CN111663456A - 水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁墩桩柱施工技术领域。一种水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，包括施工平台、导向架、调整装置、吊运设备和浮球，导向架设置在施工平台上并与待施工的墩桩柱相对应，且导向架用于对护筒进行定位导向；调整装置设置在导向架上，调整装置用于所述护筒的纠偏和锁止固定；吊运设备用于护筒的吊运和护筒的下放；浮球上系有拉绳，拉绳的下端固定在护筒的底部中心处；当护筒的底部着床时，浮球位于护筒内的水面处，但不浮出水面。还公开了一种水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工方法。本申请结构设计合理，施工方便，能够对超长护筒的垂直度进行有效的测量和纠偏，从而保障护筒的垂直度，保障桥梁墩桩柱的施工质量。

Description

水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统及方法

技术领域

本发明属于桥梁墩桩柱施工技术领域，具体涉及一种水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统及方法。

背景技术

近年来，随着公路（铁路）建设发展的越来越快，施工难度越来越大，垮河（海、湖）大桥越来越多的被采用。由于有些河（海、湖）水域深、跨度大，但是采用大跨径桥梁经济上不合理，不可避免采用水中墩，而水中墩施工，采用桩柱一体施工工艺被广泛应用。水中柱（桩）采用超长护筒，超长护筒的垂直度直接决定了柱（桩）的垂直度。而柱（桩）的垂直度影响着桥梁基础的受力和耐久性，因此，如何控制超长护筒的垂直度显得尤为重要，而此项研究开展的较少，亟待解决。

以垣渑高速公路南村黄河特大桥为例，采用桩柱一体施工。以6号墩为例：柱高81.55m，其中有钢护筒部分高度65.28m、直径3m；无钢护筒部分高度16.27m、直径2.8m，桩长65m、直径2.5m，柱底在河床以下约18.04m（柱底高程：210.72m，河床高程228.76m）。采用超长护筒施工，更换钻头实现柱桩变截面施工。护筒厚度25mm，护筒总重约101.0吨。

由于护筒入水后位置成模糊状态，位置不定，给施工控制造成一定困难；入河床后护筒受周围土夹持，位置变得固定。因此，在护筒刚要入河床而未入的状态下校正护筒的垂直度成为最佳机会。

发明内容

本发明目的是针对上述存在的问题和不足，提供一种水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统及方法，其结构设计合理，施工方便，能够对超长护筒的垂直度进行有效的测量和纠偏，从而保障护筒的垂直度，保障桥梁墩桩柱的施工质量。

为实现上述目的，所采取的技术方案是：

一种水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，包括：

施工平台；

导向架，其设置在所述施工平台上并与待施工的墩桩柱相对应，且所述导向架用于对护筒进行定位导向；

调整装置，其设置在所述导向架上，所述调整装置用于所述护筒的纠偏和锁止固定；

吊运设备，其用于护筒的吊运和护筒的下放；以及

浮球，所述浮球上系有拉绳，所述拉绳的下端固定在所述护筒的底部中心处；当所述护筒的底部着床时，所述浮球位于护筒内的水面处，但不浮出水面。

根据本发明水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，优选地，所述施工平台包括：

钢管桩；

连接撑杆，在相邻的钢管桩之间均设置有连接撑杆；以及

桁架，其设置在所述钢管桩的顶部。

根据本发明水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，优选地，所述导向架包括上导向架和下导向架，所述上导向架和所述下导向架分别设置在所述桁架的上下两侧，所述下导向架的下端部与钢管桩之间设置有井字形加强框。

根据本发明水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，优选地，所述吊运设备包括门式起重机和吊机。

根据本发明水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，优选地，所述调整装置包括液压调整组件和锁定组件，所述液压调整组件包括呈圆周布置的多组液压缸，所述锁定组件用于固定护筒。

根据本发明水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，优选地，所述护筒底部内腔中交错设置有两道支撑杆或绳索，所述浮球的拉绳设置在所述支撑杆或绳索的交叉中心处；当所述护筒的底部着床时，所述浮球位于护筒内的水面下部10~100cm。

