CN113293869A - 钢立柱后插法施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑施工技术领域，尤其是钢立柱后插法施工工法，包括以下步骤：地面硬化处理，放桩位中心点，埋设钢护筒，钻进成孔；桩孔垂直度检测；安装桩钢筋笼,下导管灌注超缓凝混凝土至桩顶标高并超灌,钢柱固定平台就位,钢立柱植入机就位,吊放钢管柱至钢立柱植入机内,对中心和调整垂直度；夹紧钢管柱固定，钢管柱压入至柱顶标高，然后校准钢管柱垂直度，夹紧钢管柱固定，桩基混凝土初凝后，钢管柱四周均匀对称回填至柱身碎石；本发明了提高钢管柱安装精度和可靠性，实现了钢管柱垂直度的提前预控，使一柱一桩施工质量得到了可靠的保证，同时，还提高了施工效率，加快了施工工期，降低了施工安全风险和成本。

Description

钢立柱后插法施工工法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，尤其涉及钢立柱后插法施工工 法。

背景技术

目前逆作法一柱一桩施工中钢立柱的安装方法常用的有全钢护 筒与桩孔内定位器传统工艺、自制调垂架安装工艺(先插法)、液压 调直架等，这些施工方法要么施工工艺繁琐、安全风险大、要么施工 设备简陋、机械化程度低，安装精度可靠性不高等缺陷。近年来也有 采用DTR全回转钻机来安装钢立柱的，但这设备主要是用来桩清障 的。用它来安装逆作法施工的钢立柱不但有大材小用之嫌，而且其还 有安装精度不高、施工效率低、配套设备多、施工费用高等问题，为 此我们提出钢管柱一种成熟质量可靠的后插法施工工法。

发明内容

本发明的目的在于提供钢立柱后插法施工工法，以解决上述背景 技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：钢立柱后插法施工 工法，包括以下步骤：

S1，地面硬化处理，放桩位中心点，埋设钢护筒，钻进成孔，人 造泥浆灌入孔中，浇注混凝土将孔内的泥浆排出；

S2，桩孔垂直度检测；

S3,安装桩钢筋笼,下导管灌注超缓凝混凝土至桩顶标高并超灌, 钢柱固定平台就位,钢立柱植入机就位,吊放钢管柱至钢立柱植入机 内,对中心和调整垂直度；

S4，夹紧钢管柱固定，钢管柱压入至柱顶标高，然后校准钢管柱 垂直度，固定钢管柱，桩基混凝土初凝后，钢管柱四周均匀对称回填 至柱身碎石；

S5，吊走植入机且钢柱固定平台继续保持夹紧，钢柱固定平台移 除及工具段拆除，浇筑钢管柱内混凝土；

S6，柱顶保护回填，拔除钢护筒，填平场地。

优选的，所述S2中，桩孔垂直度检测包括以下措施：

轴线偏移控制措施：根据场区平面控制网用全站仪放样，确定桩 中心点，后安置钢柱固定平台与桩中心点重合并调平，钢柱固定平台 四个角用12根膨胀螺栓固定；钢柱固定平台验收合格后，安置植入 机并调平；

垂直度控制措施：双测双控的测量方法确保了钢管柱安装的垂直 度达到设计要求，施工中通过在钢管柱顶端安装倾角仪及两台全站仪 互成90度来测量钢管柱垂直度；

标高控制措施：根据场区高程控制点用水准仪观测下压植入过程 工具柱的标高，到达标高后万能平台及植入机共同加紧；桩混凝土初 凝后回填石子到达要求标高后，松开植入机固定夹后观测工具柱的沉 降，混凝土终凝后，松开钢柱固定平台固定夹，再次观测其标高。

优选的，制备泥浆的粘土选用水化快、造浆能力强、粘度大的膨 润土,根据本工程地质条件，泥浆比重控制在1.07～1.1.范围内。

优选的，安装钢管柱的垂直度要求不大于1/600，为确保钢立柱 安装垂直度，要求钻机成孔垂直度不大于1/300。

优选的，所述S4中，混凝土初凝时间应考虑各种运输及施工因 素，应采用水下超缓凝混凝土，缓凝时间应充分保证钢立柱安装过程 中混凝土具有较好的流动性，一般缓凝时间不小于30小时。

