CN115233672B - 一种海上施工管板结构的施工装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海上施工管板结构的施工装置及施工方法，装置包含船体，所述船体两侧分布若干水箱，所述船体的船头设有桩架和定位架，所述桩架转动连接所述船体，所述桩架能够沿所述船体运动方向转动靠近或远离所述船体顶面，所述桩架具有桩锤和背离所述船体的第一卡口，所述定位架具有背离所述船体的第二卡口，所述第一卡口和第二卡口的横向间距适配待沉钢管桩与已沉钢管桩的预设间距，所述桩锤的替打用于连接所述待沉钢管桩的顶部，所述替打的底面具有两个相对设置的卡接件，所述卡接件用于适配连接所述待沉钢管桩的锁口。通过本装置能有效满足管板组合桩的打桩精度，打桩环节仅依靠打桩船完成，能够有效提升调平效率和打桩效率。

Description

一种海上施工管板结构的施工装置及施工方法

技术领域

本发明涉及管板组合桩沉桩设备技术领域，特别是一种海上施工管板结构的施工装置及施工方法。

背景技术

目前水工工程及市政工程软基处理施工中，钢管桩、钢板桩及管板组合的挡土形式使用较为广泛。管管组合、管板组合桩施工中，为了保证组合结构连接紧密牢固，对钢管桩沉桩精度要求普遍较高（一般精度要求在2cm以内，垂直度要求在0.5%）。目前大多数工程中，组合结构沉桩施工为陆域施工，有着较为便利的场地施工条件，采用最多的就是组合式导向架辅助定位，一般为双层框架结构，视具体施工条件开4孔或6孔，导向架有着较大的刚度及稳定性，利用导向架辅助定位，保证钢管桩沉桩的精度及垂直度。随着行业的发展及相关技术的日趋成熟，管板组合结构进一步应用到海上施工中。

目前，海上桩顶导向架的施工工艺，虽精度及垂直度基本能够满足施工要求，但海上管板组合施工中沉桩定位精度、垂直度及打桩过程中桩身可能旋转转动等非常难控制，一般通常利用辅助导向架，采用吊机吊打的方式施工，吊打施工中间步骤较多，机械设备需交替更换频繁，因而海上管板组合沉桩工效较低。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术中海上管板组合施工定位精度、垂直度等非常难控制、打桩过程中桩身可能转动、吊机吊打需频繁更换机械设备等的问题，提供一种海上施工管板结构的施工装置及施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种海上施工管板结构的施工装置，包含船体，所述船体两侧分布若干水箱，所述船体的船头设有桩架和定位架，所述桩架转动连接所述船体，所述桩架能够沿所述船体运动方向转动靠近或远离所述船体顶面，所述桩架具有桩锤和背离所述船体的第一卡口，所述定位架具有背离所述船体的第二卡口，所述第一卡口和第二卡口的横向间距适配待沉钢管桩与已沉钢管桩的预设间距，所述桩锤的替打用于连接所述待沉钢管桩的顶部，所述替打的底面具有两个相对设置的卡接件，所述卡接件用于适配连接所述待沉钢管桩的锁口，所述第一卡口用于限位所述待沉钢管桩的桩身，所述第二卡口用于夹持所述已沉钢管桩，所述第二卡口内壁具有两个相对设置的定位件，所述定位件用于适配连接所述已沉钢管桩的锁口，两个所述定位件能够相对靠近或远离。

