CN117802987A - 一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置及其方法，包括两个对称设置的横梁滑轨、活动设置在两个横梁滑轨底部的三组伸缩支撑机构，以及两个滑动设置在两个横梁滑轨上的桥式起重机，用于桩基、桩帽和梁板的吊装，其中，每组伸缩支撑机构的数量为两个，且对称设置在两个横梁滑轨底部，伸缩支撑机构包括可伸缩支撑柱，可伸缩支撑柱的顶端设置有位移驱动机构和止锁机构，位移驱动机构用于驱动伸缩支撑机构或横梁滑轨进行位移。通过桩基和桩帽等永久结构作为支点，实现永临结合，同时支立于桩上结构，能更适应恶劣海况，保障了工程进度和安全，同时能实现码头施工全构件吊装，减少了现场船舶设备的需求，降低了工程成本。

Description

一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置及其方法

技术领域

本发明涉及码头结构施工领域，尤其是涉及一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置及其方法。

背景技术

“桩帽型式”的高桩码头主体结构包括桩基、桩芯、桩帽、预制梁、预制板等构件，因其结构易于装配化目前被广泛应用，而传统的上部结构及施工装备、施工工艺带来的问题日益突出，传统高桩码头结构型式、施工装备及施工工艺均极大地影响了高桩码头的施工进度、质量、成本和安全。

随着工业化建造的迅猛发展，机械集成度较高的一体化施工技术与装备能提高工程本质安全和质量，克服人口老龄化带来的劳动力缺失。高桩码头施工正朝着装配化的方向发展，传统码头构件施工中，桩基由打桩船施沉，上部结构由起重船吊装，涉及船型较多，施工成本较高，经济性差，故而提出一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置及其方法解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置及其方法，解决传统码头构件施工中，桩基由打桩船施沉，上部结构由起重船吊装，涉及船型较多，施工成本较高，经济性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置，包括两个对称设置的横梁滑轨、活动设置在两个横梁滑轨底部的三组伸缩支撑机构，以及两个滑动设置在两个横梁滑轨上的桥式起重机，用于桩基、桩帽和梁板的吊装，其中，每组伸缩支撑机构的数量为两个，且对称设置在两个横梁滑轨底部，伸缩支撑机构包括可伸缩支撑柱，可伸缩支撑柱的顶端设置有位移驱动机构和止锁机构，位移驱动机构用于驱动伸缩支撑机构或横梁滑轨进行位移，可伸缩支撑柱的底端设置有用于与已沉桩基相连接的夹爪机构。

优选方案中，所述横梁滑轨的一侧设置有齿条，另一侧设置有导轨。

优选方案中，所述位移驱动机构包括设置在可伸缩支撑柱顶端的U形座，U形座从下方套装在横梁滑轨外部，且两个侧壁上分别可转动的设置有驱动齿轮和导向滑轮，U形座的侧面还设置有用于给驱动齿轮提供动力的驱动电机，驱动齿轮与齿条相啮合，导向滑轮与导轨滑动连接。

优选方案中，所述可伸缩支撑柱包括固定柱，以及可伸缩的套装在固定柱外部的L形伸缩柱，固定柱的底端设置有防脱限位板，顶端侧壁面上设置有延伸板，延伸板与L形伸缩柱之间设置有伸缩油缸，L形伸缩柱上设置有电动插销，固定柱上设置有两个上下排列的销孔，供电动插销插入。

优选方案中，所述夹爪机构包括对称设置在可伸缩支撑柱底端的两个L形落地脚，两个L形落地脚之间对称设置有两个夹爪连接杆，两个夹爪连接杆均通过轴与L形落地脚相铰接，轴的其中一端贯穿L形落地脚连接有夹持齿轮，两个夹持齿轮相啮合，夹爪连接杆的另一端铰接设置有抱箍，可伸缩支撑柱的侧面与其中一个夹爪连接杆之间铰接设置有夹持油缸。

优选方案中，所述止锁机构包括设置在可伸缩支撑柱顶端侧面的止锁底座，止锁底座的内部呈空心状且顶部为开口，止锁底座的内部可转动的设置有螺杆，螺杆的两端设置有相反的螺纹段，且分别螺纹套装有移动轴，移动轴的顶部设置有延伸至开口外部的倒L形连接杆，其中一个倒L形连接杆的另一端连接有夹片，另一个倒L形连接杆连接有L形板，L形板的内顶壁上设置有与齿条相适配的契合齿，止锁底座的侧面还设置有驱动螺杆旋转的传动电机，移动轴的底部设置有限位块，止锁底座的内底壁设置有与限位块相适配的限位槽。

