CN106958244A - 超深大直径钢管柱的安装定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超深大直径钢管柱的安装定位方法，包括以下步骤：步骤一、计算钢管柱内加水高度；步骤二、在钢管柱下部设置4个千斤顶；在钢管柱内水平安装一定位板；步骤三、将钢管柱竖直吊至钻孔灌注桩内的设计位置，其中，吊装过程中向所述钢管柱内逐渐加水至步骤一中计算得到的加水高度，然后在钢管柱的顶部设置一激光束与钻孔灌注桩的设计轴线重合的激光垂准仪；步骤四、通过激光束与定位板的位置关系确定钢管柱的偏移量，然后通过4个千斤顶对钢管柱的位置进行校准，完成校准后，4个千斤顶的伸缩杆均与钻孔灌注桩桩孔内壁相抵触，完成钢管柱定位。本发明操作简单，安全风险低，安装定位精度高，并实现了钢管柱安装定位的可视化施工。

Description

超深大直径钢管柱的安装定位方法

技术领域

本发明涉及地下工程施工领域。更具体地说，本发明涉及一种超深大直径钢管柱的安装定位方法。

背景技术

钢管柱由于其承载力高，塑性和韧性好，施工方便等优点，被广泛应用于地铁车站等承重结构中，但钢管柱安装定位却成为工程中的技术难题。

目前国内对钢管柱的安装主要有以下几种方法：对于埋置较浅的钢管柱安装，在钻孔桩中插入钢护筒护壁，抽排泥浆后用吊装设备将钢管柱吊入钻孔桩中即可；对于埋置较深的钢管柱安装，由于钢护筒回收率低，施工成本高，钻孔桩保留泥浆护壁，但吊装钢管柱过程中由于钻孔桩内泥浆产生的浮力大于钢管柱的重力，钢管柱无法下沉，需要对钢管柱增加配重，国内一般采用在钢管柱底部先浇筑一定高度混凝土增加配重，然后用吊装设备将钢管柱吊入钻孔桩中；对于埋置超深的钢管柱安装，钻孔桩采用泥浆护壁必须增加配重使钢管柱的重力大于浮力才能安装，由于钢管柱超深、直径大，增加配重量大，如采用在钢管柱里面先浇混凝土增加配重，必然会导致钢管柱浇筑不连续，存在断桩的可能，影响其承载力并且吊装难度高。

目前国内对钢管柱的定位主要有以下几种方法：对于埋置较浅的钢管柱定位，主要通过人工孔底安装定位器，浇筑混凝土锚固定位器，调整钢管柱位置到设计中心，该方法存在工序繁杂、工期长，安全风险高、定位精度差等缺点；对于埋置较深的钢管柱定位，目前国内采用地表平台固定钢管顶部和地下螺旋千斤顶定位钢管下部的两点定位法，在钢管顶部找到其中心点，然后用激光垂准仪向下垂直映射，螺旋千斤顶处激光点与该处钢管实际中心点的距离即为偏移距离，然后操作人员下到钢管柱底部对螺旋千斤顶进行调整，使钢管垂直度满足设计要求，此种定位方法要求操作人员深入钢管柱底部手动调节螺旋千斤顶，操作空间狭小，施工速度慢，且存在一定的安全风险；对于埋置超深的钢管柱定位，采用以上方法中需要人工深入到钢管柱内调整定位装置，安全风险极高。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种超深大直径钢管柱的安装定位方法，包括以下步骤：

步骤一、计算向钢管柱内加水高度，以使向钢管柱中加入所述加水高度的水后，将钢管吊入钻孔灌注桩中时，钢管柱能够克服钻孔灌注桩中的泥浆对钢管柱的浮力，到达设计位置；

步骤二、在钢管柱下部设置4个千斤顶，4个千斤顶沿钢管柱的周向等间距设置，且其伸缩杆沿钢管柱的径向伸缩以使伸缩杆与钻孔灌注桩的内壁选择性的抵触；

在钢管柱内水平安装一定位板，定位板位于步骤一中加水高度的上方以及4个千斤顶的上方，钢管柱的轴线过定位板的中心点；

步骤三、将钢管柱竖直吊至钻孔灌注桩内的设计位置，其中，吊装过程中向所述钢管柱内逐渐加水至步骤一中计算得到的加水高度，然后在钢管柱的顶部朝向钢管柱内设置一激光垂准仪，激光垂准仪的激光束与钻孔灌注桩的设计轴线重合；