所述锁口结构为管板组合桩中的钢板桩用于连接钢板桩的结构。

采用本发明所述的一种海上施工管板结构的施工装置，通过船体进行沉桩，移动机动性好、灵活性强，船体能够提供人工作业平台，解决了海上施工场地受限的问题，通过船体设置定位架连接作为定位基准的已沉钢管桩，能够抵御通一般风浪、潮汐等环境因素对海上施工沉桩过程的干扰，弥补打桩船自身沉桩无法满足管板组合桩精度要求的缺陷，配合两侧的水箱，在海上利用灌水或放水对船体进行横向上的调平，效率更快，成本更低，调节范围也灵活，以利于控制待沉钢管桩沿船体横向的垂直度；所述桩架用于沉桩所述待沉钢管桩，可以采用现有技术中的打桩结构，所述第二卡口用于夹持已沉钢管桩的桩身、替打的卡接件限位所述待沉钢管桩的锁口，既便于起吊待沉钢管桩时调节其桩身垂直度，又能在沉桩环节限制钢管桩的桩身转动；通过已经沉桩到位的已沉钢管桩进行定位，桩体本身定位精度高，通过两个所述定位件连接已沉钢管桩的锁口，能够进一步提高待沉钢管桩的定位精度，而调节两个所述定位件能够微调待沉钢管桩和已沉钢管桩的横向间距，有效满足管板组合桩的高精度的要求，加之定位架设置在打桩船上，打桩环节仅依靠打桩船完成，能够有效提升调平效率和打桩效率。

优选的，所述定位件包含滑轮，所述滑轮的轮面具有卡槽，所述卡槽用于夹持所述锁口。

通过滑轮轮面抵接钢管桩，避免损伤桩体。

优选的，所述第二卡口的槽底还具有顶推件，所述顶推件能够靠近或远离所述第二卡口的中心。

采用上述设置方式，可辅助固定船位，如果辅助桩桩位在船体前后方向上有偏差，可通过前移或后退顶推件来调节定位架与辅助桩的距离，缩短定位时间。

进一步优选的，所述顶推件的悬挑端包含滑轮。

沉桩过程中波浪及潮水变化引起船体上下浮动，通过滑轮上下滑动，减小船体浮动时与钢管桩产生的摩擦力，避免破坏钢管桩表面的防腐涂层。

优选的，所述定位架可拆卸连接于所述船体。

便于在打斜桩时拆除。

进一步优选的，所述定位架包含第一支架和第二支架，所述第一支架固定连接于所述船体，所述第一支架包含两个支臂一和连接于所述支臂一与船体之间的斜撑，两个所述支臂一之间连接有横撑，所述第二支架包含两个支臂二，所述支臂二可拆卸连接于对应的所述支臂一，所述支臂二上设有所述定位件。

采用上述结构，便于在施打竖桩和斜桩的切换时既能够便于定位，又能够提高转换效率。

进一步优选的，所述支臂一的长度大于或等于所述支臂二的长度。

进一步优选的，所述船体两侧的所述水箱对称分布。

一种海上施工管板结构的施工方法，采用如上述任一所述的海上施工管板结构的施工装置，包含如下步骤：

a、船体移动至预设位置后抛锚定位；

b、吊装待沉钢管桩，使所述待沉钢管桩的锁口卡入替打的卡接件、桩身位于第一卡口中；

c、调整所述船体的方位角，使其中心轴线与所述待沉钢管桩轴线垂直，然后移动所述船体使定位架的第二卡口夹持所述已沉钢管桩；

d、通过转动所述桩架调节所述待沉钢管桩沿所述船体前后方向的垂直度，通过调节两侧水箱的水量进而调节所述待沉钢管桩沿所述船体左右方向的垂直度；

e、待所述待沉钢管桩的垂直度满足要求后，开启桩锤进行沉桩。

采用本发明所述的一种海上施工管板结构的施工方法，先通过船体自身粗定位，在吊装待沉钢管桩时与替打底面的卡接件连接并卡入第一卡口，配合所述桩架的转动，使得立桩环节即可调节其桩身沿所述船体前后方向的垂直度，提高施工效率，然后使所述定位架夹持所述已沉钢管桩进而确定所述待沉钢管桩的平面位置，之后可通过调节两侧水箱确保所述待沉钢管桩沿所述船体左右方向的垂直度，复核两个方向的垂直度后，开始沉桩，沉桩环节能有效限制钢管桩的桩身转动。本方法在沉桩环节定位精度高，管板组合直桩的控制精度基本不受管板组合桩的影响，垂直度调节方便，能够保证沉桩的质量控制要求，工序步骤简洁，沉桩环节仅依赖船体即可完成，不存在吊机作业等频繁更换机械设备的问题，有效避免多船舶交叉作业，节约船机设备的投入，沉桩工效可达6-8根/d，在5级风、浪高小于0.8m以下条件海域均可适用。

