CN101694093B - 钢管支承桩插打时快速定位和连接系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明是在插打水中临时结构钢管支承桩基础时，采取一种在中间钢管支承桩上安装钢管支承桩插打时快速定位和连接系统及其施工方法。系统采用钢套管结构，钢套管内侧焊接的定位块，在工厂按设计桩位制作成整体，在现场安装时，直接套放定位在已插打的中间钢管支承桩上，焊接、填充定位后，实现相邻桩位钢管支承桩的快速定位、下沉导向与各桩间的连接。优点：系统在工厂按设计桩位制作，兼有相邻桩位平面定位、下沉导向、桩间连接系的功能，大大减少水上测量、焊接工作量，且拆除后可重复利用，具有安装迅速、操作方便、节省辅助作业时间、重复利用率高、经济性能好、造价低等优点。适用于水中施工栈桥、运输码头、施工平台等临时结构钢管桩基础施工。

Description

钢管支承桩插打时快速定位和连接系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及的是一种钢管支承桩插打时快速定位和连接系统及施工方法，适用于水中施工栈桥、运输码头、施工平台等临时结构钢管桩基础施工。属于桥梁辅助结构施工技术领域。

技术背景

大型桥梁、港口、码头工程在建设过程中经常需要搭建一些为完成这些正式结构施工的辅助结构，如施工栈桥、运输码头、钻孔施工平台等，这些临时结构往往会采用受力性能良好、施工方便、回收率高的钢管作为支承桩，并在相邻支承桩间焊接型钢连接系，使其达到群桩受力的效果。一般情况，这些结构都会从岸边或临近的构筑物向水中逐孔前移，推进施工，即通常所说的“钓鱼法”施工；由于是水中的结构施工，要使钢管支承桩插打在设计位置，需要测量人员用仪器全程测量监控下配合进行，辅助工作时间较长，精度控制困难，特别是在有潮汐影响的水域，涨、落潮的水流速度很快，在高流速的情况下插打支承桩会直接影响桩的平面位置和垂直度，即使采用导向结构也对导向架的要求很高，正常情况下，钢管桩插打常常避开涨、落潮时段，选择在平潮期进行；因此较长的辅助作业时间，会使有限的平潮作业时间更加紧张，造成施工速度缓慢、施工周期延长、施工成本加大。

发明内容

本发明提出一种水中结构钢管支承桩插打时的钢管支承桩快速定位和连接系统及施工方法，旨在解决现有技术存在的缺陷，利用在已插打的钢管支承桩上安装一个整体定位和连接系统，精确地对相邻钢管支承桩进行桩位快速定位、插打导向和桩间连接施工。

本发明的技术解决方案：其结构是中间钢套管和外侧钢套管通过上、下两层连接横杆、连接斜杆焊接成整体定位和连接系统；中间支承桩插打入河床后，将钢抱箍用螺栓固定在钢管支承桩的相应位置，在钢抱箍上放置橡胶垫，吊装快速定位和连接系统在已安装的抱箍上，焊接固定；在已插打的中间支承桩与中间钢套管间填充砂石填料，通过钢筋插捣、灌水使其填充密实，而抱紧中间钢管支承桩；再用吊机起吊待插打的外侧钢管支承桩，插入外侧钢套管中，使外侧钢管支承桩在外侧钢套管内快速定位，振动下沉外侧钢管支承桩，外侧钢管支承桩沿上、下两层定位块下沉到位，在外侧钢管支承桩与外侧钢套管之间填充砂石填料，依次完成另一侧钢管支承桩下沉后，支承桩快速定位和连接系统则承担桩间连接系的作用。