优选的，所述S5中，植入机待桩基混凝土初凝后并且钢管柱四 周均匀对称回填至柱身2/3碎石方可移除，此时植入机底部万能平台 的夹紧装置继续保持夹紧状态。

优选的，所述S6中，钢管柱插入完成后混凝土强度达到30％以 上时继续回填碎石至柱顶下约10cm处，移走钢柱固定平台及工具段 拆除。

优选的，所述S6中，灌注桩混凝土强度达到80％以上时，进行 钢管柱内混凝土浇筑，柱顶混凝土终凝后再进行柱顶保护回填，最后 拔除桩孔钢护筒并填平场地。

本发明的有益效果：

本发明技术采用DAG植入机，其自身调垂精度需达到1/1000以 上的精度，且植入机主副夹紧装置需同心同轴，其中心偏差控制在 0.5mm以内，从而提高了钢管柱安装精度和可靠性高。

本发明技术施工中在钢管柱与工具段连接处采用可重复使用的 “锅盖”密封措施，解决了桩孔泥浆及杂物进入钢管柱内的质量“通 病”，这不仅确保钢管柱内高性能混凝土的后浇筑质量，同时也为后 期复测提供有利条件；

本发明相比较于传统施工方法，通过自主研发的自动安平激光铅 锤仪在钢管柱安装完成后再复测其垂直度，不仅能及时反映钢管柱垂 直度情况，而且可以根据反映情况及时进行垂直度纠偏，进而确保了 垂直度的精准度。

本发明优化了钢管柱后插法施工工序，以往通常是在植入机移走 前浇筑钢管柱内混凝土，现改为在植入机移走后浇筑钢管柱内混凝 土。这种不仅改变减少了在钢管柱安装完成后产生的扰动，提高了钢 管柱安装的精度和可靠性，而且提高了植入机等设备的周转率和钢管 柱安装速度。

本发明一柱一桩钢立柱后插施工工法,有利于提高钢管柱调垂精 度，实现了钢管柱垂直度的提前预控，达到地面上直接后浇钢管柱内 混凝土效果，既缩短工期，又节约成本,本发明提高钢管柱安装精度 和可靠性，使一柱一桩施工质量得到了可靠的保证，同时，还提高了 施工效率，加快了施工工期，降低了施工安全风险和成本。

附图说明

图1为本发明的钢管柱顶部安装垂直度检测装置结构示意图；

图2为本发明的锅盖形密封圈结构示意图；

图3为本发明的远程遥控自动伸缩圆心定位器装置结构示意图。

图中：1、上部定位架；2、中间立柱；3、底部圆盘；4、钢质“十 字”架拖；5、中间激光垂准仪；6、顶部棱镜；8、可调螺杆；9、顶 盘；10、密封橡胶垫片；11、圆形密封圈；12、底部固定横杆；13、 钢管柱顶部环板；14、顶部横杆把手；7、定位器；71、铝合金圆托 盘；72、反射棱镜、73、伸缩臂一；732、伸缩臂二、731、固定件一； 734、固定件二，733、电机装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-3，钢立柱后插法施工工法，包括以下步骤：

S1，地面硬化处理，放桩位中心点，埋设钢护筒，钻进成孔；

S2，桩孔垂直度检测；

S3,安装桩钢筋笼,下导管灌注超缓凝混凝土至桩顶标高并超灌, 钢柱固定平台就位,钢立柱植入机就位,吊放钢管柱至钢立柱植入机 内,对中心和调整垂直度；

S4，夹紧钢管柱固定，钢管柱压入至柱顶标高，然后校准钢管柱 垂直度，夹紧钢管柱固定，桩基混凝土初凝后，钢管柱四周均匀对称 回填至柱身碎石；

S5，吊走植入机且钢柱固定平台继续保持夹紧，桩内混凝土达 30％强度后钢柱固定平台移除及工具段拆除，浇筑钢管柱内混凝土；

S6，柱顶保护回填，拔除钢护筒，填平场地。

泥浆制作和净化

一桩一柱施工方法中桩成孔一般采用旋挖钻成孔，为满足施工环 保要求和泥浆重复使用，钻孔时应设置制浆池、循环池及净化处理系 统。制备泥浆的粘土选用水化快、造浆能力强、粘度大的膨润土。根 据本工程地质条件，泥浆比重最好控制在1.07～1.1.范围内，并有 以下性能：

