CN111945714B - 钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢立柱施工的技术领域，公开了一种钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，包括以下步骤：S10，将全套管全回转钻机就位，使用全套管全回转钻机垂直压入钢套管，撤下全套管全回转钻机；S20，将旋挖钻机就位，使用旋挖钻机沿钢套管钻进成孔；S30，第一次清孔，吊放钢筋笼并下放导管；S40，第二次清孔，浇筑混凝土且吊放钢立柱，钢立柱的外周环设有两定位盘，两定位盘间隔布置，使钢立柱下沉到设计标高；S50，钢立柱外侧填筑砂石，钢立柱内浇筑混凝土，桩孔混凝土终凝后拔出钢套管，得到钢立柱桩；S60，循环实施S10至S50，直至所有钢立柱桩施工完毕。本发明技术方案给出的钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，精确、高效且经济。

Description

钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法

技术领域

本发明专利涉及钢立柱施工的技术领域，具体而言，涉及一种钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法。

背景技术

钢立柱是一种桩基支撑体系，在城市地铁建设与超高层建筑中具有广泛的应用，目前，常用的钢立桩后插法工艺有四种：人工挖孔桩安装钢立柱；导向架安装钢立柱；全套管全回转钻机垂直插入钢立柱(HPE法)；全套管全回转钻机钢套管导向定位法。

人工挖孔桩安装钢立柱法施工周期长、工序复杂，且施工过程中需要人工到孔底进行混凝土的凿除与定位器安装，存在诸多不安全因素，单根钢立柱施工周期10～20天，施工成本较高，存在一定的局限性。

导向架安装钢立柱法施工速度较快，但钢立柱垂直度较难控制，钢立柱发生倾斜时回调困难，一般采用气囊法调节垂直度，调节时间较长且钢立柱的插入垂直度无法保证。

全套管全回转钻机垂直插入钢立柱法(HPE)，其主要特点为安装速度慢(1机2天1根)、垂直度安装精度高达(1/500～1/1000)、施工时安全系数高(无需人工到孔底凿浮浆及混凝土与安装定位器)等；无需导向架、垂直度偏差信息化、可视化，节约能源降低施工成本，但对于带有牛脚和托盘的钢立柱前期不能抱压，垂直下放时垂直度和水平位置不可控；不能流水施工，占用设备时间长，在桩基混凝土未初凝时全套管全回转钻机一直要在原位压住钢立桩不能移位。

针对HPE法存在的水平位置及垂直度误差大、施工时间长、施工过程移位等问题，旨在为钢立柱施工提供一种更精确、高效、经济的施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，旨在解决现有技术中，钢立柱施工垂直度误差大的问题。

