CN108360541B - 用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置及使用方法 - Google Patents

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Abstract

用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置及使用方法，定向区段（2）的上部通过销钉（3）与钢板桩（4）相连接，下部通过前导切片转动轴（5）与前导切片（1）相连；定向区段（2）根据钢板桩的横断面形状呈U型；前导切片端部有一转动轮（6），转动轮（6）内设有轮轴（7），外侧为转动轮护板（8）；轮轴（7）通过轮轴连接板（10）与前导切片（1）连在一起，在前导切片（1）与定向区段之间设有限位器（13）。使用方法的步骤为：（1）将导向装置与钢板桩（4）通过销钉（3）连接；（2）在钢板桩（4）锤击下沉过程中，按未加导向装置的钢板桩锤击下沉技术标准进行；（3）混凝土工程施工完毕钢板桩（4）拔除时，将导向装置一起拔出。

Description

用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置及使用方法
技术领域
本发明涉及卵石土地基采用钢板桩围堰施工时的技术控制领域。
背景技术
在进行桥梁基础施工时，钢板桩围堰是较为常用的一种施工工艺。但对于现阶段的钢板桩围堰施工，主要采用锤击使钢板桩下沉的方式，这就要求钢板桩下沉部位不能有卵石等物体。因为现阶段的锤击钢板桩施工中，钢板桩下部无任何引导设备，直接通过上部的锤击作用切削土体而下沉。若遇到卵石等物体时，由于钢板桩自身的刚度较大，无法有效的避开，而造成钢板桩无法下沉。但在实际工程施工时，卵石土地基为较常见的一种地基形式，特别是对于一些河床区域，这种地基形式则更常见。因此，采用一种有效的引导装置，而使锤击钢板桩施工可以应用到卵石土区域，则具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于钢板桩在卵石土地层锤击下沉过程中的导向装置，使用该装置可有效避开卵石对钢板桩下沉时的阻碍作用。
本发明是用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置及使用方法，用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置，包括前导切片1和定向区段2两部分，定向区段2的上部通过销钉3与钢板桩4相连接，下部通过前导切片转动轴5与前导切片1相连，前导切片1能够绕切片转动轴5进行偏转；定向区段2根据钢板桩的横断面形状呈U型；前导切片端部有一转动轮6，转动轮6内设有轮轴7，外侧为转动轮护板8，转动轮护板8采用螺栓9与前导切片1连接在一起；轮轴7通过轮轴连接板10与前导切片1连在一起，在前导切片1与定向区段2之间设有限位器13。
本发明的用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置的使用方法，其步骤为：
（1）将导向装置与钢板桩4通过销钉3进行连接，并保证连接牢靠；
（2）在钢板桩4锤击下沉过程中，钢板桩的垂直度的技术指标应按未加导向装置的钢板桩锤击下沉技术标准进行；
（3）钢板桩4就位后，导向装置就埋在卵石土中，待混凝土工程施工完毕，钢板桩4拔除时，将导向装置一起拔出。
本发明的有益效果是：避免了钢板桩在锤击下沉过程中与卵石正面接触而需将卵石进行破碎时需要的巨大的冲击力，可有效引导钢板桩打入卵石土地基中。专利的结构形式比较简单，实用性强，特别是在卵石土地质条件下进行钢板桩施工可以起到良好的效果，既能保证工程进度和质量，又不会污染环境，经济效益显著。
附图说明
图1钢板桩与导向装置俯视图，图2是导向装置Ⅰ-Ⅰ断面图，图3是导向装置Ⅱ-Ⅱ断面图，图4是导向装置Ⅲ-Ⅲ断面图，图5是导向装置Ⅳ-Ⅳ断面图，图6是前导切片端部转动轮部位Ⅲ-Ⅲ断面图，图7是前导切片端部转动轮部位Ⅳ-Ⅳ断面图，图8是导向装置转动轮与卵石刚接触示意图，图9转动轮沿卵石滚动且前导切片偏转示意图，图10是前导切片插入卵石之间示意图，图11是定向区段与前导切片结合部位Ⅲ-Ⅲ断面图，图12是定向区段与前导切片结合部位Ⅳ-Ⅳ断面图，图13是限位块示意图，图14是定向区段与前导切片结合部位构造尺寸图。
