CN111676963A - 一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法，包括定位架与工作节，钢管柱穿过定位架的立柱孔进入设计孔井，工作节连接钢管柱，定位架上的调节装置通过工作节调节钢管柱的垂直度，使用定位架与定位器实现钢管柱定位，工作节与伸缩油缸调整钢管柱的垂直度。本发明实现在狭小施工场地进行准确地钢管柱定位，定位精度高、稳定、可控、易纠偏，操作方法简单方便，技术难度低，工装设备可循环使用，成本低廉，经济效益明显，新配置可长时间保持塑性的超混凝混凝土，解决钢管柱插入桩基受抗，拔桩困难的问题，将钢管柱施工方法改为定位架后插法，提前对钢管柱内部进行混凝土浇筑，定位架流水作业，提高施工效率，加快施工进度。

Description

一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法

技术领域

本发明涉及工程建设技术领域，更具体地说，是涉及一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法。

背景技术

地铁工程是现代化城市重要的市政交通工程，承载着大客流的城市居民出行重任。在地铁施工过程中，因地铁车站的开挖面积较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。

进行盖挖逆作法时，需布置钢管立柱，因盖挖钢管柱定位精度要求高，钢管柱下部抗拔桩锚入定位困难，其施工方法具有一定的难度。目前国内盖挖车站钢管柱施工已逐步采用HPE插管机法代替初期人工下井定位方式，但因HPE插管机使用成本高，配套设备占地大，下孔施工移位困难，对施工场地有一定的要求，在场地狭窄，钢管柱数量较多的情况下，该定位施工方式适应性不高。

以上不足，有待改进。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法。

本发明技术方案如下所述：

一种钢管立柱定位装置，包括定位架与工作节，所述定位架设置有立柱孔，钢管柱穿过所述立柱孔进入设计孔井，所述工作节连接所述钢管柱，所述定位架设置有调节装置，所述调节装置通过所述工作节调节所述钢管柱的垂直度。

上述的一种钢管立柱定位装置，所述定位架底部设置有地脚螺栓，所述定位架通过所述地脚螺栓固定并调节自身水平度。

上述的一种钢管立柱定位装置，所述定位架为双层结构，所述定位架的侧面设置有阶梯。

上述的一种钢管立柱定位装置，所述定位架设置有十字控制线，所述设计孔井引出所述钢管柱的定位中心十字线，所述十字控制线与所述定位中心十字线重合。

进一步的，在所述定位中心十字线的两条延长线上均设置有经纬仪。

上述的一种钢管立柱定位装置，所述钢管柱的顶部设置套管，所述工作节的底部设置内套管，所述套管与所述内套管插接，连接所述钢管柱与所述工作节。

上述的一种钢管立柱定位装置，所述工作节设置有法兰盘，所述法兰盘与所述钢管柱封顶板处对应设置多个固定孔，固定柱的两端穿过所述固定孔分别固定在所述工作节与所述钢管柱上，所述工作节通过所述固定柱与所述钢管柱固定连接。

上述的一种钢管立柱定位装置，所述调节装置为伸缩油缸，所述伸缩油缸自不同方向水平挤压所述工作节，通过所述工作节调节所述钢管柱的垂直度。

进一步的，所述伸缩油缸包括上层伸缩油缸与下层伸缩油缸，分别挤压所述工作节的上部与下部，调节所述工作节的垂直度。

进一步的，所述伸缩油缸设置有数字化控制面板。

上述的一种钢管立柱定位装置，所述定位架设置有定位器，所述钢管柱穿过所述立柱孔并通过所述定位器约束定位。

一种钢管立柱定位装置的定位施工方法，定位施工步骤如下：

步骤S1.向所述钢管柱浇筑辅助混凝土，向所述设计孔井浇筑桩基混凝土；

步骤S2.安装、固定所述安装架与定位器；

步骤S3.吊装所述钢管柱至所述安装架内，连接所述工作节；

步骤S4.使用所述调节装置调整所述钢管柱的垂直度；

步骤S5.下放所述钢管柱，将所述钢管柱插入所述设计孔井的桩基内。

一种钢管立柱定位装置的定位施工方法，所述桩基混凝土的配合比为：水泥：河砂：碎石：粉煤灰：减水剂：水＝1:1.95:2.77:0.1333:0.0189:0.42。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于，

1.本发明将钢管柱的定位调垂作业设置在定位架内部，占地面积小，吊装方便快捷，对施工场地要求低，有利于城市地铁工程等狭小场地施工，另一方面，定位架等工装可循环利用，节省HPE插管机的设备费用，降低单桩的安装成本，钢管柱数量越多，经济效益越明显。

