计直径；封闭式外仓室23的高度为h3，h3＝h1，径向宽度为r3，r3小于钢筋保护层的设计宽度，钢筋保护层的意思是钢筋外边缘至构件表面范围用于保护钢筋的混凝土，本实施例中，为桩头预留钢筋8外边缘至灌注桩1表面的宽度，例如钢筋保护层的设计厚度5.0cm时，一般可设r3＝4.0cm。
44.需要说明的是，封闭式内仓室21、顶部封闭式中间仓室22以及封闭式外仓室23虽然大小规格不同，组装成预制多仓隔板2时，三者的侧壁依次固接，且保证预制多仓隔板2沿轴向的两个端面统一在统一平面上。
45.如图3所示，在进行钢筋笼吊装前，将上述预制多仓隔板2安装在钢筋笼的顶部，具体为将桩头预留钢筋8插设于封闭式内仓室21、封闭式外仓室23之间的空隙，同时，桩头预留钢筋8的端面与顶部封闭式中间仓室22抵接。图2为灌注桩1桩头区域的剖面图，如图可以看出，预制多仓隔板2的截面呈凵字形，此时，桩头预留钢筋8沿其长度方向上在h0范围内的外壁被封闭式内仓室21、封闭式外仓室23包裹，需要说明的是，钢筋与预制多仓隔板2的孔隙用粘土将剩余空间填满，提高钢筋笼与预制多仓隔板2之间的稳定性。
46.完成钢筋笼吊装后，进行混凝土浇筑，预制多仓隔板2对桩头预留钢筋8起到防护作用，避免与混凝土直接接触。为保证桩顶处混凝土的强度，会进行混凝土超灌，超灌部分的混凝土也只是和预制多仓隔板2的外表面接触，后续凿除超灌部分时，由于桩头预留钢筋8与预制多仓隔板2之间没有连接强度，只需重新将预制多仓隔板2相对桩头预留钢筋8分离即可，无需对桩头预留钢筋8做切除混凝土的操作，从而可避免损伤钢筋。
47.如图1所示，自动切割装置，形成有一根切割绳圈，可控制切割绳圈收拢以及位移，切割绳圈沿其长度方向形成有若干个切割部，切割部的硬度大于混凝土，现有技术中，金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，因此本发明中，切割绳圈可采用金刚石串珠绳3制成，即绳体上间隔安装有多个金刚石，切割绳圈上的切割部对应为金刚石串珠，其具体的规格可根据实际工况进行设定。为实现金刚石的切割作用，在进行切割作业时，自动切割装置设于灌注桩1的相邻一侧，可沿着灌注桩1的径向控制切割绳圈收拢，并在收拢的过程中，切割绳圈产生位移会相对灌注桩1摆动，在摩擦力的作用下，金刚石串珠切割超灌部分的混凝土，并且切割绳圈逐渐收拢，直至将混凝土切断。
48.对此，自动切割装置除切割绳圈还具体包括主动轮5、动力机构6以及自动收紧机构7。动力机构6可采用驱动电机，驱动电机的输出轴与主动轮5同轴固定连接，对主动轮5提供旋转的力矩，从而可带动主动轮5自转。如图4所示，在主动轮5的外周，环形阵列有多个凸块51，相邻两个凸块51之间形成有用于金刚石串珠可以嵌入的齿槽52，金刚石串珠绳3与齿槽52啮合连接，从而使主动轮5在转动过程中，通过凸块51对金刚石串珠施加额外的力，驱
动金刚石串珠绳3作业。
49.金刚石串珠绳3安装在主动轮5上之后，它的两端均朝外延伸形成有两段具有一定长度的切割段4，通过设置接头，两切割段4的两端可接合形成封闭式的圆环，也就是切割绳圈。由于此时的切割绳圈的直径远大于灌注桩1的直径，因此，需要自动收紧机构7将切割绳圈调整至合适的尺寸。
50.自动收紧机构7具体包括固定轮71、滑轮72、带齿轮的步进电机73、带齿条的导轨74，导轨74呈弧形，设于灌注桩1的一侧，与灌注桩1同轴设置，减小占用空间，导轨74上设有两个间隔设置的步进电机73，两个步进电机73以主动轮5为中心点对称设置，步进电机73的齿轮与导轨74上的齿条啮合，每个步进电机73上安装有一个滑轮72，由步进电机73为齿轮提供动力从而带动滑轮72沿导轨74移动。导轨74位于两个步进电机73之间固接有两个间隔设置的固定轮71，两个固定轮71也以主动轮5为中心点对称设置。
