CN108951624A - 一种气囊拔桩装置及拔桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程领域，特别涉及一种气囊拔桩装置及拔桩施工方法。气囊拔桩装置的反力支撑平台中心设有通孔；桩体贯穿反力支撑平台的中心孔；反力支撑平台的上端面设有L型钢板，L型钢板上设有外围钢板；若干个所述的L型钢板之间设有顶层钢板，顶层钢板的中心设有通孔，由桩体贯穿；反力支撑平台与顶层钢板之间设有气囊；顶层钢板上设有桩体夹持器；所述的桩体夹持器夹持桩体。本发明采用的气囊拔桩装置及拔桩施工方法，其拔桩设备采用拼接的方式，灵活、方便，对施工空间要求低。可选用高压气瓶、气泵等作为加载气源，通过调压阀装置精确控制气囊压力和加载速率，确保气囊产生的压力均匀传递，保证桩体平稳的上拔。

Description

一种气囊拔桩装置及拔桩施工方法

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，特别涉及一种气囊拔桩装置及拔桩施工方法。

背景技术

现今，城市建设正蓬勃发展，地上建筑的发展已趋于饱和，地下空间的建设也在如火如荼的进行。但是，地下空间的开发与建设，往往会受到已有建（构）筑物桩基础的限制。例如，地铁在城区地下穿越施工中，难免会遇到地面废弃建（构）筑物遗留的桩基工程。这些桩基工程成了地铁盾构穿越施工的重大障碍，特别是其内部的钢筋结构，对盾构而言是灾难性的，它们可能导致盾构机刀盘的损毁和螺旋输送机的工作故障。因此，必须在盾构穿越施工前，将它们拔除，从而确保盾构机的安全穿越和地铁施工的顺利进行。

拔桩机是利用振动、静力作用等将桩拔出地层的桩工机械。传统的拔桩机主要有振动拔桩机和静力拔桩机，振动拔桩机主要是依靠振动器产生的振动，引起桩和土体共振，土体结构破坏，桩身与土体间摩擦力减小，同时收紧索具，将桩逐渐拔出；静力拔桩机是由电动机驱动卷扬机，利用钢丝绳滑轮组的拉力将桩强制拉出地面。传统的拔桩机一般结构较大，不方便运输，尤其是对施工场地和空间的要求高，当拔桩的操作空间受到限制时，拔桩的效率低，经常出现断桩的现象。因此，如何改变拔桩机的结构，降低成本，提高拔桩效率，突破施工空间和场地的限制，是亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对上述不足提供了一种气囊拔桩装置及拔桩施工方法。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的气囊拔桩装置，包括桩体；还包括反力支撑平台，顶层钢板，L型钢板，外围钢板，气囊，桩体夹持器；所述的反力支撑平台中心设有通孔；桩体贯穿反力支撑平台的中心孔；反力支撑平台的上端面设有L型钢板，L型钢板上设有外围钢板；若干个所述的L型钢板之间设有顶层钢板，顶层钢板的中心设有通孔，由桩体贯穿；反力支撑平台与顶层钢板之间设有气囊；顶层钢板上设有桩体夹持器；所述的桩体夹持器夹持桩体。

本发明所述的气囊拔桩装置，所述的反力支撑平台为四块扇形钢板拼接而成的底层钢板；相邻的两个扇形钢板的衔接处的截断面一边为凸槽结构、另一边为凹槽结构；凸槽结构与凹槽结构相互衔接，衔接处通过纵向螺栓相互固定。

本发明所述的气囊拔桩装置，所述的气囊成中空圆柱形结构。

本发明所述的气囊拔桩装置，所述的桩体夹持器包括固定杆，螺纹套管，螺杆，锯齿夹头；所述的固定杆至少布置两根，所述固定杆沿顶层钢板径向排列；每根固定杆面向中心通孔的一端面设有螺纹套管；螺纹套管延伸至中心通孔内，其螺纹套管的顶端设有锯齿夹头。

