CN105887882A - 一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其包括：上部可升降式平台、下部多层固定支架以及底部支承桩，上部可升降式平台位于下部三层固定支架的上部，用于副格钢板桩吊装钢丝绳解扣的操作平台；下部多层固定支架支撑上部可升降式平台，并用于调整副格弧度，以及在副格下桩后临时固定钢板桩；底部支承桩用于支承固定支架和上部可升降式平台。由此构成的可调式导向支撑架能够安全、快速的实现格型钢板桩大圆筒副格的现场拼装。

Description

一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架

技术领域

本发明涉及一种格型钢板桩大圆筒副格的施工工艺，具体涉及一种用于格型钢板桩大圆筒主格散打施工的可调式导向支撑架。

背景技术

人工岛一般为在近岸浅海水域中人工建造的陆地，作为进行海上作业或其他用途的场所，大多有栈桥或海底隧道与岸相连。现代工业发达的沿海国家，滨海一带人口密集、城市拥挤，使得进一步发展和建设新企业及公用设施受到很大限制，原有城市本身的居住、交通、噪声、水与空气污染等问题也很难解决。因此，兴建人工岛，改变或改善了上述难题。人工岛是利用海洋空间的方式之一，也是一种新兴的海洋工程。

例如中国港珠澳大桥香港人工岛(HKBCF)是港珠澳大桥香港连接线的一个重要组成部分，经过赤腊角机场连接屯门及大屿山，占地面积约150万平米。该人工岛填海工程作为港珠澳大桥配套工程，工程的进度、质量和安全关系到整个大桥的建设与发展，顺利的实施本项目，对整个港珠澳大桥的建设有着坚实的铺垫作用。该人工岛通过在格型钢板桩大圆筒加防波堤形成的围堰内回填填料而成。

参见图1和图2，该人工岛100为在格型钢板桩大圆筒101加防波堤102形成的围堰内回填填料而成，占地面积约150万平米。其格型钢板桩岛壁结构轴线长度约5.1km，共有格型钢板桩大圆筒(101a)134只，直径分别为26.9m和31.194m。主格101a(即格型钢板桩大圆筒)与主格相连的副格101b共133组，分别为：①直径26.9m主格之间的副格直径为10.976m，共55组(110片)，单片副格由33块钢板桩组成；②直径31.194m主格之间的副格直径为15.96m，共77组(154片)，单片副格由46块钢板桩组成；③直径26.9m主格与直径31.194m主格之间的副格直径为16.296m，共1组(2片)，单片副格由47块钢板桩组成。

同时，本工程采用YSP-FXL型直腹式钢板桩，材质为S355，长度23.6～37.1m，其公称宽度为500mm，腹板厚度为12.7mm，转角为10°，理论重量为77.2kg/m。在进行格型钢板桩大圆筒施工前，应首先完成碎石垫层、土工布和碎石桩的施工，待碎石桩施工一段作业面后方可进行格型钢板桩大圆筒的施工，格型钢板桩大圆筒安装完成后，24小时内进行筒内填料回填工作。两只相邻格型钢板桩大圆筒主格安装完成并回填完成后，方可进行副格施工。

上述工程在施工过程中主要有五大难点：1)施工区域限高。2)水深浅。3)地质条件差，使得桩长较长。4)完全离岸作业，海上环保要求高。5)工期紧。基于这种“上下左右都受限制”的现场条件及工期要求，针对格型钢板桩大圆筒副格施工选择了一种散打的工艺方法。该工艺首先需要在现场对格型钢板桩大圆筒副格进行拼装，在拼装好后，再进行散打。

对于格型钢板桩大圆筒副格的散打工艺，在限高条件下，且格型钢板桩一般桩长达到37.1m，为目前国际之最；同时，每个钢板桩的重量达到77.2kg/m，达到目前国际之最。故在航空限高、水深浅的条件下，目前尚无合适的方案能够安全、快速的实现格型钢板桩大圆筒副格的现场拼装，以便进行散打。