步骤四、通过激光束在定位板上的投影点与定位板中心点的位置关系确定钢管柱的偏移量，然后通过4个千斤顶对钢管柱的位置进行校准，使得激光束在定位板上的投影点与定位板中心点重合，即使得钢管柱的轴线与钻孔灌注桩的设计轴线重合；完成校准后，调整4个千斤顶的伸缩杆的位置，使其均与钻孔灌注桩内壁相抵触，将钢管柱在钻孔灌注桩内的位置固定住，完成钢管柱的固定安装定位。

优选的是，所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法中，所述步骤二还包括：钢管柱内位于定位板的上方朝向定位板的中心点设置一带光源的摄像头，摄像头与设置在地面的显示终端连接并将定位板处的实时影像传送至显示终端，从而可通过显示终端确定激光束在定位板上的投影点与定位板中心点的位置。

优选的是，所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法中，所述步骤四中对钢管柱的位置进行校准的具体步骤为：

以定位板中心点为原点，2个相对设置的千斤顶的伸缩杆所在的直线为X轴，另外2个相对设置的千斤顶的伸缩杆所在的直线为Y轴建立坐标系，激光束在定位板上的投影点为(a,b)；

若a＝0且b＝0时，校准完成；

若a＝0且b≠0或a≠0且b＝0时，X轴或Y轴上的2个千斤顶的伸缩杆与钻孔灌注桩内壁不抵触，Y轴或X轴上的靠近偏移方向的千斤顶的伸缩杆伸长|b|或|a|，同时远离偏移方向的千斤顶的伸缩杆收缩|b|或|a|，以将激光束在定位板上的投影点调整到原点，校准完成；

若a≠0且b≠0时，首先X轴上的2个千斤顶的伸缩杆与钻孔灌注桩内壁不抵触，Y轴上的靠近偏移方向的千斤顶的伸缩杆伸长|b|，同时远离偏移方向的千斤顶的伸缩杆收缩|b|，以将激光束在定位板上的投影点调整到(a,0)；然后X轴上的2个千斤顶的伸缩杆与钻孔灌注桩内壁抵触，Y轴上的2个千斤顶的伸缩杆与钻孔灌注桩内壁不抵触，X轴上的靠近偏移方向的千斤顶的伸缩杆伸长|a|，同时远离偏移方向的千斤顶的伸缩杆收缩|a|，将激光束在定位板上的投影点调整到原点，校准完成。

优选的是，所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法中，步骤一中计算得到的加水量应满足：钢管柱的自重和钢管柱内加入的水的重量的和大于钢管柱埋入钻孔灌注桩后钻孔灌注桩中的泥浆对钢管柱的浮力；

其中，向钢管柱内加入的水的高度h_水的具体计算方法如下：

其中，ρ_泥为钻孔灌注桩中泥浆的密度；g为重力加速度；r_外为钢管柱的外径；h_排为钢管柱埋入泥浆中部分的高度；G_柱为钢管柱的重力；ρ_水为钢管柱中加入的水的密度；r_内为钢管柱的内径。

优选的是，所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法中，所述千斤顶为液压千斤顶。

优选的是，所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法中，所述千斤顶与设置在地面上的液压油缸连接，通过液压油缸的控制按钮分别控制4个千斤顶的伸缩杆的伸缩。

优选的是，所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法中，所述步骤三还包括：在步骤一中钻孔灌注桩的上方安装定位平台，并将激光垂准仪安装在定位平台上。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明的超深大直径钢管柱的安装定位方法通过定位板、激光垂准仪、高清摄像头掌握钢管柱的偏差情况，并将偏差结果清晰的显示显示终端上，方便随时调整偏差，提高了作业进度，简化了作业步骤；

本发明可在地面上通过简单的调整液压千斤顶来精确定位钢管柱底部，不需要人工下到钢管内进行调整，操作简便、安全系数高且施工速度快；

本发明采用加水来增加钢管柱配重，不需要在钢管柱先浇筑一部分混凝土增加配重，保证了钢管柱浇筑的连续性，提高了钢管柱的质量，减小了断桩的可能性，降低了吊装的难度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的超深大直径钢管柱安装时的结构示意图；

图2为本发明所述的显示终端上显示的定位板的示意图；

图3为本发明所述的4个千斤顶的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-图3所示，本发明提供一种超深大直径钢管柱的安装定位方法，包括以下步骤：

