CN115094868A - 一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，包括施工准备、施工平台搭建、定位装置就位、斜向钢管桩就位、冲孔施工以及钢管桩插打施工、混凝土灌注，利用定位装置对钢管桩进行定位导向，并交替进行冲孔操作和钢管桩插打操作，在保证钢管桩平稳就位的情况下，逐步将刚护筒插打至砾岩层内，降低了孔洞坍塌的概率，同时有利于在插打钢管桩时保证钢管桩结构完好，有利于提高斜桩成型质量。本发明具有利于提高斜桩成型质量的效果。

Description

一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法
技术领域
本发明涉及成孔嵌岩施工的领域，尤其是涉及一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法。
背景技术
嵌岩施工主要为了保证码头桩基受力，而对钢管桩进行嵌岩施工，将码头上部结构的作用力通过桩基传导至岩层中，其中，安照插打方向，钢管桩分为直桩和斜桩，均采用冲锤进行冲孔。
在实际施工中，码头处河道土层的下方多为砾岩层，砾岩是由百分之50以上直径大于2毫米的砾石、卵石胶结而成，砾岩层坚硬，若直接将钢管桩斜向插打至砾岩层，容易发生钢管桩偏移，甚至造成钢管桩底部损坏破裂，若先进行冲孔操作，圆砾石松散容易使得孔洞坍塌，钢管桩仍难以就位，偏差过大的斜桩需要拆除并重新插打，存在斜桩施工质量差以及施工效率低的问题，因此仍有改进空间。
发明内容
为了提高斜桩施工质量和施工效率，本发明提供一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法。
本发明提供的一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法采用如下的技术方案：
一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，包括以下步骤：
S1：施工准备：预先制作定位装置和冲锤，准备施工所需材料和施工设备，并运至现场，定位装置包括限位座，在限位座开设有定位孔，定位孔用于对斜向钢管桩进行导向定位；
S2：施工平台搭建：在码头施工位置搭建水中施工平台；
S3：定位装置就位：将定位装置运至施工平台，定位装置的定位孔斜向设置；
S4：斜向钢管桩就位：将斜向钢管桩沿定位孔轴线方向穿过定位孔，斜向钢管桩在定位孔的导向作用下插入土层；
S5：冲孔施工以及钢管桩插打施工：利用冲锤对土层下方的砾岩层进行冲孔，冲锤进行冲孔时，插入斜向钢管桩内，每冲成一定深度的孔洞后，紧接着进行斜向钢管桩插打，将斜向钢管桩下端插至已形成的孔洞，冲孔操作与斜向钢管桩插打操作交替进行，从而逐步将斜向钢管桩下端平稳插入砾岩层；
S6：混凝土灌注：将冲锤抽出，并拆除定位装置，然后将钢筋笼放置在斜向钢管桩内，最后往斜向钢管桩内灌注混凝土，以待斜桩成型。
通过采用上述技术方案，利用定位装置对钢管桩进行定位导向，并交替进行冲孔操作和钢管桩插打操作，在保证钢管桩平稳就位的情况下，逐步将刚护筒插打至砾岩层内，降低了孔洞坍塌的概率，同时有利于在插打钢管桩时保证钢管桩结构完好，有利于提高斜桩成型质量。
优选的，所述定位装置还包括供冲锤穿过的定位环，所述定位环轴线与定位孔轴线重合，所述定位环位于限位座上方。
通过采用上述技术方案，定位环对冲锤上端进行导向定位，有利于保持冲孔时冲锤的倾斜度。
优选的，所述冲锤外周面开设有若干容纳槽，若干所述容纳槽沿冲锤长度方向等间隔分布，所述容纳槽内滑动连接有凸块，所述容纳槽内设置有弹性件，所述弹性件驱使所述凸块部分伸出至容纳槽外；在S5的冲孔操作中，所述凸块的主体在斜向钢管桩内壁的限制作用下收纳至容纳槽内，且在冲锤进行锤击工作时，所述凸块在斜向钢管桩内壁滑动，冲锤对砾岩层进行冲孔；在S5的斜向钢管桩插打操作中，所述凸块的主体在弹性件的作用下伸出容纳槽外，且所述凸块主体凸出于刚护筒外周面，在冲锤进行锤击工作时，所述凸块下端对斜向钢管桩顶端进行冲击，以将斜向钢管桩插打至砾岩层。
