CN108149677A - 一种水下防岩爆加固系统 - Google Patents

Abstract

一种水下防岩爆加固系统，包括钢管桩（1），其特征在于：在钢管桩（1）的前端设置有“剑尖”状钢片（2）；其方便施工，其采用销接的方式固定剪刀撑的另一侧，使其在可调节范围内自由移动，节约成本，便于施工并在施工设备及施工方法上有所突破，采用微波利用微波能有效预防岩爆，通过微波照射辅助降低岩石强度。

Description

一种水下防岩爆加固系统

技术领域：

本发明涉及的防岩爆加固系统，主要适用于水下开挖的存在强岩爆、极强岩爆风险的水利水电、交通和矿山等工程中。

背景技术：

水利水电、交通和矿山等工程开挖过程中经常会遇到极强或强岩爆风险。当岩体内积聚的高应变能突然释放时，导致强烈的围岩破坏将对现场施工人员和设备造成极大的危害，但根据国内外的研究成果和工程应用效果可知，除了应力解除爆破法以外，其它施工措施都不能达到理想效果。

目前建筑工地使用的支撑架，对设置水平剪刀撑比较随意，有的不设置，设置的也无法确定临界荷载增加值，没有搭设结构增加水平剪刀撑后与临界荷载的对应关系，现场凭经验搭设，一方面，造成材料浪费成本增加，另一方面，造成安全隐患，有的甚至发生重大安全事故。

目前钢管桩施工时，焊接剪刀撑的方法大多采用将钢管桩固定后，进行水下焊接，施工难度大幅提升，不利于施工操作，增大了人力物力的投入，浪费时间，耽误工期。

钢管桩因其施工速度快质量好，可回收再利用等优点，在基坑围护及桩基工程领域均有非常广阔的应用前景。各种形式的钢板桩在工程应用领域中由来已久，但在工程

实践中还是遇到了一些问题，例如，破岩能力受阻，钢管桩在用振动锤振设初期便出现无法入岩，上下大幅度跳动和回弹的反应，以及桩身突然倾斜、偏位等现象，严重影响钢管桩正常施工。如果采用振动法进行插拔施工，在插拔施工过程中会伴随一定程度的振动，虽然可采用高频液压振动锤等措施减小振动的影响，但仍不能完全消除，如果采用静力法压桩，可能导致桩与桩之间的锁扣连接破坏，且压桩力较大，有一些桩塞效应。

发明内容：

发明目的：

本发明提供一种水下防岩爆加固系统，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种水下防岩爆加固系统，包括钢管桩(1)，其特征在于：在钢管桩(1) 的前端设置有“剑尖”状钢片(2)；在钢管桩(1)的侧壁设置有能张开角度的剪刀撑支板(3)，剪刀撑支板(3)的一端与钢管桩(1)活动连接，另一端能够张开，使得剪刀撑支板(3)与钢管桩(1)形成V形的剪刀口形状。

在钢管桩(1)侧壁设置有剪刀撑(9)，剪刀撑支板(3)的一端通过销接螺栓(4)与剪刀撑(9)连接，使用时剪刀撑支板(3)与该销接螺栓(4) 为轴旋转并与钢管桩(1)形成V形的剪刀口形状。

剪刀撑支板(3)与钢管桩(1)形成的角度范围在0°～90°。

“剑尖”状钢片(2)为15cm×25cm“剑尖”状的25mm厚45号钢板，其中向“剑尖”方向沿钢管桩(1)的轴向向前眼神，“剑尖”的长度为 25cm。

在钢管桩(1)的侧壁设置有可拆卸微波致裂装置，该可拆卸微波致裂装置包括微波源(5)、藕合器及检波器(6)、调配器(7)和微波发射器(8)；微波源的输出口通过矩形波导依次连接藕合器及检波器、调配器和传输电缆，传输电缆的末端连接微波发射器。

钢管桩(1)采用螺旋管。

利用上述的一种水下防岩爆加固系统所实施的水下防岩爆加固方法，其特征在于：该方法步骤如下：

(1)、将履带式打桩机安装在平坦坚实的场地，用伸缩式履带的打桩机，应将履带扩张后安装；履带扩张应在无配重情况下进行；安装桩锤时，桩锤底部冲击块与桩帽之间应有一定厚度的缓冲垫木；