钢管支承桩插打时快速定位和连接系统的施工方法，施工方法包括如下步骤：

一、按临时结构钢管支承桩的设计桩位、设计钢套管整体快速定位和连接系统；

二、制作中间钢套管和外侧钢套管，在每根中间钢套管和外侧钢套管的上、下口位置分别焊接四个定位块，定位块对角的距离稍大于中间钢管支承桩和外侧钢管支承桩的外径；将三根钢套管(中间钢套管和二外侧钢套管)用连接系横杆、连接系斜杆焊接固定，形成与中间钢管支承桩和外侧钢管支承桩间距、桩径尺寸相吻合的整体快速定位和连接系统；

三、制作钢抱箍结构，在测量的监控下插打中间钢管支承桩，安装钢抱箍在已插打的中间钢管支承桩的设计位置；套放环形橡胶垫在抱箍上，用吊机吊放快速定位和连接系统，在测量配合下调整该系统进行位置，用铁板将中间钢套管焊接在中间钢管支承桩上；

四、拌制粗砂和碎石混合填充料，并填充在中间支承桩和中间钢套筒之间，填充时，不断用钢筋棒插捣、灌水使其密实，中间钢套管因此而抱紧中间钢管支承桩，与焊接铁板共同承担定位的作用；

五、起吊外侧钢管支承桩，直接插入快速定位和连接系统的外侧钢套管中，启动振动锤，外侧钢管支承桩沿外侧钢套管内侧的上、下层定位块下沉至设计标高；

六、按此步骤完成另一侧外侧钢管支承桩插打，安装外侧钢管支承桩钢抱箍、套放环形橡胶垫、填充砂石填料，并灌水密实。此时，快速定位和连接系统则作为桩间连接系使各支承桩共同受力；

七、安装临时结构的上部梁部结构；

八、当临时结构使用完毕后，先拆除上部梁部结构，用吊机吊挂住桩间的快速定位和连接系统，拆除钢抱箍，冲落砂石填充料，提吊该系统出桩位，再安装在下一个相同尺寸的临时结构中。

本发明的优点：

1、支承桩快速定位和连接系统按设计桩径和桩位在工厂制作，桩位尺寸精度控制好，现场对第一根支承桩测量监控插打后，相邻的支承桩可直接插打，降低测量配合次数，减少现场辅助作业时间，延长了有效作业时间，缩短了施工周期。

2、钢套管内上、下口均布焊接导向块，兼有外侧支承桩下沉导向的作用，可保证支承桩的垂直度，简化了施工程序。

3、支承桩全部插打完成后，快速定位和连接系统承担桩间连接系作用，既极大地减少了水上焊接工程量，又保证了焊缝质量，且在拆除后可重复使用，提高了临时结构的周转次数，缩短了施工周期，降低了成本，在多工点采用相同临时结构的工程建设中，经济效果更加显著。

附图说明

附图1是支承桩立面布置图

附图2是支承桩平面布置图

图中的1是中间钢管支承桩、2是外侧钢管支承桩、3是钢抱箍、4是橡胶垫、5是中间钢套管、6是外侧钢套管、7是定位块、8是砂石填料、9是连接系横杆、10是连接系斜杆。

对照附图，其结构是钢管支承桩1插打在河床中，抱箍3安装在中间钢管支承桩1下端，中间钢套管5或外侧钢套管6套在钢管支承桩1或外侧钢管支承桩2的外侧，中间钢套管5或外侧钢套管6的下端座落在钢抱箍3上，橡胶垫4放置在中间钢套管5与钢抱箍3之间，定位块7焊接在中间钢套管5或外侧钢套管6的内侧，砂石填料8填充在中间钢管支承桩1或侧钢管支承桩2和中间钢套管5或外侧钢套管6之间，连接系横杆9和连接系斜杆10焊接在中间钢套管5和外侧钢套管6之间。

所述的中间钢套管5和外侧钢套管6、中间钢管支承桩1和侧钢管支承桩2、连接系横杆连接系斜杆均为钢管结构，中间钢套管5、外侧钢套管6的外径比中间钢管支承桩1、侧钢管支承桩2外径约大20cm，连接系横杆顶面低于中间钢套管5、外侧钢套管6管口30cm，中间钢套管和外侧钢套管通过上、下两层连接系横杆及连接系斜杆焊接成整体，形成快速定位和连接系统。

