[0001] 本发明属于桩孔施工技术领域，具体涉及一种结构简单可靠、效率高、调整便捷、易回收的建筑桩基沉管扩底取土装置及扩底取土方法。

[0002] 桩基沉管扩底取土是一种结合了沉管灌注桩与扩底桩的优点，通过特殊的机械设备将钢管（沉管）沉入预定土层深度后，利用扩底装置在桩端进行局部扩径，同时取出扩底区域内的土体，随后向钢管内灌注混凝土，待混凝土硬化后形成具有较大承载面积桩端的桩基。桩基沉管扩底取土不仅能够显著提高单桩的承载力，还能有效减少桩基沉降，适用于多种复杂地质条件下的基础工程。

[0003] 桩基沉管扩底取土装置是用于桩基沉管扩底取土的一种专用设备。目前，桩基沉管扩底取土装置在扩底取土时，多通过钻杆将其送至桩孔内的预定位置，然后控制驱动装置向外打开钻筒侧壁内嵌的刮板，从而在钻杆或自带驱动装置驱动下，通过钻筒上的刮板对预定位置的桩孔进行扩大。而为了增加刮板的扩孔切削能力，一般在刮板的切削侧等距设置多个刮齿，但在扩孔时刮齿之间的缝隙容易卡进石块和泥土，使得扩孔完毕刮板收拢时，刮齿缝隙内的石块和泥土容易堵塞钻筒的回收口，使刮板无法完全收拢到钻筒内而部分突出，在钻筒上升收回时刮板的突出部分容易与桩孔内壁发生刮擦，不仅容易导致桩孔坍塌，而且钻筒也难以顺利上升回收，影响桩孔质量和后续扩底工作的正常进行。

[0004] 现有技术中，为了解决钻筒侧壁内嵌刮板难以有效收拢问题，有通过在钻筒的底部设置伺服电机和丝杆，然后在丝杆上套设活动套，并在活动套外部转动连接活动杆，随后在活动杆外部转动连接有齿杆，而齿杆外部与钻筒底部连接固定杆，最后在丝杆底端设置土斗；从而通过伺服电机驱动丝杆带动活动套上下移动，使得活动杆连接的齿杆实现向外展开或向内收拢，并最终通过齿杆实现扩孔和土斗实现取土。虽然本技术方案由于齿杆及活动杆等上的石块和泥土不影响完全收拢，但由于齿杆展开后成倾斜状，其有效切削面积较小，不仅导致扩底效率较低，而且齿杆上的受力分布严重不均衡，使得齿杆及活动杆、固定杆容易变形乃至损坏，后期的维护工作量较大，严重时还会导致齿杆难以收拢而发生与桩孔内壁刮擦事故。

[0021] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所做的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

[0022] 如图1至17所示，本发明建筑桩基沉管扩底取土装置，包括安装筒1、钻筒2、连接机构3，所述安装筒1的顶部设置有与钻杆连接的连接部，所述钻筒2为空心结构，所述连接机构3活动设置于安装筒1内，所述钻筒2通过连接机构3与安装筒1底部可拆卸的连接；所述钻筒2的下端周向等距固定设置有多个向下延伸的弧形空心柱21，多个所述
弧形空心柱21的底端固定连接有与钻筒2轴线垂直的底板22，相邻所述弧形空心柱21之间设置有刮板4，所述刮板4的一端通过转轴Ⅰ与钻筒2与底板22转动连接、另一端间隔设置有若干刮齿41，所述钻筒2的空腔Ⅰ内设置有扩底驱动装置5，所述扩底驱动装置5的驱动杆51与刮板4内壁铰接；
还包括剔除机构6，所述剔除机构6包括运动板61、圆弧板62，所述弧形空心柱21靠
近刮齿41一侧的端面上贯穿开设有若干与刮齿41错位的安装口23，所述运动板61设置于弧形空心柱21内且与圆弧板62固定连接，所述运动板61远离圆弧板62的一端活动贯穿安装口
23并延伸至相邻刮齿41之间，所述圆弧板62远离运动板61的一端上下贯穿的开设有导槽
621，所述弧形空心柱21的顶壁与底板22之间转动设置有曲轴63，所述曲轴63的导柱631滑动贯穿导槽621，所述刮板4连接的转轴Ⅰ与曲轴63连接有相互啮合的齿轮副64。

[0023] 所述弧形空心柱21的侧壁在安装口23一侧自上而下的设置有贯穿各安装口23的通孔Ⅰ，所述运动板61上固定设置有与通孔Ⅰ转动连接的转轴Ⅱ65，所述导槽621为沿圆弧板62长度方向延伸的腰槽，所述腰槽的长度大于曲轴63的导柱631最大回转直径，所述腰槽的宽度小于曲轴63的导柱631最大回转直径。