(2)、钢管桩采用螺旋管，钢构件加工时采取在钢管桩底外侧焊接10块 15cm×25cm“剑尖”状的25mm厚45号钢板；

(3)、钢管桩安装可拆卸微波致裂装置，波源的输出口通过矩形波导依次连接藕合器及检波器、调配器和传输电缆，传输电缆的末端连接微波发射器；微波源为微波发生器在高压电源的作用下发出高频电磁波，微波发生器功率根据施工现场需求调节，与频率电磁波相比具有更大的穿透深度，微波发射器结构为由外导管和内导管同轴设置，在外导管和内导管之间设置介质材料，在外导管上设有轴向的细长裂缝，微波从细长裂缝中发出；其中介质材料为陶瓷、石英、有机玻璃微波透射性材料；

(4)、钢管桩焊接“剑尖”状钢片后，还需提前焊接剪刀撑，剪刀撑一侧焊接在钢管桩上，剪刀撑下部采用提前销接的方式，严格控制焊接的尺寸及外观，有效保障了剪刀撑、平联及牛腿关键部位的焊接质量，剪刀撑根据所需张角，在0°～90°内任意调节，焊接下部销接位置根据桩位实际情况确定，通过提前对桩位进行水深、覆盖层的预估，结合以往地质钢管桩正常入岩深度，反推出下部销接位置，从而保证剪刀撑上部的顺利衔接；

(5)、将履带式打桩机与焊接好的“剑尖”状新型钢管桩连接，钢管桩连接好后，启动履带行走系统，其上部作业机构采用三支点结构，将钢管桩垂直放置，缓慢的打入桩基；。

在破岩过程中，根据地质不同改变打桩速度，开孔必须正确，先起动泥浆泵和转盘，待泥浆进入钻孔一定数量后，开始钻进，适当控制进尺，钻孔时采用减压钻进，以避免或减少斜孔，弯孔和扩孔现象，在钻孔排渣、提锥除土或因故停钻时，保持泥浆与护筒顶面相平和要求的泥浆相对密度及粘度，以防坍孔；钻孔严格按钻孔操作方法施工，尽量避免坍孔、斜孔、扩孔、缩孔现象发生。优点效果：

本发明提供一种水下防岩爆加固系统，该系统是为了使得钢管桩在基坑围护及桩基应用中克服这些限制，进而对该种围护结构的插入施工方法及施工设备做进一步的改进。

为了本发明提前焊接好剪刀撑一侧，其方便施工，其采用销接的方式固定剪刀撑的另一侧，使其在可调节范围内自由移动，节约成本，便于施工并在施工设备及施工方法上有所突破，采用微波利用微波能有效预防岩爆，通过微波照射辅助降低岩石强度。

附图说明：

图1为发明的机构示意图；

图2为本发明的使用状态图。

具体实施方式：

本发明提供一种水下防岩爆加固系统，包括钢管桩1，在钢管桩1的前端设置有“剑尖”状钢片2；在钢管桩1的侧壁设置有能张开角度的剪刀撑支板3，剪刀撑支板3的一端与钢管桩1活动连接，另一端能够张开，使得剪刀撑支板3与钢管桩1形成V形的剪刀口形状。

在钢管桩1侧壁设置有剪刀撑9，剪刀撑支板3的一端通过销接螺栓4 与剪刀撑9连接，使用时剪刀撑支板3与该销接螺栓4为轴旋转并与钢管桩1 形成V形的剪刀口形状。

剪刀撑支板3与钢管桩1形成的角度范围在0°～90°。

“剑尖”状钢片2为15cm×25cm“剑尖”状的25mm厚45号钢板，其中向“剑尖”方向沿钢管桩1的轴向向前眼神，“剑尖”的长度为25cm。

在钢管桩1的侧壁设置有可拆卸微波致裂装置，该可拆卸微波致裂装置包括微波源5、藕合器及检波器6、调配器7和微波发射器8；微波源的输出口通过矩形波导依次连接藕合器及检波器、调配器和传输电缆，传输电缆的末端连接微波发射器。

下面对本发明做进一步的具体说明：

每个钢管桩下部焊接“剑尖”状钢板，钢管桩在用振动锤振设初期便出现无法入岩，上下大幅度跳动和回弹的反应，以及桩身突然倾斜、偏位等现象，严重影响钢管桩正常施工。在重新吊起钢管桩后，发现桩尖一侧向内弯卷，出现斜截面上坡侧的现象。

