CN115467327A - 一种自行走智能化高精度定位打桩架系统及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自行走智能化高精度定位打桩架系统及其施工方法。包括GPS定位设备，固定于导向架的中心位置或固定于拟打钢管桩顶口中心位置，用于监测导向架或钢管桩的平面位置；倾角仪，固定于导向架侧面或固定于拟打钢管桩侧面，用于监测导向架或钢管桩的倾斜度；控制模块，用于根据导向架的平面位置和倾斜度，控制支撑机构转动，带动整个打桩架向前移动进行导向架的初定位，使导向架平面位置和倾斜度在初定位要求偏差范围之内；控制模块，用于根据拟打钢管桩的平面位置和倾斜度，控制导向架的拢口内部的定位装置伸缩进行钢管桩的精定位，使钢管桩平面位置和倾斜度偏差在精定位要求范围之内。本发明实现钢管桩精定位方式智能化，高精度定位。

Description

一种自行走智能化高精度定位打桩架系统及其施工方法
技术领域
本发明属于组合式钢管板桩结构施工技术领域，具体涉及一种自行走智能化高精度定位打桩架系统及其施工方法。
背景技术
组合式钢管板桩结构是由交叉打入一定深度的钢管桩、钢板桩构成的连续墙面，兼具传统钢板桩和钢管桩的优点。组合式钢管板桩结构与传统的钢板桩结构相比，性能上更加优越，结构受力方面更加合理，对荷载和地质条件的适用性更强；与现有的钢管桩结构相比，成本更低，施工更便捷，因此，在桥梁基础、沉管隧道、海中筑岛等领域具有较广阔的应用前景。
在进行组合钢管板桩施工时，先进行钢管桩施工，并确保两根钢管桩之间的间隔与钢板桩的宽度基本一致，再在两根钢管桩之间插打钢板桩，从而形成组合钢管板桩结构。
为顺利施工钢板桩，钢管桩的施工精度要求非常严格。现有水上钢管桩沉桩主要有四种方法：(1)、打桩船沉桩工艺虽然打桩效率高，但打桩船沉桩难以满足组合钢管板结构中钢管桩沉桩精度要求；(2)、辅助桩+导向架沉桩工艺虽然精度高，但需要大量辅助桩，施工成本高，而且导向架移位时，需要割除连接部位，吊装移位，再精确调位，严重影响钢管桩的施工进度；(3)、浮式平台+导向架沉桩，施工精度低；(4)、自升式平台+导向架沉桩虽然解决了精度的问题，但自升式平台造价高，平台频繁移位，施工效率低。
虽然目前，已有采用液压夹钳代替焊接进行导向架的固定，但导向架的频繁吊装移位和钢管桩的精确定位仍需大量的时间和人工干预，钢管桩施工的功效和自动化水平仍受导向架移位、钢管桩定位的制约，亟需一种高效的自行走智能化高精度定位打桩架系统及其施工方法，提高钢管桩的施工功效。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种自行走智能化高精度定位打桩架系统及其施工方法及其施工方法。
本发明采用的技术方案是：一种自行走智能化高精度定位打桩架系统，包括打桩架、用于固定钢管桩和支撑打桩架的支撑机构；所述打桩架包括桁架、行走梁、导向架，所述桁架为钢结构用于支撑行走梁、导向架，并作为人员操作平台，所述行走梁安装在桁架底部，为整个打桩架系统提供行走路径，所述导向架固定在桁架前端，所述导向架包括上下两层能够自由打开或关闭的拢口，每个拢口内部安装有多个用于定位钢管桩的定位装置，定位装置可以伸缩以精确定位钢管桩；
还包括
GPS定位设备，固定于导向架的中心位置或固定于拟打钢管桩顶口中心位置，用于监测导向架或钢管桩的平面位置；
倾角仪，固定于导向架侧面或固定于拟打钢管桩侧面，用于监测导向架或钢管桩的倾斜度；
控制模块，用于根据导向架的平面位置和倾斜度，控制支撑机构转动，带动整个打桩架向前移动进行导向架的初定位，使导向架平面位置和倾斜度在初定位要求偏差范围之内；
控制模块，用于根据拟打钢管桩的平面位置和倾斜度，控制导向架的拢口内部的定位装置伸缩进行钢管桩的精定位，使钢管桩平面位置和倾斜度偏差在精定位要求范围之内。
所述支撑机构包括伸缩油缸、挂轮、支撑轮组和液压夹钳；所述伸缩油缸下部连接液压夹钳，所述伸缩油缸能够顶升或下降一定距离，且安装有机械锁死装置；所述挂轮和支撑轮组用于将打桩架的行走梁固定，所述挂轮位于行走梁之上，所述支撑轮组位于行走梁之下，两者将行走梁卡在其中，并可通过转动带动打桩架行走；所述液压夹钳用于夹紧并固定在钢管桩顶部，支撑打桩架。
