CN113756348B - 一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置与方法，所述装置包括定位导架（1）、钢管定位桩（2）、钢护筒（3）、锚固销装置（4）、定位卡扣（5）和钢板桩插打卡槽架（6）。定位导架固定于定位桩上，定位卡扣安设在定位导架的工字钢上，并通过锚固销装置与钢护筒进行连接；锚固销装置由可自由转动的固定杆（41）和固定锚块（42）连接而成；钢护筒通过锚固销装置的固定杆连接于定位卡扣上，通过顶部和侧向松紧旋扭把手的松紧实现定位卡扣在工字钢上横向位置的无级调节。本发明产品解决了长期以来钢板桩插打施工过程中不能正确定位与控制垂直度的难题，极大地提高了钢板桩围堰施工的质量与效率，施工操作方便，配套设备少，能极大地降低施工成本。

Description

一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置与方法

技术领域

本发明涉及一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置与方法，属土建工程技术领域。

背景技术

钢板桩是一种边缘带有联动装置,且这种联动装置可以自由组合以便形成一种连续紧密的挡土或者挡水墙的钢结构体。

随着我国交通工程建设的发展，桥梁的设计不仅要满足跨越江河湖海的通行要求。而且还需满足环境、景观及地理位置要求。在设计时往往为保证通航安全及泄洪时的最大流量，水中墩基础形式会设计为低桩承台，使承台完全埋置于河床之下，承台基槽不能采用吸泥的方法形成，需在围堰内垂直开挖。针对这种情况通常会选择钢板桩围堰进行施工。

钢板桩的插打施工质量影响到围堰结构的安全和稳定，也影响到结构的防水效果，在整个钢板桩围堰施工过程中占有重要地位。

在桥梁墩台基础施工过程中，经常遇到部分墩台位于软弱地层地段，相关承台则位于地面以下一定高度，相应的承台与部分墩柱施工则需采用钢板桩围堰施工，但由于在软弱地层等特殊地层条件下，钢板桩的插打存在较多困难，表现在：

① 为了使钢板桩围堰有足够刚度，满足整体受力需要，钢板桩通常需要插入到较为坚硬的地层一定深度。

②当钢板桩插打力超过一定值后，就可能存在打入较慢或者打不下去的情况；

③如果遇到特别坚硬的地层就需要采用引孔机引孔，以便钢板桩能顺利插打到位，正确的引孔如图1所示。

④但由于工程所处位置地面往往不在一个平面上，现场通常未设施工导向框，但会采用钢护筒进行定位。在软弱地层地段，钢护筒的定位能力较差，它往往会在引孔施工时，随着引孔机械的震动而发生位移，且这种位移还较难被发现，更是难以控制，造成引孔偏差，给钢板桩的插打带来困难，失败的引孔如图2所示。

引孔施工时，为确保引孔位置的正确性，通常在需要引孔的位置设置钢护筒，使引孔机械尽可能保持位置，并同时控制引孔垂直度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，引孔施工时钢护筒及相关装置如何实现定位与移动控制，包括引孔位置的正确定位与导向、钢护筒垂直度的无级调整、引孔位置的临时固定与保持、钢护筒及相关装置的横向无级移动与保持、将钢护筒上下口安装定位卡槽后亦可作为钢板桩插打时的定位与导向装置，提出一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置与方法。

本发明实现的技术方案如下，一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置，所述装置包括定位导架、钢管定位桩、钢护筒、锚固销装置、定位卡扣和钢板桩插打卡槽架；定位导架固定于定位桩上，定位卡扣安设在定位导架的工字钢上，并通过锚固销装置与钢护筒进行固定和连接；锚固销装置由可自由转动的固定杆和固定锚块连接而成，即通过固定锚块上的旋扭把手松紧对固定杆进行调节固定，还通过固定锚块上特制的锚固螺栓与钢护筒进行调节固定；钢护筒通过锚固销装置的固定杆连接于无级定位卡扣上，并通过顶部和侧向松紧旋扭把手的松紧实现定位卡扣在工字钢上横向位置的无级调节；所述钢护筒定位装置，还可以通过在钢护筒上安装钢板桩插打卡槽架，来实现钢板桩的插打定位施工。