具体实施方式
如图1~图4，图12~图14所示，本发明是用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置及使用方法，用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置，包括前导切片1和定向区段2两部分，定向区段2的上部通过销钉3与钢板桩4相连接，下部通过前导切片转动轴5与前导切片1相连，前导切片1能够绕切片转动轴5进行偏转；定向区段2根据钢板桩的横断面形状呈U型；前导切片端部有一转动轮6，转动轮6内设有轮轴7，外侧为转动轮护板8，转动轮护板8采用螺栓9与前导切片1连接在一起；轮轴7通过轮轴连接板10与前导切片1连在一起，在前导切片1与定向区段2之间设有限位器13。
如图2、图4、图6、图7所示，转动轮6具有旋转和切削的双重作用，转动轮6能够绕轮轴7旋转。
如图1~图14所示，切片转动轴5通过转动轴连接板12与定向区段相连接；限位器13由三个限位块13a、13b、13c组成，其中第一限位块13a、第二限位块13b安装在定向区段2上，第三限位块13c安装在前导切片1上，第三限位块13c能随前导切片1转动；前导切片1上的第三限位块13c顶紧定向区段2上一侧的第一限位块13a，前导切片1偏转到一个方向的最大角度，顶紧另一侧的第二限位块13b，前导切片1偏转到另一个方向的最大角度；限位块13a、13b、13c横断面的结构形式为：端部14为半圆形，根部15为矩形，在纵向上的断面则为矩形；前导切片1偏转角度最大值为α，前导切片的角度为β，其中α=β/2，即前导切片1偏转最大角度为前导切片1角度的一半。
如图1、图2、图14所示，前导切片1与定向区段2之间有弹簧16相连接，弹簧16对称分布在限位器13的两侧；弹簧外侧有防护板17，防护板17采用螺栓18与定向区段2连接。
如图2、图14所示，前导切片1两侧的弹簧16的最大拉伸量和最大压缩量应满足下式：
最大拉伸量：
∆l 拉=[l 2 2+4×(l 1 2 +l 3 2)×sin2(α/2)
-4×l 2×(l 1 2 +l 3 2)1/2× sin (α/2)×cos(180°+α/2-arctan(l 3/l 1))]1/2- l 2
最大压缩量：
∆l 压= l 2 -[l 2 2+4×(l 1 2 +l 3 2)×sin2(α/2)
-4×l 2×(l 1 2 +l 3 2)1/2× sin (α/2)×cos(α/2+arctan(l 3/l 1))]1/2
式中：∆l 拉- 弹簧最大拉伸量，
∆l 压- 弹簧最大压缩量，
l 1-弹簧距前导切片旋转中心的水平距离，
l 2-前导切片无旋转时弹簧的长度，
l 3-弹簧底端距前导切片旋转中心的竖向距离，
α-前导切片的最大旋转角度。
如图1、图2所示，一块导向装置的定向区段2下设置至少4块前导切片1，定向区段2的横断面为U型。
用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置的使用方法，其步骤为：
（1）将导向装置与钢板桩4通过销钉3进行连接，并保证连接牢靠；
（2）在钢板桩4锤击下沉过程中，钢板桩的垂直度等技术指标应按未加导向装置的钢板桩锤击下沉技术标准进行；
（3）钢板桩4就位后，导向装置就埋在卵石土中，待混凝土工程施工完毕，钢板桩4拔除时，将导向装置一起拔出。
如图6、图7所示，前导切片1可绕前导切片转动轴5偏转。前导切片端部有一转动轮6，转动轮6内有轮轴7，外侧为转动轮护板8，防止泥沙进入。转动轮护板8采用螺栓9与前导切片1连接在一起，可拆卸进行更换部件或清理泥沙。轮轴7通过轮轴连接板10与前导切片1连在一起。
如图8~图10所示，当转动轮6与卵石11表面接触后，由于卵石11表面的凸凹不平，转动轮6会从卵石11上向较低处滚动，从而带动前导切片1偏转，避免了将卵石击碎所需的巨大力量。同时前导切片1随着锤击振动打入卵石11的空隙中，并将卵石11向两旁挤压，从而使整个导向装置下沉，带动钢板桩4向下沉入。
如图2、图4所示，转动轮6具有旋转和切削的双重作用，因此转动轮6与轮轴7之间的旋转必须顺滑，同时要保证转动轮6能在锤击作用下起到切削泥土的效果。