所述的定位块分上、下两层布置，每层四块定位块均匀分布，焊接固定在中间钢套管5、外侧钢套管6的内侧，用作钢管支承桩插打时的定位和导向。

所述的钢抱箍为两个半圆形结构，钢抱箍的内径比中间钢管支承桩1和侧钢管支承桩2外径稍小一点，两个半圆形钢抱箍通过螺栓固定在已插打的钢管支承桩的设计位置。

所述的橡胶垫为圆环形状，放置在包箍上，挡住，中间钢套管5或外侧钢套管6与中间钢管支承桩1、侧钢管支承桩2间的砂石填料，砂石填料由中粗砂与碎石混合而成，填充后通过灌水使其密实，达到中间钢套管5或外侧钢套管6与中间钢管支承桩1、侧钢管支承桩2紧贴密实，稳固桩顶，承担桩间连接系的作用。

施工实例

某大桥位于杭州钱塘江下流水域，潮汐现象十分明显，平均涨潮时间为3小时34分，平均落潮时间为8小时51分，水流平均流速为4m/s左右。北岸水中墩引桥钻孔施工平台均采用钢管桩作为平台支承桩，其中B16#施工平台采用传统的钓鱼法逐根插打支承桩，施工周期为29天；B17#至B21#墩，采用快速定位和连接系统插打支承桩，每个平台平均施工周期为18天。采用快速定位和连接系统插打支承桩施工时，具体施工步骤如下：

一、在现场钢结构工厂将外径φ120cm钢管按长度3m下料，在3m长的中间钢套管5和外侧钢套管6上、下口焊接定位块，定位块的尺寸为20×8×2cm，每层四块均匀分布，20cm的长边与中间钢套管5和外侧钢套管6内口焊接固定，两面贴角焊缝的高度为8mm。

二、将φ40cm的钢管按设计中间钢管支承桩1、侧钢管支承桩2的间距制作连接系横杆、连接系斜杆，钢管连接系端口必须按不同管径的相贯线下料；将连接系横杆、连接系斜杆焊接在中间钢套管5和外侧钢套管6之间，制作成不同桩间距的快速定位和连接系统。

三、将外径φ100cm钢管支承桩、支承桩快速定位和连接系统等用拖挂车沿施工栈桥运送到墩位边，100t履带吊机起吊钢管支承桩和DZ135kw振动锤，在测量人员的监控下插打第一根钢管支承桩，

四、在钢结构厂制作钢抱箍，半圆形抱箍的内径为φ990cm，高度25cm；现场将两个半圆形抱箍用6个φ22mm螺栓安装在已插打的钢管支承桩标高为+2.9m的位置。

五、安装环形橡胶垫圈，用吊机安装快速定位和连接系统在刚已插打的支承桩上，套筒下口与抱箍密贴；调整快速定位和连接系统的位置，将套在支承桩上的钢套管用铁板与钢管支承桩焊接固定。

六、用粗砂和碎石拌合料填充在中间钢套管和中间钢管支承桩之间的空隙内，填充时不断用钢筋棒插捣，并灌水使其密实，抱箍上的环形橡胶圈则阻止砂子泄漏。

七、用吊机起吊外侧的钢管支承桩，在无测量人员的配合下直接插入外侧钢套管中，开动振动锤，钢管支承桩沿钢套管内的定位块下沉至设计标高。

八、再用粗砂和碎石拌合料填充外侧钢套筒和外侧钢管支承桩之间的空隙，填充时不断用钢筋棒插捣，并灌水使其密实。

九、按以上循环，完成第二排、第三排支承桩的插打，完成第一排支承桩与第二排支承桩、第二排支承桩与第三排支承桩间的连接，形成整体钻孔施工平台。

以上施工过程非常流畅，除了适当避开涨落潮期峰谷时段的高水流速度外，一般不再考虑水流速度对插打支承桩的影响。经过实践证明应用这种快速定位和连接系统可减少现场焊接、测量定位工作量，缩短了施工平台的新建周期，减少了桩间连接系材料的浪费，提高了施工平台结构的周转次数，节约了成本。