①由膨润土、水、CMC为主要材料，可使其碎屑的沉降缓慢，清 孔容易。

②使孔壁表面在钻孔开始、钻孔完成、钢筋笼下放到混凝土灌注 完成时能够保持长时间稳定。

③具有与混凝土相混合的特性，利用亲液胶体性质，能够被混凝 土代替而排出。

④人造泥浆灌入孔中，在成孔过程中渗入土层中，能够增加地基 的强度，防止地下水流入孔内。

⑤由于旋挖钻机是原始土挖掘钻进，然后灌入泥浆，属静态泥浆， 通过浇注混凝土将孔内的泥浆排出，可经过泥浆旋流净化除砂装置， 使泥浆中分离沙土后能重复使用。

本实施例中，钢管柱加工和现场拼装，钢柱柱一般采用工厂加工， 如钢管柱过长运输受限，钢管柱还需分段加工，现场对接拼装，钢柱 加工和拼装要求如下：

1)钢管柱对接的焊缝，外表面必须光洁、平整，不得出现凹凸 不平的现象；

2)钢柱端板与柱身垂直度允许偏差2mm；

3)钢柱端板平整度允许偏差2mm；

4)起吊挠度不宜超过1/1000L；

5)每根钢管柱加工和现场拼装(含工具段)垂直度控制在5mm 内。

本实施例中，混凝土初凝时间应考虑各种运输及施工因素，应采 用水下缓凝混凝土，缓凝时间应充分保证钢管柱安装过程中混凝土具 有较好的流动性，一般缓凝时间不小于30小时，粗骨料采用5-25mm 连续级配碎石。

本实施例中，为保证一柱一桩施工的垂直度，DAG植入机自身调 垂精度需达到1/1000以上的精度，且植入机主副夹紧装置需同心同 轴，其中心偏差应控制在0.5mm以内，植入机对钢管柱调节力度、导 向纠偏装置以及辅助测斜仪均需满足一柱一桩施工要求。

本实施例中，一柱一桩是逆作施工中的结构柱，对其垂直度要求 极高。本工程，一柱一桩的钢管柱垂直度要求达到1/600，为确保一 柱一桩施工中的钢管柱的插入深度、中心位置及垂直度均满足设计要 求，需达到以下几点要点：

本实施例中，为保证钢管柱安装过程中植入机稳固，对每根桩位 周边用C25混凝土硬化，硬化区域中心与桩中心一致，可配置C12@250 双层双向钢筋网，硬化面层顶标高应位于设计钢管柱顶标高以上2m 位置，偏差不大于5cm，中心区预留直径2200mm范围不硬化，用于 护筒埋设。固定植入机处地面要平整，其误差应≤5mm。

本实施例中，桩位控制措施：

1)、根据场区平面控制网用全站仪放样，确定桩中心点，后安 置钢柱固定平台与桩中心点重合并调平，钢柱固定平台四个角用12 根膨胀螺栓固定；

2)、钢柱固定平台验收合格后，安置植入机并调平。

垂直度控制措施：

为了保证钢管柱垂直度精度和可靠性，采取以下双测双控来保证 垂直度。

1)、在工具柱顶端安放倾角传感器，通过36V电压与地面的倾 角显示仪连接，可直观的看到倾斜数据，每个钢管柱下压行程校准仪 一次，要求倾角仪数据≤0.1度。

2)、在两个垂直的方向各架设一台全站仪，通过工具段上成90 度角的两直线来校准钢管柱垂直度，每个钢管柱下压行程校准仪一 次。要求工具段上4m线允许偏差≤5mm。

以上两种测量方法必须相互验证，如果其中的一个数据超标，植 入机必须继续调整钢管柱垂直度，直到满足要求。

标高控制措施：

1)、根据场区高程控制点用水准仪观测下压植入过程工具段上 已标记好的钢管柱顶标高，压到标高后固定平台及植入机共同加紧， 保证其固定牢固。

2)、桩混凝土初凝后回填石子到达要求标高后，松开植入机固 定夹后观测工具柱的沉降(与原观测点位置对比)，混凝土终凝后(及 再次回填石子到达要求标高后)，松开钢柱固定平台固定夹，再次复 测其标高。

本实施例中，灌注桩施工，桩基成孔施工宜采用长4m、壁厚不 小于20mm的加长钢护筒，护筒不仅起到护壁作用，且埋设护筒时应 控制其垂直度，在成桩过程中起到一个导向作用，成孔结束后为植入 机提供孔口支撑。施工过程中应控制护筒中心，桩中心、植入机主副 夹紧装置中心的偏差在10mm以内。

安装钢管柱的垂直度要求不大于1/600，为确保钢管柱安装垂直 度，要求钻机成孔垂直度不大于1/300。

本实施例中，整根钢管柱现场对接拼装焊接和验收完成后，将钢 管柱采用3点吊吊装入植入机安装孔内，吊装时采用2台吊机，主吊 置于上端，副吊置于下端帮助钢管柱扶正，钢管柱扶正后撤走副吊， 主吊将钢管柱调入植入机安装孔内，注意钢管柱安装就位完成前，不 要摘吊钩，钢丝绳保持松弛状态。