本方法中第一根已沉钢管桩可采用现有方式进行沉桩。

优选的，在步骤a之前，通过所述船体的桩架施打辅助桩，采用步骤a-e并使定位架夹持所述辅助桩进行沉桩形成作为结构桩的所述已沉钢管桩。

采用本方法也可以施打第一根结构桩形成所述已沉钢管桩，直接通过所述船体的桩架施工辅助桩，由于辅助桩的定位精度要求低，通过所述船体直接沉桩就能够满足辅助桩的精度要求，之后通过定位架夹持辅助桩，按照步骤a-e的顺序施工形成作为结构桩的已沉钢管桩，沉桩过程中所述辅助桩与待沉钢管桩的间距误差可通过所述定位架的两个所述定位件进行调节。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种海上施工管板结构的施工装置，移动机动性好、灵活性强，船体能够提供人工作业平台，解决了海上施工场地受限的问题，能够抵御通一般风浪、潮汐等环境因素对海上施工沉桩过程的干扰，弥补打桩船自身沉桩无法满足管板组合桩精度要求的缺陷，在海上利用灌水或放水对船体进行横向上的调平，效率更快，成本更低，调节范围也灵活，以利于控制待沉钢管桩沿船体横向的垂直度；所述桩架既便于起吊待沉钢管桩时调节其桩身垂直度，又能在沉桩环节限制钢管桩的桩身转动；通过已经沉桩到位的已沉钢管桩进行定位配合锁定锁口，能够进一步提高待沉钢管桩的定位精度，既能有效满足管板组合桩的高精度的要求，又能够有效提升调平效率和打桩效率，进一步提升管板组合桩的施工效率。

2、本发明所述的一种海上施工管板结构的施工方法，在沉桩环节定位精度高，管板组合直桩的控制精度基本不受管板组合桩的影响，垂直度调节方便，能够保证沉桩的质量控制要求，工序步骤简洁，沉桩环节仅依赖船体即可完成，不存在吊机作业等频繁更换机械设备的问题，有效避免多船舶交叉作业，节约船机设备的投入，沉桩工效可达6-8根/d，在5级风、浪高小于0.8m以下条件海域均可适用。

附图说明

图1是实施例1中的一种海上施工管板结构的施工装置的平面示意图；

图2是实施例1中的定位架的平面示意图；

图3是实施例1中的替打与待沉钢管桩的连接示意图。

图标：1-船体；11-水箱；2-桩架；3-定位架；31-定位件，32-顶推件，41-待沉钢管桩；42-已沉钢管桩；5-替打；51-卡接件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种海上施工管板结构的施工装置，参见图1-2所示，包含船体1，所述船体1两侧分布若干水箱11，所述船体1的船头设有桩架2和定位架3，所述桩架2转动连接所述船体1，所述桩架2能够沿所述船体1运动方向转动靠近或远离所述船体1顶面，所述桩架2具有桩锤和背离所述船体1的第一卡口，所述定位架3具有背离所述船体1的第二卡口，所述第一卡口和第二卡口的横向间距适配待沉钢管桩41与已沉钢管桩42的预设间距，所述桩锤的替打5用于连接所述待沉钢管桩41的顶部，所述替打5的底面具有两个相对设置的卡接件51，所述卡接件51用于适配连接所述待沉钢管桩41的锁口，所述第一卡口用于限位所述待沉钢管桩41的桩身，所述第二卡口用于夹持所述已沉钢管桩42，所述第二卡口内壁具有两个相对设置的定位件31，所述定位件31用于适配连接所述已沉钢管桩42的锁口，两个所述定位件31能够相对靠近或远离。