剪刀撑采用[20a槽钢，下部销接位置根据桩位实际情况确定，通过提前对桩位进行水深、覆盖层的摸底，结合以往地质钢管桩正常入岩深度，反推出下部销接位置，从而保证剪刀撑上部的顺利衔接。

剪刀撑的一端固定到钢管桩，另一端可与钢管桩成0°～90°之间的夹角，更便于自由调节另一端焊接的角度，实现在水下允许范围角度内自由张角。剪刀撑下部采用提前销接的方式，严格控制焊接的尺寸及外观，有效保障了剪刀撑、平联及牛腿等关键部位的焊接质量,剪刀撑可根据所需张角，在0°～90°内任意调节。

钢管桩采用螺旋管，为最大限度达到入岩效果，钢构件加工时采取在钢管桩底外侧焊接10块15cm×25cm“剑尖”状的25mm厚45号钢板进行桩底受振加强，提升入岩程度。

履带式打桩机采用履带行走系统，具有移动灵活就位方便，此外电器液压全部采用集中控制，操作方便，减少了工人的劳动强度。上部作业机构采用三支点结构，移动就位迅速，安全，稳定，施工效率高。质量好。配用多种工作装置，绕线电机电阻调速，满足不同孔径灌浆对提升速度的要求。桩架起架平稳，对整机结构冲击小，延长整机工作时间。

可拆卸微波致裂装置，波源的输出口通过矩形波导依次连接藕合器及检波器、调配器和传输电缆,传输电缆的末端连接微波发射器。利用微波能对超前钻孔进行微波辐射,使钻孔围岩预裂达到应力释放的效果，有效预防岩爆，降低岩石强度。

使用时，将履带式打桩机安装在平坦坚实的场地，用伸缩式履带的打桩机，应将履带扩张后安装。履带扩张应在无配重情况下进行。安装桩锤时，桩锤底部冲击块与桩帽之间应有一定厚度的缓冲垫木。

钢管桩采用螺旋管，钢构件加工时采取在钢管桩底外侧焊接10块15cm ×25cm“剑尖”状的25mm厚45号钢板，实现最大限度达到入岩效果，使桩底受振加强，提高破岩能力，提升入岩程度。

钢管桩安装可拆卸微波致裂装置，波源的输出口通过矩形波导依次连接藕合器及检波器、调配器和传输电缆,传输电缆的末端连接微波发射器。微波源为微波发生器在高压电源的作用下发出高频电磁波,微波发生器功率可根据施工现场需求调节,与频率电磁波相比具有更大的穿透深度,更适用于现场破岩设备。微波发射器结构为由外导管和内导管同轴设置,在外导管和内导管之间设置介质材料,在外导管上设有轴向的细长裂缝,微波从细长裂缝中发出。其中介质材料为陶瓷、石英、有机玻璃等微波透射性材料。

钢管桩焊接“剑尖”状钢片后，还需提前焊接剪刀撑，剪刀撑一侧焊接在钢管桩上，剪刀撑下部采用提前销接的方式，严格控制焊接的尺寸及外观，有效保障了剪刀撑、平联及牛腿等关键部位的焊接质量,剪刀撑可根据所需张角，在0°～90°内任意调节，焊接下部销接位置根据桩位实际情况确定，通过提前对桩位进行水深、覆盖层的预估，结合以往地质钢管桩正常入岩深度，反推出下部销接位置，从而保证剪刀撑上部的顺利衔接。

将履带式打桩机与焊接好的“剑尖”状新型钢管桩连接，钢管桩连接好后，启动履带行走系统，其上部作业机构采用三支点结构，移动就位迅速，安全，稳定，施工效率高，质量好。将钢管桩垂直放置，缓慢的打入桩基，履带式打桩桩架起架平稳，对整机结构冲击小，延长整机工作时间。

在破岩过程中，可以根据地质不同改变打桩速度开孔必须正确，先起动泥浆泵和转盘，待泥浆进入钻孔一定数量后，可开始钻进，适当控制进尺。钻孔时采用减压钻进，以避免或减少斜孔，弯孔和扩孔现象。在钻孔排渣、提锥除土或因故停钻时，保持泥浆与护筒顶面相平和要求的泥浆相对密度及粘度，以防坍孔。钻孔严格按钻孔操作方法施工，尽量避免坍孔、斜孔、扩孔、缩孔等现象发生。

Claims (8)

