CN112302021A - 深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置及施工方法，涉及桥梁施工领域，定位装置包括钢管桩、套接在钢管桩顶端的套筒、转动连接在套筒顶面的机身、设置在机身顶面中部的定位器、固定连接在机身一端的上部大臂、铰接在上部大臂外端头的上部小臂、连接在上部大臂和上部小臂之间的上部液压杆、固定连接在机身另一端的配重块、转动套接在套筒下部的连接钢环、铰接在连接钢环一对侧的一对下部大臂、铰接在下部大臂外端头的下部小臂、连接在下部大臂和下部小臂之间的下部液压杆以及固定在上部小臂外端头和下部小臂外端头上的竖直设置的定位框架。本发明解决现有技术需架设钢护筒施工平台，需消耗大批钢材和人工，且钢护筒垂直度较难得到保障的问题。

Description

深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁施工领域，特别是涉及深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置及施工方法。

背景技术

现有深水急流处钢护筒打设施工中，均需架设钢护筒施工平台，但钢护筒施工平台架设过程中需要消耗大批的钢材，且搭设工具繁琐，需要消耗大量的人工，增加施工工期，且钢护筒的垂直度难以得到保障。

发明内容

本发明的目的是提供深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置及施工方法，解决现有技术需架设钢护筒施工平台，需消耗大批钢材和人工，且钢护筒垂直度较难得到保障的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置，包括钢管桩、套接在钢管桩顶端的套筒、转动连接在套筒顶面的机身、设置在机身顶面中部的定位器、固定连接在机身一端的上部大臂、铰接在上部大臂外端头的上部小臂、连接在上部大臂和上部小臂之间的上部液压杆、固定连接在机身另一端的配重块、转动套接在套筒下部的连接钢环、铰接在连接钢环一对侧的一对下部大臂、铰接在下部大臂外端头的下部小臂、连接在下部大臂和下部小臂之间的下部液压杆以及固定在上部小臂外端头和下部小臂外端头上的竖直设置的定位框架。

进一步优选的技术方案，机身的底面和套筒的顶面之间通过连接圆盘转动连接，并连接圆盘的中心设有第一轴承。

进一步优选的技术方案，钢管桩的顶面焊接有封口钢板，封口钢板与连接圆盘之间沿环向均匀间隔设置有调平千斤顶，并调平千斤顶的底面与封口钢板焊接连接。

进一步优选的技术方案，套筒的外侧面上部沿环向均匀间隔焊接有预紧千斤顶，预紧千斤顶的伸缩杆顶紧在套筒的外侧面上。

进一步优选的技术方案，连接钢环的内侧面与套筒的外侧面之间通过第二轴承转动连接。

进一步优选的技术方案，定位器设置在机身的转动轴线上。

进一步优选的技术方案，定位框架是横截面为矩形的筒状结构，其阴角线两侧的侧面之间固定有承托板，承托板上固定连接有固定环。

进一步优选的技术方案，定位框架的内部设有水平向的定位千斤顶，定位千斤顶对应紧固插接在固定环内。

进一步优选的技术方案，定位千斤顶设上、下两层，且定位千斤顶的伸缩杆朝向定位框架的中心轴线。

一种所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置的施工方法，步骤为：

步骤一，使用震动打桩机打设首根钢管桩，在钢管桩顶端口焊接封口钢板，然后在封口钢板的顶面沿环向均匀间隔焊接三个调平千斤顶。

步骤二，用吊机将定位装置吊至钢管桩上部，并使套筒套接在钢管桩上，套筒顶面的连接圆盘与调平千斤顶相抵。

步骤三，调整套筒内部的调平千斤顶，使机身水平，然后加压预紧千斤顶，使钢管桩与套筒连接牢固。

步骤四，机身稳定后，读取定位器读数，确定机身的经纬坐标，并将目标套筒的经纬坐标换算成极轴坐标。

步骤五，转动机身，使机身达到目标套筒的极轴坐标的坐标角度，同时调整定位器中心与定位框架中心之间的水平距离为目标套筒的极轴坐标的半径，并通过下部液压杆调整下部大臂和下部小臂的位置，进而调整定位框架竖直。

步骤六，将目标钢护筒插入定位框架内部，在岸边设两处成90度的观测点校核钢护筒的垂直度，确保钢护筒垂直后，定位框架内部的定位千斤顶伸出至贴合钢护筒，限制钢护筒水平位移。