本实施例中，钢管柱插入施工要点

1)测斜仪装置必须与钢管柱内壁的固定紧密、牢固，两台仪器 必须垂直布置，以便更准确反映钢管柱的垂直度；

2)植入机吊装就位时，其主副夹紧装置与桩中心偏差不大于 10mm，并在地面上使用胀栓固定四个支腿确保植入机的稳定性；

3)工具段与钢管柱对接后，在钢管柱顶部安装有可重复使用的 锅盖密封圈，以防止杂物及泥浆进入钢管柱内，以防止泥浆和杂物掉 入钢管柱内，影响钢管柱垂直度复测和混凝土浇筑质量。

如图2所示，锅盖密封圈包括钢管柱顶部环板13，钢管柱顶部 环板13上开设有通孔，通孔内安装有底部固定横杆12,横杆12的顶 部固定有可调螺杆8，可调螺杆8上螺纹安装有顶盘9，顶盘9的顶 部设有密封橡胶垫片10，顶盘9的底部安装有圆形密封圈11，可调螺杆8的顶部安装有顶部横杆把手14。

钢管柱顶部安装锅盖密封圈的使用方法：先将“锅盖”装置底部 固定横杆通过钢管柱顶部环板预留好的凹槽，保持“锅盖”顶盘固定， 转动顶部横杆把手使可调螺杆向上提升，直至“锅盖”底部圆形密封 圈与钢管柱顶部环板贴紧无缝隙为止。

4)考虑到泥浆、混凝土的浮力及钢管柱自身质量，下插过程中 如浮力过大，可采用配重或在柱内灌注清水来增加自重，也可控制泥 浆液面减少泥浆浮力；

5)植入机下插钢管柱前，应将钢管柱下插至混凝土面以上0.5m 位置时，对钢管柱的垂直度进行校核，若达不到设计要求，则继续纠 偏；

6)植入机下插过程中，每个行程完成后都应对进行钢管柱进行 纠偏，如出现测斜仪实时数据突然偏大时，应将钢管柱拔起100mm以 内，并静置1分钟内再缓慢插入钢管柱；

7)钢管柱插入过程中通过工具段柱身的刻度控制钢管柱插入深 度，直至插入设计标高后，并再次复核钢管柱垂直度合格后方可进行 主副夹紧装置夹紧固定钢管柱，同时将DAG植入机底部钢柱平台的夹 紧装置夹紧固定；

8)当钢管柱下插至最后一个行程(500mm)时,在钢管柱底部安 放可远程遥控自动伸缩圆心的定位器，待钢管柱底部装置安装完成 后，再在钢管柱顶部安装垂直度检测装置(如图1)，底部与顶部装 置安装完成后开启激光垂准仪，若投射的激光可以从底部的反射棱镜 反射上来，说明该钢管柱的垂直度满足1/600的要求，如不满足要求， 则可提起钢柱重新插入，如图3。

如图3所示，定位器包括铝合金圆托盘71，铝合金圆托盘71上 安装有反射棱镜72、固定件一731和固定件二734，固定件一731和 固定件二734为三个，三个固定件一731和固定件二734呈环形均匀 设置，固定件一731和固定件二734之间安装有伸缩臂一73和电机装置733，伸缩臂一73上安装伸缩臂二732。

如图1所示，钢管柱顶部安装垂直度检测装置包括钢质“十字” 架拖4，钢质“十字”架拖4上安装有底部圆盘3，底部圆盘3上固 定有之间中间管柱2，钢质“十字”架拖的上方设有中间激光垂准仪 5，中间激光垂准仪5与中间管柱2固定连接，中间管柱2的顶部固 定有上部定位架1，上部定位架1的顶部安装有顶部棱镜6。

10)植入机待桩基混凝土初凝后并且钢管柱四周均匀对称回填至 柱身2/3碎石方可移除，此时植入机底部万能平台的夹紧装置继续保 持夹紧状态；

柱内浇筑、回填

钢管柱插入完成后混凝土强度达到4MPa以上时继续回填碎石至 柱顶下约100mm处，移走钢柱固定平台及工具段拆除。当灌注桩混凝 土强度达到70％以上时，进行钢管柱内混凝土浇筑。柱顶混凝土终凝 后再进行柱顶保护回填，最后拔除桩孔钢护筒并填平场地。

本发明技术采用DAG植入机，其自身调垂精度需达到1/1000以 上的精度，且植入机主副夹紧装置需同心同轴，其中心偏差控制在0.5mm以内，从而提高了钢管柱安装精度和可靠性高。