发明内容

针对现有的施工方案中，尚无合适的方案能够安全、快速的实现格型钢板桩大圆筒副格的现场拼装的问题，本发明目的在于提供一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，以实现格型钢板桩大圆筒副格现场安全、快速的拼装。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，所述导向支撑架包括：

上部可升降式平台，所述上部可升降式平台位于下部三层固定支架的上部，用于副格钢板桩吊装钢丝绳解扣的操作平台；

下部多层固定支架，所述下部多层固定支架支撑上部可升降式平台，并用于调整副格弧度，以及在副格下桩后临时固定钢板桩；

底部支承桩，所述底部支承桩用于支承固定支架和上部可升降式平台。

优选的，所述导向支撑架同时兼顾一对副格。

优选的，所述上部可升降式平台包括支撑架、轨道、升降架以及升降系统，所述支撑架固设在下部多层固定支架上，所述轨道安置在支撑架上，所述升降架安置在轨道上，并可沿轨道进行升降；所述升降系统驱动升降架沿轨道进行升降。

优选的，所述支撑架为框架结构，其包括若干根立柱、若干的立柱顶部联系梁，所述若干根立柱竖直设置，其下部固定在下部三层固定支架上，若干根立柱的顶部之间通过立柱顶部联系梁链接；所述轨道设置在对应的立柱上。

优选的，所述升降系统包括绞车、钢丝绳以及滑轮组，所述绞车通过钢丝绳经由滑轮组驱动升降架沿轨道升降。

优选的，所述下部多层固定支架为包括多层操作平台的整体桁架式结构。

优选的，所述多层操作平台之间采用固定框架结构，操作平台之间采用型钢剪刀撑加强。

优选的，所述每层操作平台为长圆形，其中两端的半圆部为每层操作区，与大圆筒副格半径对应，且两端固定框架顶面依次设置若干可伸缩支撑架，用于调整副格弧度。

优选的，所述可伸缩支撑架包括弧形支撑杆、齿条式伸缩杆、驱动机构以及锁紧机构，所述齿条式伸缩杆的顶端支撑连接弧形支撑杆，使得弧形支撑杆的弧形外侧面水平朝外；所述齿条式伸缩杆通过驱动机构以及锁紧机构可伸缩的安置在操作平台上，并使得弧形支撑杆伸出的最前沿位置对应于副格钢板桩位置。

优选的，所述下部多层固定支架中的每层操作平台两端的半圆形操作区的根部设置相应的手拉葫芦；同时在底层操作平台上的可伸缩支撑架前沿边缘对应位置设置用于大圆筒副格钢板桩临时悬挂的底平台挂钩结构。

优选的，所述底平台挂钩结构为T型挂钩，T型挂钩为轴销式可翻转结构。

本发明提供的格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架能够安全、快速的实现格型钢板桩大圆筒副格的现场拼装。

再者，本发明的导向支撑架同时还具备以下功能：

(1)用于钢板桩下桩定位和导向；

(2)钢板桩下桩后，临时支撑副格，以防止部分桩溜桩而导致无法振沉；

(3)根据主格施工偏位情况，水平调整副格弧度及钢板桩锁口位置；

(4)为施工人员提供牢靠的作业平台，用于副格吊装时吊具的生扣与卸扣；

(5)由于限高条件下副格吊装时需采用专用吊架，其位置与导向支撑架平台交叉相碰，且每个圆筒位置副格长度均不同，因此，导向支撑架上部需具有上下升降的可调节性。

据此，本发明提供的可调式导向支撑架上层平台的升降功能设计解决了现场限高条件下难以周转使用的问题，适应了不同的副格长度和不同的自重下沉深度。

本发明提供的可调式导向支撑架结构设计解决了台风期工装稳定问题、超长桩整体悬挂问题、副格下桩时人工操作安全问题。

本发明提供的可调式导向支撑架每层平台副格位置设计了伸缩平台，有效适应了由于主格偏位引起的副格弧度变化。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为人工岛钢板桩格栅岛壁结构平面图；