具体的，如图1所示，所述船体1可采用现有的打桩船，在船体1两侧对称布设若干个水箱11，如一侧设置四个水箱11，桩架2和定位架3均设于船头位置，如管桩直径1400mm，相邻管桩中心间距为2.86m，则桩架2和定位架3的中心间距为2.86m，定位架3的第二卡口的宽度适配管桩直径，如宽度设置为1500mm（包含桩身直径1400mm+两侧锁口60mm+富余40mm）。定位架3可以采用型钢构件形成，以保证足够的强度和刚度，焊接连接于船头，两侧通过斜撑加强，通过定位架3的刚性和稳定性配合船体1保证待沉钢管桩41和已沉钢管桩42的间距符合要求。如还需要施打斜桩，为避免定位架3的干扰，可设置为定位架3与船体1可拆卸连接，如本实施例中，如图2所示，定位架3包含固定连接于船体1第一支架和法兰连接于第一支架的第二支架，均采用槽钢构件，所述第一支架包含两个支臂一和连接于所述支臂一与船体1之间的斜撑，两个所述支臂一之间连接有若干个横撑，所述第二支架包含两个支臂二，所述支臂二可拆卸连接于对应的所述支臂一，所述支臂二上设有所述定位件31，便于在施打竖桩和斜桩的切换时既能够便于定位，又能够提高转换效率。所述支臂一的长度大于或等于所述支臂二的长度，如定位架3总长3.5m，第一支架长度2m，第二支架长度1.5m，两个支臂二在远端具有倾斜面形成导向口，便于套入已沉钢管桩42。两个支臂二分别设有所述定位件31，所述定位件31包含滑轮，所述滑轮的轮面具有卡槽，所述卡槽用于夹持所述锁口，以便于快速定位和稳定夹持已沉钢管桩42，最靠外侧的横撑上还设有顶推件32，所述顶推件32的悬挑端也包含滑轮，顶推件32能够沿船体1纵向前后移动，用于抵接已沉钢管桩42，进一步提高定位架3与已沉钢管桩42的连接稳定性，还可辅助固定船位，如果辅助桩桩位在船体1前后方向上有偏差，可通过前移或后退顶推件32来微调定位架与辅助桩的距离，缩短定位时间。

桩架2可采用现有技术的结构，架体为型钢架，其能够相对于船体2顶面进行俯仰调节，以调节待沉钢管桩41沿图1的左右方向上的垂直度，桩架2具有桩锤和背离所述船体1的第一卡口，桩锤下方连接有替打5，替打5的底面具有两个相对设置的卡接件51，所述卡接件51用于适配连接所述待沉钢管桩41的锁口，卡接件51的结构可采用如两个卡板形成卡槽，两个卡板的间距适配锁口结构的宽度，如图3所示，以便于限位锁口，便于起吊待沉钢管桩41时与替打51连接就能够在一定程度上调节其桩身垂直度，又能在沉桩环节限制钢管桩4的桩身转动。

本装置既能够提供人工作业平台，解决了海上施工场地受限的问题，通过船体1设置定位架3连接作为定位基准的已沉钢管桩42，能够抵御通一般风浪、潮汐等环境因素对海上施工沉桩过程的干扰，弥补打桩船自身沉桩无法满足管板组合桩精度要求（位置偏差2cm以内，垂直度要求在0.5%）的缺陷；本装置通过桩架2和船体1的水箱能够分别调节待沉钢管桩41沿船体1前后和左右方向的垂直度，且调节方便灵活，效率较高，替打5增设了卡接件51，便于起吊待沉钢管桩41时调节其桩身垂直度，又能在沉桩环节限制钢管桩4的桩身转动，本装置既能有效满足管板组合桩的高精度的要求，又能够有效提升调平效率和打桩效率，进一步提升管板组合桩的施工效率。

本发明还提供一种海上施工管板结构的施工方法，采用上述的施工装置，包含以下步骤：

a、船体1移动至预设位置后抛锚定位；

b、吊装待沉钢管桩41，使所述待沉钢管桩41的锁口卡入替打5的卡接件51、桩身位于第一卡口中；

c、调整所述船体1的方位角，使其中心轴线与所述待沉钢管桩41轴线垂直，然后移动所述船体1使定位架3的第二卡口夹持所述已沉钢管桩42；

d、通过转动所述桩架2调节所述待沉钢管桩41沿所述船体1前后方向的垂直度，通过调节两侧水箱11的水量进而调节所述待沉钢管桩41沿所述船体1左右方向的垂直度；

e、待所述待沉钢管桩41的垂直度满足要求后，开启桩锤进行沉桩。

首先，使船体1保持基本平衡然后移动至预设位置后抛锚定位，之后通过桩架2起吊待沉钢管桩41，立桩入笼口时即调整桩身，使待沉钢管桩41桩身两侧锁口套入替打5底面对应的卡接件51。