一种水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工方法，利用上述水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统进行施工，具体包括以下步骤：

a、通过吊运设备吊起接长后的护筒，使得护筒立放于导向架内；

b、调整吊运设备对护筒的吊点位置，使得护筒的顶面水平，下放护筒至河床面；

c、通过吊运设备将沉桩锤装配在护筒顶部，调整吊运设备的位置及导向架内的调整装置，并使得护筒呈垂直状态，在护筒沉桩入土过程中，多次复测护筒的水平度和垂直度；

在步骤c中，通过全站仪对护筒上端口进行全程观察和复核，并通过垂线法多次进行垂直度的测量；通过浮球对护筒下端口进行垂直度的全程观察和复核；当护筒存在倾斜时，通过调整装置进行纠偏。

根据本发明水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工方法，优选地，在步骤c中，当护筒着床并定位后或未着床但护筒顶端将要进入导向架时，在所述护筒上焊接倒挂牛腿，对护筒的垂直度进行测量，并通过调整装置进行纠偏，使得护筒自然垂直对准桩位。

根据本发明水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工方法，优选地，护筒沉桩入土完成后，在护筒的每道系梁位置焊接横向联系钢管。

采用上述技术方案，所取得的有益效果是：

本申请整体结构设计合理，施工方便，能够对超长护筒的垂直度进行有效的测量和纠偏作业，从而保障护筒的垂直度，保障桥梁墩桩柱的施工质量。本申请在施工过程中，更便于进行作业，使用的机具设备少，经济合理，施工风险低，且施工周期短，能够全程进行监控和测量，使得护筒在各个施工阶段均能够保障其施工质量和效率。

本申请通过传统的鱼漂原理与目前的液压导向系统相结合，能够对护筒的上下端口进行直观的垂直度测量和观察，充分保障护筒在沉桩过程中的垂直度，并能够及时有效的进行纠偏；本申请的导向架、浮球等结构部件，均为可拆卸结构，施工方便，结构稳定性高，施工效率和施工质量能够得到有效的保障。

本申请能够实现超长护筒的垂直度校正，弥补了现阶段的护筒施工过程中的空白，使得大跨度、深水域的桥梁施工工艺得到了进一步的提升，实用性更强，更便于进行推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为根据本发明实施例的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统的护筒下沉结构示意图。

图2为根据本发明实施例的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统的护筒沉放结构示意图。

图3为根据本发明实施例的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统的护筒垂直度测量结构示意图。

图中序号：

100为施工平台、101为钢管桩、102为连接撑杆、103为桁架；

200为导向架；

300为调整装置；

410为门式起重机、420为吊机；

500为浮球、501为拉绳、502为绳索；

600为护筒、601为沉桩锤。

具体实施方式

下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的示例方案进行清楚、完整地描述。除非另作定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

应注意到，当一个元件与另一元件存在“连接”、“耦合”或者“相连”的表述时，可以意味着其直接连接、耦合或相连，但应当理解的是，二者之间可能存在中间元件；即涵盖了直接连接和间接连接的位置关系。

应当注意到，使用“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

应注意到，“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系的术语，仅用于表示相对位置关系，其是为了便于描述本发明，而不是所指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；当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应的改变。

参见图1-图3，本申请公开了一种水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，包括施工平台100、导向架200、调整装置300、吊运设备和浮球500，导向架200设置在施工平台100上并与待施工的墩桩柱相对应，且导向架200用于对护筒进行定位导向；调整装置设置在导向架上，调整装置用于护筒的纠偏和锁止固定；吊运设备用于护筒的吊运和护筒的下放；浮球500上系有拉绳501，拉绳501的下端固定在护筒600的底部中心处；当护筒600的底部着床时，浮球500位于护筒600内的水面处，但不浮出水面。

本实施例中的，施工平台包括钢管桩101、连接撑杆102和桁架103，在相邻的钢管桩101之间均设置有连接撑杆102；桁架103设置在钢管桩101的顶部。

为了提高导向架的导向效果，避免因为护筒的长度过长，导致在调整过程中的难度过大，本申请的导向架200包括上导向架和下导向架，上导向架和下导向架分别设置在桁架的上下两侧，下导向架的下端部与钢管桩之间设置有井字形加强框。

吊运设备包括门式起重机410和吊机420，也可以采用其他的起吊设备。

本实施例中的调整装置包括液压调整组件和锁定组件，液压调整组件包括呈圆周布置的多组液压缸，锁定组件用于固定护筒。

护筒600底部内腔中交错设置有两道支撑杆或绳索502，浮球500的拉绳501设置在支撑杆或绳索502的交叉中心处；当护筒600的底部着床时，浮球位于护筒内的水面下部10~100cm。