图2为人工岛中钢板桩格栅平面布置图；

图3为本发明实例中可调式导向支撑架的立面结构示意图；

图4为本发明实例中可调式导向支撑架的平面结构示意图；

图5为本发明实例中可调式导向支撑架中底部支承桩的分布图；

图6为本发明实例中可调式导向支撑架中可伸缩支架的分布图；

图7为本发明实例中可伸缩支架的工作原理示意图；

图8为本发明实例中底平台挂钩结构的布置图；

图9为本发明实例中底部平台挂钩结构与钢板桩悬挂示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例提供的格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架为设置在基础支承桩上的水平伸缩支架，用于副格现场下桩卸扣、更换振动锤时的操作。由此，该可调式导向支撑架需要主要具备以下功能：1)钢板桩下桩定位、导向；2)钢板桩下桩后，临时支撑副格；3)水平调整副格弧度及钢板桩锁口位置；4)副格吊装时吊具生扣与卸扣。

参见图3，其所示为本实例据此提供的可调式导向支撑架的结构示意图。由图可知，该可调式导向支撑架主要包括上部可升降式平台200、下部三层固定支架300和底部支承桩400三部分。

其中，上部可升降式平台200设置在下部三层固定支架300的上部，作为起重解扣平台，用于副格钢板桩吊装钢丝绳解扣。

下部三层固定支架300，设置在底部支承桩400上，并支撑上部可升降式平台200，用于调整副格弧度，并在副格下桩后进行每层临时固定钢板桩。

底部支承桩400，用于支承固定支架和上部可升降式平台，桩顶设连接法兰，与固定支架底部通过法兰螺栓连接。

据此构成的可调式导向支撑架能够同时兼顾大圆筒岛壁内外一对副格。

基于上述方案，以下通过一具体实施例来进一步的说明本可调式导向支撑架。

1)对于可调式导向支撑架中的底部支承桩。

该底部支承桩400为整个可调式导向支撑架在现场设置的基础。为此，该底部支承桩400据地质条件、承载要求、各种工况和水位、气象条件等，采用6根钢管桩401作为导向支撑架基础支承。这6根钢管桩401，分为两组根据副格钢板桩12的安装位置对称设置在设置好的主格钢板桩13之间，每组中3根钢管桩呈等腰三角形分布，且位于待安装副格内侧1mm的位置(如图5所示)；同时在每个钢管桩401的桩顶设连接法兰，与固定支架底部通过法兰螺栓连接。最后，底部支承桩400在每个格体钢板桩振沉后均拔除。

2)对于可调式导向支撑架中的下部三层固定支架。

该下部三层固定支架通过在每层两端，水平向设置可伸缩支架，用于调整副格弧度；同时在底部平台可伸缩支架前沿顶部设置底平台挂钩，用于钢板桩挂装。

参见图3，该下部三层固定支架300整体位于基础支承桩顶(即底部支承桩400的桩顶)，整体采用与立柱合为一体的整体桁架式结构，由三层操作平台301(第三层操作平台301a、第二层操作平台301b以及底层操作平台301c)、8根立柱、剪刀撑、平台走道及斜梯构成，采用钢管与型钢焊接而成。

三层操作平台301：第三层操作平台301a、第二层操作平台301b以及底层操作平台301c由上往下以此平行设置，用作对应不同高度的操作平台。

三层操作平台之间采用固定框架结构依次支撑设置，同时层与层之间还采用型钢剪刀撑加强。

每层操作平台均按长圆形设计(参见图4)，由中间的矩形部和两端的半圆形部组成。其中两端半圆形部为每层的操作区，两端半圆形部的半径与大圆筒副格半径对应。

再者，每层操作平台四周设人行走道，平台之间通过斜梯上下联通。每层平台中部两端固定框架顶面设人行走道板，人行走道板采用铝合金格栅板。

由于主格偏位，在副格总长不变的情况下会引起副格弧度的变化，为此本实例在下部三层固定支架300的每层操作平台对应副格的位置水平向设置相应的可伸缩支架，用于调整副格弧度。

