CN111535308B - 一种全长钢套管施工装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种全长钢套管施工装置及其施工方法，包括钢板桩打拔桩机、位于钢板桩打拔桩机机械臂端部的夹持部、固定在全长钢套管上端部的工具套管和固定在全长钢套管下端部的合金钢套管靴头，夹持部为高频振动液压钳机头，高频振动液压钳机头内设有T型夹持空间，工具套管上部设有限位于T型夹持空间横部的工具套管限位墩头，T型夹持空间内、高频振动液压钳机头紧贴工具套管的侧面上设有防滑锯齿。本发明将钢板桩打拔桩机的打桩效率、旋挖桩取土速率、全长钢护筒的护壁效果三项工艺有效结合，各取所长，实现咬合桩成孔的高效性、安全性，有效缩短咬合桩的施工工期，成孔质量可靠，施工安全。

Description

一种全长钢套管施工装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程房建领域地下工程施工技术，具体属于一种全长钢套管施工装置及其施工方法。

背景技术

传统的咬合桩施工通常采用液压搓管机下套管配合履带吊抓斗抓土的工艺形成桩孔，该工艺下套管和取土的速度很慢，工效很低，很难满足当前行业对环保及施工速度的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种全长钢套管施工装置及其施工方法，要解决现有技术施工效率低、下套管速度慢的技术问题；并解决不能满足现有施工需要的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种全长钢套管施工装置，其特征在于：包括钢板桩打拔桩机、位于钢板桩打拔桩机机械臂端部的夹持部、固定在全长钢套管上端部的工具套管和固定在全长钢套管下端部的合金钢套管靴头，所述夹持部为高频振动液压钳机头，所述高频振动液压钳机头内设有T型夹持空间，所述工具套管上部设有限位于T型夹持空间横部的工具套管限位墩头，所述T型夹持空间内、高频振动液压钳机头紧贴工具套管的侧面上设有防滑锯齿。

进一步优选地，所述高频振动液压钳机头与工具套管之间还设有防坠装置，所述防坠装置包括设于高频振动液压钳机头上的挂耳、固定在挂耳上的可旋转连接件和钢丝绳，所述钢丝绳穿过全长钢套管及工具套管后与可旋转连接件固定。

进一步地，所述工具套管和工具套管限位墩头与全长钢套管之间设有高强减震橡胶。

此外，所述工具套管和合金钢套管靴头通过螺栓与钢套管固定。

更加优选地，所述合金钢套管靴头下部为尖头形。

一种全长钢套管施工装置的施工方法，其特征在于：用于施工咬合桩。

一种全长钢套管施工装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：桩位测放及导槽施工：场地平整以后，根据设计图纸，由专业测量人员布设施工平面控制网，用十字拴桩法对每根桩进行定，打入标志桩，标志桩露出地面5～10cm；咬合桩两侧浇筑1.5米宽20cm厚钢筋混凝土导墙，混凝土导墙内的导槽起锁口和导向作用，采用挖掘机开挖，人工成槽；

步骤二：全长钢套管埋设：根据桩的长度以及地质条件，选择合适型号的钢板桩打拔桩机，使用钢板桩打拔桩机将全长钢套管夹持住，利用液压力和震动将全长钢套管慢慢按照桩位一次埋设到位；

步骤三：旋挖机取土：旋挖钻机采用筒式钻头，在孔内将钻头下降到预定深度后，旋转钻头并加压，将旋起的土挤入钻筒内，待泥土挤满钻筒后，反转钻头，将钻头底部封闭并提出孔外，自动开启钻头底部开关，倒出弃土；

步骤四：清孔、测量孔深及沉渣：采用全长钢套管旋挖工艺成孔，成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度进行检查，对不合格的成孔采取重新回填，二次成孔处理；采用筒式钻头旋挖清孔，对沉渣厚度不符合要求的进行二次清孔；

步骤五：全长钢套管拔出：钢筋笼制安、混凝土浇灌，混凝土浇筑需使用导管，导管长度与桩长相同；混凝土浇筑完成后，需在混凝土初凝前使用钢板桩打拔桩机拔出全长钢套管。

更加优选地，所述全长钢套管比桩长30cm，壁厚大于10mm，上部留置吊装孔。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：