所述定位导架由四根工字钢焊接而成的四方形；工字钢的上下平面垂直于水平面放置；在工字钢垂直交叉的四个角分别通过固定钢板焊接安装在四个钢管定位桩上。

所述定位卡扣包括卡扣架、顶部松紧旋钮把手、支撑块、支撑杆、侧向松紧旋钮把手和固定垫片；所述卡扣架为G形结构，上部平面垂直方向设置有带顶部松紧旋钮把手的螺栓，从垂直方向将卡扣架固定在工字钢上；所述卡扣架下部有U形卡槽，U形卡槽的槽宽略大于工字钢垂直面的厚度，U形卡槽侧面设置了带有侧向松紧旋钮把手的螺栓，从水平方向将卡扣架固定在工字钢上；所述卡扣架的垂直平面外侧在同一水平位置焊接有两块相隔一定距离的支撑块；两块支撑块的侧面中心位置设置有与卡扣架的垂直平面平行的直通圆孔，直通圆孔可插入支撑杆；为实现固定杆与支撑块的活动连接，两块支撑块之间的距离大于固定杆直径的3倍；两根固定杆的端部均焊接有中空套筒，并与其形成T形焊接状态；固定杆端部的中空套筒与支撑块的直通圆孔保持在同一轴线上，且固定杆置于两个支撑块之间，支撑杆则依次穿过支撑块内直通圆孔、固定杆端部的中空套筒，并穿出另一个支撑块的直通圆孔，完成锚固稍装置于固定卡扣的链接，同时保证了固定杆的自由转动；支撑杆上的两根固定杆的转动动作互不干涉。

所述钢护筒外壁两侧装有共四组锚固销装置，分别安装固定在钢护筒外壁轮廓线的对称位置；两个锚固销装置相隔一定距离通过钢护筒加强板安装在钢护筒外壁上。

所述锚固销装置包括固定杆、固定锚块、旋钮把手、螺杆、锚固螺杆和螺帽；所述固定锚块是一长方柱形结构，长度方向的横截面为正方形，在固定锚块长度方向两端正方形面中央开有圆通孔；在固定锚块一侧面中部垂直于该侧面上开有螺孔，螺孔直至圆通孔，用于插入固定杆；在固定锚块与螺孔相邻一侧面，垂直于该侧面的中部开有椭圆孔，穿过垂直的圆通孔一定深度后止，椭圆孔的延长段为圆孔，圆孔贯穿固定锚块，圆孔直径略大于锚固螺杆的螺栓直径，圆孔与椭圆孔均为水平方向，且处同一轴线。

所述钢板桩插打卡槽架是通过在钢护筒上口和下口的适当位置钻孔垂直于钢护筒中心线安装在钢护筒内壁上；所述钢板桩插打卡槽包括双排钢筋架，上定位卡槽、下定位卡槽和调节螺帽；上定位卡槽和下定位卡槽分别设置在双排钢筋架上，双排钢筋架的两端通过螺栓和调节螺帽安装在钢护筒内壁上；钢板桩插打卡槽架可实现钢板桩插打的定位；只是此时的钢护筒不再压入土体，而是置于地面上；插打钢板桩的前后垂直度由钢护筒的垂直度控制，左右垂直度可通过定位卡槽在钢护筒孔眼的内外两侧螺帽进行适当移动调节。

一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置的定位的方法如下：

（1）在钢板桩围堰内侧约1m处设置工字钢或类似型钢组成的定位导架；即在距围堰内侧约1m的四角方位处打入4根钢管桩作为定位桩，在定位桩上架设定位导架，定位导架须确保整体稳定性；