本发明是这样实现的，一种钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，包括以下步骤：

S10，将全套管全回转钻机就位，使用所述全套管全回转钻机垂直压入钢套管，撤下所述全套管全回转钻机；

S20，将旋挖钻机就位，使用所述旋挖钻机沿所述钢套管钻进成孔；

S30，第一次清孔，吊放钢筋笼并下放导管；

S40，第二次清孔，浇筑混凝土且吊放钢立柱，所述钢立柱的外周环设有两定位盘，两所述定位盘间隔布置，使所述钢立柱下沉到设计标高；

S50，所述钢立柱外侧填筑砂石，所述钢立柱内浇筑混凝土，桩孔混凝土终凝后拔出所述钢套管，得到钢立柱桩；

S60，循环实施S10至S50，直至所有所述钢立柱桩施工完毕。

可选的，在S10之前：

使场地平整并硬化；

放线定位，确定所述钢套管压入位置。

可选的，S20包括：

将旋挖钻机就位；

土层采用所述旋挖钻机配捞砂斗钻进成孔；

岩层采用所述旋挖钻机配牙轮钻头及入岩筒钻分级扩孔钻进。

可选的，在S40之中，所述吊放钢立柱的步骤包括：

采用双机两点抬吊方式吊装，主吊位于钢立柱顶部的两个吊耳上，副吊位于钢立柱底部的抱管钢丝绳上；

所述主吊和副吊缓慢上升起吊，保证所述钢立柱底端以地面为轴心旋转上升；

当所述钢立柱与地面呈60°时，撤出所述副吊，由所述主吊缓慢将所述钢立柱竖直吊起；

将所述钢立柱垂直缓慢放入所述钢管套内。

可选的，在S40之中，所述使所述钢立柱下沉到设计标高的步骤包括：

利用所述钢立柱的自重下沉，当所述钢立柱不能下沉时，采用旋挖钻机缓慢压入。

可选的，在S40之后：

将所述钢立柱和所述钢套管的管壁通过钢筋焊接连接，直至混凝土初凝后，解除所述钢筋。

可选的，S50包括：

在所述钢立柱的外侧设置溜槽，在所述钢立柱的四周均匀填入砂石，边回填边将孔内泥浆排除；

钢立柱内采用导管法浇筑混凝土，待桩孔内混凝土终凝后，再次对钢立柱的四周进行砂石回填；

拔出所述钢套管，得到钢立柱桩。

可选的，两所述定位盘间隔不小于10m，每个所述定位盘与所述钢套管的内径间隙不大于10mm。

可选的，所述全套管全回转钻机的底部具有对中平台，所述对中平台的中部具有供所述钢套管穿过的对中孔，所述对中孔的孔位外周具有多个可伸缩的夹紧块。

可选的，所述对中平台的两侧设有配重结构。

与现有技术相比，本发明提供的钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，在对钢立柱进行下插的过程中，通过两定位盘保证了钢立柱的垂直度，相较于HPE法，垂直度的误差小，施工时间短，并且，本实施例中，无需一直压入钢立柱，在施工完毕后，可撤出设备，进行其他的钢立柱桩的施工，更加高效和经济。解决了现有技术中，钢立柱施工垂直度误差大的问题。

附图说明

图1是本发明提供的钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法的流程示意图；

图2是本发明提供的钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法的钢立柱桩的结构示意图；

图3是本发明提供的钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法的定位盘的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1至3所示，为本发明提供的较佳实施例。

本发明实施例中，该钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，包括以下步骤：

S10，将全套管全回转钻机就位，使用全套管全回转钻机垂直压入钢套管20，撤下全套管全回转钻机；全套管全回转钻机是用作将钢套管20垂直压入土体的设备，对孔内的钢套管20施加扭矩和垂直载荷，使套管柱在地层中钻进，实现压入。

S20，将旋挖钻机就位，使用旋挖钻机沿钢套管20钻进成孔；旋挖钻机是用作对钢套管20的内部进行挖孔的设备，并且，在使用旋挖钻机钻孔之前，上部先采用抓斗挖去土体，以便于后续的旋挖钻机对准钻孔。

S30，第一次清孔，吊放钢筋笼并下放导管；即，在孔内的底部吊放钢筋笼，以便于后续在孔内的底部得到钢筋混凝土结构，保证稳定的连接支撑。

S40，第二次清孔，浇筑混凝土且吊放钢立柱10，钢立柱10的外周环设有两定位盘11，两定位盘11间隔布置，使钢立柱10下沉到设计标高；即，在上述吊放钢筋笼的位置浇筑混凝土，在其未凝结的情况下，下放钢立柱10，以保证钢立柱10和底部的钢筋混凝土结构相连结，同时，在钢立柱10外周设的两定位盘11，减小了钢立柱10的水平移动，保证其垂直度。

S50，钢立柱10外侧填筑砂石，钢立柱10内浇筑混凝土，桩孔混凝土终凝后拔出钢套管20，得到钢立柱桩；在钢立柱10外侧填筑砂石，内部浇筑混凝土，保证钢立柱桩结构稳定，以便于作为桩基进行支撑。

S60，循环实施S10至S50，直至所有钢立柱桩施工完毕。

本实施例中，从成孔到钢立柱10混凝土浇筑完毕需2d时间，其中钢立柱10从起吊至下插完毕平均用时1h，施工现场熟练掌握此种工法以后，柱下桩基采用常规混凝土，无需采用超缓凝混凝土，在对钢立柱10进行下插的过程中，通过两定位盘11保证了钢立柱10的垂直度，相较于HPE法，垂直度的误差小，更架精确，施工时间短，并且，本实施例中，无需一直压入钢立柱10，在施工完毕后，可撤出设备，进行其他的钢立柱桩的施工，更加高效和经济。

钢立柱10导向法施工技术经实际应用与检验同现有施工技术相比，具有定位准、垂直度控制满足要求、成孔速度快、无需超缓凝混凝土、下插过程无需监测与纠偏、可用旋挖钻机压入等明显优点。在地铁建设与建筑工程领域具有显著的高效性与经济效益，值得推广。

请结合参阅图1，本发明一实施例中，在S10之前：

使场地平整并硬化；为了便于各种设备的平稳及水平放置，以及施工安全，防止吊车倾覆，出现安全事故，防止桩孔受到挤压后变形坍塌，需要保证场地的平整，以保证后续的施工，具体的，对场地进行混凝土硬化处理，并对混凝土展平，保证其表面水平。