本发明利用特制的高频振动液压钳机头，特制的工具套管和合金钢套管靴头，利用履带式钢板桩打拔桩机将全长钢套管一次性安装到位，完成咬合桩的护壁施工，然后再使用旋挖机取土形成桩孔及进行后续灌注施工，最后再用同样的方法将全长钢套管拔出，完成全部施工内容。将钢板桩打拔桩机的打桩效率、旋挖桩取土速率、全长钢护筒的护壁效果三项工艺有效结合，各取所长，实现咬合桩成孔的高效性、安全性，有效缩短咬合桩的施工工期，成孔质量可靠，施工安全。

本发明使用全长钢套管成孔，不需要泥浆护壁，现场为干作业，避免了大量泥浆外排，对整个施工现场文明施工极为有利，有利于环境保护；采用旋挖机取土基本不产生震动，对周边的环境无大影响，且能适应多种地质条件；采用全长钢套管护壁，可在砂层、淤泥等软弱地质中应用，避免出现塌孔等情况，施工安全，质量可靠。本发明适用于桩长在9-12米、地质条件或环境限制不能采用泥浆护壁，必须使用全长钢套管护壁的各种钢筋混凝土排桩、咬合桩施工，相对于传统的搓管机+冲抓取土成孔施工工艺，其压管速度和取土速度更快，成孔效率能达到传统工艺4倍以上。

本发明工艺干作业成孔，不产生泥浆，施工期间对环境影响小，且环境适应性强，具有良好的社会效益和环境效益。本发明工艺对于地质条件为杂填土、中细砂层、淤泥等软弱土质情况及地下水含水量丰富的地质，能有效的解决塌孔、流沙和成孔困难的问题，具有安全、适用等特点，有很好的推广和实用价值，广泛的推广应用后会产生良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明涉及的钢板桩打拔桩机的结构示意图；

图2为本发明一种全长钢套管施工装置的结构示意图；

图3为图1中A部的放大结构示意图；

图4为本发明涉及的咬合桩的施工流程图示。

附图标记：1-钢板桩打拔桩机；2-高频振动液压钳机头；3-全长钢套管；4-合金钢套管靴头；5-T型夹持空间；6-工具套管限位墩头；7-防滑锯齿；8-高强减震橡胶；9-挂耳；10-可旋转连接件；11-钢丝绳；12-螺栓。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

目前，地下工程日益增多，咬合桩在支护工程中应用较为普遍，桩施工占比基坑施工工期长。为提升咬合桩施工效率，减少环境对施工的互相影响，因此提供一种全长钢套管施工装置，该施工装置如图1~3所示，包括钢板桩打拔桩机1、位于钢板桩打拔桩机1机械臂端部的夹持部、固定在全长钢套管3上端部的工具套管和固定在全长钢套管3下端部的合金钢套管靴头4，夹持部为高频振动液压钳机头2，高频振动液压钳机头2内设有T型夹持空间5，工具套管上部设有限位于T型夹持空间5横部的工具套管限位墩头6，T型夹持空间5内、高频振动液压钳机头2紧贴工具套管的侧面上设有防滑锯齿7，从图3可以看出，高频振动液压钳机头2与工具套管之间还设有防坠装置，防坠装置包括设于高频振动液压钳机头2上的挂耳9、固定在挂耳9上的可旋转连接件10和钢丝绳11，钢丝绳11穿过全长钢套管3及工具套管后与可旋转连接件10固定，工具套管和工具套管限位墩头6与全长钢套管3之间设有高强减震橡胶8,工具套管和合金钢套管靴头4通过螺栓12与钢套管固定，合金钢套管靴头4下部为尖头形；

本发明工艺适用于桩长在9-12米、地质条件或环境限制不能采用泥浆护壁，必须使用全长钢套管护壁的各种钢筋混凝土排桩、咬合桩施工，相对于传统的搓管机+冲抓取土成孔施工工艺，其压管速度和取土速度更快，成孔效率能达到传统工艺4倍以上。

本发明工艺使用全长钢套管成孔，现场为干作业，避免了大量泥浆外排，对整个施工现场文明施工极为有利，有利于环境保护；因采用全长钢套管护壁，可在砂层、淤泥等软弱地质中应用，避免出现塌孔等情况，施工安全，质量可靠。

本发明工艺采用旋挖机取土基本不产生震动，对周边的环境无大影响，且能适应多种地质条件；旋挖钻机一般采用筒式钻头，在孔内将钻头下降到预定深度后，旋转钻头并加压，将旋起的土挤入钻筒内，待泥土挤满钻筒后，反转钻头，将钻头底部封闭并提出孔外，自动开启钻头底部开关，倒出弃土。