通过采用上述技术方案，利用凸块在冲锤外周进行伸缩的功能，从而可间接调整冲锤的锤击覆盖范围，在进行冲孔操作中，以冲锤主体作为锤件，对砾岩层进行冲孔，在进行斜向钢管桩插打过程中，以伸出至冲锤外周面的凸块主体为锤件，对斜向钢管桩进行插打，从而无需更换锤具便可实现冲孔操作与斜向钢管桩插打操作交替进行的目的，有利于缩短交替敲打间隔时间，进而降低孔洞塌陷的风险，同时也有利于提高斜桩施工的效率。
优选的，所述定位装置还包括底座和固定架，固定架设置在底座上方，限位座固定于固定架内侧。
通过采用上述技术方案，固定架对限位座进行固定，有利于提高限位座的稳定性。
优选的，所述固定架设置有伸缩驱动件，所述伸缩驱动件用于驱使定位环沿自身轴线方向上下移动，所述凸块顶端设置有导向斜面；在S5的冲孔操作中，所述伸缩驱动件驱使定位环朝靠近斜向钢管桩的方向移动，定位环通过挤压凸块的导向斜面使凸块完全收纳至容纳槽内；在S5的斜向钢管桩插打操作中，所述伸缩驱动件驱使定位环朝远离斜向钢管桩的方向移动，所述定位环解除对凸块的限制，所述凸块主体在弹性件的作用下伸出至容纳槽外。
通过采用上述技术方案，通过伸缩驱动件实现了定位环位置的改变，使得定位环不仅起到对冲锤的定位导向作用，同时还起到控制凸块伸出或收缩的功能，使得冲孔操作与斜向钢管桩插打操作交替进行更加流畅，无需人为操作，有利于进一步提高斜桩施工效率。
优选的，所述定位环上端的内边缘设置有倒角，在冲锤就位时，冲锤穿过定位环，冲锤外周的凸块在倒角的导向作用下收缩至容纳槽内。
通过采用上述技术方案，以便将冲锤与凸块一起插入斜向钢管桩内，无需人为进行操作，有利于提高斜向钢管桩施工效率。
优选的，在S5的施工步骤中，包括：
S5.1：安装伸缩驱动件和定位环：将伸缩驱动件安装在固定架内侧，且伸缩驱动件的伸缩方向与定位孔轴线平行，然后将定位环安装在伸缩驱动件的活动端进行校准，使定位环轴线与定位孔轴线重合，定位环位于斜向钢管桩上方；
S5.2：冲锤就位：伸缩驱动件驱使定位环斜向下移动，直至定位环下侧与斜向钢管桩顶部抵接，然后将冲锤依次穿过定位环和定位孔并插入边坡，凸块在定位环倒角的导向作用下收缩至容纳槽内，以便将冲锤与凸块一起插入斜向钢管桩内，准备进行冲孔施工；
S5.3：冲孔施工：定位环对冲锤上部进行定位导向，冲锤进行锤击工作时，冲锤下端从斜向钢管桩下端管口伸出并插入砾岩层，并在层形成孔洞；
S5.4：冲锤再就位：起吊冲锤，将冲锤下端抽回至斜向钢管桩内，伸缩驱动件驱使定位环向上运动，定位环解除对斜向钢管桩外部的凸块的限制作用，凸块在弹性件的弹力作用下伸出容纳槽，凸块下侧抵在斜向钢管桩顶端，准备进行斜向钢管桩插打施工；
S5.5：斜向钢管桩插打施工：冲锤进行锤击工作时，冲锤的凸块对斜向钢管桩进行锤击，并将斜向钢管桩下端插入预先在砾岩层形成的孔洞中；
S5.6：冲孔施工与斜向钢管桩插打施工交替：重复S5.2至5.5，直至斜向钢管桩插入设计深度；
S5.7：混凝土灌注：将冲锤抽出，并拆除定位装置，然后将钢筋笼放置在斜向钢管桩内，最后往斜向钢管桩内灌注混凝土，以待斜桩成型。
通过采用上述技术方案，实现了冲孔操作和斜向钢管桩插打操作的交替进行的目的，同时通过控制伸缩驱动件的伸缩，以对凸块伸出或收缩进行控制，使得冲孔操作与斜向钢管桩插打操作交替进行更加流畅，无需人为操作，有利于进一步提高斜桩施工效率。
优选的，所述伸缩驱动件包括两个对称分布的气缸，所述气缸的伸缩方向与定位孔的轴线方向平行，且所述气缸的活塞杆朝上设置，所述定位环84的下侧固定在气缸的活塞杆端部。
通过采用上述技术方案，两组气缸共同驱动定位环移动，有利于提高定位环的移动稳定性。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过特制定位装置，实现了冲孔操作与斜向钢管桩插打操作交替进行的同时，无需将冲锤完全抽出，进一步缩短了冲孔操作与斜向钢管桩插打操作的时间间隔，使得冲孔操作与斜向钢管桩插打操作交替进行更加流畅，无需人为操作，有利于进一步提高斜桩施工效率。
附图说明
图1是本申请实施例一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法的流程图。