然后，可利用船上的GPS系统调整船体1的方位角，使船体1中心轴线与待沉钢管桩41轴线垂直，通过船体1自身锚缆牵引，调节船体1位置使定位架3直接套入对应的已沉钢管桩42，固定后即可利用已沉钢管桩42辅助定位待沉钢管桩41，保证相邻2根钢管桩的间距为固定值，以保证待沉钢管桩41的平面位置，以便于后续施工钢板桩的宽度满足要求。

若待沉钢管桩41沿所述船体1前后方向的垂直度存在偏差，则转动桩架2调节其俯仰程度，若待沉钢管桩41沿所述船体1左右方向的垂直度存在偏差，则调节两侧水箱11的水量进行控制。在首次下沉钢管桩定位垂直度及位置不满足精度要求时，可重新上提钢管桩，待钢管桩处于自由状态后，再次插入淤泥层进行稳固，复核钢管桩垂直度、桩位坐标至满足要求为止，该过程需配合船体1首吃水下降及上浮对钢管桩垂直度及偏位的影响；对于船舶侧风压力及浪较大影响，需反复调整两侧水箱11的水量，直至达到船舶左右平衡。

为确保桩身位置和垂直度满足要求，可利用两台全站仪从两个方向观测，满足要求后，进行沉桩作业，为减少沉桩误差，优先采用低档开锤，待打入一定深度后再采用正常档位进行锤击沉桩，直接沉桩至符合设计收锤标准后停锤，后续桩位的沉桩作业的已沉钢管桩42均为前一次沉桩完毕的待沉钢管桩41，重复上述步骤进行沉桩，以完成区域内的管桩的沉桩工作。

采用本施工方法时，第一根已沉钢管桩41由于位置、垂直度精度要求高，可采用现有技术中的施工方法进行沉桩获得，也可以采用本装置先施打辅助桩，由于辅助桩的平面位置偏差可以允许达到5-10cm，因而可以通过船体1自身的刚度、稳定性和定位精度进行沉桩，之后通过定位架3夹持辅助桩作为定位基准，即将辅助桩当做已沉桩，按照步骤a-e的顺序施工形成第一根结构桩（满足位置偏差和垂直度要求），作为后续施工的已沉钢管桩42，沉桩过程中所述辅助桩与待沉钢管桩41的间距误差可通过所述定位架3的两个所述定位件31进行调节。

采用本发明所述的一种海上施工管板结构的施工方法，先通过船体自身粗定位，在吊装待沉钢管桩41时与替打底面的卡接件51连接并卡入第一卡口，配合所述桩架2的转动，使得立桩环节即可调节其桩身沿所述船体2前后方向的垂直度，提高施工效率，然后使所述定位架3夹持所述已沉钢管桩42进而确定所述待沉钢管桩41的平面位置，之后可通过调节两侧水箱确保所述待沉钢管桩41沿所述船体2左右方向的垂直度，复核两个方向的垂直度后，开始沉桩，沉桩环节能有效限制钢管桩4的桩身转动。本方法在沉桩环节定位精度高，管板组合直桩的控制精度基本不受管板组合桩的影响，垂直度调节方便，能够保证沉桩的质量控制要求，工序步骤简洁，沉桩环节仅依赖船体即可完成，不存在吊机作业等频繁更换机械设备的问题，有效避免多船舶交叉作业，节约船机设备的投入，沉桩工效可达6-8根/d，在5级风、浪高小于0.8m以下条件海域均可适用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上施工管板结构的施工装置，其特征在于，包含船体(1)，所述船体(1)两侧分布若干水箱(11)，所述船体(1)的船头设有桩架(2)和定位架(3)，所述桩架(2)转动连接所述船体(1)，所述桩架(2)能够沿所述船体(1)运动方向转动靠近或远离所述船体(1)顶面，所述桩架(2)具有桩锤和背离所述船体(1)的第一卡口，所述定位架(3)具有背离所述船体(1)的第二卡口，所述第一卡口和第二卡口的横向间距适配待沉钢管桩(41)与已沉钢管桩(42)的预设间距，所述桩锤的替打(5)用于连接所述待沉钢管桩(41)的顶部，所述替打(5)的底面具有两个相对设置的卡接件(51)，所述卡接件(51)用于适配连接所述待沉钢管桩(41)的锁口，所述第一卡口用于限位所述待沉钢管桩(41)的桩身，所述第二卡口用于夹持所述已沉钢管桩(42)，所述第二卡口内壁具有两个相对设置的定位件(31)，所述定位件(31)用于适配连接所述已沉钢管桩(42)的锁口，锁口沿所述待沉钢管桩(41)或已沉钢管桩(42)径向设置于对应所述待沉钢管桩(41)或已沉钢管桩(42)的侧壁外侧，两个所述定位件(31)能够相对靠近或远离；