（2）准备钢护筒，在钢护筒横截面直径两侧的外壁上安装锚固销装置；锚固销装置的固定锚块通过钢护筒加强板安装固定在钢护筒外壁上，上下各一块处同一竖直线；固定锚块通过特制的锚固螺栓和螺帽固定在钢护筒上，锚固螺栓由螺栓杆和椭圆形螺栓柄组成，锚固螺栓一端穿过固定锚块上的锚固螺栓通道、钢护筒加强板和钢护筒后，在钢护筒内侧与螺帽进行固定，滞留在固定锚块内锚固螺栓通道的椭圆形锚固螺栓柄，可防止固定锚块的肆意转动；固定锚块的中心固定杆通道，则通过通道口垂直上方的旋钮把手来固定或调节固定杆；

（3）锚固销装置的固定杆另一端连接于无级定位卡扣上，固定杆的端部焊接有中空套筒，并与固定杆形成T形焊接状态；支撑杆依次穿过支撑块内直通圆孔、两根固定杆端部的中空套筒，并穿出另一个支撑块的直通圆孔，固定杆的中空套筒置于两个支撑块的中心位置，且保证支撑块的直通圆孔与固定杆端部的中空套筒中心处于同一轴线上，将支撑杆穿过此中心后，完成锚固销装置与固定卡扣的连接；定位卡扣安装固定在定位导架上，即固定于定位导架的工字钢上；通过顶部和侧向松紧旋扭把手的松紧实现定位卡扣在工字钢上横向位置的无级调节。

（4）本装置还可实现钢板桩的插打定位，其方法是当钢护筒不再压入土体，而是置于地面上一定高度时，通过在钢护筒上口和下口适当位置钻孔，插入焊接有定位卡槽的双排钢筋架，并通过架体一端的调节螺帽进行调节固定；使得上、下定位卡槽在垂直定位点上保持一直，实现钢板桩的插打定位。

本发明的有益效果在于，本发明不改变现有施工原理与要求，也不改变现有的施工方法，只需在设计的钢板桩围堰内侧设置定位导架，再在导架上安装钢护筒定位导向装置，即可达到目的。本发明操作方便，配套设备少，满足特殊地质条件需要，施工人员容易接受，并很快可以熟练地操作。本发明产品解决了长期以来钢板桩引孔施工不能正确定位与控制定位的难题，并在应对复杂多变的现场施工环境时，极大地提高了钢板桩围堰施工的质量与效率，降低了施工成本。随着现场桥梁施工桩基数量的日益增加，承台标高的不断降低，钢板桩的应用量也将不断加大，钢板桩引孔位置控制难题的解决将为国家桥梁建设创造出巨大的经济效益。

本发明解决了在钢板桩引孔施工过程中位置难以掌控的问题，可准确快速的完成引孔施工，确保引孔位置的正确性，只要保证了每个引孔施工的基本质量，钢板桩插打困难的问题得以解决，可广泛应用于钢板桩引孔施工领域。与此同时，将本装置钢护筒上下口附近安装相应钢板桩插打卡槽架，还可实现钢板桩插打的定位与导向，而不需要另行安装专门的定位与导向架，实现钢板桩引孔的定位与固定及钢板桩本身插打定位与导向等系列问题，确保钢板桩的插打质量。