步骤七，打入钢护筒。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：

1，本发明在套筒内设置调平千斤顶，用以调节机身的水平。

2，本发明设置在机身下部的套筒的外侧采用焊接方式固定六个千斤顶，千斤顶伸缩杆伸出，对套筒内部的钢管桩挤压产生压力，通过预紧力使机身稳定。

3，本发明连接钢环与套筒之间通过第二轴承转动连接，使连接钢环能绕套筒自由转动，使下部大臂能够与上部大臂同步转动，以保证型钢定位框架保持竖直。

4，本发明利用机械自动化的优势，简化了钢护筒埋设施工，采用机械转动定位的方式取代了平台搭设，减少了人工消耗量及周转材料的消耗，能够保证施工精度，提高了施工质量及效率，并有助于施工现场的安全管理。

附图说明

图1是本发明深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置的立体图。

图2是本发明配重块的立体图。

图3是本发明定位器的立体图。

图4是本发明定位框架的立体图。

图5是本发明深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置的剖视图包含调平千斤顶。

附图标记：1—钢管桩、2—套筒、3—上部大臂、4—上部液压杆、5—上部小臂、6—配重块、7—连接钢环、8—下部大臂、9—下部液压杆、10—下部小臂、11—定位框架、12—封口钢板、13—连接圆盘、14—调平千斤顶、15—定位器、16—预紧千斤顶、17—定位千斤顶、18—承托板、19—机身、20—固定环。

具体实施方式

实施例参见图1至5所示，深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置及施工方法，对钢管桩的桩位精度要求较高的钢管桩打设前，需埋设钢护筒，钢护筒通过本发明定位装置进行定位，定位装置包括钢管桩1、套接在钢管桩1顶端的套筒2、转动连接在套筒2顶面的机身19、设置在机身19顶面中部的定位器15、焊接在机身19一端的上部大臂3、铰接在上部大臂3外端头的上部小臂5、连接在上部大臂3和上部小臂5之间的上部液压杆4、固定连接在机身19另一端的配重块6、转动套接在套筒2下部的连接钢环7、铰接在连接钢环7一对侧的一对下部大臂8、铰接在下部大臂8外端头的下部小臂10、连接在下部大臂8和下部小臂10之间的下部液压杆9以及固定在上部小臂5外端头和下部小臂10外端头上的竖直设置的定位框架11；本发明利用首根钢管桩作为定位装置的落点，机身坐落在钢管桩顶部，通过与机身连接的定位框架为目标钢护筒的打设提供精准定位；本发明无需建立打桩平台，其自身自动化智能化的优势可以大量减少人工用量。

机身19的底面和套筒2的顶面之间通过连接圆盘13转动连接，并连接圆盘13的中部设有轴承；连接圆盘13焊接在套筒2的顶面，并连接圆盘13的直径与套筒2的外径相适应，并连接圆盘13的顶面高于套筒2的顶面；轴承的底面焊接在连接圆盘13的中心，轴承的顶面与机身19的底面焊接，并上部大臂3可通过第一轴承实现自由转动。

参见图5所示，钢管桩1为打设的首根钢管柱，作为定位装置的落点；本实施例中钢管桩1的规格为Φ630×10mm；钢管桩1的顶面焊接有圆形的封口钢板12，封口钢板12为厚钢板，其厚度大于3mm，且封口钢板12的直径与钢管桩1的内径相适应，封口钢板12与连接圆盘13之间沿环向均匀间隔设置有三个调平千斤顶14，用以调平机身19，并调平千斤顶14的底面与封口钢板12焊接连接。

上部液压杆4设置在上部大臂3的顶面，沿上部大臂3的长轴设置，上部液压杆4的一端铰接在上部大臂3的内端头顶面，另一端固定连接在上部小臂5的内端头底面，上部液压杆4为上部大臂3和上部小臂5提供动力；下部液压杆9设置在下部大臂8和下部小臂10的底面之间，其一端铰接在下部大臂8的底面中部，另一端固定连接在下部小臂10的底面中部，下部液压杆9为下部大臂8和下部小臂10提供动力。

套筒2的外侧面上部沿环向均匀间隔焊接有六个预紧千斤顶16，并预紧千斤顶16与套筒2外侧面垂直焊接，预紧千斤顶16的侧壁与套筒2之间通过间隔焊接的支撑杆连接固定，支撑杆对预紧千斤顶16进行支撑，预紧千斤顶16的伸缩杆的顶面顶紧在套筒2的外侧面上，对套筒2内部钢管桩1产生压力，通过预紧力使定位装置稳定。