51.自动收紧机构7与金刚石串珠绳3配合时，切割段4的一端以s型依次绕过一个滑轮72以及一个固定轮71。需要说明的是，由于滑轮72、固定轮71会与切割段4接触，为避免金刚石磨损轮体，滑轮72、固定轮71的会与切割段4接触的外壁设置有与主动轮5一致的凸块51、齿槽52。当自动收紧机构7工作时，步进电机73沿着导轨74位移的过程中，若两个滑轮72相对远离，在固定轮71限位作用下，滑轮72与固定轮71之间、滑轮72与固定轮71之间的切割段4的长度均会逐渐伸长，相反，若两个滑轮72相对靠近，轮与固定轮71之间、滑轮72与固定轮71之间的切割段4的长度均会逐渐缩短，从而调整金刚石串珠绳3的张紧程度。
52.具体进行切割作业时，本切割系统的使用方法如下：
53.如图所示，首先第一步，沿切割线1对超灌部分进行初次切割，沿着齐平于钢筋端面的切割面对超灌部分进行初次切割，此时，预制多仓隔板2的顶部封闭式中间仓室22随着混凝土被切掉，在清掉部分素混凝土的同时，将预制多仓隔板2的封闭式内仓室21、封闭式外仓室23进行开天窗处理，即将封闭式内仓室21、封闭式外仓室23的两个端面去除，同时在封闭式内仓室21、封闭式外仓室23的侧壁开设有两个便于切割段4伸入放置腔211、从放置腔211伸出的开口，此时，封闭式内仓室21内部的空腔对外敞开，形成用于放置切割段4的放置腔211，放置腔211为圆环状内腔；
54.其次第二步，将两个切割段4放入放置腔211的底部，此时的切割段4的所处高度与桩头预留钢筋8的末端齐平，用接头将两个切割段4的端部结合，形成切割线圈，打开驱动电机和步进电机73，缩短切割段4在放置腔211中的长度，逐渐将切割线圈张紧，便可沿着图中的切割线2对超灌部分进行二次切割，即沿着低于上个切割面h0高度的又一个切割面切掉超灌部分的桩芯素混凝土；
55.最后一步，采用手持切割机将桩头剩余保护层混凝土以及预制多仓隔板2进行切割，并将原先填充的粘土进行冲洗。
56.在第二步操作中，由于所有钢筋处于封闭式内仓室21、封闭式外仓室23之间的空隙，切割段4在伸入放置腔211以及从放置腔211中伸出时会经过该空隙，在该空隙中，靠近固定轮71设置的两个钢筋上套设有防护轴承9，轴承的外周为凹槽，在进行桩头切割时将轴承套在桩头预留钢筋8上，防止金刚石串珠绳3接触到桩头预留钢筋8，造成桩头预留钢筋8的磨损。
57.综述，在第一步中，由于超灌部分的顶面远高于桩头预留钢筋8端面所在的平面，
因此，初次切割不会对内部的桩头预留钢筋8造成影响，可以采用液压桩头破碎机，切割的表面即使不平整也无影响。实际上最重要的是第二步，二次切割过程中，从图中可以看出，除了两个套设有防护轴承9的两个钢筋，切割绳圈是不会与钢筋笼上其他钢筋接触的，从而有效保护桩头区域钢筋在切割阶段不被破坏。