通过转动所述桩架(2)调节所述待沉钢管桩(41)沿所述船体(1)前后方向的垂直度，通过调节两侧水箱(11)的水量进而调节所述待沉钢管桩(41)沿所述船体(1)左右方向的垂直度。

2.根据权利要求1所述的海上施工管板结构的施工装置，其特征在于，所述定位件(31)包含滑轮，所述滑轮的轮面具有卡槽，所述卡槽用于夹持所述锁口。

3.根据权利要求1所述的海上施工管板结构的施工装置，其特征在于，所述第二卡口的槽底还具有顶推件(32)，所述顶推件(32)能够靠近或远离所述第二卡口的中心。

4.根据权利要求3所述的海上施工管板结构的施工装置，其特征在于，所述顶推件(32)的悬挑端包含滑轮。

5.根据权利要求1-4任一所述的海上施工管板结构的施工装置，其特征在于，所述定位架(3)可拆卸连接于所述船体(1)。

6.根据权利要求5所述的海上施工管板结构的施工装置，其特征在于，所述定位架(3)包含第一支架和第二支架，所述第一支架固定连接于所述船体(1)，所述第一支架包含两个支臂一和连接于所述支臂一与船体(1)之间的斜撑，两个所述支臂一之间连接有横撑，所述第二支架包含两个支臂二，所述支臂二可拆卸连接于对应的所述支臂一，所述支臂二上设有所述定位件(31)。

7.根据权利要求6所述的海上施工管板结构的施工装置，其特征在于，所述支臂一的长度大于或等于所述支臂二的长度。

8.根据权利要求5所述的海上施工管板结构的施工装置，其特征在于，所述船体(1)两侧的所述水箱(11)对称分布。

9.一种海上施工管板结构的施工方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的海上施工管板结构的施工装置，包含如下步骤：

a、船体(1)移动至预设位置后抛锚定位；

b、吊装待沉钢管桩(41)，使所述待沉钢管桩(41)的锁口卡入替打(5)的卡接件(51)、桩身位于第一卡口中；

c、调整所述船体(1)的方位角，使其中心轴线与所述待沉钢管桩(41)轴线垂直，然后移动所述船体(1)使定位架(3)的第二卡口夹持所述已沉钢管桩(42)；

d、通过转动所述桩架(2)调节所述待沉钢管桩(41)沿所述船体(1)前后方向的垂直度，通过调节两侧水箱(11)的水量进而调节所述待沉钢管桩(41)沿所述船体(1)左右方向的垂直度；

e、待所述待沉钢管桩(41)的垂直度满足要求后，开启桩锤进行沉桩。

10.根据权利要求9所述的海上施工管板结构的施工方法，其特征在于，在步骤a之前，通过所述船体(1)的桩架(2)施打辅助桩，采用步骤a-e并使定位架(3)夹持所述辅助桩进行沉桩形成作为结构桩的所述已沉钢管桩(42)。