附图说明

图1为正确的引孔示意图；

图2为失败的引孔示意图；

图3为定位导架平面示意图；

图4为定位导架三维示意图；

图5为A放大视图定位导架焊接固定示意图；

图6为钢护筒定位装置组成示意图；

图7为卡扣与固定杆支撑结构示意图；

图8为卡扣与固定杆支撑分解三维示意图；

图9为无级调节装置安装示意图；

图10为固定锚块结构示意图；

图11为固定锚块剖视图；

图12为钢板桩插打卡槽架示意图；

图13为钢板桩插打卡槽架与钢护筒安装相应卡槽正视图；

图中，1为定位导架；2为钢管定位桩；3为钢护筒；4为锚固销装置；5为定位卡扣；6为钢板桩插打卡槽架；7为钢板桩围堰装置；11为工字钢；12为固定钢板；13为焊点；31为钢护筒加强板；32为孔口；41为固定杆；42为固定锚块；43为螺旋把手；44为螺杆；45为螺帽；46为带椭圆状螺栓柄的锚固螺栓；47为固定杆通道；48为椭圆螺栓柄通道；49中空套筒；51为顶部松紧旋钮把手；52为支撑块；53为支撑杆；54为卡扣架；55为侧向松紧旋钮把手；56为固定垫片；61为双排钢筋架；62为上定位卡槽；63为下定位卡槽,64调节螺帽。

具体实施方式

如图3和图4所示，本实施例一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置，包括定位导架1、钢管定位桩2、钢护筒3、锚固销装置4、定位卡扣5和钢板桩插打卡槽架6。

如图5所示，定位导架1通过固定钢板焊接固定于定位桩2上。

如图6所示，本实施例的钢护筒3通过锚固销装置4的固定杆41连接于定位卡扣5上。定位卡扣5安设在定位导架1上，即固定于定位导架的工字钢11上，通过顶部松紧旋扭把手51和侧向松紧旋扭把手55的松紧实现定位卡扣5在工字钢11上横向位置的无级调节；定位卡扣5的外侧连接可活动的固定杆41，并实现固定杆41的自由转动；固定杆41的另一端插入固定于钢护筒3上的锚固销装置4上，通过旋扭把手43的松紧实现固定杆41的无级调节和钢护筒3的定位与固定。

为增加钢护筒的局部钢度，在需要安装锚固销装置4的两侧增焊一块固定钢板12作为加强板，固定钢板12的长度与钢护筒等高。在固定钢板12的上部与下部适当位置安装锚固销装置4：上面一个锚固销装置的固定锚块安装在距钢护筒口20~50mm的位置，下面一个锚固销装置的固定锚块距上面的固定锚块（0.5~0.8）倍钢护筒高的位置；通过旋钮螺丝卡住固定杆41的方式实现对钢护筒3的定位固定（如图8所示）。

本实施例的固定锚块42由长方体实心铁块加工而成，具体尺寸根据固定杆41直径大小选取，以满足相应的强度与刚度为度。一般可按宽度150mm以上,长度和高度在100mm～150mm之间设置。

固定锚块42中心圆孔直径大于固定杆41直径10mm左右，为25mm～35mm，以方便固定杆安装。带椭圆状螺栓柄的锚固螺杆46的一端为螺纹，与螺帽45配合，另一端为椭圆式柄状结构，供固定锚块42锚固旋紧及防止旋紧时螺杆的转动。

带椭圆状螺栓柄的锚固螺杆46直径亦可根据固定杆直径大小选取，以满足相应的强度与刚度为度，一般可选用12mm～22mm的钢筋加工，但要考虑椭圆状防转动与拔出的柄状焊接与加工，确保固定锚块42既能锚固于钢护筒3上，又能正常转动，实现钢护筒3位置的调整与保持。

为方便带椭圆状螺栓柄的锚固螺栓46在固定锚块42上的安装，在固定锚块42上还钻有一椭圆状孔，带椭圆状螺栓柄的锚固螺栓46安装时，可从该孔插入。为确保固定锚块42既能锚固于钢护筒3上，又能正常转动，固定锚块42锚固侧的孔通道48由两部分组成，分别是横穿过固定杆通道47后5mm～10mm左右的为椭圆状孔通道，其余为圆孔通道，圆孔通道直径比锚固螺栓46直径大1mm～5mm左右，以方便带椭圆状螺栓柄的锚固螺栓46能正常穿过固定锚块42的孔通道48，与此同时，带椭圆状螺栓柄的锚固螺栓46的椭圆状螺栓柄可防止固定锚块42的肆意转动，即在安装带椭圆状螺栓柄的锚固螺栓46一侧只让防转动柄埋入锚固内而不影响固定杆41即可（如图10和图11所示）。