图2是本申请实施例一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法中定位装置的结构示意图。
图3是本申请实施例一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法中定位环的轴向剖视图。
附图标记说明：1、定位装置；11、底座；12、限位座；121、定位孔；13、固定架；14、定位环；141、倒角；2、冲锤；21、凸块；211、导向斜面；22、容纳槽；3、伸缩驱动件；4、斜向钢管桩。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例公开一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，包括以下步骤：
S1：施工准备：预先制作定位装置1和冲锤2，准备施工所需材料和施工设备，并运至现场。
定位装置1包括呈矩形环状的底座11、固定在底座11上端面的固定架13、设置在固定架13内侧的限位座12和定位环14，定位环14对冲锤2起到定位导向的作用。固定架13为两个三角架制成，三角架分置于底座11两侧，限位座12固定在两块三角架之间，限位座12与底座11之间存在30°的夹角，限位座12沿自身厚度方向贯穿有定位孔121，定位孔121供斜向钢管桩4穿过，对斜向钢管桩4起到定位导向的作用。
固定架13内侧安装固定有两个伸缩驱动件3，伸缩驱动件3具体为气缸，气缸的伸缩方向与定位孔121的轴线方向平行，且气缸的活塞杆朝上设置。定位环14的下侧焊接固定在气缸的活塞杆，且定位环14轴线与定位孔121轴线重合。固定架13的两个三角架分别抵接于定位环14两侧，三角架为定位环14提供预紧力，在斜向钢管桩4就位前，伸缩驱动件3和定位环14先从定位装置1中分离出来，以避免影响到斜向钢管桩4的就位操作。
冲锤2外部呈圆柱体状，冲锤2的外周面开设有两列容纳槽22，两列容纳槽22分置于冲锤2两侧，每列中若干容纳槽22沿冲锤2长度方向等间隔分布。
容纳槽22内滑动连接有凸块21，凸块21沿冲锤2的径向移动，各容纳槽22内均固定有弹性件，弹性件具体为弹簧，弹簧处于非受力状态时，凸块21的主体部分伸出容纳槽22，此时凸块21仍有部分留在容纳槽22内。
进行斜桩施工时，需利用到钢管桩施工的施工平台，将定位装置1的底座11搬运在施工平台的预设位置，使定位孔121倾斜边坡顶部，将底座11固定在施工平台；
S2：施工平台搭建：在码头施工位置搭建水中施工平台。
S3：定位装置1就位：将定位装置1运至施工平台，定位装置1的定位孔121斜向设置，校准无误后，将斜向钢管桩4固定在施工平台上。
S4：斜向钢管桩4就位：通过履带吊机将斜向钢管桩4吊至定位装置1上方，然后沿定位孔121轴线方向穿过定位孔121，斜向钢管桩4在定位孔121的导向作用下插入土层。
S5：冲孔施工以及钢管桩插打施工：利用冲锤2对土层下方的砾岩层进行冲孔，冲锤2进行冲孔时，插入斜向钢管桩4内，每冲成一定深度的孔洞后，紧接着进行斜向钢管桩4插打，将斜向钢管桩4下端插至已形成的孔洞，冲孔操作与斜向钢管桩4插打操作交替进行，从而逐步将斜向钢管桩4下端平稳插入砾岩层。
具体步骤包括：
S5.1：安装伸缩驱动件3和定位环14：将两个伸缩驱动件3分别安装在固定架13两个内侧，两个伸缩驱动件3对称分布。伸缩驱动件3的伸缩方向与定位孔121轴线平行，然后将定位环14安装在伸缩驱动件3的活动端并进行校准，使定位环14轴线与定位孔121轴线重合，此时定位环14位于斜向钢管桩4上方。
S5.2：冲锤2就位。
两个伸缩驱动件3同时驱使定位环14斜向下移动，直至定位环14下侧与斜向钢管桩4顶部抵接，然后将冲锤2依次穿过定位环14和定位孔121并插入边坡，其中，定位环14内圈的上侧设置有倒角141，在冲锤2穿过定位环14时，凸块21在定位环14内壁倒角141的导向作用下收缩至容纳槽22内，以便将冲锤2与凸块21一起插入斜向钢管桩4内，准备进行冲孔施工，位于斜向钢管桩4外的凸块21在限位环的限制作用下完全收纳在容纳槽22内。
S5.3：冲孔施工。