放线定位，确定钢套管20压入位置；通过放线测量，找到需要施工钢立柱桩的位置，以便于后续施工。

请结合参阅图1，另外，本发明一实施例中，在S10中：

就位全套管全回转钻机并对中后，手动调节全套管全回转钻机的垂直度，并重新复核中心位置，满足要求后即可压入钢套管20；

一边压入钢套管20一边用全站仪监测钢套管20的垂直度，待钢套管20压入设定位置后，本实施例中，钢套管20下压到12m后，可以停止压入钢套管20，并用超波检验钢套管20的垂直度，如果不合格则进行纠偏，满足精度要求后将全套管全回转钻机调开，并施工下一桩位，从而加快施工进度。

并且，本发明一实施例中，全套管全回转钻机的底部具有对中平台，对中平台的中部具有供钢套管20穿过的对中孔，对中孔的孔位外周具有多个可伸缩的夹紧块。

具体的，在该对中平台内设有多个液压气缸，每个液压气缸的伸缩轴连接于夹紧块，本实施例中，该夹紧块的数量为四个，且均匀环绕对中孔间隔布置，通过液压气缸伸缩轴带动夹紧块朝向或背离对中孔的中心移动，通过四个夹紧块抵接抵接于钢套管20，保证桩心的精准对位，并且根据需要可手动或自动调整水平度。

夹紧块具有朝向对中孔的夹持面，夹紧块的夹持面呈弧面状布置，以保证夹紧块在夹紧钢套管20时，是与钢套管20的侧壁贴合的。

此外，为便于在夹紧钢套管20的同时，不影响钢套管20的插入，夹紧块的夹持面是具有光滑结构的。具体的，在一实施例中，在夹紧块的夹持面内设有滚轮，以便于钢套管20的下插。

另外，对中平台的两侧设有配重结构。

即，在对中平台的上方的两侧边设有配重架，配重架具有朝上开口的配重腔，通过在配重腔内装入配重块，从而得到配重结构，以保证该对中平台的稳定布置，防止其倾斜，同时避免其移动。

对中平台的侧边具有插接孔，配重架具有朝向对中平台延伸的插接板，插接板插接于插接孔内。

请结合参阅图1，本发明一实施例中，S20包括：

将旋挖钻机就位；

土层采用旋挖钻机配捞砂斗钻进成孔；土层的土质较软，通过配捞砂斗可快速成孔。

岩层采用旋挖钻机配牙轮钻头及入岩筒钻分级扩孔钻进；岩层的土质较硬，通过牙轮钻头及入岩筒钻可将岩层破碎，以便于成孔。

本实施例中，钢套管20的深度范围内采用冲抓斗成孔，孔径1.8m，钢套管20一下部分则采用旋挖钻机成孔，孔径同柱下桩基础孔径。并且，在采用旋挖钻机钻孔的过程中，实时监测成孔垂直度，若不满足要求，则立马进行纠偏处理。

请结合参阅图1至3，本发明一实施例中，在S40之中，吊放钢立柱10的步骤包括：

采用双机两点抬吊方式吊装，主吊位于钢立柱10顶部的两个吊耳上，副吊位于钢立柱10底部的抱管钢丝绳上；

主吊和副吊缓慢上升起吊，保证钢立柱10底端以地面为轴心旋转上升；

当钢立柱10与地面呈60°时，撤出副吊，由主吊缓慢将钢立柱10竖直吊起；

将钢立柱10垂直缓慢放入钢管套内。

这样，则可使钢立柱10保持竖直放入钢套管20内，且通过钢立柱10的两定位盘11可保证钢立柱10的垂直度和水平位置，并且，通过主吊和副吊将钢立柱10抬升，主吊较副吊更高，以使钢立柱10缓慢稳定旋转，待达到一定角度撤出副吊，仅通过主吊即可施力，以使钢立柱10竖直，上述方式起吊安全且迅速。

钢立柱10的顶部两侧分别设置有吊耳，吊耳具有吊孔；两吊耳焊接于钢立柱10的顶部，且两吊耳相对布置，这样，通过两吊耳以便于主吊吊起钢立柱10，从而竖直下放入钢套管20内。