步骤一、计算向钢管柱内加水高度，以使向钢管柱中加入所述加水高度的水后，将钢管吊入钻孔灌注桩中时，钢管柱能够克服钻孔灌注桩中的泥浆对钢管柱的浮力，到达设计位置；

步骤二、在钢管柱2下部设置4个千斤顶3，4个千斤顶3沿钢管柱2的周向等间距设置，且其伸缩杆沿钢管柱2的径向伸缩以使伸缩杆与钻孔灌注桩1的内壁选择性的抵触；

在钢管柱2内水平安装一定位板4，定位板4位于步骤一中加水高度的上方以及4个千斤顶3的上方，钢管柱2的轴线过定位板的中心点；定位板4的安装方式为：在定位板4底部固设两根相互垂直的钢筋，钢筋的两端与钢管柱2的内壁焊接，从而将定位板4固定在钢管柱2内。

步骤三、将钢管柱2竖直吊至钻孔灌注桩1内的设计位置，其中，吊装过程中向所述钢管柱2内逐渐加水至步骤一中计算得到的加水高度，然后在钢管柱2的顶部朝向钢管柱2内设置一激光垂准仪5，激光垂准仪5的激光束51与钻孔灌注桩1的设计轴线重合；

步骤四、通过激光束51在定位板4上的投影点与定位板4中心点的位置关系确定钢管柱2的偏移量，然后通过4个千斤顶3对钢管柱2的位置进行校准，使得激光束51在定位板4上的投影点与定位板4中心点重合，完成校准后，调整4个千斤顶3的伸缩杆的位置，使其均与钻孔灌注桩1桩孔内壁相抵触，完成钢管柱2的固定安装定位。

在上述的技术方案中，所述的超深大直径钢管柱2的安装定位方法中，首先在钢管柱2底部安装四个液压千斤顶3，用液压千斤顶3油管将液压千斤顶3与油缸控制按钮连接起来；根据增加配重计算出来的水位高度后安装定位板4，根据定位板4位置，调整高清摄像头位置到最佳成像位置，用传输网线将高清摄像头与电脑显示屏连接起来；按照设计位置安装定位平台；吊装钢管柱2至定位平台上方，然后缓慢放至到钻孔桩中，下放过程中不断在钢管柱2中加水增加配重，直至钢管柱2达到设计埋深位置；用定位平台调整钢管柱2管口中心点位置与设计中点位置重合并固定；在定位平台上架设激光垂准仪5(中心点与钢管柱2管口在同一竖直线上)，打开激光垂准仪5将激光点投影到定位板4上，通过高清摄像头传送到地面电脑显示屏上可以清晰的看到激光点在定位板4上的位置；在地面上通过液压油缸控制按钮调整液压千斤顶3的伸缩，使得激光点与定位板4中心重合，再将液压千斤顶3伸长至钻孔桩孔壁处固定，完成整个钢管柱2的安装定位；最后在钢管柱2外浇筑混凝土，将钢管柱2固定在立柱桩混凝土内，达到强度要求后，然后拆除四个千斤顶3，填充钢管柱2内混凝土。

所述的超深大直径钢管柱2的安装定位方法中，所述步骤二还包括：钢管柱2内位于定位板4的上方朝向定位板4的中心点设置一带光源的摄像头6，摄像头6与设置在地面的显示终端7连接并将定位板4处的实时影像传送至显示终端7，从而可通过显示终端7确定激光束51在定位板4上的投影点52与定位板4中心点的位置。

在另一种技术方案中，所述的超深大直径钢管柱2的安装定位方法中，通过定位板4、激光垂准仪5、高清摄像头6掌握钢管柱2的偏差情况，由于管内采光差，在摄像头上设置光源，可保证管内采光，从而将偏差结果清晰的显示在电脑上，方便随时调整偏差，提高了作业效率，简化了作业步骤。

所述的超深大直径钢管柱2的安装定位方法中，所述步骤四中通过激光束51与定位板4的位置关系对钢管柱2的位置进行校准的具体步骤为：

以定位板4中心点为原点，2个相对设置的千斤顶3的伸缩杆所在的直线为X轴，另外2个相对设置的千斤顶3的伸缩杆所在的直线为Y轴建立坐标系，激光束51在定位板4上的投影点52为(a,b)；