本发明采用钢板桩打拔桩机将钢套管夹持住，利用液压力和震动将全长钢套管慢慢按照桩位一次埋设到位，根据桩的长度以及地质条件，选择合适型号的钢板桩打拔桩机；全长钢套管的长度根据设计桩长确定，可按比桩长稍长30cm取；钢套管壁厚度不能低于10mm，下端可做坡口处理，上部50cm做加强处理，并留置吊装孔。

一、咬合桩施工流程

如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤一：桩位测放及导槽施工

场地平整以后，根据设计图纸，由专业测量人员布设施工平面控制网。用十字拴桩法对每根桩进行定位，在测定的桩位点，打入标志桩（露出地面5～10cm）。定位后需对轴线、桩位进行复核，并作记录。在复核符合设计、规范要求后方可进行施工；支护桩定位误差要求小于10mm，为确保支护桩施工定位的准确性，采用混凝土导槽定位。咬合桩两侧浇筑1.5米宽20cm厚钢筋混凝土导墙。混凝土导槽浇筑达到一定强度后，方可进行下一道工序施工。导向槽采用挖掘机开挖，人工成槽。导向槽起锁口和导向作用，直接关系到钻孔咬合桩顺利成孔和成孔精度，施工中严格控制槽施工精度。

步骤二：全长钢套管埋设

选取振动频率足够的液压钳机头作为基础进行改造设计，将机头的夹持钳子拆下从新加工。首先需在夹持钳的前端板制作固定锯齿，通过打磨出锯齿状的凹槽，用于增大夹持的力量。同时在夹持钳的中后部通过切口处理形成定位导槽，通过限位，以大幅度增强液压震动力。另需在机头外侧焊接吊耳，并在吊耳上设置连接钢丝绳，作为防坠装置。

1、工具套管设计制作

根据需要形成的护壁直径，选取长度为500mm，直径为全长钢套管3内径D-30mm、全长钢套管3外径D+30mm的两个钢套管段，通过焊接连接制作成一个整体，并在上端部焊接钢圈形成限位镦，在下端部开孔。在工具套管内侧空间粘贴一层高强度橡胶（需要在钢套管焊接前提前完成），作为减震橡胶层。

2、合金钢套管靴头设计制作

根据需要形成的护壁直径，选取长度为500mm，直径为全长钢套管3内径D-30mm、全长钢套管3外径D+30mm的两个钢套管段，通过焊接连接制作成一个整体，在下端部制作焊接锥型合金，以增强破土破岩效率。

3、全长钢套管组装

将工具套管、合金钢套管靴头安装在全长钢套管的两端，并使用固定螺栓连接固定，形成整体。组装完成后将防坠装置与工具套管、护壁全长套管连接。

4、震动作业

使用钢板桩打拔桩机通过液压震动机头将工具管夹持住，确保管道竖直，利用液压力和震动将全长钢套管慢慢按照桩位一次埋设到位。如此则全长钢套管护壁完成施工。

全长钢套管的长度根据设计桩长确定，可按比桩长稍长30cm取；钢套管壁厚度不能低于10mm，下端可做坡口处理，上部50cm做加强处理，并留置吊装孔。

根据桩的长度以及地质条件，选择合适型号的钢板桩打拔桩机。使用钢板桩打拔桩机将钢套管夹持住，利用液压力和震动将全长钢套管慢慢按照桩位一次埋设到位。压入过程中需要监控钢套管的垂直度和位置，如偏移较大，需拔出重新施工。为确保施工过程安全，应将钢套管用钢丝绳与打拔桩机大臂相连接，设置一道保险绳，避免钢套管突然掉落，并应设置安全警示区域。

步骤三、旋挖机取土

旋挖钻机一般采用筒式钻头，在孔内将钻头下降到预定深度后，旋转钻头并加压，将旋起的土挤入钻筒内，待泥土挤满钻筒后，反转钻头，将钻头底部封闭并提出孔外，自动开启钻头底部开关，倒出弃土。

钻机就位前，要事先检查钻机的性能状态是否良好，配套设备是否齐全，保证钻机工作正常。旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操纵室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位十字中心线时，各项数据即可锁定，勿需再做调整。钻机就位后，钻头中心与桩位中心应对正准确。误差控制在2cm以内。