本发明所述的气囊拔桩装置，所述的锯齿夹头组合形成的夹持形状与桩体的形状相匹配；锯齿夹头通过螺杆与螺纹套管相连。

本发明所述的气囊拔桩装置，所述的固定杆上设有若干螺孔;所述的固定杆采用螺栓三与螺孔相配合，固定在顶层钢板上。

本发明所述的气囊拔桩装置，所述的顶层钢板的圆周边缘处设有与L型钢板相匹配的卡槽。

本发明所述的气囊拔桩装置，所述的顶层钢板为四块扇形钢板拼接而成，相邻的两个扇形钢板的衔接处的截断面一边为凸槽结构、另一边为凹槽结构；凸槽结构与凹槽结构相互衔接，衔接处通过纵向螺栓相互固定。

本发明所述的气囊拔桩装置的拔桩施工方法，所述步骤如下：

1）、根据桩体位置，在桩体外侧拼接底层钢板，并在底层钢板上安装L型钢板；L型钢板外侧壁安装外围钢板；

2）、在外围钢板内底层钢板上放置气囊；

3）、将步骤2）中的气囊与外接气源及加压设备相连；

4）、拼接顶层钢板，顶层钢板上以桩体的规格及尺寸选择安装桩体夹持器及排列形式；并将顶层钢板通过卡槽沿L型钢板布置在气囊的上方完成拔桩装置的安装工序；

5）、通过螺纹套管调节桩体夹持器上的锯齿夹头与桩体进行紧密相触；

6）、开启步骤4）加压设备为气囊充气，使气囊向上膨胀；气囊驱动顶层钢板向上运动，锯齿夹头夹持桩体向上运动一定距离并停止；

7）、使步骤6）的锯齿夹头与桩体分离；并使气囊泄压后再次将锯齿夹头与桩体进行固定，加压设备再次为气囊充气；锯齿夹头夹持桩体再次向上运动一定距离并停止；

8）、重复步骤6）与步骤7）直至将桩体拔出，完成拔桩。

有益效果

（1）本发明采用的气囊拔桩装置及拔桩施工方法，其拔桩设备采用拼接的方式，灵活、方便，可重复利用。

（2）本发明采用的气囊拔桩装置及拔桩施工方法，根据拔桩条件，可选用高压气瓶、气泵等作为加载气源，通过调压阀装置精确控制气囊压力和加载速率，确保气囊产生的压力均匀传递，并可随时改变气囊压力的大小。

（3）本发明采用的气囊拔桩装置及拔桩施工方法，通过限位的卡槽装置气囊产生的压力均匀，可保证桩体平稳的上拔。

（4）本发明采用的气囊拔桩装置及拔桩施工方法，现场适应性强，拔桩效率高，尤其是对施工场地的空间要求低。

附图说明

图1：本发明的底层钢板平面示意图。

图2：本发明的顶层钢板平面示意图。

图3：本发明的底层钢板拼接剖面图。

图4：本发明的顶层钢板拼接剖面图。

图5：本发明的L型钢板与底层钢板搭接立面示意图。

图6：本发明的顶层钢板与桩体夹持器搭接立面示意图。

图7：本发明的气囊三维示意图。

图8：本发明的桩体夹持器三维示意图。

图9：本发明的外围钢板拼接立面示意图。

图10：本发明的拔桩设备总体三维示意图。

图中，1为反力支撑平台，2为螺栓一，3为顶层钢板，4为卡槽，5为螺栓二，6为螺栓三，7为桩体夹持器，8为螺帽一，9为凸槽一，10为凹槽一，11为L型钢板，12为螺栓四，13为螺帽二，14为固定杆，15为螺栓孔，16为螺纹套筒，17为螺杆，18为锯齿夹头，19为螺帽三，20为外围钢板，21为螺栓五，22为外围框架，23为气囊，24为桩体，25为螺帽四，26为凸槽二，27为凹槽二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示：底层钢板的构造：预制四块扇形的钢板，该钢板可拼接成一圆形，钢板搭接处采用螺栓连接，拼接成的圆形钢板作为反力支撑平台。且圆形钢板的中间预留出桩径大小的孔洞（具体的尺寸可根据施工现场桩的大小确定）。

图5或图9所示：外围框架的构造：在气囊的周边设置一外围框架，该框架由4个L型钢板和外围的钢板搭接组成。L型钢板与底层钢板采用螺栓连接。外围框架由4块预制的钢板拼接而成，且预制钢板的内侧与L型钢板通过竖向两排螺栓连接。在预制外围钢板的底部设置4个缺口，L型钢板的底部分别嵌入缺口中，保证预制钢板的稳定。