2.本发明通过定位器、工作节及调节装置对钢管柱进行定位调垂，其中，调节装置设置数字化控制面板，调节效果直观可视，并在调垂过程设置经纬仪与下放过程设置全站仪对钢管柱的垂直度进行实时监测，确保钢管柱的定位精度和稳定性，满足钢管柱的水平、垂直度要求，调节方式简单方便易操作。

3.本发明通过提前向钢管柱内浇筑C50补偿收缩混凝土，满足钢管柱下放浮力要求，并改良桩基混凝土的配合比，调制出超缓凝混凝土，解决钢管柱插入桩基受抗，拔桩困难的问题，满足现场施工要求，且改良的超缓凝混凝土可应用至其他施工场合，令混凝土长时间保持塑性，以便施工操作，提高工作效率，降低成本。

4.本发明采用定位架后插法实现钢管柱施工，改变现有钢管柱施工方式，提前对钢管柱内部进行混凝土浇筑，在多桩施工情况下，可采用流水作业和并行作业，定位架流水式进行移动定位，又因为定位架占地面积小，同时还可以进行下一孔井的开挖、吊装钢筋笼及向钢管柱浇筑混凝土，有效减小同步施工的相互干扰问题，提高工作效率，加快施工进度。

本发明实现在狭小施工场地进行准确地钢管柱定位，定位精度高、稳定、可控、易纠偏，操作方法简单方便，技术难度低，工装设备可循环使用，成本低廉，经济效益明显，新配置可长时间保持塑性的超混凝混凝土，解决钢管柱插入桩基受抗，拔桩困难的问题，将钢管柱施工方法改为定位架后插法，提前对钢管柱内部进行混凝土浇筑，定位架流水作业，提高施工效率，加快施工进度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为定位架后插法的施工流程示意图。

图2为工作节的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1.工作节；11.法兰盘；111.固定孔；12.内套管；

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当部件被称为“固定”或“设置”或“连接”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

一种钢管立柱定位装置，包括定位架与工作节1，定位架设置有立柱孔，钢管柱穿过立柱孔进入设计孔井，工作节1连接钢管柱，定位架设置有调节装置，调节装置通过工作节1调节钢管柱的垂直度。

定位架为长方体的双层钢结构，侧面设置有阶梯，上下两层均为工作平台，二者中心开设立柱孔，钢管柱吊装自上而下穿过两个立柱孔进入设计孔井内部，工作人员则在上下两层工作平台上对钢管柱进行定位调垂操作。为保证工作人员安全，立柱孔周围可架设围护结构，防止工作人员失足掉入设计孔井。定位架底部设置有地脚螺栓，定位架安装时，先在设计孔井周围安装固定基板，然后定位架通过地脚螺栓插入固定基板固定，并调节地脚螺栓的紧固程度调节定位架自身的水平度。

定位架中心设置有十字控制线，在安装时，设计孔井引出钢管柱的定位中心十字线，令定位架上的十字控制线与钢管柱定位中心十字线重合，并通过地脚螺栓对安装架进行水平度与垂直度的调整，多次复核定位架的水平度与垂直度，令定位架满足作为钢管柱定位基础的规范要求，再进行固定。

定位架设置有定位器，定位器的安装角点根据钢管柱的定位中心十字线引出，使钢管柱穿过立柱孔的同时穿过定位器进行约束定位，保证钢管柱在吊装过程不晃动。定位器的安装需保证其垂直度满足规范要求，故在钢管柱的定位中心十字线与定位架的十字控制线重合后，在这两个重合的十字线的延长线上分别设置经纬仪，工作人员通过该经纬仪观测调整定位器的垂直度，保证钢管柱大范围内的垂直度符合规范要求。

由于盖挖法顶板覆土，无法直接将钢管柱直接吊装至设计位置，定位架也无法直接对钢管柱进行定位调垂，故需要在钢管柱顶部连接工作节1，辅助钢管柱调垂与下放。

如图2所示，工作节1设置在钢管柱的上方，并且位于定位架的立柱孔内部。钢管柱与工作节1采用承插式连接法，在钢管柱的顶部焊接套管，套管材质、直径与钢管柱一致，工作节1的底部设置内套管12，材质与钢管柱相同，其直径设置令套管能插入内套管12的内部，并与其紧密连接，套管与内套管12的插接使得钢管柱与工作节1紧密连接。