如图11所示，前导切片1可饶切片转动轴5进行偏转，切片转动轴5通过转动轴连接板12与定向区段相连接。
如图12、图13所示，在前导切片与定向区段之间设有限位器。限位器由三个限位块13组成，这三个限位块13有两个铸在定向区段2上，一个铸在前导切片1上；铸在前导切片1上的限位块13可随着前导切片1的转动而转动。当前导切片1上的限位块13顶紧定向区段2上一侧的限位块13时，则前导切片1偏转到一个方向的最大角度，顶紧另一侧的限位块13时，前导切片1偏转到另一个方向的最大角度。限位块13横断面的结构形式为：端部14为半圆形，根部15为矩形，在纵向上的断面则为矩形。
如图9所示，限位器13的作用是限制前导切片1的旋转角度，可保证前导切片1的偏转角度达到最大时，切片1转向的一面与定向区段2的表面保持平齐。如图4所示，前导切片1偏转角度最大值为α，前导切片的角度为β，α=β/2，即前导切片1偏转最大角度为前导切片1角度的一半，这样能保证前导切片1达到最大偏转角度α时其转向的一面与定向区段2的表面保持平齐。以避免前导切片1偏转角度太大，阻碍了钢板桩4的下沉。
如图12所示，前导切片1与定向区段2之间有弹簧16相连接，弹簧16对称分布在限位器的两侧，这两侧的弹簧16既能保证前导切片1旋转，又可以使前导切片1尽量调正，以向侧面挤压卵石。弹簧外侧有防护板17，防止粒径较大的泥沙进入。防护板17采用螺栓18与定向区段2进行连接，可拆卸进行部件更换或泥沙清理。
如图4、图14所示，当前导切片1旋转时，两侧的弹簧16一侧拉伸、一侧压缩，当切片旋转到最大角度α后，弹簧16达到最大拉伸和最大压缩量，弹簧16的最大拉伸量和最大压缩量应满足下式：
最大拉伸量：
∆l 拉=[l 2 2+4×(l 1 2 +l 3 2)×sin2(α/2)
-4×l 2×(l 1 2 +l 3 2)1/2× sin (α/2)×cos(180°+α/2-arctan(l 3/l 1))]1/2- l 2
最大压缩量：
∆l 压= l 2 -[l 2 2+4×(l 1 2 +l 3 2)×sin2(α/2)
-4×l 2×(l 1 2 +l 3 2)1/2× sin (α/2)×cos(α/2+arctan(l 3/l 1))]1/2
式中：∆l 拉- 弹簧最大拉伸量，
∆l 压- 弹簧最大压缩量，
l 1-弹簧距前导切片旋转中心的水平距离，
l 2-前导切片无旋转时弹簧的长度，
l 3-弹簧底端距前导切片旋转中心的竖向距离，
α-前导切片的最大旋转角度。
如图1所示，一块导向装置的定向区段2下设置至少4块前导切片1，由于卵石11分布的不规律，会导致前导切片1向不同方向偏转，又加上导向装置的横断面为U型，可保证定向区段2与上部的钢板桩4保持轴线一致。
如图2、图3、图5所示，定向区段与钢板桩之间主要是采用销钉3连接，首先在定向区段上部和钢板桩下部预开孔，将销钉3插入孔内进行连接。
本发明使用时还须注意以下要求：
（1）将导向装置与钢板桩4通过销钉3进行连接，并保证连接牢靠；
（2）进行钢板桩4锤击时，应采用频率相对较高、荷载值相对较小的锤击设备，以保证导向装置的前导切片1和转动轮6能有效发挥作用；
（3）在钢板桩4锤击下沉过程中，钢板桩的垂直度的技术指标应按未加导向装置的钢板桩锤击下沉技术标准进行要求；
（4）锤击过程中应安排专人全程值守，应根据钢板桩4的下沉速率随时调整锤击频率和荷载值；
（5）在锤击下沉过程中，若出现钢板桩4无法下沉的状况，则应停止锤击，找出具体的原因并解决好后再继续锤击下沉；
（6）当钢板桩4就位后，导向装置就埋在卵石土中，待混凝土工程施工完毕，钢板桩拔除时，将导向装置一起拔出；
（7）导向装置应用完后，应及时进行清理，特别是转动轮护板8和弹簧外侧防护板17要进行拆卸，并对内部设备进行仔细检查和清理；
（8）前导切片端部的转动轮6，兼有转动和切削的双重作用，因此较容易损坏，应根据具体情况及时检查更换。

Claims (7)