如图5所示：L型钢板11通过螺栓固定。

如图8所示：桩体夹持器7由固定杆、螺杆、螺纹套筒和锯齿夹头组成。该固定杆为一变截面实心钢构件，与顶层钢板搭接长度方向为矩形截面，超出搭接部分为圆截面，且其表面轧制螺纹。锯齿夹头为一端带有螺杆的构件，且该螺杆表面轧制螺纹。螺纹套筒的内径与钢制杆件圆截面的直径、螺杆的直径相等。桩体夹持器的螺纹套筒作为中间部件连接锯齿夹头和固定杆。螺纹套筒与螺杆需紧密连接，桩体夹持器伸缩性的调节通过螺纹套筒与截面为圆形的固定杆的旋转实现。

如图10所示：气囊的上方放置顶层钢板，顶层钢板由四块扇形的钢板拼接而成，钢板搭接处采用螺栓连接，顶板尺寸小于底层钢板，且在顶板上安置至少两根以上，且不同方向的桩体夹持器。优选的是桩体夹持器7为四根沿顶层钢板3的径向排列成十字形排列；或者桩体夹持器7为大于四根的数量布置；沿顶层钢板3的径向排列成米字形排列；

桩体夹持器由固定杆14，螺纹套管16，螺杆17，锯齿夹头18组成；每根固定杆14面向中心通孔的一端面设有螺纹套管16；螺纹套管16延伸至中心通孔内，其螺纹套管16的顶端设有锯齿夹头18。

在底层钢板上放置气囊，气囊为中空圆柱体，中空部分的尺寸略大于桩径。

顶层钢板的每一块扇形板上分别设置一桩体夹持器，桩体夹持器通过螺栓与顶层钢板相互固定。4个方向的桩体夹持器可固定待拔桩体，通过顶层钢板的竖直向上位移带动桩体的上拔，从而实现拔桩效果。桩体夹持器的锯齿夹头可根据桩体的形状更换。

作为本发明的进一步改进，顶层钢板沿周边设置4个卡槽，外围框架中的L型钢板分别嵌入卡槽中，限制顶层钢板的旋转。

作为本发明的进一步改进，外围框架的高度大于气囊膨胀产生的最大竖向位移。

作为本发明的进一步改进，气囊中空的尺寸与上下两层钢板中间预留的桩孔尺寸相同。

本发明的原理为：拔桩时打开气源调节阀给气囊充气，压力的大小通过气阀控制，并通过压力表予以实时监测。气囊的竖向膨胀将顶层钢板顶起，带动桩体的竖直向上移动，从而实现拔桩。

通过上述原理本发明的拔桩施工方法如下：

步骤一：安装底层钢板。将4块预制的扇形钢板通过螺栓两两连接。其中每2块钢板采用3个螺栓固定。

步骤二：安装外围框架。将L型钢板与底层钢板通过螺栓连接固定，且外围预制的4块钢板与L型钢板之间在外围钢板内侧采用螺栓连接，同时L型钢板的底部要分别嵌入外围钢板底部的4个缺口中。

步骤三：底层钢板上放置中空圆柱体气囊，且布置在外围框架的中心。

步骤四：气囊上方安置顶层钢板，该钢板沿周边设置4个卡槽，外围框架中的L型钢板分别嵌入卡槽中，限制顶层钢板的旋转。在顶层钢板上安置4个不同方向的桩体夹持器，桩体夹持器的固定通过与顶层钢板的螺栓连接实现。

步骤五：人工调节桩体夹持器伸缩装置，使得四个方向的锯齿夹头固定住桩体，选用高压气瓶、气泵等作为加载气源，通过气囊产生的压力带动顶层钢板的竖直向上移动，从而实现拔桩。

