CN113235640A - 一种钢管群桩振动打桩方法及定位工装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢管群桩振动打桩方法及定位工装，包括如下步骤：S1：地基勘察；S2：根据钢管群桩的桩数、钢管群桩的单根钢管桩周长、钢管群桩的入土深度以及地基的单位面积动摩擦阻力计算地基的摩阻力，根据地基的摩阻力进行振动锤选型，确定单台振动锤的振动力和振动锤数量，确保：单台振动锤的振动力×振动锤数量＞摩阻力，将若干台振动锤通过同步器组成振动系统；S3：钢管群桩通过定位柱插装导向管进行定位并确保钢管群桩的桩尖对准设计桩位，连接工装中部与振动系统连接；S4：打桩至设计标高。本方案中将多台振动锤通过同步器组成振动系统，同时对钢管群桩打桩，从而避免对相邻或附近已完成施工的钢管桩产生影响，周期短，避免机械闲置。
Description
技术领域
本发明涉及地下空间工程领域，尤其是涉及一种钢管群桩振动打桩方法及定位工装。
背景技术
目前国内对于通信塔快速施工站点，常采用钢管桩施工工艺。钢管桩加工周期短5天以内即可完成制作，一般常用直径0.4-11.5米，长度5-12米，可以集装箱运输，重量相对预制混凝土轻，一般每根3-8吨。现有技术中钢管群桩在施工时存在如下问题：(1)打桩过程中会对相邻或附近已完成施工的钢管桩产生影响，对其强度、安装方位产生不利影响。(2)施工周期长，效率低。(3)机械闲置时间长，全过程中间歇用到吊机、打桩机，施工费用高。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种超长钢管桩施打辅助装置及其使用方法”，其公告号CN111608181A，属于土建工程机械技术领域。超长钢管桩施打辅助装置包括：底座；下井口机构，其可拆卸连接于所述底座上，所述下井口机构的中心夹持空间可调节；上井口机构，其连接于所述下井口机构上，所述上井口机构的中心夹持空间可调节；中心夹持空间可调节的所述下井口机构和所述上井口机构用于夹持所述超长钢管桩。本申请提供的超长钢管桩施打辅助装置，通过同时调整两个井口机构内的中心夹持空间可调节的可伸缩组件将钢管桩夹持住，然后施打钢管桩，既保证了施打钢管桩的垂直度，同时还适用于不同直径的钢管桩，并减少了可伸缩组件与钢管桩的摩擦阻力。
发明内容
本发明是为了克服现有技术上述的问题，提供一种钢管群桩振动打桩方法。该方法打桩过程中可避免对相邻或附近已完成施工的钢管桩产生影响，钢管群桩安装质量好、强度高，施工周期短，效率高，避免机械闲置，施工费用低。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种钢管群桩振动打桩方法，包括如下步骤：
S1：地基勘察，查明场地地形地貌、水文情况以及与钢管群桩干涉人工地质情况，分析场地地质情况，勘察为：
岩石层、碎石层、砾石层的桩位，更换钢管群桩桩位或对场地进行地基预处理；
非黏性土、沙土的桩位，无需进行预处理；
腐蚀性地下水层的桩位，更换钢管群桩桩位或对钢管群桩预处理；
S2：根据钢管群桩的桩数、钢管群桩的单根钢管桩周长、钢管群桩的入土深度以及地基的单位面积动摩擦阻力计算地基的摩阻力，摩阻力＝桩数×单根钢管桩周长×入土深度×单位面积动摩擦阻力，根据地基的摩阻力进行振动锤选型，确定单台振动锤的振动力和振动锤数量，确保：单台振动锤的振动力×振动锤数量＞摩阻力，将若干台振动锤通过同步器组成振动系统；
S3：在钢管群桩的桩位中部设至少两个限位孔，限位孔中分别设置导向管，校正导向管的垂直度并将其固定，钢管群桩的顶部通过连接工装固定，将数量与导向管对应的定位柱连接至连接工装，定位柱的长度长于钢管群桩，钢管群桩通过定位柱插装导向管进行定位并确保钢管群桩的桩尖对准设计桩位，连接工装中部与振动系统连接；
S4：打桩至设计标高。
本方案中将钢管群桩顶部同时连接固定，将多台振动锤通过同步器组成振动系统，振动系统同步加压下桩，同时对钢管群桩打桩，从而避免对相邻或附近已完成施工的钢管桩产生影响，施工周期短，效率高，将同一机械集中使用，避免机械闲置，钻探孔不少于两个，确保地勘相对准确，做好设备沉桩理论校核，使得钢管群桩能顺利安装。