现场施工时，先从椭圆状孔通道48中插入带椭圆状螺栓柄的锚固螺栓46，带椭圆状螺栓柄的锚固螺栓46穿出固定锚块42后，将椭圆状柄端顶紧后，再在钢护筒3内侧上螺帽45并旋紧，固定锚块42便连接固定至钢护筒3上了。然后在固定锚块42中的固定杆通道47插入固定杆41，调整位置，将钢护筒3压入设计位置的土体中，最后再旋紧把手，便可实现钢护筒3的定位与固定。

本实施例在钢护筒3上口和下口适当位置钻孔32，安装钢板桩插打定位架6，包括双排钢筋架61，上定位卡槽62、下定位卡槽63和内外两侧的调节螺帽64，则可实现钢板桩插打的定位，只是此时的钢护筒3不再压入土体，而是置于地面上。插打钢板桩的前后垂直度可由钢护筒3的垂直度控制，左右垂直度可通过双排钢筋卡槽在钢护筒孔眼内的适当移动调节（如图12和图13所示）。

Claims (7)

1.一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置，其特征在于，所述装置包括定位导架、钢管定位桩、钢护筒、锚固销装置、固定卡扣和钢板桩插打卡槽架；所述定位导架固定于定位桩上，定位卡扣安设在定位导架的工字钢上，并通过锚固销装置与钢护筒进行固定和连接；所述锚固销装置由可自由转动的固定杆和固定锚块连接而成，即通过固定锚块上的旋扭把手松紧对固定杆进行调节固定，还通过固定锚块上特制的锚固螺栓与钢护筒进行调节固定；所述钢护筒通过锚固销装置的固定杆连接于无级定位卡扣上，并通过顶部和侧向松紧旋扭把手的松紧实现定位卡扣在工字钢上横向位置的无级调节；所述钢护筒，还可通过在钢护筒上安装的钢板桩插打卡槽架，实现钢板桩的插打定位施工。

2.根据权利要求1所述的一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置，其特征在于，所述定位导架由四根工字钢焊接而成的四方形；工字钢的上下平面垂直于水平面放置；在工字钢垂直交叉的四个角分别通过固定钢板焊接安装在四个钢管定位桩上。

3.根据权利要求1所述的一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置，其特征在于，所述定位卡扣包括卡扣架、顶部松紧旋钮把手、支撑块、支撑杆、侧向松紧旋钮把手和固定垫片；所述卡扣架为G形结构，上部平面垂直方向设置有带顶部松紧旋钮把手的螺栓，从垂直方向将卡扣架固定在工字钢上；所述卡扣架下部有U形卡槽，U形卡槽的槽宽大于工字钢垂直面的厚度，U形卡槽侧面设置了带有侧向松紧旋钮把手的螺栓，从水平方向将卡扣架固定在工字钢上；所述卡扣架的垂直平面外侧在同一水平位置焊接有两块相隔一定距离的支撑块；两块支撑块的侧面中心位置设置有与卡扣架的垂直平面平行的直通圆孔，直通圆孔可插入支撑杆；为实现固定杆与支撑块的活动连接，两块支撑块之间的距离大于固定杆直径的3倍；两根固定杆的端部均焊接有中空套筒，并与其形成T形焊接状态；固定杆端部的中空套筒与支撑块的直通圆孔保持在同一轴线上，且固定杆置于两个支撑块之间，支撑杆则依次穿过支撑块内直通圆孔、固定杆端部的中空套筒，并穿出另一个支撑块的直通圆孔，完成锚固销装置与固定卡扣的连接；同时保证了固定杆的自由转动；支撑杆上的两根固定杆的转动动作互不干涉。

4.根据权利要求1所述的一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置，其特征在于，所述钢护筒外壁两侧装有共四组锚固销装置，分别安装固定在钢护筒外壁轮廓线的对称位置；两个锚固销装置相隔一定距离通过钢护筒加强板安装在钢护筒外壁上。