58.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种灌注桩桩头高效切割系统，灌注桩(1)的内部以其中轴线为中心同轴设置有钢筋笼，所述钢筋笼超出桩顶的部分设为桩头预留钢筋(8)，其特征在于，所述切割系统包括预制多仓隔板(2)、自动切割装置：预制多仓隔板(2)，可随着钢筋笼内置于灌注桩(1)中，整体套设于钢筋笼的一端，密封所述桩头预留钢筋(8)的端面以及外壁；预制多仓隔板(2)位于钢筋笼的内部形成有一个放置腔(211)，放置腔(211)设置为与钢筋笼同轴设置的圆环状内腔；自动切割装置，形成有一根可伸入放置腔(211)中的切割绳圈，切割绳圈沿其长度方向形成有若干个切割部，切割部的硬度大于混凝土，自动切割装置带动切割绳圈沿着放置腔(211)的径向收拢以及沿着放置腔(211)的周向位移。2.根据权利要求1所述的灌注桩桩头高效切割系统，其特征在于，预制多仓隔板(2)包括从内至外包括三个同轴连接的封闭式内仓室(21)、顶部封闭式中间仓室(22)以及封闭式外仓室(23)，三者均呈圆筒状；封闭式内仓室(21)贴合设置于钢筋笼的内圈，封闭式外仓室(23)贴合设置于钢筋笼的外圈，顶部封闭式中间仓室(22)贴合设置于钢筋笼的端面。3.根据权利要求2所述的灌注桩桩头高效切割系统，其特征在于，封闭式内仓室(21)的高度为h1，h1＝h0+h2cm，径向宽度为r1，r1大于切割绳圈的直径；顶部封闭式中间仓室(22)的高度为h2cm，径向宽度为r2，r2＝r0+0.5cm，其中r0为钢筋的设计直径；封闭式外仓室(23)的高度为h3，h3＝h1，径向宽度为r3，r3小于钢筋保护层的设计宽度。4.根据权利要求3所述的灌注桩桩头高效切割系统，其特征在于，切割绳圈采用金刚石串珠绳(3)。5.根据权利要求2所述的灌注桩桩头高效切割系统，其特征在于，自动切割装置还包括主动轮(5)、动力机构(6)以及自动收紧机构(7)；动力机构(6)与主动轮(5)驱动连接，可带动主动轮(5)自转，主动轮(5)的外壁上形成有用于金刚石串珠绳(3)嵌合的齿槽(52)，金刚石串珠绳(3)与齿槽(52)啮合连接，两端均朝外延伸形成两段具有一定长度的切割段(4)，并且两切割段(4)的两端可接合形成切割绳圈；自动收紧机构(7)，分别与两切割段(4)接触，可推动切割段(4)做张开或者收拢的运动以缩短切割段(4)在放置腔(211)的长度。6.根据权利要求5所述的灌注桩桩头高效切割系统，其特征在于，自动收紧机构(7)包括固定轮(71)、滑轮(72)、带齿轮的步进电机(73)、带齿条的导轨(74)；导轨(74)上设有两个间隔设置的步进电机(73)，步进电机(73)的齿轮与导轨(74)上的齿条啮合，每个步进电机(73)上安装有一个滑轮(72)；导轨(74)位于两个步进电机(73)之间固接有两个间隔设置的固定轮(71)；金刚石串珠绳(3)的一端以s型依次绕过一个滑轮(72)以及一个固定轮(71)。7.根据权利要求2所述的灌注桩桩头高效切割系统，其特征在于，所述导轨(74)呈弧形，设于灌注桩(1)的一侧，与灌注桩(1)同轴设置。
8.根据权利要求7所述的灌注桩桩头高效切割系统，其特征在于，靠近所述固定轮(71)的钢筋上套设有防护轴承(9)，防护轴承(9)的外壁上设有凹槽。
技术总结
本发明提供一种灌注桩桩头高效切割系统，涉及灌注桩生产技术领域，所述切割系统包括预制多仓隔板、自动切割装置：预制多仓隔板，可随着钢筋笼内置于灌注桩中，整体套设于钢筋笼的一端，密封桩头预留钢筋的端面以及外壁；预制多仓隔板位于钢筋笼的内部形成有一个放置腔；自动切割装置，形成有一根可伸入放置腔中的切割绳圈，切割绳圈沿其长度方向形成有若干个切割部，切割部的硬度大于混凝土，自动切割装置带动切割绳圈沿着放置腔的径向收拢以及沿着放置腔的周向位移。灌注桩桩头高效切割系统可以在有效保护桩头区域钢筋在切割阶段不被破坏的前提下，实现桩头超灌混凝土的高效以及静音切割，且切割后桩顶平整，无需后续修整。无需后续修整。无需后续修整。