若a＝0且b＝0时，校准完成；

若a＝0且b≠0时，X轴的2个千斤顶3的伸缩杆与钻孔灌注桩1内壁不抵触，Y轴上的靠近偏移方向的千斤顶3的伸缩杆伸长|b|，同时远离偏移方向的千斤顶3的伸缩杆收缩|b|，以将激光束51在定位板4上的投影点52调整到原点，校准完成；

若a≠0且b＝0时，Y轴上的2个千斤顶3的伸缩杆与钻孔灌注桩1内壁不抵触，X轴上的靠近偏移方向的千斤顶3的伸缩杆伸长|a|，同时远离偏移方向的千斤顶3的伸缩杆收缩|a|，以将激光束51在定位板4上的投影点52调整到原点，校准完成；

若a≠0且b≠0时，首先X轴上的2个千斤顶3的伸缩杆与钻孔灌注桩1内壁不抵触，Y轴上的靠近偏移方向的千斤顶3的伸缩杆伸长|b|，同时远离偏移方向的千斤顶3的伸缩杆收缩|b|，以将激光束51在定位板4上的投影点52调整到(a,0)；然后X轴上的2个千斤顶3的伸缩杆与钻孔灌注桩1内壁抵触，Y轴上的2个千斤顶3的伸缩杆与钻孔灌注桩1内壁不抵触，X轴上的靠近偏移方向的千斤顶3的伸缩杆伸长|a|，同时远离偏移方向的千斤顶3的伸缩杆收缩|a|，将激光束51在定位板4上的投影点52调整到原点，校准完成。

在另一种技术方案中，当若a≠0且b≠0时，首先Y轴上的2个千斤顶3的伸缩杆与钻孔灌注桩1内壁不抵触，X轴上的靠近偏移方向的千斤顶3的伸缩杆伸长|a|，同时远离偏移方向的千斤顶3的伸缩杆收缩|a|，以将激光束51在定位板4上的投影点52调整到(0,b)；然后Y轴上的2个千斤顶3的伸缩杆与钻孔灌注桩1内壁抵触，X轴上的2个千斤顶3的伸缩杆与钻孔灌注桩1内壁不抵触，Y轴上的靠近偏移方向的千斤顶3的伸缩杆伸长|b|，同时远离偏移方向的千斤顶3的伸缩杆收缩|b|，将激光束51在定位板4上的投影点52调整到原点，校准完成。

所述的超深大直径钢管柱2的安装定位方法中，步骤一中计算得到的加水量应满足：钢管柱的自重和钢管柱内加入的水的重量的和大于钢管柱埋入钻孔灌注桩后钻孔灌注桩中的泥浆对钢管柱的浮力；

其中，向钢管柱内加入的水的高度h_水的具体计算方法如下：

其中，ρ_泥为钻孔灌注桩中泥浆的密度；g为重力加速度；r_外为钢管柱的外径；h_排为钢管柱埋入泥浆中部分的高度；G_柱为钢管柱的重力；ρ_水为钢管柱中加入的水的密度；r_内为钢管柱的内径。

在另一种技术方案中，通过向钢管柱2内加水，不需要在钢管柱2先浇筑一部分混凝土增加配重，保证了钢管柱2浇筑的连续性，减少了断桩的可能性，降低了吊装的难度；同时加水高度只需要知道钻孔灌注桩1中泥浆的密度、钢管柱2的外径和内径、钢管柱2的重力和钢管柱2中加入的水的密度等数据，即可计算出向钢管柱2内加入的水的高度，而在使得激光束51在定位板4上的投影点52与定位板4中心点重合，完成校准后，将钢管柱2中的水抽空后，即可进行钢管柱2的浇筑成型。

所述的超深大直径钢管柱2的安装定位方法中，所述千斤顶3为液压千斤顶。

所述的超深大直径钢管柱2的安装定位方法中，所述千斤顶3与设置在地面上的液压油缸连接，通过液压油缸的控制按钮8分别控制4个千斤顶3的伸缩杆的伸缩。

所述的超深大直径钢管柱2的安装定位方法中，所述步骤二还包括：所述步骤三还包括：在步骤一中钻孔灌注桩的上方安装定位平台9，并将激光垂准仪安装在定位平台9上。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种超深大直径钢管柱的安装定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、计算向钢管柱内加水高度，以使向钢管柱中加入所述加水高度的水后，将钢管吊入钻孔灌注桩中时，钢管柱能够克服钻孔灌注桩中的泥浆对钢管柱的浮力，到达设计位置；