所述导向架平面位置初定位要求偏差范围为20cm之内，倾斜度初定位要求偏差范围为1/100之内。
所述钢管桩平面位置精定位要求偏差范围为5cm之内，倾斜度精定位要求偏差范围为1/200之内。
所述GPS定位设备监测误差在2cm之内；所述倾角仪监测误差在1/5000之内。
一种自行走智能化高精度定位打桩施工方法，包括以下步骤：
步骤1：利用现有钢管桩打桩工艺施工前三根钢管桩，同时完成打桩架的制造与拼装；
步骤2：调整打桩架上三个支撑机构的位置，吊装打桩架并利用支撑机构上的液压夹钳将打桩架固定在已施打完成的三根钢管桩上；
步骤3：将倾角仪固定在导向架侧面，将GPS定位设备固定在导向架的拢口的中心位置，同步转动三个支撑机构的挂轮和支撑轮组，带动打桩架移动，利用倾角仪和GPS定位设备监测导向架平面位置和倾斜度，当导向架平面位置和倾斜度偏差在初定位要求偏差范围之内时，挂轮和支撑轮组停止转动，打桩架停止移动，拆除倾角仪和GPS定位设备；
步骤4：将GPS定位设备临时固定在拟打钢管桩顶口中心位置，同时将倾角仪固定在拟打钢管桩侧面，打开导向架的拢口，利用起重设备将钢管桩喂桩至导向架的拢口内；
步骤5：利用GPS定位设备监测钢管桩平面位置，利用倾角仪监测钢管桩倾斜度，当平面位置和倾斜度在精定位要求偏差范围之外，则通过伸缩上下拢口内的定位装置，调整钢管桩的平面位置和倾斜度，直至钢管桩平面位置和倾斜度在精定位要求偏差范围之内；
步骤6：利用桩锤进行钢管桩的沉桩作业，直至将钢管桩打至设计标高；
步骤7：利用液压夹钳的自动开合功能，打开最前端支撑机构中液压夹钳，控制伸缩油缸将液压夹钳升高，并通过转动挂轮和支撑轮组将支撑机构移动至下个桩位并夹紧，完成移位；
步骤8：依次完成中间支撑机构和最后端支撑机构的移位；
步骤9：同时转动三个支撑机构的转动挂轮和支撑轮组，将打桩架向前移动一个桩位；
步骤10：重复步骤2～9，直至完成所有钢管桩施工。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)、本发明导向架的移位方式，将现有的吊装移位变更为自行走移位，无需另配置大型起重设备进行导向架吊装，节省了设备成本。而且，由于组合钢管板桩码头施工中，钢管桩间距小，采用本发明的自行走方式，移位时间短、移位效率高、能在一定范围适应不同桩间距。
(2)、本发明所采用的支撑机构，相较于现有的焊接方式，大大缩短了导向架移位、临时固定和固定解除的时间；相较于液压夹钳固定方式，增加了伸缩油缸和支撑高度调整功能，可适应一定高度的桩顶高差，能自动调整导向架的平面位置和姿态，具有更强的适应性。
(3)、本发明所采用的钢管桩精定位方式为智能化、高精度定位方式，GPS定位设备监测钢管桩平面位置监测误差在2cm之内，倾角仪监测钢管桩的倾斜度误差在1/5000之内。将钢管桩监测位置与设计位置对比，如偏差在要求范围之外，则通过伸缩拢口内的精确定位，调整平面位置，直至钢管桩平面位置和倾斜度偏差在要求范围之内。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为图1的俯视图；
图4为本发明支撑机构的支腿液压夹钳升高示意图；
图5为本发明支撑机构的最前端支腿液压夹钳完成移位示意图；
图6为本发明支撑机构的所有支腿液压夹钳完成移位示意图；
图7为本发明打桩架向前移动一个桩位示意图。
其中，1-钢管桩；2-打桩架；21-桁架；22-行走梁；23-导向架；231-拢口；232-定位装置；3-支撑机构；31-伸缩油缸；32-挂轮；33-支撑轮组；34-液压夹钳；4-智能定位系统；41-控制模块； 42-GPS定位设备；43-倾角仪。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1-7所示，本发明包括打桩架2、用于固定钢管桩1和支撑打桩架2的支撑机构3；所述打桩架2包括桁架21、行走梁 22、导向架23，所述桁架21为钢结构用于支撑行走梁22、导向架23，并作为人员操作平台，所述行走梁22安装在桁架21底部，为整个打桩架系统提供行走路径，所述导向架23固定在桁架21 前端，所述导向架23包括上下两层能够自由打开或关闭的拢口 231，每个拢口231内部安装有多个(本实施例为4个)用于定位钢管桩1的定位装置232，定位装置232可以伸缩以精确定位钢管桩1；