1.用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置，包括前导切片（1）和定向区段（2）两部分，其特征在于定向区段（2）的上部通过销钉（3）与钢板桩（4）相连接，下部通过前导切片转动轴（5）与前导切片（1）相连，前导切片（1）能够绕切片转动轴（5）进行偏转；定向区段（2）根据钢板桩的横断面形状呈U型；前导切片端部有一转动轮（6），转动轮（6）内设有轮轴（7），外侧为转动轮护板（8），转动轮护板（8）采用螺栓（9）与前导切片（1）连接在一起；轮轴（7）通过轮轴连接板（10）与前导切片（1）连在一起，在前导切片（1）与定向区段（2）之间设有限位器（13）。
2.根据权利要求1所述的用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置，其特征在于转动轮（6）具有旋转和切削的双重作用，转动轮（6）能够绕轮轴（7）旋转。
3.根据权利要求1所述的用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置，其特征在于前导切片（1）通过转动轴（5）与定向区段（2）上的转动轴连接板（12）相连接；限位器（13）由三个限位块（13a、13b、13c）组成，其中第一限位块（13a）、第二限位块（13b）安装在定向区段（2）上，第三限位块（13c）安装在前导切片（1）上；三个限位块（13a、13b、13c）结构形式相同，端部（14）为半圆柱体，根部（15）为长方体；前导切片（1）偏转角度最大值为α，前导切片（1）两侧面的夹角为β，其中α=β/2，即前导切片（1）最大偏转角度为前导切片（1）两侧面夹角角度的一半。
4.根据权利要求1所述的用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置，其特征在于前导切片（1）与定向区段（2）之间有弹簧（16）相连接，弹簧（16）对称分布在限位器（13）的两侧；弹簧外侧有防护板（17），防护板（17）采用螺栓（18）与定向区段（2）连接。
5.根据权利要求1所述的用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置，其特征在于前导切片（1）两侧的弹簧（16）的最大拉伸量和最大压缩量应满足下式：
最大拉伸量：
∆l 拉=[l 2 2+4×(l 1 2 +l 3 2)×sin2(α/2)
-4×l 2×(l 1 2 +l 3 2)1/2× sin (α/2)×cos(180°+α/2-arctan(l 3/l 1))]1/2- l 2
最大压缩量：
∆l 压= l 2 -[l 2 2+4×(l 1 2 +l 3 2)×sin2(α/2)
-4×l 2×(l 1 2 +l 3 2)1/2× sin (α/2)×cos(α/2+arctan(l 3/l 1))]1/2
式中：∆l 拉- 弹簧最大拉伸量，
∆l 压- 弹簧最大压缩量，
l 1-弹簧距前导切片旋转中心的水平距离，
l 2-前导切片无旋转时弹簧的长度，
l 3-弹簧底端距前导切片旋转中心的竖向距离，
α-前导切片的最大旋转角度。
6.根据权利要求1所述的用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置，其特征在于一块导向装置的定向区段（2）下设置至少4块前导切片（1），定向区段（2）的横断面为U型。
7.权利要求1所述的用于引导卵石土地基钢板桩下沉的导向装置的使用方法，其特征在于，其步骤为：
（1）将导向装置与钢板桩（4）通过销钉（3）进行连接，并保证连接牢靠；
（2）进行钢板桩（4）锤击时，应采用频率相对较高、荷载值相对较小的锤击设备，以保证导向装置的前导切片（1）和转动轮（6）能有效发挥作用；
（3）在钢板桩（4）锤击下沉过程中，钢板桩的垂直度的技术指标应按未加导向装置的钢板桩锤击下沉技术标准进行；
（4）在导向装置下沉过程中，当转动轮（6）与卵石（11）表面接触后，由于卵石（11）表面的凸凹不平，转动轮（6）会从卵石（11）表面上向较低处滚动，从而带动前导切片（1）偏转，避免了将卵石（11）击碎所需的巨大力量；同时前导切片（1）随着锤击振动打入卵石（11）之间的空隙中，并将卵石（11）向两旁挤压，从而使整个导向装置下沉，带动钢板桩（4）向下沉入；
（5）钢板桩（4）就位后，导向装置就埋在卵石土中，待混凝土工程施工完毕，钢板桩（4）拔除时，将导向装置一起拔出。
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