5.根据权利要求4所述的一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置，其特征在于，所述锚固销装置包括固定杆、固定锚块、旋钮把手、螺杆、锚固螺杆和螺帽；所述固定锚块是一长方柱形结构，长度方向的横截面为正方形，在固定锚块长度方向两端正方形面中央开有圆通孔，用于插入固定杆；在固定锚块一侧面中部垂直于该侧面上开有螺孔，螺孔直至圆通孔；在固定锚块与螺孔相邻一侧面，垂直于该侧面的中部开有椭圆孔，穿过垂直的圆通孔一定深度后止，椭圆孔的延长段为圆孔，圆孔贯穿固定锚块，圆孔直径略大于锚固螺杆的螺栓直径，圆孔与椭圆孔均为水平方向，且处同一轴线。

6.根据权利要求4所述的一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置，其特征在于，所述钢板桩插打卡槽架是通过在钢护筒上口和下口的适当位置钻孔垂直于钢护筒中心线安装在钢护筒内壁上；所述钢板桩插打卡槽包括双排钢筋架，上定位卡槽、下定位卡槽和调节螺帽；上定位卡槽和下定位卡槽分别设置在双排钢筋架上，双排钢筋架的两端通过螺栓和调节螺帽安装在钢护筒内壁上；钢板桩插打卡槽架可实现钢板桩插打的定位；只是此时的钢护筒不再压入土体，而是置于地面上；插打钢板桩的前后垂直度由钢护筒的垂直度控制，左右垂直度可通过定位卡槽在钢护筒孔眼的内外两侧螺帽进行适当移动调节。

7.根据权利要求1所述的一种钢板桩引孔施工钢护筒定位装置，其特征在于，所述钢板桩引孔施工钢护筒定位的方法如下：

（1）在钢板桩围堰内侧1m处设置工字钢或型钢组成的定位导架；即在距围堰内侧1m的四角方位处打入4根钢管桩作为定位桩，在定位桩上架设定位导架，定位导架须确保整体稳定性；

（2）准备钢护筒，在钢护筒横截面直径两侧的外壁上安装锚固销装置；锚固销装置的固定锚块通过钢护筒加强板安装固定在钢护筒外壁上，上下各一块处同一竖直线；固定锚块通过特制的锚固螺栓和螺帽固定在钢护筒上，锚固螺栓由螺栓杆和椭圆形螺栓柄组成，锚固螺栓一端穿过固定锚块上的锚固螺栓通道、钢护筒加强板和钢护筒后，在钢护筒内侧与螺帽进行固定，滞留在固定锚块内锚固螺栓通道的椭圆形锚固螺栓柄，可防止固定锚块的肆意转动；固定锚块的中心固定杆通道，则通过通道口垂直上方的旋钮把手来固定或调节固定杆；

（3）锚固销装置的固定杆另一端连接于无级定位卡扣上，固定杆的端部焊接有中空套筒，并与固定杆形成T形焊接状态；支撑杆依次穿过支撑块内直通圆孔、两根固定杆端部的中空套筒，并穿出另一个支撑块的直通圆孔，固定杆的中空套筒置于两个支撑块的中心位置，且保证支撑块的直通圆孔与固定杆端部的中空套筒中心处于同一轴线上，将支撑杆穿过此中心后，完成锚固销装置与固定卡扣的连接；定位卡扣安装固定在定位导架上，即固定于定位导架的工字钢上；通过顶部和侧向松紧旋扭把手的松紧实现定位卡扣在工字钢上横向位置的无级调节；

（4）本装置还可实现钢板桩的插打定位，其方法是当钢护筒不再压入土体，而是置于地面上一定高度时，通过在钢护筒上口和下口适当位置钻孔，插入焊接有定位卡槽的双排钢筋架，并通过架体一端的调节螺帽进行调节固定；使得上、下定位卡槽在垂直定位点上保持一直，实现钢板桩的插打定位。

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