步骤二、在钢管柱下部设置4个千斤顶，4个千斤顶沿钢管柱的周向等间距设置，且其伸缩杆沿钢管柱的径向伸缩以使伸缩杆与钻孔灌注桩的内壁选择性的抵触；

在钢管柱内设置一与钢管柱的轴线方向垂直的定位板，且钢管柱的轴线过定位板的中心点，定位板位于步骤一中加水高度的上方以及4个千斤顶的上方；

步骤三、将钢管柱竖直吊至钻孔灌注桩内的设计位置，其中，吊装过程中向所述钢管柱内逐渐加水至步骤一中计算得到的加水高度，然后在钢管柱的顶部朝向钢管柱内设置一激光垂准仪，激光垂准仪的激光束与钻孔灌注桩的设计轴线重合；

步骤四、通过激光束在定位板上的投影点与定位板中心点的位置关系确定钢管柱的偏移量，然后通过4个千斤顶对钢管柱的位置进行校准，使得激光束在定位板上的投影点与定位板中心点重合，完成校准后，调整4个千斤顶的伸缩杆的位置，使其均与钻孔灌注桩内壁相抵触，完成钢管柱的固定和安装定位。

2.如权利要求1所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法，其特征在于，所述步骤二还包括：钢管柱内位于定位板的上方朝向定位板的中心点设置一带光源的摄像头，摄像头与设置在地面的显示终端连接并将定位板处的实时影像传送至显示终端，从而可通过显示终端确定激光束在定位板上的投影点与定位板中心点的位置。

3.如权利要求2所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法，其特征在于，所述步骤四中对钢管柱的位置进行校准的具体步骤为：

以定位板中心点为原点，2个相对设置的千斤顶的伸缩杆所在的直线为X轴，另外2个相对设置的千斤顶的伸缩杆所在的直线为Y轴建立坐标系，激光束在定位板上的投影点为(a,b)；

若a＝0且b＝0时，校准完成；

若a＝0且b≠0或a≠0且b＝0时，X轴或Y轴上的2个千斤顶的伸缩杆与钻孔灌注桩内壁不抵触，Y轴或X轴上的靠近偏移方向的千斤顶的伸缩杆伸长|b|或|a|，同时远离偏移方向的千斤顶的伸缩杆收缩|b|或|a|，以将激光束在定位板上的投影点调整到原点，校准完成；

若a≠0且b≠0时，首先X轴上的2个千斤顶的伸缩杆与钻孔灌注桩内壁不抵触，Y轴上的靠近偏移方向的千斤顶的伸缩杆伸长|b|，同时远离偏移方向的千斤顶的伸缩杆收缩|b|，以将激光束在定位板上的投影点调整到(a,0)；然后X轴上的2个千斤顶的伸缩杆与钻孔灌注桩内壁抵触，Y轴上的2个千斤顶的伸缩杆与钻孔灌注桩内壁不抵触，X轴上的靠近偏移方向的千斤顶的伸缩杆伸长|a|，同时远离偏移方向的千斤顶的伸缩杆收缩|a|，将激光束在定位板上的投影点调整到原点，校准完成。

4.如权利要求1所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法，其特征在于，步骤一中计算得到的加水量应满足：钢管柱的自重和钢管柱内加入的水的重量的和大于钢管柱埋入钻孔灌注桩后钻孔灌注桩中的泥浆对钢管柱的浮力；

其中，向钢管柱内加入的水的高度h_水的具体计算方法如下：

其中，ρ_泥为钻孔灌注桩中泥浆的密度；g为重力加速度；r_外为钢管柱的外径；h_排为钢管柱埋入泥浆中部分的高度；G_柱为钢管柱的重力；ρ_水为钢管柱中加入的水的密度；r_内为钢管柱的内径。

5.如权利要求1所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法，其特征在于，所述千斤顶为液压千斤顶。

6.如权利要求5所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法，其特征在于，所述千斤顶与设置在地面上的液压油缸连接，通过液压油缸的控制按钮分别控制4个千斤顶的伸缩杆的伸缩。

7.如权利要求1所述的超深大直径钢管柱的安装定位方法，其特征在于，所述步骤三还包括：在步骤一中钻孔灌注桩的上方安装定位平台，并将激光垂准仪安装在定位平台上。