咬合桩采用旋挖钻机成孔施工，先施工素砼A序桩，再在相邻两A序桩间切割成孔钢筋砼B序桩。施工顺序A1→A2→B1→A3→B2→A4→B3……

步骤四、清孔、测量孔深及沉渣

采用全长钢套管旋挖工艺成孔，成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度进行检查，对不合格的成孔采取重新回填，二次成孔处理。

采用筒式钻头旋挖清孔，孔内沉渣厚度应不大于200mm，对沉渣厚度不符合要求的应二次清孔，清孔时间为导管下完后，浇筑混凝土前。

步骤五：钢筋笼安装、混凝土浇筑

全长钢套管咬合桩的钢筋笼制安、混凝土浇灌的施工方法与支护桩的相同，具体按照设计图纸及规范要求。混凝土浇筑需使用导管，导管长度与桩长相同。

步骤六：全长钢套管拔出

混凝土浇筑完成后，需在混凝土初凝前拔出钢套管。钢套管拔出与埋设操作相同，都使用钢板桩打拔桩机通过高频振动液压机头夹持工具套筒缓慢提升，最后将其拔出。

二、质量控制

1.试桩。按图纸要求，在不同位置进行试桩，以核对地质资料、检验设备、工艺以及技术要求是否适当。在试成孔时必须通知各方到场，并在试成孔后提交书面报告，在征得书面同意后方可正式施工。

2 .桩位控制。按照图纸位置，选用适宜精度的经纬仪及激光测距仪采用极坐标定位法，充分发挥经纬仪和激光测距仪对距离控制上的优势；桩位测量后，还要用钢尺和相邻的桩位校正，看所测距离与计算值是否一致，以杜绝错误的发生；桩位确定后，用长约300mm的钢筋钉入地下，用油漆注明以便识别，并做好保护。桩位允许偏差不大于50mm。

3. 垂直度控制。在安装套管时，套管中心线与桩位中心线偏差于50mm，打板机下压钢套管过程中，90度两方向设置吊线或全站仪控制方向，随时监控和调整桩机垂直度，发生偏移及时调整，以保证垂直度不超要求。

4.成孔前，必须检查钻头直径、钻头磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的及时更换。

5.成孔中，按试施工确定的参数进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如加钻杆、钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。

6.旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻杆的垂直度，同时在钻杆的两个侧面均设有垂直度仪，在钻进过程中有专人观察两个垂直度仪，随时指挥机手调整钻杆垂直度。通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证了成孔的垂直度。

三、安全措施

1 .建立健全施工现场安全管理规章制度、安全监控网络和安全保证体系，并认真贯彻执行。

2 .详细调查施工中可能存在的安全隐患，有针对性地制定切实有效的防护措施。

3 .严格控制进场物资、设备等的质量，并对物资、设备等及时报废，杜绝安全隐患的存在。

4 .针对现场施工所用机械设备，制作安全操作规程，并实时进行维护保养和检修，确保其处于良好的工作状态。

5.设置专职安全员和现场责任工程师，实时监督操作人员严格执行操作规范和安全技术交底，严禁违章指挥或违章操作。

6.旋挖桩机应通过相应报验手续，并获得准用许可，并间隔性鸣笛，同时在施工旋转半径内做好警示标志，旋转半径禁止站人，若确有需要通行，需提前通知桩机司机，令其暂停行驶，避免产生交通事故。

7.安装前应按作业方案和对照钻机说明书的要求，详细检查各部件、零配件齐全合格。不合格或变形、锈蚀的零配件不准使用。

8.安装钻机应放置坚实平稳，钻杆的中心线偏斜应小于全高的1%，10m以上的钻杆不得在地面上接好后一次吊起安装。

9 .工作中必须时刻检查仪表显示状况，观察主钢丝绳工作状况，当有毛刺出现时必须停机更换，避免出现掉钻头事故发生。工作时必须保证钻杆的垂直度，以免影响成孔质量，必须经常检查土质状况，不同土质使用相适应的钻具，以保证钻孔进度，对磨损的钻机必须进行及时修补。

10 .钻孔时必须先选好弃土位置，以不影响钻机回转为好。经常检查钻具状况，对磨损严重的钻齿必须及时更换，以免损坏钻具，降低工作效率。

11.钻机应装有钻深限位的报警装置，钻机发出下钻限位报警信号时，应停钻，将钻杆稍稍提升，待解除报警信号后，方可继续下钻。

12.每天工作五个小时必须加注一次润滑油，同时检查机油、液压油、齿轮油油面，检查全车螺栓的松紧度，特别是钻桅上的端部钻杆连接处及钢丝绳连接处螺栓的松紧程度。工作中遇到不正常响声时必须停机检查，以确保人机安全。