参见图6，下部三层固定支架在每层两端对应的固定平台框架(即固定框架)顶面分别水平方向设置6个可伸缩支撑架302，用于调整副格弧度。即每层操作平台的两半圆形端部对应的固定平台框架上分别在水平方向设置6个可伸缩支撑架302，且每个可伸缩支撑架伸出的最前沿位置为对应的副格钢板桩位置。这6个可伸缩支撑架302沿操作平台半圆形的端部圆周方向依次分布，由此配合构成半圆形的调整支撑架。

参见图7，每个可伸缩支撑架302包括弧形支撑杆302a、齿条式伸缩杆302b、驱动机构302c以及锁紧机构302d这四部分。

其中，弧形支撑杆302a用于与副格接触完成弧度调整。该弧形支撑杆302a的半径与操作平台半圆形的端部的半径对应，其长度为操作平台半圆形端部周长的1/6。

齿条式伸缩杆302b用于连接支撑弧形支撑杆302a，并驱动弧形支撑杆302a整体水平伸缩。该齿条式伸缩杆302b包括两根齿条式水平撑杆和一根连接杆，其中两根齿条式水平撑杆水平平行分布，且底端通过连接杆连接。

如此结构的齿条式伸缩杆302b通过两根齿条式水平撑杆的顶端与弧形支撑杆302a的内侧中部连接形成一体，且具体的连接位置使得两根齿条式水平撑杆以弧形支撑杆302a中心线为对称轴水平对称分布。

安置有弧形支撑杆302a的齿条式伸缩杆302b，整体水平可移动的设置在每层操作平台两端固定平台框架上对应的位置，且设置位置对应相应的副格钢板桩位置。

可伸缩支撑架302中的驱动机构302c，用于与齿条式伸缩杆302b中的两根齿条式水平撑杆配合，以驱动齿条式伸缩杆302b带动其上的弧形支撑杆302a进行水平伸缩移动，继而可从相应固定平台框架的端面水平伸出，且伸出的最前沿位置为对应的副格钢板桩位置。

同时锁紧机构302d对应于齿条式伸缩杆302b设置，用于与齿条式伸缩杆302b上两根齿条式水平撑杆配合，在可伸缩支撑架302进行支撑定位后，实现对可伸缩支撑架302的锁定。

这里的驱动机构302c为由手动摇臂控制的驱动机构，而锁紧机构302d为相应的锁紧销结构。这样可便于工人在每层操作平台两端的半圆形操作区对设置在该区域的6个可伸缩支撑架302进行操作。

参见图7，基于上述方案构成的可伸缩支撑架302，通过其中的齿条式水平撑杆驱动连接弧形支撑杆302a，并与固定平台框架部位设置的驱动机构配合，由手动摇臂进行操作驱动机构，驱动前端的弧形支撑杆302a从相应固定平台框架的端面水平伸出，且伸出的最前沿位置为对应的副格钢板桩位置。故，若某主格连接桩(Y型)桩存在平面偏位，可以在相应操作平台对应的半圆形操作区内，操作手动摇臂，以驱动可伸缩支撑架302实现调整副格钢板桩的弧度。

再者，为便于钢板桩振沉，本下部三层固定支架300在底层操作平台301c上的可伸缩支架前沿顶部设置底平台挂钩303，用于钢板桩挂装，实现在副格下桩后能够临时固定钢板桩。

参见图8，该底平台挂钩303位于下部三层固定支架底层平台301c上的可伸缩支撑架302前沿边缘。具体的，在可伸缩支撑架上每根钢板桩对应位置焊接T型挂钩303，由此来构成底平台挂钩303，该T型挂钩303具体为轴销式可翻转结构(参见图9)。