为加固工作节1与钢管柱的连接，令工作节1的中心十字线与钢管柱的中心十字线有效重合，增加固定柱进行固定。在一个实施例中，固定柱为精轧螺纹钢。在工作节1外表面设置法兰盘11，法兰盘11与钢管柱封顶板处对应设置多个固定孔111，精轧螺纹钢的两端穿过固定孔111分别固定在工作节1与钢管柱上，令工作节1通过精轧螺纹钢与钢管柱固定连接。通过调节不同位置上的精轧螺纹钢的旋进长度，可调整工作节1与钢管柱的对接紧固程度，令工作节1的中心十字线与钢管柱的中心十字线有效重合，提高工作节1与钢管柱连接的稳定性，确保满足钢管柱调垂精度。需注意的是，工作节1法兰盘11焊接至伸出地面位置即可，避免法兰盘11焊接高度过高从而影响后续定位工作。

在一个实施例中，调节装置为伸缩油缸，伸缩油缸自不同方向水平挤压工作节1，通过调整工作节1的垂直度，利用工作节1与钢管柱的连接，间接调节钢管柱的垂直度。伸缩油缸包括上层伸缩油缸与下层伸缩油缸，分别从定位架两层工作平台伸出，挤压工作节1的上部与下部，每层工作平台设置四道伸缩油缸，从前后左右四个方向挤压调节，上下两组伸缩油缸可错开方向设置，如此可提高垂直度的调整精度与平稳性。且伸缩油缸设置有数字化控制面板，每一道伸缩油缸可通过该数字化控制面板精准调整液压，简化调整步骤与调整技术，确保工作节1与钢管柱的垂直度满足施工要求。

一种钢管立柱定位装置的定位施工方法，如图1所示，使用定位架与定位器实现钢管柱定位，通过工作节1与伸缩油缸调整钢管柱的垂直度。在实现钢管柱的定位调垂之前，提前做好定位施工的准备，具体施工前准备步骤如下：

步骤A1.加工辅助井与设计孔井的钢筋笼，同步可将钢管柱吊装至施工现场等待吊装。

步骤A2.开挖辅助井与设计孔井。

步骤A3.吊装辅助井与设计孔井的二者的钢筋笼，辅助井可埋设护筒。

上述步骤为钢管柱的埋设提供基准点，在完成设计孔井的开挖之后，根据设计需要，测量出设计孔井中钢管柱的埋设位置，以此为中心，画出钢管柱的中心定位十字线，完成施工前准备。

具体的定位施工步骤如下：

步骤S1.吊装钢管柱进辅助井，向钢管柱浇筑C50补偿收缩混凝土，同时通过天泵向设计孔井浇筑桩基混凝土。

因孔内泥浆及桩基混凝土浮力的影响，钢管柱需在辅助井内向内部浇筑C50补偿收缩混凝土，以达到下放浮力要求，因此，钢管柱需提前进行混凝土浇筑，而非是在入井之后再浇筑。

为防止桩基混凝土过早初凝，导致钢管柱在定位吊放过程中难以锚入桩基混凝土内或锚入深度不符合设计要求。为100％保证钢管柱插入符合设计要求，在钢管柱施工前进行模拟实验，明确钢管柱定位吊装所需时间与浇筑混凝土时间之间的关系，在实验室和拌合站多次进行配合调试，最终确定超缓凝混凝土配合比，以满足现场实际施工需要。

在一个实施例中，该超缓凝混凝土的凝固时间为16小时，其配合比为：

水泥：河砂：碎石：粉煤灰：减水剂：水＝1:1.95:2.77:0.1333:0.0189:0.42。

其中，水泥规格为PO42.5，河砂为中砂，碎石取直径范围为5-25mm的石头，粉煤灰需F类II级，减水剂为WS-PC缓凝型，水则取用自来水。

超缓凝混凝土成分、规格、容量具体如下表所示：

步骤S2.安装固定安装架与定位器。定位架通过底部的地脚螺栓固定在设计孔井上方，并调整地脚螺栓，保证定位架上的十字控制线与钢管柱定位中心十字线重合。定位器的安装角点根据钢管柱的定位中心十字线引出，并通过经纬仪调整定位器的垂直度。

步骤S3.吊装钢管柱至安装架内，连接工作节1。将内部已浇筑混凝土的钢管柱自辅助井吊装至安装架的立柱孔中，伸入设计孔井，并用定位器将其约束定位。然后，吊装工作节1至钢管柱的上方，令钢管柱的套管与工作节1的内套管12插接，并且使用精轧螺纹钢连接钢管柱与工作节1的法兰盘11。