本发明技术施工中通过在钢管柱顶端安装倾角仪及两台全站仪 互成90度来测量钢管柱垂直度，相互验证。这种双测双控的测量方 法确保了钢管柱安装的垂直度达到设计要求。

本发明技术施工中在钢管柱与工具段连接处采用可重复使用的 “锅盖”密封措施，解决了桩孔泥浆及杂物进入钢管柱内的质量“通 病”，这不仅确保钢管柱内高性能混凝土的后浇筑质量，同时也为后 期复测提供有利条件；

本发明相比较于传统施工方法，通过自主研发的自动安平激光铅 锤仪在钢管柱安装完成后再复测其垂直度，不仅能及时反映钢管柱垂 直度情况，而且可以根据反映情况及时进行垂直度纠偏，进而确保了 垂直度的精准度。

本发明优化了钢管柱后插法施工工序，以往通常是在植入机移走 前浇筑钢管柱内混凝土，现改为在植入机移走后浇筑钢管柱内混凝 土。这种不仅改变减少了在钢管柱安装完成后产生的扰动，提高了钢 管柱安装的精度和可靠性，而且提高了植入机等设备的周转率和钢管 柱安装速度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、 “横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、 “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备或元件必须具有特定的方位、以 特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为 指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由 此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个 或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范 围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技 术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改 变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.钢立柱后插法施工工法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，地面硬化处理，放桩位中心点，埋设钢护筒，钻进成孔，人造泥浆灌入孔中，浇注混凝土将孔内的泥浆排出；

S2，桩孔垂直度检测；

S3,安装桩钢筋笼,下导管灌注超缓凝混凝土至桩顶标高,钢管柱固定平台就位,钢管柱植入机就位,吊放钢管柱至钢立柱植入机内,对中心和调整垂直度；

S4，夹紧钢管柱固定，钢管柱压入至柱顶标高，然后校准钢管柱垂直度，固定钢管柱，桩基混凝土初凝后，钢管柱四周均匀对称回填至柱身碎石；

S5，吊走植入机且钢柱固定平台继续保持夹紧，钢柱固定平台移除及工具段拆除，浇筑钢管柱内混凝土；

S6，柱顶保护回填，拔除钢护筒，填平场地。

2.根据权利要求1所述的钢立柱后插法施工工法，其特征在于，所述S2中，桩孔垂直度检测包括以下措施：

轴线偏移控制措施：根据场区平面控制网用全站仪放样，确定桩中心点，后安置钢柱固定平台与桩中心点重合并调平，钢柱固定平台四个角用12根膨胀螺栓固定；钢柱固定平台验收合格后，安置植入机并调平；

垂直度控制措施：双测双控的测量方法确保了钢管柱安装的垂直度达到设计要求，施工中通过在钢管柱顶端安装倾角仪及两台全站仪互成90度来测量钢管柱垂直度；

标高控制措施：根据场区高程控制点用水准仪观测下压植入过程工具柱的标高，到达标高后万能平台及植入机共同加紧；桩混凝土初凝后回填石子到达要求标高后，松开植入机固定夹后观测工具柱的沉降，混凝土终凝后，松开钢柱固定平台固定夹，再次观测其标高。

3.根据权利要求1所述的钢立柱后插法施工工法，其特征在于，制备泥浆的粘土选用水化快、造浆能力强、粘度大的膨润土,根据本工程地质条件，泥浆比重控制在1.07～1.1.范围内。

4.根据权利要求1所述的钢立柱后插法施工工法，其特征在于，安装钢管柱的垂直度要求不大于1/600，为确保钢立柱安装垂直度，要求钻机成孔垂直度不大于1/300。

5.根据权利要求1所述的钢立柱后插法施工工法，其特征在于，所述S4中，混凝土初凝时间应考虑各种运输及施工因素，应采用水下超缓凝混凝土，缓凝时间应充分保证钢立柱安装过程中混凝土具有较好的流动性，一般缓凝时间不小于30小时。

6.根据权利要求1所述的钢立柱后插法施工工法，其特征在于，所述S5中，植入机待桩基混凝土初凝后并且钢管柱四周均匀对称回填至柱身2/3碎石方可移除，此时植入机底部万能平台的夹紧装置继续保持夹紧状态。

7.根据权利要求1所述的钢立柱后插法施工工法，其特征在于，所述S6中，钢管柱插入完成后混凝土强度达到4MPa以上时继续回填碎石至柱顶下约10cm处，移走钢柱固定平台及工具段拆除。

8.根据权利要求1所述的钢立柱后插法施工工法，其特征在于，所述S6中，灌注桩混凝土强度达到80％以上时，进行钢管柱内混凝土浇筑，柱顶混凝土终凝后再进行柱顶保护回填，最后拔除桩孔钢护筒并填平场地。

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