作为优选，步骤s1中预处理包括：采用钻机在钢管群桩的桩位钻若干个孔，孔深至设计桩尖标高上方0.5～2m，在孔中注入松动剂，步骤s4中包括在钢管群桩内设设置射水管，射水管一端与高压水泵连接，另一端靠近钢管群桩底部。岩石层、碎石层、砾石层的基础中，先通过钻孔，在孔中注入松动剂，大大减少振动锤桩阻力，同时通过高压水冲击土层，减少群桩沉桩的阻力，提高打桩效率。
作为优选，步骤s1中钢管群桩预处理包括在钢管群桩内外壁设置耐磨防腐涂层，步骤s4打桩过程在钢管群桩与地基之间的缝隙中持续注入沥青。耐磨防腐避免钢管群桩在腐蚀环境中受腐蚀，同时耐磨效果减少沉桩过程涂层受损，沥青用于修复沉桩过程刮损的耐磨防腐涂层，提高防腐效果。
作为优选，步骤s3中包括：在场地设置定位工装，定位工装设有与桩位对应的定位孔，桩尖通过伸入定位孔对准设计桩位；步骤s4中打桩至定位工装上方0.5～2m时，停止振动系统，拆除定位工装后继续打桩。定位工装直接限位钢管群桩的单桩跨距，提升定位效率。
作为优选，定位孔四周设有若干道限位槽，若干道限位槽分别贯通定位工装两端面，步骤s3中钢管群桩的顶部与连接工装固定前，在单根钢管桩四周设置数量与限位槽对应的限位条，限位条与限位槽相适配，限位条沿单根钢管桩的轴向设置，钢管群桩插入定位工装的定位孔时限位条卡装在限位槽中，限位条在单根钢管桩周向的连接位置以保证法兰与待安装部件的法兰对正为准。单根钢管桩四周设置限位条，限位条正对钢管桩顶部法兰以利于判断方位，并利用钢桩定位工装的限位槽定位，对单根钢管桩顶部的法兰方位约束，必要时，对单根钢管桩或者待安装部件如：塔体底部法兰孔位适当加大或改为腰型孔。同时，增加的限位条在泥土中也有一定引导作用，实际使用后，对桩体整体抗扭有一定促进作用。
作为优选，步骤s4中包括：打桩过程测量、调整群桩垂直度，在桩尖距离桩尖设计标高1～3m时测量贯入度，确保贯入度不大于规范值。确保安装质量。
一种可用于钢管群桩振动打桩方法的定位工装，包括横梁和若干数量与钢管群桩桩数对应的套筒，每个套筒包括至少两块呈瓦片状的子定位件，子定位件侧面设有限位槽，子定位件相互间可拆卸连接成套筒结构结构，若干套筒通过横梁可拆卸连接。
本方案中定位工装定位精确，可用于确定钢管桩之间的跨距、定位法兰方位以及一定程度上确保钢管桩垂直，在打桩至定位工装上方时拆卸，通过更换套筒之间连接的横梁可多桩经自适应，灵活性高。
因此，本发明具有如下有益效果：(1)可避免对相邻或附近已完成施工的钢管桩产生影响；(2)钢管群桩安装质量好、强度高，施工周期短；(3)效率高，避免机械闲置，施工费用低。
附图说明
图1是本发明的一种钢管桩结构示意图。
图2是本发明的定位工装整体结构示意图。
图3是本发明的定位工装俯视图。
图4是本发明的图3中A处放大图。
图5是本发明的连接工装俯视图。
图6是本发明的部分施工状态示意图。
图中：1、钢管桩1-1、法兰1-2、限位条2、定位工装2-1、套筒2-11、子定位件2-12、限位槽2-2、横梁3、连接工装3-1、锤击块3-2、连接臂。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。需要说明的是，上述描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例：
如图1所示的实施例中，一种钢管群桩振动打桩方法，本实施例中以三管塔为例，三管塔基础包括三根钢管桩1，钢管桩相互之间的跨距为2980mm钢管桩直径600mm，长度8m，施工前对人机料做充分准备，包括如下步骤：
S1：地基勘察，查明场地地形地貌、水文情况以及与钢管群桩干涉人工地质情况，分析场地地质情况，勘察为：
岩石层、碎石层、砾石层的桩位，更换钢管群桩桩位或对场地进行地基预处理；地基预处理包括：采用钻机在钢管群桩的桩位钻若干个孔，孔深至设计桩尖标高上方0.5～2m，在孔中注入松动剂，岩石层、碎石层、砾石层的基础中，先通过钻孔，在孔中注入松动剂，大大减少振动锤桩阻力，提高打桩效率。