[0024] 所述运动板61延伸出安装口23的一侧为扇形结构，所述弧形空心柱21在安装口23一侧的内壁为与通孔Ⅰ同轴的圆弧内壁，所述运动板61上设置有与转轴Ⅱ65同轴的圆柱部611，所述圆柱部611与弧形空心柱21的圆弧内壁转动配合。

[0025] 所述钻筒2内壁沿周向固定设置有环状的空腔Ⅱ24，所述齿轮副64设置在空腔Ⅱ24内，包括齿轮Ⅰ641、齿轮Ⅱ642、齿轮Ⅲ643，所述转轴Ⅰ的顶端转动贯穿空腔Ⅱ24的底壁并与齿轮Ⅰ641同轴固定连接，所述曲轴63的前轴端转动贯穿弧形空心柱21的顶壁并延伸到空腔Ⅱ24内与齿轮Ⅱ642同轴固定连接，所述齿轮Ⅲ643转动设置在齿轮Ⅰ641与齿轮Ⅱ642之间并分别与齿轮Ⅰ641及齿轮Ⅱ642啮合。

[0026] 所述扩底驱动装置5包括直线驱动单元52、固定筒53、转盘54，所述直线驱动单元52向下延伸的固定设置在靠近钻筒2顶端的空腔Ⅰ内，所述固定筒53竖直固定设置在底板22上表面的中部，所述固定筒53内转动设置有转筒55，所述转盘54固定设置在转筒55的顶端，所述转盘54的外圆周面上开设有环形槽，所述环形槽内沿周向等距铰接有与刮板4数量对应的驱动杆51，所述驱动杆51远离转盘54的一端与对应的刮板4内壁铰接；
所述转筒55的外圆周面上均布有至少两条螺旋槽551，所述直线驱动单元52的驱
动轴向下活动贯穿转盘54并活动延伸至转筒55内，所述直线驱动单元52的驱动轴外圆周面上均布有与螺旋槽551对应的至少两根驱动柱57，所述驱动柱57滑动贯穿螺旋槽551。

[0027] 所述直线驱动单元52为气缸、液压缸或电动直线马达。

[0028] 所述刮板4的内壁固定设置有耳板42，所述驱动杆51远离转盘54的一端固定设置有转轴Ⅲ511，所述驱动杆51的转轴Ⅲ511与耳板42转动连接。

[0029] 所述连接机构3包括锥齿环31、锥齿轮32、定位块33，所述锥齿环31转动设置于安装筒1内腔的底部，所述锥齿轮32转动设置于安装筒1内壁上并与锥齿环31啮合，所述锥齿轮32的连接轴贯穿安装筒1侧壁且端面设置有配合孔，所述定位块33可拆卸的设置在锥齿轮32的连接轴一侧的安装筒1外壁上，所述锥齿轮32的连接轴端面上设置有与定位块33配合的定位槽321；所述钻筒2的顶面靠边沿处周向均布有多根定位柱25，所述定位柱25的外圆柱面
上同轴开设有环形的卡槽251，所述安装筒1的底面周向均布有与定位柱25对应的多个通孔Ⅱ11，所述锥齿环31的底面周向均布有与通孔Ⅱ11对应的多个定位孔311，所述锥齿环31的底面在定位孔311一侧开设有与定位孔311连通的限位腰槽312，所述定位孔311的直径大于限位腰槽312的槽宽和定位柱25的直径，所述锥齿环31内部在限位腰槽312的底部开设有沉槽313，所述沉槽313的槽宽不小于定位孔311的直径和定位柱25的直径，所述限位腰槽312的槽宽小于定位柱25的直径且大于环形卡槽251的直径，所述定位柱25可活动伸入通孔Ⅱ
11、定位孔311及沉槽313且卡槽251滑动卡设在限位腰槽312内。

[0030] 所述底板22的底面周向均布有多个贯穿上下的通槽，所述通槽内转动设置有水平的压辊7。

[0031] 所述安装筒1的内腔内靠近内壁处同轴固定设置有环形内壳12，所述环形内壳12的底端与安装筒1的内腔底壁固定连接，所述环形内壳12的顶端设置有向外延伸并与安装筒1内壁紧密贴合的凸环，所述锥齿环31及锥齿轮32转动设置于安装筒1的内壁与环形内壳12形成的空腔Ⅲ内。