本申请还公开了一种水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工方法，利用上述水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统进行施工，具体包括以下步骤：

a、通过吊运设备吊起接长后的护筒，使得护筒立放于导向架内；

b、调整吊运设备对护筒的吊点位置，使得护筒的顶面水平，下放护筒至河床面；

c、通过吊运设备将沉桩锤装配在护筒顶部，调整吊运设备的位置及导向架内的调整装置，并使得护筒呈垂直状态，在护筒沉桩入土过程中，多次复测护筒的水平度和垂直度；

在步骤c中，通过全站仪对护筒上端口进行全程观察和复核，并通过垂线法多次进行垂直度的测量；通过浮球对护筒下端口进行垂直度的全程观察和复核；当护筒存在倾斜时，通过调整装置进行纠偏。

进一步地，在步骤c中，当护筒着床并定位后或未着床但护筒顶端将要进入导向架时，在护筒上焊接倒挂牛腿，对护筒的垂直度进行测量，并通过调整装置进行纠偏，使得护筒自然垂直对准桩位。

为了实现整体结构的稳定性，护筒沉桩入土完成后，在护筒的每道系梁位置焊接横向联系钢管。

本申请通过把水下施工的不可见转换为水上施工的可见；利用原始的“鱼漂原理”与现代的“液压导向系统”相结合实现精准化施工。具体的施工步骤为：

①先将导向架与桁架通过螺栓相连，以确保导向结构的稳定，同时也便于拆卸。采用这种方式施工时导向较固定，施工方便，调整容易，操作安全，使用的机具设备少，经济合理。

②钢护筒下沉：

通过龙门吊（门式起重机）吊起接长后的钢护筒，垂直立放在导向架内并临时定。

调节吊点，使钢护筒顶面在同一水平面上，徐徐下放钢护筒至河床面。

③套桩：

履带吊吊起沉桩锤，挂上辅助钢丝绳，使其下端套筒套在护筒顶端。

④对位：

移动履带吊大钩使钢护筒对准己固定好的液压导向架孔口，在沉桩前先用自重下沉。

⑤钢护筒入土：

在两个方向上测量钢护筒的垂直度（水上部分），发现有倾斜利用履带吊及液压导向系统进行调整。入土打桩过程中不断复测护筒平面及垂直度，直至设计深度。

⑥钢护筒验收、固定：

由于钢护筒长度较长，为保证其施工稳定性，将钢护筒在每道系梁位置焊接横向联系钢管，待系梁施工时再予以割除。

在步骤⑤的入土过程中，需要进行垂直度的进一步控制，具体的控制措施为护筒上口垂直度控制和护筒下口垂直度控制。

护筒上口垂直度控制：施工中永久钢护筒的垂直度主要取决于护筒平台上对接时和着床时的精度。护筒平台对接和施打过程中用全站仪全过程观测跟踪和校核，并辅以垂线法进行量测，发现偏差及时纠正。

护筒下口垂直度控制：施工中护筒的精度主要取决于护筒着床时的精度，所以对护筒插打着床时的定位至关重要，测量人员必须进行认真、细致的观测调整。护筒着床时，护筒内的水基本处于静止状态，垂直度和底口坐标采用管内浮球检测法进行控制。具体方法为：

第一步，下护筒前，在护筒底口上方2m左右的管壁对称焊四个ф12mm的螺帽或细钢筋圈。

第二步，下护筒时用两条约1mm粗尼龙绳交叉穿系在螺帽上，形成十字形状。

第三步，在十字绳交叉位置系一条尼龙细绳，长度低于护筒内水位，并保证浮球正好在水面以下10～100cm左右（以能看见浮球，但不浮出水面为宜）。

护筒垂直度调整办法：

当护筒着床并定位后，或未着床但顶端已经快进入导向架时，应及时在钢护筒上焊接倒挂牛腿，测量校核，利用液压导向系统导向锁定装置调整钢护筒垂直度，使钢护筒固定在导向架内，在相互垂直的两个方向设观测点，专人指挥作业，使钢护筒自然垂直对准桩位，启动振锤，两个观测点连续观测钢护筒的垂直度，发现有倾斜向立即启动液压纠偏系统进行纠偏。