还包括
GPS定位设备42，固定于导向架23的中心位置或固定于拟打钢管桩1顶口中心位置，用于监测导向架23或钢管桩1的平面位置；
倾角仪43，固定于导向架23侧面或固定于拟打钢管桩1侧面，用于监测导向架23或钢管桩1的倾斜度；
控制模块41，用于根据导向架23的平面位置和倾斜度，控制支撑机构3转动，带动整个打桩架2向前移动进行导向架23 的初定位，使导向架23平面位置和倾斜度在初定位要求偏差范围之内；
控制模块41，用于根据拟打钢管桩1的平面位置和倾斜度，控制导向架23的拢口231内部的定位装置232伸缩进行钢管桩1 的精定位，使钢管桩1平面位置和倾斜度偏差在精定位要求范围之内。
所述支撑机构3包括伸缩油缸31、挂轮32、支撑轮组33和液压夹钳34；所述伸缩油缸31下部连接液压夹钳34，所述伸缩油缸31能够顶升或下降一定距离，且安装有机械锁死装置；所述挂轮32和支撑轮组33用于将打桩架2的行走梁22固定，所述挂轮32位于行走梁22之上，所述支撑轮组33位于行走梁22之下，两者将行走梁22卡在其中，并可通过转动带动打桩架2行走；所述液压夹钳34用于夹紧并固定在钢管桩1顶部，支撑打桩架2。
所述导向架23平面位置初定位要求偏差范围为20cm之内，倾斜度初定位要求偏差范围为1/100之内。
所述钢管桩1平面位置精定位要求偏差范围为5cm之内，倾斜度精定位要求偏差范围为1/200之内。
所述GPS定位设备42监测误差在2cm之内；所述倾角仪43 监测误差在1/5000之内。
一种自行走智能化高精度定位打桩施工方法，包括以下步骤：
步骤1：利用现有钢管桩打桩工艺施工前三根钢管桩1，同时完成打桩架2的制造与拼装；
步骤2：调整打桩架2上三个支撑机构3的位置，吊装打桩架2并利用支撑机构3上的液压夹钳34将打桩架2固定在已施打完成的三根钢管桩1上；
步骤3：将倾角仪43固定在导向架23侧面，将GPS定位设备42固定在导向架23的拢口231的中心位置，同步转动三个支撑机构3的挂轮32和支撑轮组33，带动打桩架2移动，利用倾角仪43和GPS定位设备42监测导向架23平面位置和倾斜度，当导向架23平面位置和倾斜度偏差在初定位要求偏差范围之内时，挂轮32和支撑轮组33停止转动，打桩架2停止移动，拆除倾角仪43和GPS定位设备42；
步骤4：将GPS定位设备42临时固定在拟打钢管桩1顶口中心位置，同时将倾角仪43固定在拟打钢管桩1侧面，打开导向架23的拢口231，利用起重设备将钢管桩1喂桩至导向架23的拢口231内；
步骤5：利用GPS定位设备42监测钢管桩1平面位置，利用倾角仪43监测钢管桩1倾斜度，当平面位置和倾斜度在精定位要求偏差范围之外，则通过伸缩上下拢口231内的定位装置232，调整钢管桩1的平面位置和倾斜度，直至钢管桩1平面位置和倾斜度在精定位要求偏差范围之内；
步骤6：利用桩锤进行钢管桩的沉桩作业，直至将钢管桩1 打至设计标高；
步骤7：利用液压夹钳34的自动开合功能，打开最前端支撑机构3中液压夹钳34，控制伸缩油缸31将液压夹钳34升高，并通过转动挂轮32和支撑轮组33将支撑机构3移动至下个桩位并夹紧，完成移位；
步骤8：依次完成中间支撑机构3和最后端支撑机构3的移位；
步骤9：同时转动三个支撑机构3的转动挂轮32和支撑轮组 33，将打桩架2向前移动一个桩位；
步骤10：重复步骤2～9，直至完成所有钢管桩1施工。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种自行走智能化高精度定位打桩架系统，其特征在于：包括打桩架(2)、用于固定钢管桩(1)和支撑打桩架(2)的支撑机构(3)；所述打桩架(2)包括桁架(21)、行走梁(22)、导向架(23)，所述桁架(21)用于支撑行走梁(22)、导向架(23)，所述行走梁(22)安装在桁架(21)底部，所述导向架(23)固定在桁架(21)前端，所述导向架(23)包括上下两层能够自由打开或关闭的拢口(231)，每个拢口(231)内部安装有多个用于定位钢管桩(1)的定位装置(232)；
还包括
GPS定位设备(42)，固定于导向架(23)的中心位置或固定于拟打钢管桩(1)顶口中心位置，用于监测导向架(23)或钢管桩(1)的平面位置；