冲锤2进行锤击工作时，定位环14对冲锤2上部进行定位导向，冲锤2两侧的凸块21在弹簧的作用下抵在斜向钢管桩4内侧，减少了冲锤2与斜向钢管桩4内壁发生摩擦的情况，同时由于冲锤2两侧弹簧受力均匀，有利于提高保持冲锤2与斜向钢管桩4轴线保持重合状态，有利于提高打孔精度。冲锤2在进行锤击工作时，冲锤2下端从斜向钢管桩4下端管口伸出并插入砾岩层，并在层形成孔洞。
S5.4：冲锤2再就位：冲锤2上移，将冲锤2下端抽回至斜向钢管桩4内，伸缩驱动件3驱使定位环14向上运动，定位环14解除对斜向钢管桩4外部的凸块21的限制作用，凸块21在弹性件的弹力作用下伸出容纳槽22，凸块21下侧抵在斜向钢管桩4顶端，准备进行斜向钢管桩4插打施工。
S5.5：斜向钢管桩4插打施工：冲锤2进行锤击工作时，容纳槽22内壁为凸块21提供反作用力，以通过凸块21将冲锤2的锤击力传递至斜向钢管桩4，即冲锤2的凸块21对斜向钢管桩4进行锤击，并将斜向钢管桩4下端插入预先在砾岩层形成的孔洞中；
S5.6：冲孔施工与斜向钢管桩4插打施工交替：重复S5,2至S5.5，直至斜向钢管桩4插入设计深度。
需要强调的是，凸块21顶端设置有导向斜面211；在S6，8的冲孔操作中，伸缩驱动件3驱使定位环14朝靠近斜向钢管桩4的方向移动，定位环14通过挤压凸块21的导向斜面211使凸块21完全收纳至容纳槽22内，以在S6.6中减少凸块21对冲锤2移动的干扰，以便顺利将冲锤2下端抽回至斜向钢管桩4内
S5.7：混凝土灌注：将冲锤2抽出，并拆除定位装置1，然后将钢筋笼放置在斜向钢管桩4内，最后往斜向钢管桩4内灌注混凝土，以待斜桩成型。
S6：混凝土灌注：将冲锤2抽出，并拆除定位装置1，然后将钢筋笼放置在斜向钢管桩4内，最后往斜向钢管桩4内灌注混凝土，以待斜桩成型。
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：施工准备：预先制作定位装置(1)和冲锤(2)，准备施工所需材料和施工设备，并运至现场，定位装置(1)包括限位座(12)，在限位座(12)开设有定位孔(121)，定位孔(121)用于对斜向钢管桩(4)进行导向定位；
S2：施工平台搭建：在码头施工位置搭建水中施工平台；
S3：定位装置(1)就位：将定位装置(1)运至施工平台，定位装置(1)的定位孔(121)斜向设置；
S4：斜向钢管桩(4)就位：将斜向钢管桩(4)沿定位孔(121)轴线方向穿过定位孔(121)，斜向钢管桩(4)在定位孔(121)的导向作用下插入土层；
S5：冲孔施工以及钢管桩插打施工：利用冲锤(2)对土层下方的砾岩层进行冲孔，冲锤(2)进行冲孔时，插入斜向钢管桩(4)内，每冲成一定深度的孔洞后，紧接着进行斜向钢管桩(4)插打，将斜向钢管桩(4)下端插至已形成的孔洞，冲孔操作与斜向钢管桩(4)插打操作交替进行，从而逐步将斜向钢管桩(4)下端平稳插入砾岩层；
S6：混凝土灌注：将冲锤(2)抽出，并拆除定位装置(1)，然后将钢筋笼放置在斜向钢管桩(4)内，最后往斜向钢管桩(4)内灌注混凝土，以待斜桩成型。
2.根据权利要求1所述的一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，其特征在于：所述定位装置(1)还包括供冲锤(2)穿过的定位环(14)，所述定位环(14)轴线与定位孔(121)轴线重合，所述定位环(14)位于限位座(12)上方。
3.根据权利要求2所述的一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，其特征在于：所述冲锤(2)外周面开设有若干容纳槽(22)，若干所述容纳槽(22)沿冲锤(2)长度方向等间隔分布，所述容纳槽(22)内滑动连接有凸块(21)，所述容纳槽(22)内设置有弹性件，所述弹性件驱使所述凸块(21)部分伸出至容纳槽(22)外；在S5的冲孔操作中，所述凸块(21)的主体在斜向钢管桩(4)内壁的限制作用下收纳至容纳槽(22)内，且在冲锤(2)进行锤击工作时，所述凸块(21)在斜向钢管桩(4)内壁滑动，冲锤(2)对砾岩层进行冲孔；在S5的斜向钢管桩(4)插打操作中，所述凸块(21)的主体在弹性件的作用下伸出容纳槽(22)外，且所述凸块(21)主体凸出于刚护筒外周面，在冲锤(2)进行锤击工作时，所述凸块(21)下端对斜向钢管桩(4)顶端进行冲击，以将斜向钢管桩(4)插打至砾岩层。