导向架和调整装置的制作和装配：

导向架设计与制作：为保证钢护筒的准确定位及垂直度，施工平台中桁架上部和下部各设置一组导向架，导向架采用钢桁结构，分为上下两层，上层导向架长3m，由焊接在钻孔平台上的钢框架组成，下层导向架长5m。

导向架主要作用：保证钢护筒在自重作用下及在连续施振时能够垂直入土下沉，护筒偏位时能够进行纠偏。

导向架安装固定：（1）导向架在现场加工制作，整体吊装。导向架采用履带吊吊装移位，并锚固在已完成钻孔平台的预留钢护筒顶口位置，导向架与下部桁架通过螺栓相连，以确保导向装置的稳定，同时也便于拆卸。采用这种方式施工时导向较固定，施工方便，调整容易，操作安全，使用的机具设备少，经济合理。（2）导向架的下端悬臂段采用“井”字形型钢固定在平台周边的钢管桩的上下平联上，或将导向架与井字架焊成整体，然后固定在钢护筒四周的4根钢管桩上。（3）导向装置内设置有供钢护筒定位、纠偏、调整的液压调整组件和对钢护筒进行微调定位、施沉过程中纠偏、调整的锁定组件。

上文已详细描述了用于实现本发明的较佳实施例，但应理解，这些实施例的作用仅在于举例，而不在于以任何方式限制本发明的范围、适用或构造。本发明的保护范围由所附权利要求及其等同方式限定。所属领域的普通技术人员可以在本发明的教导下对前述各实施例作出诸多改变，这些改变均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，其特征在于，包括：

施工平台；

导向架，其设置在所述施工平台上并与待施工的墩桩柱相对应，且所述导向架用于对护筒进行定位导向；

调整装置，其设置在所述导向架上，所述调整装置用于所述护筒的纠偏和锁止固定；

吊运设备，其用于护筒的吊运和护筒的下放；以及

浮球，所述浮球上系有拉绳，所述拉绳的下端固定在所述护筒的底部中心处；当所述护筒的底部着床时，所述浮球位于护筒内的水面处，但不浮出水面。

2.根据权利要求1所述的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，其特征在于，所述施工平台包括：

钢管桩；

连接撑杆，在相邻的钢管桩之间均设置有连接撑杆；以及

桁架，其设置在所述钢管桩的顶部。

3.根据权利要求2所述的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，其特征在于，所述导向架包括上导向架和下导向架，所述上导向架和所述下导向架分别设置在所述桁架的上下两侧，所述下导向架的下端部与钢管桩之间设置有井字形加强框。

4.根据权利要求1所述的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，其特征在于，所述吊运设备包括门式起重机和吊机。

5.根据权利要求1所述的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，其特征在于，所述调整装置包括液压调整组件和锁定组件，所述液压调整组件包括呈圆周布置的多组液压缸，所述锁定组件用于固定护筒。

6.根据权利要求1所述的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统，其特征在于，所述护筒底部内腔中交错设置有两道支撑杆或绳索，所述浮球的拉绳设置在所述支撑杆或绳索的交叉中心处；当所述护筒的底部着床时，所述浮球位于护筒内的水面下部10~100cm。

7.一种水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工方法，其特征在于，利用上述权利要求1-6任一所述的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工系统进行施工，具体包括以下步骤：

a、通过吊运设备吊起接长后的护筒，使得护筒立放于导向架内；

b、调整吊运设备对护筒的吊点位置，使得护筒的顶面水平，下放护筒至河床面；

c、通过吊运设备将沉桩锤装配在护筒顶部，调整吊运设备的位置及导向架内的调整装置，并使得护筒呈垂直状态，在护筒沉桩入土过程中，多次复测护筒的水平度和垂直度；

在步骤c中，通过全站仪对护筒上端口进行全程观察和复核，并通过垂线法多次进行垂直度的测量；通过浮球对护筒下端口进行垂直度的全程观察和复核；当护筒存在倾斜时，通过调整装置进行纠偏。

8.根据权利要求7所述的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工方法，其特征在于，在步骤c中，当护筒着床并定位后或未着床但护筒顶端将要进入导向架时，在所述护筒上焊接倒挂牛腿，对护筒的垂直度进行测量，并通过调整装置进行纠偏，使得护筒自然垂直对准桩位。

9.根据权利要求7所述的水中墩桩柱一体工艺的超长护筒施工方法，其特征在于，护筒沉桩入土完成后，在护筒的每道系梁位置焊接横向联系钢管。

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