参见图2所示，机身19为一体结构，包括主体部及沿主体部向一侧延伸的连接臂，且连接臂向上倾斜设置；主体部的端面为竖直面、且与上部大臂3的竖直端面对应焊接，上部大臂3向上倾斜设置、且倾斜角度大于连接臂；连接臂与上部大臂3对称设置在主体部的两端；配重块6连接在连接臂的外端头，连接臂的外端头设有用于固定配重块6的固定框，配重块6包裹在固定框内，配重块为混凝土块，根据需求经过计算确定设置个数，配重块6上沿厚度方向开设有贯通的穿接孔，穿接孔内穿接有钢柱，钢柱的两端搭接在固定框上，配重块6用以平衡上部大臂、上部小臂及定位框架的重量。

参见图3所示，钢管桩1、套筒2和机身19的主体部共轴线，定位器15固定在机身19主体部的轴线上，以保证坐标不随机身19转动改变。

连接钢环7的内侧面与套筒2的外侧面之间设有第二轴承，使连接钢环7能够绕套筒2自由转动，从而使下部大臂能够随上部大臂同步转动，以保证定位框架11保持竖直。

参见图4所示，定位框架11是横截面为方形的筒状结构，由型钢制作而成，并其四侧面上开有米字形镂空，且米字形镂空设上、下两层；定位框架11的阴角线两侧的侧面之间焊接有承托板18，承托板18上焊接有固定环20；定位框架11的内部设有定位千斤顶17，定位千斤顶17固定在定位框架11的阴角处，具体为定位千斤顶17对应紧固插接在固定环20内；定位千斤顶17设上、下两层，每层四个，并定位千斤顶17的伸缩杆朝向定位框架11的中心轴线；定位千斤顶17的设置，能够保证钢护筒精准定位，同时有效保证钢护筒垂直度。定位框架上设置的八个定位千斤顶，能够保证钢护筒精准定位，同时有效保证钢护筒的垂直度。

定位装置安装前，应根据定位框架、上部大臂、上部小臂、下部大臂及下部小臂的重量，以及钢护筒打设时向下的摩擦力重量，对机身进行受力计算；同时配重块也要经过计算确定其重量；要定期检查定位装置各构件铰接处的连接状态，定期检查上部液压杆、下部液压杆及所配备的调平千斤顶、顶紧千斤顶及定位千斤顶的工作状态。

本发明采用可转动的机身安置于首根钢管桩进行机身定位，机身配备可伸缩的机械臂包含上部大臂、上部小臂、下部大臂和下部小臂与型钢定位框架相连，能有有效定位钢护筒的水平坐标，后通过定位框架内部的上下两层定位千斤顶对钢护筒的水平坐标及垂直度进行精调；与常规施工方法相比，钢护筒定位更加准确，同时在钢护筒埋设过程中，定位框架内部的定位千斤顶始终对钢护筒进行限位，能够确保钢管桩桩身垂直度及坐标无偏位；因此，本发明施工质量较常规施工工艺更佳。

本发明可用于钢护筒埋设施工过程中，操作简便，施工质量较高，有助于缩短工期，节省人工用量，可在各类深水区域进行钢护筒埋设施工阶段进行推广应用；采用本发明进行钢护筒埋设无需搭建施工平台，并可减少人工消耗，缩短施工工期，进而降低施工成本，具有较为可观的经济效益；随着国家建设的不断推进，大跨度深水域的桥梁项目将不断增多，能够为本发明的应用提供较大的使用市场，同时由于本发明的自身优异性，能够在预期的市场中具有较大的竞争力，从而具有叫广阔的市场应用前景。

一种所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置的施工方法，步骤为：

步骤一，使用震动打桩机打设首根钢管桩，在钢管桩顶端口焊接封口钢板，然后在封口钢板的顶面沿环向均匀间隔焊接三个调平千斤顶14。

步骤二，用吊机将定位装置吊至钢管桩上部，并使套筒2套接在钢管桩上，套筒2顶面的连接圆盘与调平千斤顶14相抵。

步骤三，调整套筒内部的调平千斤顶14，使机身19水平，然后加压预紧千斤顶16，使钢管桩1与套筒2连接牢固。

步骤四，机身19稳定后，读取定位器读数，确定机身19的经纬坐标，并将目标套筒的经纬坐标换算成极轴坐标。

步骤五，转动机身，使机身19达到目标套筒的极轴坐标的坐标角度，同时调整定位器中心与定位框架中心之间的水平距离为目标套筒的极轴坐标的半径，并通过下部液压杆9调整下部大臂和下部小臂的位置，进而调整定位框架11竖直；目标套筒的极轴坐标的半径为定位框架边长的一半、上部大臂和上部小臂的长度总和，对目标套筒的极轴坐标的半径进行调整时，通过换算具体操作时是，通过上部液压杆4调整伸出的上部大臂和上部小臂的总长度来实现。