4.根据权利要求3所述的一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，其特征在于：所述定位装置(1)还包括底座(11)和固定架(13)，固定架(13)设置在底座(11)上方，限位座(12)固定于固定架(13)内侧。
5.根据权利要求4所述的一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，其特征在于：所述固定架(13)设置有伸缩驱动件(3)，所述伸缩驱动件(3)用于驱使定位环(14)沿自身轴线方向上下移动，所述凸块(21)顶端设置有导向斜面(211)；在S5的冲孔操作中，所述伸缩驱动件(3)驱使定位环(14)朝靠近斜向钢管桩(4)的方向移动，定位环(14)通过挤压凸块(21)的导向斜面(211)使凸块(21)完全收纳至容纳槽(22)内；在S5的斜向钢管桩(4)插打操作中，所述伸缩驱动件(3)驱使定位环(14)朝远离斜向钢管桩(4)的方向移动，所述定位环(14)解除对凸块(21)的限制，所述凸块(21)主体在弹性件的作用下伸出至容纳槽(22)外。
6.根据权利要求5所述的一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，其特征在于：所述定位环(14)上端的内边缘设置有倒角(141)，在冲锤(2)就位时，冲锤(2)穿过定位环(14)，冲锤(2)外周的凸块(21)在倒角(141)的导向作用下收缩至容纳槽(22)内。
7.根据权利要求6所述的一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，其特征在于：在S5的施工步骤中，包括：
S5.1：安装伸缩驱动件(3)和定位环(14)：将伸缩驱动件(3)安装在固定架(13)内侧，且伸缩驱动件(3)的伸缩方向与定位孔(121)轴线平行，然后将定位环(14)安装在伸缩驱动件(3)的活动端进行校准，使定位环(14)轴线与定位孔(121)轴线重合，定位环(14)位于斜向钢管桩(4)上方；
S5.2：冲锤(2)就位：伸缩驱动件(3)驱使定位环(14)斜向下移动，直至定位环(14)下侧与斜向钢管桩(4)顶部抵接，然后将冲锤(2)依次穿过定位环(14)和定位孔(121)并插入边坡，凸块(21)在定位环(14)倒角(141)的导向作用下收缩至容纳槽(22)内，以便将冲锤(2)与凸块(21)一起插入斜向钢管桩(4)内，准备进行冲孔施工；
S5.3：冲孔施工：定位环(14)对冲锤(2)上部进行定位导向，冲锤(2)进行锤击工作时，冲锤(2)下端从斜向钢管桩(4)下端管口伸出并插入砾岩层，并在层形成孔洞；
S5.4：冲锤(2)再就位：起吊冲锤(2)，将冲锤(2)下端抽回至斜向钢管桩(4)内，伸缩驱动件(3)驱使定位环(14)向上运动，定位环(14)解除对斜向钢管桩(4)外部的凸块(21)的限制作用，凸块(21)在弹性件的弹力作用下伸出容纳槽(22)，凸块(21)下侧抵在斜向钢管桩(4)顶端，准备进行斜向钢管桩(4)插打施工；
S5.5：斜向钢管桩(4)插打施工：冲锤(2)进行锤击工作时，冲锤(2)的凸块(21)对斜向钢管桩(4)进行锤击，并将斜向钢管桩(4)下端插入预先在砾岩层形成的孔洞中；
S5.6：冲孔施工与斜向钢管桩(4)插打施工交替：重复S5.2至5.5，直至斜向钢管桩(4)插入设计深度；
S5.7：混凝土灌注：将冲锤(2)抽出，并拆除定位装置(1)，然后将钢筋笼放置在斜向钢管桩(4)内，最后往斜向钢管桩(4)内灌注混凝土，以待斜桩成型。
8.根据权利要求7所述的一种斜向锁扣钢管桩岩石地层成孔施工方法，其特征在于：所述伸缩驱动件(3)包括两个对称分布的气缸，所述气缸的伸缩方向与定位孔(121)的轴线方向平行，且所述气缸的活塞杆朝上设置，所述定位环(14)84的下侧固定在气缸的活塞杆端部。
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