另外，请结合参阅图1至3，在S40之中，使钢立柱10下沉到设计标高的步骤包括：

利用钢立柱10的自重下沉，当钢立柱10不能下沉时，采用旋挖钻机缓慢压入。

通过主吊缓慢下放，由于定位盘11的存在，其下沉过程中也是保证竖直的，钢立柱10下沉后，钢立柱10的底部浸入上述柱下桩基础内的混凝土内，以与底部的钢筋混凝土连结。

本实施例中，两定位盘11间隔不小于10m，每个定位盘11与钢套管20的内径间隙不大于10mm。

这样，使该钢立柱10的垂直度小于安装精度高达1/1000，即竖向10m长度范围内钢立柱10平面位置偏差最多10mm，即1/1000误差精度要求。当然，根据需要，可增加两定位盘11的间隔，或进一步减小定位盘11与钢套管20之间的间隙。另外，在又一实施例中，还可设置更多的定位盘11，以进一步保证钢立柱10各个位置的垂直度要求。

本实施例中，定位盘11包括固定板111和限位板112，固定板111环设于钢立柱10的外周，限位板112与固定板111通过连接盘113相连接，且限位板112设于固定板111远离钢立柱10的一端，限位板112呈环状结构，限位板112用于抵接钢套管2030的侧壁。

定位盘11的下侧设有多个牛腿筋，牛腿筋焊接于钢立柱10的侧壁。

该实施例中，定位盘11的固定板111是焊接于钢立柱10的侧壁的，通过多个牛腿筋以保证定位盘11水平布置，并保证其稳定性。

并且，多个牛腿筋环绕钢立柱10均匀间隔布置。

这样，以保证钢立柱10整体的平衡，避免其在自由状态下倾斜，进而保证其垂直度。

连接盘113具有多个形状大小相同的镂空孔113a，多个镂空孔113a均匀间隔布置。

通过多个镂空孔113a一方面便于砂石从镂空孔113a穿过，进而实现对钢管柱和钢套管20之间的砂石回填，避免定位盘11对该施工产生影响，另一方面，对定位盘11进行了减重，以便于吊放施工。

进一步的，连接盘113具有背离桩孔底的上表面，沿远离镂空孔113a的方向，连接盘113的上表面朝背离桩孔底的方向倾斜布置。

这样，由于该倾斜的上表面，保证了砂石落人连接盘113上后，滑落到镂空孔113a，并从镂空孔113a穿过，以便于施工。

当然，在其他实施例中，此处所说的连接板为钢筋结构，通过多根钢筋实现对外侧的限位板112的连接支撑，便于加工制作，且节约成本。

本发明一实施例中，限位板112沿钢立柱10的长度方向延伸布置。

通过增加限位板112的长度，进而进一步避免饿了钢立柱10的倾斜，保证垂直度，且同时增加了定位盘11的强度。

进一步的，限位板112具有远离固定板111的外表面，限位板112的外表面沿钢立柱10的长度方向呈弧面状布置。

这样，由于限位板112的外表面呈弧面状布置，在下放钢立柱10时，即使定位盘11接触到钢套管20的内壁，也不会卡住，便于钢立柱10的吊放入钢套管20内。

进一步的，限位板112的外表面具有光滑结构，通过该光滑结构时钢立柱10更便于吊放。

在一实施例中，限位板112的外表面嵌设有可滚动的滚珠，滚珠凸出于限位板112的外表面，可进行自由滚动，在吊放钢立柱10时，即使定位盘11接触到钢套管20的内壁，由于滚珠的存在，也可保证钢管柱的稳定下放，不易卡主。而在其他实施例中，此处的光滑结构可以为将限位板112的表面的粗糙度降低，以便于吊放施工。

此外，请结合参阅图1至3，在S40之后：

将钢立柱10和钢套管20的管壁通过钢筋焊接连接，直至混凝土初凝后，解除钢筋。

下插完毕后，为了避免钢立柱10上浮，需要保证其位置，因此，采用钢筋分别焊接钢立柱10和钢套管20的管壁，使其固定，混凝土初凝后，钢立柱10和底部的钢筋混凝土相结合，此时，即可将钢筋拆除，进行后续施工。

具体的，钢立柱10的吊耳是伸出于钢立柱10的侧壁的，这样，在将钢立柱10完全下放进钢套筒内后，可通过吊耳避免钢立柱10继续沉入桩孔内，具体的，在钢套管20上架设有限位柱，两吊耳则抵接于两限位柱上，避免进行沉入，并且，为了避免钢立柱10的上浮，在吊耳于钢套管20的侧壁之间焊接有钢筋条，以保证钢立柱10的位置，在桩孔底部的混凝土初凝后，可拆除钢筋条，并取出钢套管20。

请结合参阅图1，本发明一实施例中，S50包括：

在钢立柱10的外侧设置溜槽，在钢立柱10的四周均匀填入砂石，边回填边将孔内泥浆排除；通过所设置的溜槽，以便于砂石填入钢立柱10的四周，并且，均匀的在钢立柱10四周回填，以保证在回填过程中，钢立柱10的垂直度，防止单侧填入过多造成钢立柱10偏位、弯曲，此时，砂石未填满，回填至钢立柱10设计标高以下300-500mm。