13.钻机转移过程中必须保证钻桅放到，且重心适当，同时道路足够宽，足够密实，倾斜度不允许超过规定值，并有专人指挥，以保证钻机安全。停工时必须把桅杆放倒，并进行全面的保养注油工作，同时表面要有覆盖。

14.孔桩施工中钻完的孔必须要有覆盖且有明显标识，以保证人员的安全。

15 .桩机工、电工、电焊工、起重机司机、司索指挥等须持有关部门培训考核合格的特种设备上岗操作证，桩机钥匙由机械设备管理员、机长保管，其他辅助人员严禁私自配备。

四、环保措施

1 .建立健全施工现场环保管理规章制度，并认真贯彻执行。

2 .详细调查施工中可能存在的影响环境的因素，有针对性地制定切实可行的保护措施。

3.现场存放油料的库房，必须进行防渗漏处理。储存和使用都要采取措施，防止跑、冒、滴、漏，而污染水体。

4.泥土需及时覆盖和清运，避免产生扬尘。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种全长钢套管施工装置，其特征在于：包括钢板桩打拔桩机（1）、位于钢板桩打拔桩机（1）机械臂端部的夹持部、固定在全长钢套管（3）上端部的工具套管和固定在全长钢套管（3）下端部的合金钢套管靴头（4），所述夹持部为高频振动液压钳机头（2），所述高频振动液压钳机头（2）内设有T型夹持空间（5），所述工具套管上部设有限位于T型夹持空间（5）横部的工具套管限位墩头（6），所述T型夹持空间（5）内、高频振动液压钳机头（2）紧贴工具套管的侧面上设有防滑锯齿（7）；所述高频振动液压钳机头（2）与工具套管之间还设有防坠装置，所述防坠装置包括设于高频振动液压钳机头（2）上的挂耳（9）、固定在挂耳（9）上的可旋转连接件（10）和钢丝绳（11），所述钢丝绳（11）穿过全长钢套管（3）及工具套管后与可旋转连接件（10）固定；所述工具套管和工具套管限位墩头（6）与全长钢套管（3）之间设有高强减震橡胶（8）；所述工具套管和合金钢套管靴头（4）通过螺栓（12）与钢套管固定；所述合金钢套管靴头（4）下部为尖头形；工具套管制作工法为：选取长度为500mm，两个钢套管段，直径分别为全长钢套管（3）内径D-30mm、全长钢套管（3）外径D+30mm；通过焊接连接制作成一个整体，并在上端部焊接钢圈形成工具套管限位墩头（6），在下端部开孔。

2.如权利要求1所述的一种全长钢套管施工装置的施工方法，其特征在于：用于施工咬合桩；包括以下步骤：

步骤一：桩位测放及导槽施工：场地平整以后，根据设计图纸，由专业测量人员布设施工平面控制网，用十字拴桩法对每根桩进行定，打入标志桩，标志桩露出地面5～10cm；咬合桩两侧浇筑1.5米宽20cm厚钢筋混凝土导墙，混凝土导墙内的导槽起锁口和导向作用，采用挖掘机开挖，人工成槽；

步骤二：全长钢套管（3）埋设：根据桩的长度以及地质条件，选择合适型号的钢板桩打拔桩机（1），使用钢板桩打拔桩机（1）将全长钢套管（3）夹持住，利用液压力和震动将全长钢套管（3）慢慢按照桩位一次埋设到位，所述全长钢套管（3）比桩长30cm，壁厚大于10mm，上部留置吊装孔；

步骤三：旋挖机取土：旋挖钻机采用筒式钻头，在孔内将钻头下降到预定深度后，旋转钻头并加压，将旋起的土挤入钻筒内，待泥土挤满钻筒后，反转钻头，将钻头底部封闭并提出孔外，自动开启钻头底部开关，倒出弃土；

步骤四：清孔、测量孔深及沉渣：采用全长钢套管旋挖工艺成孔，成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度进行检查，对不合格的成孔采取重新回填，二次成孔处理；采用筒式钻头旋挖清孔，对沉渣厚度不符合要求的进行二次清孔；

步骤五：全长钢套管（3）拔出：钢筋笼制安、混凝土浇灌，混凝土浇筑需使用导管，导管长度与桩长相同；混凝土浇筑完成后，需在混凝土初凝前使用钢板桩打拔桩机（1）拔出全长钢套管（3）。

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