步骤S4.使用上下两层共八道伸缩油缸对钢管柱进行垂直度调节，通过可视化的数字控制面板，调整具体的液压数值，保证钢管柱垂直度的微调效果。

步骤S5.吊装下放钢管柱，将钢管柱插入设计孔井的桩基内，此时桩基混凝土尚未固化，可塑性高，方便钢管柱插入。经过固定处理后，向设计孔井内部浇筑混凝土固定，等浇筑混凝土强度达到一定程度后，回填桩孔粗砂，割断连接工作节1与钢管柱的精轧螺纹钢，抽出工作节1，拆除定位器，将定位架、定位器及工作节1用于下一个设计孔井，进行下一个钢管柱的定位立柱。

在上述施工前准备或定位施工中，辅助井可结合现场实际情况选择最优位置，缩短履带吊起吊钢管柱行走时间。在一实施例中，选择钢管柱南北两端处进行辅助井成孔施工，辅助井可持续实现两个工作面钢管柱存放及提前灌注管内混凝土功能，不需要每根钢管柱都开挖辅助井，减少工作井孔数，提高经济效益。

定位架后插法可采用流水作业，因定位架占地面积小，工序之间设备和占地相互影响不大，多工序可同步作业。钢筋笼的加工、钢管柱进场及辅助井与设计孔井的开挖都可同步进行，或者可根据上一孔的施工进度提前进行下一设计孔的开孔，钢筋笼提前吊装就位；在向设计孔井内部浇筑桩基混凝土的同时也可以进行定位架的安装。待设计孔井内的浇筑混凝土强度符合要求后，拆除定位器、工作节1，可立即将定位架挪移至下一孔位置处定位安装，实现下一孔的立柱施工。该定位架后插法有效减小同步施工的相互干扰问题，提高工作效率，加快施工进度。

此外，使用定位架后插法相对于现有的HPE插管机法施工而言，施工设备成本十分低廉。常规采用HPE插管机法施工，单根桩安装费用约4.5万元。以35根桩计算，HPE插管机投入费用约为157.5万元。而定位架成本约为17万元/套，投入两套成本约为34万元，设备投入减少约123.5万元。且定位架可循环周转使用，插装的钢管柱数量越多，经济效益越明显。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法，其特征在于，包括定位架与工作节，所述定位架设置有立柱孔，钢管柱穿过所述立柱孔进入设计孔井，所述工作节连接所述钢管柱，所述定位架设置有调节装置，所述调节装置通过所述工作节调节所述钢管柱的垂直度。

2.根据权利要求1中所述的一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法，其特征在于，所述定位架底部设置有地脚螺栓，所述定位架通过所述地脚螺栓固定并调节自身水平度。

3.根据权利要求1中所述的一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法，其特征在于，所述定位架设置有十字控制线，所述设计孔井引出所述钢管柱的定位中心十字线，所述十字控制线与所述定位中心十字线重合。

4.根据权利要求1中所述的一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法，其特征在于，所述钢管柱的顶部设置套管，所述工作节的底部设置内套管，所述套管与所述内套管插接，连接所述钢管柱与所述工作节。

5.根据权利要求1中所述的一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法，其特征在于，所述工作节设置有法兰盘，所述法兰盘与所述钢管柱封顶板处对应设置多个固定孔，固定柱的两端穿过所述固定孔分别固定在所述工作节与所述钢管柱上，所述工作节通过所述固定柱与所述钢管柱固定连接。

6.根据权利要求1中所述的一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法，其特征在于，所述调节装置为伸缩油缸，所述伸缩油缸自不同方向水平挤压所述工作节，通过所述工作节调节所述钢管柱的垂直度。

7.根据权利要求6中所述的一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法，其特征在于，所述伸缩油缸包括上层伸缩油缸与下层伸缩油缸，分别挤压所述工作节的上部与下部，调节所述工作节的垂直度。

8.根据权利要求1中所述的一种钢管立柱定位装置及其定位施工方法，其特征在于，所述定位架设置有定位器，所述钢管柱穿过所述立柱孔并通过所述定位器约束定位。

9.一种钢管立柱定位装置的定位施工方法，其特征在于，定位施工步骤如下：

步骤S1.向所述钢管柱浇筑补偿混凝土，向所述设计孔井浇筑桩基混凝土；

步骤S2.安装、固定所述安装架与定位器；

步骤S3.吊装所述钢管柱至所述安装架内，连接所述工作节；

步骤S4.使用所述调节装置调整所述钢管柱的垂直度；

步骤S5.下放所述钢管柱，将所述钢管柱插入所述设计孔井的桩基内。

10.根据权利要求9中所述的一种钢管立柱定位装置的定位施工方法，其特征在于，所述桩基混凝土的配合比为

水泥：河砂：碎石：粉煤灰：减水剂：水=1:1.95:2.77:0.1333:0.0189:0.42。

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