[0032] 本发明的建筑桩基沉管扩底取土方法，基于前述建筑桩基沉管扩底取土装置，包括装置安装、扩底展开、扩底取土、收拢清理步骤，各步骤具体内容如下：A、装置安装：将安装筒1固定连接到钻杆底端，然后再将钻筒2通过连接机构3与安
装筒1底部连接；
B、扩底展开：控制直线驱动单元52的驱动轴向下伸出，带动驱动柱57向下沿螺旋
槽551移动，转筒55在螺旋槽551内的驱动柱57驱动下旋转，从而带动转筒55顶端固定连接的转盘54转动，转动的转盘54通过铰接的驱动杆51带动刮板4一端向外展开，使刮齿41与桩孔的内壁接触；
C、扩底取土：通过钻杆带动钻筒2转动，钻筒2再带动刮板4旋转进行扩底；扩底过
程中控制直线驱动单元52的驱动轴逐渐向下伸出，最终使钻筒2上各刮板4的刮齿41回转直径达到预设扩底直径，完成扩底工作；扩底过程中产生的土壤碎块，通过相邻弧形空心柱21之间的开口被真空吸土装置及时吸走；
D、收拢清理：完成扩底取土后，控制直线驱动单元52的驱动轴向上回缩，转盘54通过驱动杆51带动刮板4收拢；刮板4收拢时，刮板4连接的转轴Ⅰ通过齿轮副64带动曲轴63的导柱631做偏心运动，使得导柱631通过导槽621带动圆弧板62往复摆动，最终使圆弧板62连接的运动板61往复摆动，当刮板4带动刮齿41收拢到运动板61处时，运动板61在相邻的刮齿
41之间往复摆动，将卡在刮齿41之间的土壤及碎石刮除，最后刮板4完全收拢到相邻的弧形空心柱21之间，随后通过钻杆带动所述扩底取土装置从桩孔中取出，完成桩基沉管的扩底取土。

[0033] 所述A步骤中，将钻筒2顶面的定位柱25对齐并插入安装筒1底面的通孔Ⅱ11；然后通过插入锥齿轮32的连接轴端面配合孔的工具，转动锥齿轮32驱使锥齿环31旋转，使定位柱25插入到定位孔311内；随后继续通过工具转动锥齿轮32使锥齿环31旋转，带动锥齿环31的限位腰槽312滑动到卡槽251内；最后通过工具将定位块33锁紧到定位槽321内，使锥齿轮32的位置固定，实现钻筒2与安装筒1的连接。
实施例

[0034] S100：将安装筒1固定连接到钻杆底端，然后再将将钻筒2顶面的各定位柱25对齐并插入安装筒1底面的各通孔Ⅱ11；然后通过插入锥齿轮32的连接轴端面配合孔的工具（如内六角扳手），转动锥齿轮32驱使锥齿环31旋转，使定位柱25插入到定位孔311内；随后继续通过工具转动锥齿轮32使锥齿环31旋转，带动锥齿环31的限位腰槽312滑动到卡槽251内；最后通过工具旋紧定位块33上的螺钉，将定位块33锁紧到定位槽321内，使锥齿轮32的位置固定，实现钻筒2与安装筒1的连接。

[0035] S200：控制液压缸（即直线驱动单元52）的活塞杆（即驱动轴）向下伸出，带动驱动柱57向下沿螺旋槽551移动，转筒55在螺旋槽551内的驱动柱57驱动下旋转，从而带动转筒55顶端固定连接的转盘54转动，转动的转盘54通过铰接的驱动杆51带动刮板4放入刮齿41侧向外旋转展开，使刮齿41与桩孔的内壁接触。

[0036] S300：通过钻杆带动钻筒2转动，钻筒2再带动刮板4旋转进行扩底；扩底过程中控制直线驱动单元52的驱动轴逐渐向下伸出，最终使钻筒2上各刮板4的刮齿41回转直径达到预设扩底直径，完成扩底工作；扩底过程中产生的土壤碎块，通过相邻弧形空心柱21之间的开口被真空吸土装置及时吸走。

[0037] S400：完成扩底取土后，控制液压缸（即直线驱动单元52）的活塞杆（即驱动轴）向上回缩，转盘54通过驱动杆51带动刮板4收拢；刮板4收拢时，刮板4连接的转轴Ⅰ通过齿轮Ⅰ641带动齿轮Ⅲ643旋转，旋转的齿轮Ⅲ643再带动齿轮Ⅱ642转动，从而带动曲轴63连接的导柱631做偏心运动，使得导柱631通过导槽621带动圆弧板62往复摆动，最终使圆弧板62连接的运动板61绕转轴Ⅱ65旋转往复摆动，当刮板4带动刮齿41收拢到运动板61处时，往复摆动的运动板61将卡在刮齿41之间的土壤及碎石刮除，最后刮板4能够毫无阻挡的完全收拢到相邻的弧形空心柱21之间，随后通过钻杆带动所述扩底取土装置从桩孔中取出，完成桩基沉管的扩底取土。

[0038] 以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员，在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。