参见图9，在具体操作时，副格钢板桩13可通过焊接在板桩腹板上的U型槽钢套在T型挂钩303上达到悬挂的目的。沉桩时，上提钢板桩10cm，钢板桩上的U型槽钢脱离挂钩，即可翻转挂钩，使钢板桩顺利下沉。

据此构成的下部三层固定支架300在实际操作过程中将主要用于：

(1)调整副格弧度。副格钢板桩在相邻两主格钢板桩施工完成并在筒内回填土后进行沉放，相邻两主格的副格连接桩(Y桩)会发生不同程度的偏位，由于副格钢板桩数量不可改变，副格钢板桩两端桩之间的距离会变化，即副格弧度会发生变化，因此，在副格钢板桩施工时，需调整副格的弧度，以便副格能够顺利插入主格连接桩。

(2)在副格下桩后临时固定钢板桩。

①底层平台兼起临时挂住副格钢板桩的作用，为防止副格下桩后发生溜桩，导致钢板桩顶部高低不平，导致振沉困难，副格导向支撑架底平台前沿设置了槽形挂钩，将副格钢板桩挂在底层操作平台上。

②每层平台两端半圆根部设置葫芦，拉住钢板桩，以确保副格在风、浪、流的作用下的抗倾覆稳定。

3)对于可调式导向支撑架中的上部可升降式平台。

参见图3，本实例中的上部可升降式平台200位于下部三层固定支架300上部，由若干立柱201、轨道202、升降架203、固定式楼梯204、立柱顶部联系梁205以及升降系统206配合构成。

上部可升降式平台中部为固定式，采用由若干立柱201、立柱顶部联系梁205构成的框架结构，其中若干立柱201竖直设立，各立柱201的顶部之间通过立柱顶部联系梁205连接，而各立柱201的底部固定在下部三层固定支架300上。

由此构成的框架内部两端靠立柱处设固定式楼梯204，工人可通过楼梯进入升降架进行作业。

轨道202设置在相应立柱201的外侧，用于对升降架203进行导向。

上部可升降式平台200两端对应副格部位为升降架203，升降架203可沿设置在立柱外侧的轨道202升降，工人可以根据不同长度的钢板桩升降平台到达相应位置进行解扣工作。升降架203到达预定标高后，可通过锁紧装置固定。升降架203通过相应升降系统206进行升降操作。

升降系统206主要由2台5t双联绞车、钢丝绳、3饼滑轮组、导向滑轮、平衡滑轮配合组成。

其中2台5t双联绞车提供升降操作的动力，而3饼滑轮组、导向滑轮以及平衡滑轮配合构成相应的传动滑轮组；钢丝绳用于连接绞车和升降架203。由此，双联绞车通过钢丝绳经由滑轮组驱动升降架沿轨道升降。

其中，升降架通过2套绞车系统以4根边立柱为导向，实现升降架的升降。2台绞车布置在下部三层固定支架顶层平台中部。

绞车主要包含：钢结构件、封闭式减速箱、墙架、排绳装置、卷筒装置、电液块式制动器、绞车底座、止推块及变频电机等组成。封闭式减速箱采用箱体钢板焊接式。为提高起重绞车使用安全性，2台绞车配置变频控制系统。

由此构成的可调式导向支撑架，据此进行格型钢板桩大圆筒副格安装的操作时，主要包括如下步骤：

1)副格钢板桩安装前将上部可升降式平台升降架降低至最低位。

2)根据相邻两主格的副格连接桩(Y桩)的偏位，计算副格实际弧度，调节下部三层固定支架每层平台前沿的可伸缩架，以便调整副格钢板桩的弧度，使之适应主格Y桩的偏位，从而实现副格钢板桩的定位与导向。

3)吊装、下放、悬挂副格钢板桩，利用下部三层固定支架底层平台前端T型挂钩挂住钢板桩，以防止钢板桩振沉时部分桩溜桩而导致无法振沉。

4)根据钢板桩上部高度，起升上部可升降式平台升降架至需要的高度并检查锁紧机构已锁紧。起升过程中锁紧机构锁爪自动锁紧以保证安全。升降架为副格吊装解扣提供了高度变化状态下的人工操作平台。