1.一种水下防岩爆加固系统，包括钢管桩(1)，其特征在于：在钢管桩(1)的前端设置有“剑尖”状钢片(2)；在钢管桩(1)的侧壁设置有能张开角度的剪刀撑支板(3)，剪刀撑支板(3)的一端与钢管桩(1)活动连接，另一端能够张开，使得剪刀撑支板(3)与钢管桩(1)形成V形的剪刀口形状。

2.根据权利要求1所述的一种水下防岩爆加固系统，其特征在于：在钢管桩(1)侧壁设置有剪刀撑(9)，剪刀撑支板(3)的一端通过销接螺栓(4)与剪刀撑(9)连接，使用时剪刀撑支板(3)与该销接螺栓(4)为轴旋转并与钢管桩(1)形成V形的剪刀口形状。

3.根据权利要求1或2所述的一种水下防岩爆加固系统，其特征在于：剪刀撑支板(3)与钢管桩(1)形成的角度范围在0°～90°。

4.根据权利要求1或2所述的一种水下防岩爆加固系统，其特征在于：“剑尖”状钢片(2)为15cm×25cm“剑尖”状的25mm厚45号钢板，其中向“剑尖”方向沿钢管桩(1)的轴向向前眼神，“剑尖”的长度为25cm。

5.根据权利要求1所述的一种水下防岩爆加固系统，其特征在于：在钢管桩(1)的侧壁设置有可拆卸微波致裂装置，该可拆卸微波致裂装置包括微波源(5)、藕合器及检波器(6)、调配器(7)和微波发射器(8)；微波源的输出口通过矩形波导依次连接藕合器及检波器、调配器和传输电缆，传输电缆的末端连接微波发射器。

6.根据权利要求1所述的一种水下防岩爆加固系统，其特征在于：钢管桩(1)采用螺旋管。

7.利用权利要求5所述的一种水下防岩爆加固系统所实施的水下防岩爆加固方法，其特征在于：该方法步骤如下：

(1)、将履带式打桩机安装在平坦坚实的场地，用伸缩式履带的打桩机，应将履带扩张后安装；履带扩张应在无配重情况下进行；安装桩锤时，桩锤底部冲击块与桩帽之间应有一定厚度的缓冲垫木；

(2)、钢管桩采用螺旋管，钢构件加工时采取在钢管桩底外侧焊接10块15cm×25cm“剑尖”状的25mm厚45号钢板；

(3)、钢管桩安装可拆卸微波致裂装置，波源的输出口通过矩形波导依次连接藕合器及检波器、调配器和传输电缆，传输电缆的末端连接微波发射器；微波源为微波发生器在高压电源的作用下发出高频电磁波，微波发生器功率根据施工现场需求调节，与频率电磁波相比具有更大的穿透深度，微波发射器结构为由外导管和内导管同轴设置，在外导管和内导管之间设置介质材料，在外导管上设有轴向的细长裂缝，微波从细长裂缝中发出；其中介质材料为陶瓷、石英、有机玻璃微波透射性材料；

(4)、钢管桩焊接“剑尖”状钢片后，还需提前焊接剪刀撑，剪刀撑一侧焊接在钢管桩上，剪刀撑下部采用提前销接的方式，严格控制焊接的尺寸及外观，有效保障了剪刀撑、平联及牛腿关键部位的焊接质量，剪刀撑根据所需张角，在0°～90°内任意调节，焊接下部销接位置根据桩位实际情况确定，通过提前对桩位进行水深、覆盖层的预估，结合以往地质钢管桩正常入岩深度，反推出下部销接位置，从而保证剪刀撑上部的顺利衔接；

(5)、将履带式打桩机与焊接好的“剑尖”状新型钢管桩连接，钢管桩连接好后，启动履带行走系统，其上部作业机构采用三支点结构，将钢管桩垂直放置，缓慢的打入桩基；。

8.根据权利要求5所述的水下防岩爆加固方法，其特征在于：在破岩过程中，根据地质不同改变打桩速度，开孔必须正确，先起动泥浆泵和转盘，待泥浆进入钻孔一定数量后，开始钻进，适当控制进尺，钻孔时采用减压钻进，以避免或减少斜孔，弯孔和扩孔现象，在钻孔排渣、提锥除土或因故停钻时，保持泥浆与护筒顶面相平和要求的泥浆相对密度及粘度，以防坍孔；钻孔严格按钻孔操作方法施工，尽量避免坍孔、斜孔、扩孔、缩孔现象发生。