步骤六：桩体上拔一段距离后人工调节桩体夹持器让锯齿夹头与桩体脱离，下放顶层钢板。重复步骤五，拔除桩体。

步骤七：桩体拔除工作完成之后，拆卸该拔桩装置，进行下一待拔桩体的准备工作，重复施工步骤一至七，直至施工完成。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种气囊拔桩装置，包括桩体（24）；其特征在于：还包括反力支撑平台（1），顶层钢板（3），L型钢板（11），外围钢板（20），气囊（23），桩体夹持器（7）；所述的反力支撑平台（1）中心设有通孔；桩体（24）贯穿反力支撑平台的中心孔；反力支撑平台的上端面设有L型钢板（11），L型钢板（11）上设有外围钢板（20）；若干个所述的L型钢板（11）之间设有顶层钢板（3），顶层钢板（3）的中心设有通孔，由桩体（24）贯穿；反力支撑平台与顶层钢板（3）之间设有气囊（23）；顶层钢板（3）上设有桩体夹持器；所述的桩体夹持器夹持桩体（24）。

2.根据权利要求1所述的气囊拔桩装置，其特征在于：所述的反力支撑平台为四块扇形钢板拼接而成的底层钢板；相邻的两个扇形钢板的衔接处的截断面一边为凸槽结构、另一边为凹槽结构；凸槽结构与凹槽结构相互衔接，衔接处通过纵向螺栓相互固定。

3.根据权利要求1所述的气囊拔桩装置，其特征在于：所述的气囊（23）呈中空圆柱形结构。

4.根据权利要求1所述的气囊拔桩装置，其特征在于：所述的桩体夹持器包括固定杆（14），螺纹套管（16），螺杆（17），锯齿夹头（18）；所述的固定杆（14）至少布置两根，所述固定杆（14）沿顶层钢板（3）径向排列；每根固定杆（14）面向中心通孔的一端面设有螺纹套管（16）；螺纹套管（16）延伸至中心通孔内，其螺纹套管（16）的顶端设有锯齿夹头（18）。

5.根据权利要求4所述的气囊拔桩装置，其特征在于：所述的锯齿夹头（18）组合形成的夹持形状与桩体（24）的形状相匹配；锯齿夹头（18）通过螺杆（17）与螺纹套管（16）相连。

6.根据权利要求4所述的气囊拔桩装置，其特征在于：所述的固定杆（14）上设有若干螺孔;所述的固定杆（14）采用螺栓三（6）与螺孔相配合，固定在顶层钢板（3）上。

7.根据权利要求1所述的气囊拔桩装置，其特征在于：所述的顶层钢板（3）的圆周边缘处设有与L型钢板（11）相匹配的卡槽（4）。

8.根据权利要求1所述的气囊拔桩装置，其特征在于：所述的顶层钢板（3）为四块扇形钢板拼接而成，相邻的两个扇形钢板的衔接处的截断面一边为凸槽结构、另一边为凹槽结构；凸槽结构与凹槽结构相互衔接，衔接处通过纵向螺栓相互固定。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的气囊拔桩装置的拔桩施工方法，其特征在于：所述步骤如下：

1）、根据桩体（24）位置，在桩体（24）外侧拼接底层钢板（1），并在底层钢板（1）上安装L型钢板（11）；L型钢板（11）外侧壁安装外围钢板（20）；

2）、在外围钢板（20）内底层钢板（1）上放置气囊（23）；

3）、将步骤2）中的气囊（23）与外接气源及加压设备相连；

4）、拼接顶层钢板，顶层钢板（3）上以桩体（24）的规格及尺寸选择安装桩体夹持器（7）及排列形式；并将顶层钢板（3）通过卡槽（4）沿L型钢板（11）布置在气囊（23）的上方完成拔桩装置的安装工序；

5）、通过螺纹套管（16）调节桩体夹持器（7）上的锯齿夹头（18）与桩体（24）进行紧密相触；

6）、开启步骤4）加压设备为气囊（23）充气，使气囊向上膨胀；气囊（23）驱动顶层钢板（3）向上运动，锯齿夹头（18）夹持桩体（24）向上运动一定距离并停止；

7）、使步骤6）的锯齿夹头（18）与桩体（24）分离；并使气囊（23）泄压后再次将锯齿夹头（18）与桩体（24）进行固定，加压设备再次为气囊（23）充气；锯齿夹头（18）夹持桩体（24）再次向上运动一定距离并停止；

8）、重复步骤6）与步骤7）直至将桩体（24）拔出，完成拔桩。