5)在上部可升降式平台升降架前沿进行副格吊装解扣。

6)振沉钢板桩时，随着钢板桩的下沉，由上而下逐次收回下部三层固定支架每层平台前沿的可伸缩架，以防振沉时振动锤碰到伸缩架。下部尚未收回的伸缩架仍起到钢板桩导向作用，直至钢板桩桩顶低于底层平台。

由此可看出，本发明的导向支撑架同时具备以下功能：(1)用于钢板桩下桩定位和导向；(2)钢板桩下桩后，临时支撑副格，以防止部分桩溜桩而导致无法振沉；(3)根据主格施工偏位情况，水平调整副格弧度及钢板桩锁口位置；(4)为施工人员提供牢靠的作业平台，用于副格吊装时吊具的生扣与卸扣；(5)由于限高条件下副格吊装时需采用专用吊架，其位置与导向支撑架平台交叉相碰，且每个圆筒位置副格长度均不同，因此，导向支撑架上部需具有上下升降的可调节性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (11)

1.一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述导向支撑架包括：

上部可升降式平台，所述上部可升降式平台位于下部三层固定支架的上部，用于副格钢板桩吊装钢丝绳解扣的操作平台；

下部多层固定支架，所述下部多层固定支架支撑上部可升降式平台，并用于调整副格弧度，以及在副格下桩后临时固定钢板桩；

底部支承桩，所述底部支承桩用于支承固定支架和上部可升降式平台。

2.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述导向支撑架同时兼顾一对副格。

3.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述上部可升降式平台包括支撑架、轨道、升降架以及升降系统，所述支撑架固设在下部多层固定支架上，所述轨道安置在支撑架上，所述升降架安置在轨道上，并可沿轨道进行升降；所述升降系统驱动升降架沿轨道进行升降。

4.根据权利要求3所述的一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述支撑架为框架结构，其包括若干根立柱、若干的立柱顶部联系梁，所述若干根立柱竖直设置，其下部固定在下部三层固定支架上，若干根立柱的顶部之间通过立柱顶部联系梁链接；所述轨道设置在对应的立柱上。

5.根据权利要求3所述的一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述升降系统包括绞车、钢丝绳以及滑轮组，所述绞车通过钢丝绳经由滑轮组驱动升降架沿轨道升降。

6.根据权利要求1所述的一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述下部多层固定支架为包括多层操作平台的整体桁架式结构。

7.根据权利要求6所述的一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述多层操作平台之间采用固定框架结构，操作平台之间采用型钢剪刀撑加强。

8.根据权利要求6所述的一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述每层操作平台为长圆形，其中两端的半圆部为每层操作区，与大圆筒副格半径对应，且两端固定框架顶面依次设置若干可伸缩支撑架，用于调整副格弧度。

9.根据权利要求8所述的一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述可伸缩支撑架包括弧形支撑杆、齿条式伸缩杆、驱动机构以及锁紧机构，所述齿条式伸缩杆的顶端支撑连接弧形支撑杆，使得弧形支撑杆的弧形外侧面水平朝外；所述齿条式伸缩杆通过驱动机构以及锁紧机构可伸缩的安置在操作平台上，并使得弧形支撑杆伸出的最前沿位置对应于副格钢板桩位置。

10.根据权利要求8所述的一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述下部多层固定支架中的每层操作平台两端的半圆形操作区的根部设置相应的手拉葫芦；同时在底层操作平台上的可伸缩支撑架前沿边缘对应位置设置用于大圆筒副格钢板桩临时悬挂的底平台挂钩结构。

11.根据权利要求10所述的一种格型钢板桩大圆筒副格散打用可调式导向支撑架，其特征在于，所述底平台挂钩结构为T型挂钩，T型挂钩为轴销式可翻转结构。