钢立柱10内采用导管法浇筑混凝土，待桩孔内混凝土终凝后，再次对钢立柱10的四周进行砂石回填；通过在钢立柱10内部浇筑混凝土，从而将钢立柱10填充填实，以保证钢立柱10的强度。

拔出钢套管20，得到钢立柱桩。

这样，从而得到上述结构稳定的钢立柱10，且垂直度高。

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 (5)

1.一种钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10，将全套管全回转钻机就位，使用所述全套管全回转钻机垂直压入钢套管，撤下所述全套管全回转钻机；

S20，将旋挖钻机就位，使用所述旋挖钻机沿所述钢套管钻进成孔；

S30，第一次清孔，吊放钢筋笼并下放导管；

S40，第二次清孔，浇筑混凝土且吊放钢立柱，所述钢立柱的外周环设有两定位盘，两所述定位盘间隔布置，使所述钢立柱下沉到设计标高；

S50，所述钢立柱外侧填筑砂石，所述钢立柱内浇筑混凝土，桩孔混凝土终凝后拔出所述钢套管，得到钢立柱桩；

S60，循环实施S10至S50，直至所有所述钢立柱桩施工完毕；

在S40之中，所述吊放钢立柱的步骤包括：

采用双机两点抬吊方式吊装，主吊位于钢立柱顶部的两个吊耳上，副吊位于钢立柱底部的抱管钢丝绳上；

所述主吊和副吊缓慢上升起吊，保证所述钢立柱底端以地面为轴心旋转上升；

当所述钢立柱与地面呈60°时，撤出所述副吊，由所述主吊缓慢将所述钢立柱竖直吊起；

将所述钢立柱垂直缓慢放入所述钢套管内；

在S40之中，所述使所述钢立柱下沉到设计标高的步骤包括：

利用所述钢立柱的自重下沉，当所述钢立柱不能下沉时，采用旋挖钻机缓慢压入；

S50包括：

在所述钢立柱的外侧设置溜槽，在所述钢立柱的四周均匀填入砂石，边回填边将孔内泥浆排除；

钢立柱内采用导管法浇筑混凝土，待桩孔内混凝土终凝后，再次对钢立柱的四周进行砂石回填；

拔出所述钢套管，得到钢立柱桩；

两所述定位盘间隔不小于10m，每个所述定位盘与所述钢套管的内径间隙不大于10mm；

所述定位盘包括固定板和限位板，所述固定板环设于所述钢立柱的外周，所述限位板与所述固定板通过连接盘相连接，且所述限位板设于所述固定板远离所述钢立柱的一端，所述限位板呈环状结构，所述限位板用于抵接所述钢套管的侧壁；

所述定位盘的下侧设有多个牛腿筋，所述牛腿筋焊接于所述钢立柱的侧壁；

所述连接盘具有多个形状大小相同的镂空孔，所述连接盘具有背离桩孔底的上表面，沿远离所述镂空孔的方向，所述连接盘的上表面朝背离桩孔底的方向倾斜布置；

所述限位板的外表面嵌设有可滚动的滚珠，所述滚珠凸出于所述限位板的外表面；

所述全套管全回转钻机的底部具有对中平台，所述对中平台的中部具有供所述钢套管穿过的对中孔，所述对中孔的孔位外周具有多个可伸缩的夹紧块；

在所述对中平台内设有多个液压气缸，每个所述液压气缸的伸缩轴连接于夹紧块，所述夹紧块的数量为四个，且均匀环绕所述对中孔间隔布置，通过液压气缸伸缩轴带动所述夹紧块朝向或背离所述对中孔的中心移动，四个所述夹紧块抵接于所述钢套管。

2.如权利要求1所述的一种钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，其特征在于，在S10之前：

使场地平整并硬化；

放线定位，确定所述钢套管压入位置。

3.如权利要求1所述的一种钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，其特征在于，S20包括：

将旋挖钻机就位；

土层采用所述旋挖钻机配捞砂斗钻进成孔；

岩层采用所述旋挖钻机配牙轮钻头及入岩筒钻分级扩孔钻进。

4.如权利要求1至3任意一项所述的一种钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，其特征在于，在S40之后：

将所述钢立柱和所述钢套管的管壁通过钢筋焊接连接，直至混凝土初凝后，解除所述钢筋。

5.如权利要求4所述的一种钢套管导向法结合钢立柱插设施工方法，其特征在于，所述对中平台的两侧设有配重结构。

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