非黏性土、沙土的桩位，无需进行预处理；
腐蚀性地下水层的桩位，更换钢管群桩桩位或对钢管群桩预处理，预处理采用对钢管群桩内外壁设置耐磨防腐涂层。
本实施例中以沙土为例。
S2：根据钢管群桩的桩数、钢管群桩的单根钢管桩周长u、钢管群桩的入土深度L以及地基的单位面积动摩擦阻力f计算地基的摩阻力R，摩阻力＝桩数×单根钢管桩周长×入土深度×单位面积动摩擦阻力，即R＝fuL(kpa)，振动锤的振动力p＝0.04M*n＾2(KN)，其中M为振动锤的偏向力矩(KN.m)，M＝AQ，A为振幅，在沙土中A取1.1cm，Q为三根钢管桩和锤的总重力(KN)，根据地基的摩阻力进行振动锤选型，确定单台振动锤的振动力和振动锤数量，确保：单台振动锤的振动力×振动锤数量＞摩阻力，将若干台振动锤通过同步器组成振动系统；本实施例中桩数为3，L＝8m，f＝20kpa，计算过程省略。
目前国内钢桩常用使用的振动锤有3种，分别为挖机改装液压振动锤、电动振动锤以及车载式落锤，三者基本下压力大小排布如下：
车载式落锤＞挖机改装液压振动锤＞电动振动锤，同样，现场噪音大小也与上述相同，综合考虑，本实施例中选用两台液压振动锤，两台液压振动锤的振动力之和大于摩阻力，但是振动力不过大，以防钢管桩头在振动过程损坏。
S3：划线定位，在场地的设计位置标记出三管塔的3个桩位，在3个桩位处预先开挖基坑，基坑1～3m，并在3个桩位中间设两个限位孔，钻孔可采用螺旋钻机作业，两个限位孔中心与其中一个桩位的中心在一条直线上，以该桩位为0号桩位，剩余两个以逆时针方向分别为1号桩位、2号桩位，两个限位孔中分别设置导向管，如图2和图3所示，校正导向管的垂直度并将其固定将定位工装2设置在桩位处，并将定位工装的套筒2-1与桩位对正，调平并固定定位工装；根据三管塔底部法兰的方位，如图1所示，在每根钢管桩的四周焊接四根限位条1-2，如图4所示，限位条与定位工装的限位槽2-12相适配，限位条沿单根钢管桩的轴向设置，限位条用于对钢管桩顶部的法兰1-1方位约束。
采用吊机先将两根定位桩吊入导向管，定位桩顶部部分从导向管露出，将两台液压振动锤通过同步器组成振动系统，如图5所示，连接工装3包括三根连接臂3-2和锤击块3-1，三根连接臂分别设有用于与钢管桩顶部法兰连接的夹桩部件，夹桩部件可为液压钳或连接螺栓等不限于此，三根连接臂分别连接在锤击块侧面，锤击块底部设有与定位桩对应的夹持部，调整其中一根连接臂与夹持部在一条线上，此连接臂为0号连接臂，剩余两个以逆时针方向分别为1号连接臂、2号连接臂，三根连接臂分别与三个桩位一一对应，将连接工装顶部与振动系统连接，通过连接工装与两根定位桩连接，并重新将定位桩拉出导向管。
如图6所示，采用吊机将三根钢管桩逐一吊装并落入定位工装中，限位条卡装在限位槽中，此时可通过牵绳或其他方法调整钢管桩的垂直度，确保处于竖直状态，将振动系统下方的连接工装与三根钢管桩连接，必要时，对钢管桩或者三管塔底部法兰孔位适当加大或改为腰型孔。同时，增加的限位条在泥土中也有一定引导作用，实际使用后，对桩体整体抗扭有一定促进作用。
S4：打桩，过程中持续检测、调整钢管桩垂直度，至定位工装上方0.5～2m时，停止振动系统，拆除定位工装后继续打桩，同时每分钟测量贯入度，确保贯入度不大于规范值，打桩至设计标高。作为优选此步骤中可在钢管桩内设置射水管，射水管一端与高压水泵连接，另一端靠近钢管群桩底部，通过高压水冲击土层，减少群桩沉桩的阻力；作为优选此步骤中在钢管群桩与地基之间的缝隙中持续注入沥青。耐磨防腐避免钢管群桩在腐蚀环境中受腐蚀，同时耐磨效果减少沉桩过程涂层受损，沥青用于修复沉桩过程刮损的耐磨防腐涂层，提高防腐效果。
本方案中将钢管群桩顶部同时连接固定，将多台振动锤通过同步器组成振动系统，振动系统同步加压下桩，同时对钢管群桩打桩，从而避免对相邻或附近已完成施工的钢管桩产生影响，施工周期短，效率高，将同一机械集中使用，避免机械闲置，钻探孔不少于两个，确保地勘相对准确，做好设备沉桩理论校核，使得钢管群桩能顺利安装。