步骤六，将目标钢护筒插入定位框架内部，在岸边设两处成90度的观测点具体为一处东西向观测点，一处南北向观测点校核钢护筒的垂直度，确保钢护筒垂直后，定位框架内部的定位千斤顶伸出至贴合钢护筒，限制钢护筒水平位移。

步骤七，打入钢护筒。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置，其特征在于：包括钢管桩（1）、套接在钢管桩（1）顶端的套筒（2）、转动连接在套筒（2）顶面的机身（19）、设置在机身（19）顶面中部的定位器（15）、固定连接在机身（19）一端的上部大臂（3）、铰接在上部大臂（3）外端头的上部小臂（5）、连接在上部大臂（3）和上部小臂（5）之间的上部液压杆（4）、固定连接在机身（19）另一端的配重块（6）、转动套接在套筒（2）下部的连接钢环（7）、铰接在连接钢环（7）一对侧的一对下部大臂（8）、铰接在下部大臂（8）外端头的下部小臂（10）、连接在下部大臂（8）和下部小臂（10）之间的下部液压杆（9）以及固定在上部小臂（5）外端头和下部小臂（10）外端头上的竖直设置的定位框架（11）。

2.根据权利要求1所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置，其特征在于：机身（19）的底面和套筒（2）的顶面之间通过连接圆盘（13）转动连接，并连接圆盘（13）的中心设有第一轴承。

3.根据权利要求2所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置，其特征在于：钢管桩（1）的顶面焊接有封口钢板（12），封口钢板（12）与连接圆盘（13）之间沿环向均匀间隔设置有调平千斤顶（14），并调平千斤顶（14）的底面与封口钢板（12）焊接连接。

4.根据权利要求1所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置，其特征在于：套筒（2）的外侧面上部沿环向均匀间隔焊接有预紧千斤顶（16），预紧千斤顶（16）的伸缩杆顶紧在套筒（2）的外侧面上。

5.根据权利要求1所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置，其特征在于：连接钢环（7）的内侧面与套筒2的外侧面之间通过第二轴承转动连接。

6.根据权利要求1所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置，其特征在于：定位器（15）设置在机身（19）的转动轴线上。

7.根据权利要求1所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置，其特征在于：定位框架（11）是横截面为矩形的筒状结构，其阴角线两侧的侧面之间固定有承托板（18），承托板（18）上固定连接有固定环（20）。

8.根据权利要求7所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置，其特征在于：定位框架（11）的内部设有水平向的定位千斤顶（17），定位千斤顶（17）对应紧固插接在固定环（20）内。

9.根据权利要求8所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置，其特征在于：定位千斤顶（17）设上、下两层，且定位千斤顶（17）的伸缩杆朝向定位框架（11）的中心轴线。

10.一种根据权利要求1至9任意一项所述的深水急流轻量型自动智能钢护筒机械定位装置的施工方法，其特征在于，步骤为：

步骤一，使用震动打桩机打设首根钢管桩，在钢管桩顶端口焊接封口钢板，然后在封口钢板的顶面沿环向均匀间隔焊接三个调平千斤顶（14）；

步骤二，用吊机将定位装置吊至钢管桩上部，并使套筒（2）套接在钢管桩上，套筒（2）顶面的连接圆盘与调平千斤顶（14）相抵；

步骤三，调整套筒内部的调平千斤顶（14），使机身（19）水平，然后加压预紧千斤顶（16），使钢管桩（1）与套筒（2）连接牢固；

步骤四，机身（19）稳定后，读取定位器读数，确定机身（19）的经纬坐标，并将目标套筒的经纬坐标换算成极轴坐标；

步骤五，转动机身，使机身（19）达到目标套筒的极轴坐标的坐标角度，同时调整定位器中心与定位框架中心之间的水平距离为目标套筒的极轴坐标的半径，并通过下部液压杆（9）调整下部大臂和下部小臂的位置，进而调整定位框架（11）竖直；

步骤六，将目标钢护筒插入定位框架内部，在岸边设两处成90度的观测点校核钢护筒的垂直度，确保钢护筒垂直后，定位框架内部的定位千斤顶伸出至贴合钢护筒，限制钢护筒水平位移；

步骤七，打入钢护筒。

Images