倾角仪(43)，固定于导向架(23)侧面或固定于拟打钢管桩(1)侧面，用于监测导向架(23)或钢管桩(1)的倾斜度；
控制模块(41)，用于根据导向架(23)的平面位置和倾斜度，控制支撑机构(3)转动，带动整个打桩架(2)向前移动进行导向架(23)的初定位，使导向架(23)平面位置和倾斜度在初定位要求偏差范围之内；
控制模块(41)，用于根据拟打钢管桩(1)的平面位置和倾斜度，控制导向架(23)的拢口(231)内部的定位装置(232)伸缩进行钢管桩(1)的精定位，使钢管桩(1)平面位置和倾斜度偏差在精定位要求范围之内。
2.根据权利要求1所述的一种自行走智能化高精度定位打桩架系统，其特征在于：所述支撑机构(3)包括伸缩油缸(31)、挂轮(32)、支撑轮组(33)和液压夹钳(34)；所述伸缩油缸(31)下部连接液压夹钳(34)，所述伸缩油缸(31)能够顶升或下降一定距离，且安装有机械锁死装置；所述挂轮(32)和支撑轮组(33)用于将打桩架(2)的行走梁(22)固定，所述挂轮(32)位于行走梁(22)之上，所述支撑轮组(33)位于行走梁(22)之下，两者将行走梁(22)卡在其中，并可通过转动带动打桩架(2)行走；所述液压夹钳(34)用于夹紧并固定在钢管桩(1)顶部，支撑打桩架(2)。
3.根据权利要求1所述的一种自行走智能化高精度定位打桩架系统，其特征在于：所述导向架(23)平面位置初定位要求偏差范围为20cm之内，倾斜度初定位要求偏差范围为1/100之内。
4.根据权利要求1所述的一种自行走智能化高精度定位打桩架系统，其特征在于：所述钢管桩(1)平面位置精定位要求偏差范围为5cm之内，倾斜度精定位要求偏差范围为1/200之内。
5.根据权利要求1所述的一种自行走智能化高精度定位打桩架系统，其特征在于：所述GPS定位设备(42)监测误差在2cm之内；所述倾角仪(43)监测误差在1/5000之内。
6.基于权利要求1-5任一项所述的一种自行走智能化高精度定位打桩施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：利用现有钢管桩打桩工艺施工前三根钢管桩(1)，同时完成打桩架(2)的制造与拼装；
步骤2：调整打桩架(2)上三个支撑机构(3)的位置，吊装打桩架(2)并利用支撑机构(3)上的液压夹钳(34)将打桩架(2)固定在已施打完成的三根钢管桩(1)上；
步骤3：将倾角仪(43)固定在导向架(23)侧面，将GPS定位设备(42)固定在导向架(23)的拢口(231)的中心位置，同步转动三个支撑机构(3)的挂轮(32)和支撑轮组(33)，带动打桩架(2)移动，利用倾角仪(43)和GPS定位设备(42)监测导向架(23)平面位置和倾斜度，当导向架(23)平面位置和倾斜度偏差在初定位要求偏差范围之内时，挂轮(32)和支撑轮组(33)停止转动，打桩架(2)停止移动，拆除倾角仪(43)和GPS定位设备(42)；
步骤4：将GPS定位设备(42)临时固定在拟打钢管桩(1)顶口中心位置，同时将倾角仪(43)固定在拟打钢管桩(1)侧面，打开导向架(23)的拢口(231)，利用起重设备将钢管桩(1)喂桩至导向架(23)的拢口(231)内；
步骤5：利用GPS定位设备(42)监测钢管桩(1)平面位置，利用倾角仪(43)监测钢管桩(1)倾斜度，当平面位置和倾斜度在精定位要求偏差范围之外，则通过伸缩上下拢口(231)内的定位装置(232)，调整钢管桩(1)的平面位置和倾斜度，直至钢管桩(1)平面位置和倾斜度在精定位要求偏差范围之内；
步骤6：利用桩锤进行钢管桩的沉桩作业，直至将钢管桩(1)打至设计标高；
步骤7：利用液压夹钳(34)的自动开合功能，打开最前端支撑机构(3)中液压夹钳(34)，控制伸缩油缸(31)将液压夹钳(34)升高，并通过转动挂轮(32)和支撑轮组(33)将支撑机构(3)移动至下个桩位并夹紧，完成移位；
步骤8：依次完成中间支撑机构(3)和最后端支撑机构(3)的移位；
步骤9：同时转动三个支撑机构(3)的转动挂轮(32)和支撑轮组(33)，将打桩架(2)向前移动一个桩位；
步骤10：重复步骤2～9，直至完成所有钢管桩(1)施工。
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