Claims (5)

1.钢管支承桩插打时快速定位和连接系统，其特征是中间钢套管和外侧钢套管通过上、下两层连接系横杆、连接系斜杆焊接成整体定位和连接系统；中间钢管支承桩插打在河床中，钢抱箍安装在中间钢管支承桩和外侧钢管支承桩下端，中间钢套管套在中间钢管支承桩的外侧，中间钢套管下端座落在钢抱箍上，橡胶垫放置在中间钢套管与钢抱箍之间，定位块焊接在中间钢套管、外侧钢套管的内侧，砂石填料填充在中间钢管支承桩和中间钢套管之间，中间钢套管和外侧钢套管通过连接系横杆和连接系斜杆连成整体。

2.根据权利要求1所述的钢管支承桩插打时快速定位和连接系统，其特征是中间钢套管、外侧钢套管的外径比中间钢管支承桩、外侧钢管支承桩外径大15～20cm，中间钢套管、外侧钢套管通过上、下两根连接系横杆及连接系斜杆焊接成整体。

3.根据权利要求1所述的钢管支承桩插打时快速定位和连接系统，其特征是定位块每层四块均匀分布，通过焊接固定在中间钢套管、外侧钢套管的上管口、下管口的内侧，用作中间钢管支承桩、外侧钢管支承桩插打时的定位和导向。

4.根据权利要求1所述的钢管支承桩插打时快速定位和连接系统，其特征是钢抱箍为两个半圆形结构，拼装后的钢抱箍内径小于中间钢管支承桩、外侧钢管支承桩外径，两个半圆形钢抱箍通过螺栓固定。

5.钢管支承桩插打时快速定位和连接系统的施工方法，其特征是该方法包括如下工艺步骤：

一、按临时结构钢管支承桩的设计桩位、设计钢套管整体快速定位和连 接系统；

二、制作中间钢套管和外侧钢套管，在每根中间钢套管和外侧钢套管的上、下口位置分别焊接四个定位块，定位块对角的距离稍大于中间钢管支承桩和外侧钢管支承桩的外径；将三根钢套管用连接系横杆、连接系斜杆焊接固定，形成与中间钢管支承桩和外侧钢管支承桩间距、桩径尺寸相吻合的整体快速定位和连接系统；

三、制作钢抱箍结构，在测量的监控下插打中间钢管支承桩，安装钢抱箍在已插打的中间钢管支承桩的设计位置；套放环形橡胶垫在抱箍上，用吊机吊放快速定位和连接系统，在测量配合下调整该系统进行位置，用铁板将中间钢套管焊接在中间钢管支承桩上；

四、拌制粗砂和碎石混合填充料，并填充在中间支承桩和中间钢套筒之间，填充时，不断用钢筋棒插捣、灌水使其密实，中间钢套管因此而抱紧中间钢管支承桩，与焊接铁板共同承担定位的作用；

五、起吊外侧钢管支承桩，直接插入快速定位和连接系统的外侧钢套管中，启动振动锤，外侧钢管支承桩沿外侧钢套管内侧的上、下层定位块下沉至设计标高；

六、按此步骤完成另一侧外侧钢管支承桩插打，安装外侧钢管支承桩钢抱箍、套放环形橡胶垫、填充砂石填料，并灌水密实，此时，快速定位和连接系统则作为桩间连接系使各支承桩共同受力；

七、安装临时结构的上部梁部结构；

八、当临时结构使用完毕后，先拆除上部梁部结构，用吊机吊挂住桩间的快速定位和连接系统，拆除钢抱箍，冲落砂石填充料，提吊该系统出桩位，再安装在下一个相同尺寸的临时结构中。 

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