一种可用于钢管群桩振动打桩方法的定位工装，包括横梁2-2和若干数量与钢管群桩桩数对应的套筒，每个套筒包括至少两块呈瓦片状的子定位件2-11，子定位件侧面设有限位槽，子定位件相互间可拆卸连接成套筒结构结构，若干套筒通过横梁可拆卸连接。本方案中定位工装定位精确，可用于确定钢管桩之间的跨距、定位法兰方位以及一定程度上确保钢管桩垂直，在打桩至定位工装上方时拆卸，通过更换套筒之间连接的横梁可多桩经自适应，灵活性高。
因此，本发明可避免对相邻或附近已完成施工的钢管桩产生影响；钢管群桩安装质量好、强度高，施工周期短；效率高，避免机械闲置，施工费用低。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种钢管群桩振动打桩方法，其特征是，包括如下步骤：
S1：地基勘察，查明场地地形地貌、水文情况以及与钢管群桩干涉人工地质情况，分析场地地质情况，勘察为：
岩石层、碎石层、砾石层的桩位，更换钢管群桩桩位或对场地进行地基预处理；
非黏性土、沙土的桩位，无需进行预处理；
腐蚀性地下水层的桩位，更换钢管群桩桩位或对钢管群桩预处理；
S2：根据钢管群桩的桩数、钢管群桩的单根钢管桩周长、钢管群桩的入土深度以及地基的单位面积动摩擦阻力计算地基的摩阻力，摩阻力＝桩数×单根钢管桩周长×入土深度×单位面积动摩擦阻力，根据地基的摩阻力进行振动锤选型，确定单台振动锤的振动力和振动锤数量，确保：单台振动锤的振动力×振动锤数量＞摩阻力，将若干台振动锤通过同步器组成振动系统；
S3：在钢管群桩的桩位中部设至少两个限位孔，限位孔中分别设置导向管，校正导向管的垂直度并将其固定，钢管群桩的顶部通过连接工装固定，将数量与导向管对应的定位柱连接至连接工装，定位柱的长度长于钢管群桩，钢管群桩通过定位柱插装导向管进行定位并确保钢管群桩的桩尖对准设计桩位，连接工装中部与振动系统连接；
S4：打桩至设计标高。
2.根据权利要求1所述的一种钢管群桩振动打桩方法，其特征是，步骤s1中预处理包括：采用钻机在钢管群桩的桩位钻若干个孔，孔深至设计桩尖标高上方0.5～2m，在孔中注入松动剂，步骤s4中包括在钢管群桩内设设置射水管，射水管一端与高压水泵连接，另一端靠近钢管群桩底部。
3.根据权利要求1所述的一种钢管群桩振动打桩方法，其特征是，步骤s1中钢管群桩预处理包括在钢管群桩内外壁设置耐磨防腐涂层，步骤s4打桩过程在钢管群桩与地基之间的缝隙中持续注入沥青。
4.根据权利要求1所述的一种钢管群桩振动打桩方法，其特征是，步骤s3中包括：在场地设置定位工装，定位工装设有与桩位对应的定位孔，桩尖通过伸入定位孔对准设计桩位；步骤s4中打桩至定位工装上方0.5～2m时，停止振动系统，拆除定位工装后继续打桩。
5.根据权利要求4所述的一种钢管群桩振动打桩方法，其特征是，定位孔四周设有若干道限位槽，若干道限位槽分别贯通定位工装两端面，步骤s3中钢管群桩的顶部与连接工装固定前，在单根钢管桩四周设置数量与限位槽对应的限位条，限位条与限位槽相适配，限位条沿单根钢管桩的轴向设置，钢管群桩插入定位工装的定位孔时限位条卡装在限位槽中，限位条在单根钢管桩周向的连接位置以保证法兰与待安装部件的法兰对正为准。
6.根据权利要求1所述的一种钢管群桩振动打桩方法，其特征是，步骤s4中包括：打桩过程测量、调整群桩垂直度，在桩尖距离桩尖设计标高1～3m时测量贯入度，确保贯入度不大于规范值。
7.一种可用于权利要求4所述的一种钢管群桩振动打桩方法的定位工装，其特征是，包括横梁和若干数量与钢管群桩桩数对应的套筒，每个套筒包括至少两块呈瓦片状的子定位件，子定位件侧面设有限位槽，子定位件相互间可拆卸连接成套筒结构结构，若干套筒通过横梁可拆卸连接。
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2021
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