优选方案中，所述桥式起重机吊具至水底的距离大于桩基的长度，且吊具上设置有结合双目视觉算法的摄像头，桥式起重机与横梁滑轨之间设置有锁定装置。

一种垂直桩基的装配式码头一体化施工方法，该方法包括：

S1、施沉起始桩基，将一体化施工装置架设在已沉管完成的桩基上，并使位于后方的两组伸缩支撑机构通过夹爪机构抱紧已沉管桩基；

S2、利用在前的桥式起重机进行前排桩基的沉管吊装工作，同时利用在后的桥式起重机进行后排已沉管桩基的预制桩芯桩帽吊装工作；

S3、前排桩基沉管完成后，通过三组伸缩支撑机构与横梁滑轨配合移动，实现一体化施工装置的整体前移；

S4、重复步骤S1-S3，完成所有桩基安装。

优选方案中，所述夹爪机构的抱紧方法具体为：启动夹持油缸，使夹爪连接杆带动上的抱箍旋转，同时利用两个相啮合的夹持齿轮带动另一个夹爪连接杆和抱箍同步相对旋转，从而在可伸缩支撑柱的底部将已沉管桩基抱紧，最后在抱箍之间安装拉紧螺栓即可；

一体化施工装置的位移方法具体为：

S31、将两个桥式起重机移动至位移方法的相反端，并锁定；

S32、然后将抱紧已沉管桩基的两个伸缩支撑机构的止锁机构解除，并同步启动其上的位移驱动机构，利用驱动齿轮与齿条的啮合关系驱动横梁滑轨带着前端的一组伸缩支撑机构位移至下一排已沉管桩基上，并将该伸缩支撑机构固定在其上；

S33、然后锁定所有伸缩支撑机构上的止锁机构，移动位于前方的桥式起重机进行下一排桩基的沉管吊装工作；

S34、步骤S33完成后，解除最前侧伸缩支撑机构的夹爪机构抱紧状态，并缩回，然后解除其上的止锁机构，启动位移驱动机构使其移动至最前方的已沉管桩基上，并完成抱紧，最后依次完成在后的两组伸缩支撑机构位移工作即可。

优选方案中，该方法还包括：

S5、反向移动一体化施工装置，后排变前排，使伸缩支撑机构的L形落地脚落在已安装的桩帽顶部，并锚固；

S6、然后利用前排桥式起重机吊装预制横梁，后排桥式起重机吊装预制纵梁、纵横梁装配式节点钢筋及预制面板；

S7、步骤S6完成后，再移位至下一排桩基，直至完成所有桩基安装；

S8、混凝土罐车上方驳后浇筑纵横梁节点混凝土，一体化架设装备移动至现浇节点处，协助面层钢筋安装；

S9、面层混凝土完成浇筑后，一体化架设装备移动至码头面层，协助护舷、系船柱和中央廊桥等结构的安装。

本发明提供了一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置及其方法，通过桩基和桩帽等永久结构作为支点，实现永临结合，同时支立于桩上结构，能更适应恶劣海况，保障了工程进度和安全，同时能实现码头施工全构件吊装，减少了现场船舶设备的需求，降低了工程成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明整体结构右侧立体图；

图2是本发明整体结构左侧立体图；

图3是本发明侧面结构图；

图4是本发明伸缩支撑机构结构图；

图5是本发明固定柱结构图；

图6是本发明L形伸缩柱结构图；

图7是本发明伸缩支撑机构未使用状态结构图；

图8是本发明止锁机构剖视结构图；

图9是本发明契合齿结构图；

图10是本发明整体与桩基连接结构正视图；

图11是本发明位移流程图；

图中：伸缩支撑机构1；横梁滑轨2；桥式起重机3；可伸缩支撑柱11；位移驱动机构12；夹爪机构13；止锁机构14；齿条201；导轨202；U形座121；导向滑轮122；驱动齿轮123；驱动电机124；固定柱111；L形伸缩柱112；防脱限位板113；延伸板114；伸缩油缸115；电动插销116；销孔117；L形落地脚131；夹爪连接杆133；抱箍134；夹持齿轮135；夹持油缸136；止锁底座141；螺杆142；移动轴143；倒L形连接杆144；L形板145；契合齿146；夹片147；传动电机148。

具体实施方式

实施例1

如图1-9所示，一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置，包括两个对称设置的横梁滑轨2、活动设置在两个横梁滑轨2底部的三组伸缩支撑机构1，以及两个滑动设置在两个横梁滑轨2上的桥式起重机3，用于桩基、桩帽和梁板的吊装，其中，每组伸缩支撑机构1的数量为两个，且对称设置在两个横梁滑轨2底部，伸缩支撑机构1包括可伸缩支撑柱11，可伸缩支撑柱11的顶端设置有位移驱动机构12和止锁机构14，位移驱动机构12用于驱动伸缩支撑机构1或横梁滑轨2进行位移，可伸缩支撑柱11的底端设置有用于与已沉桩基相连接的夹爪机构13。

优选方案中，所述横梁滑轨2的一侧固设有齿条201，另一侧固设有导轨202。

优选方案中，所述位移驱动机构12包括固设在可伸缩支撑柱11顶端的U形座121，U形座121从下方套装在横梁滑轨2外部，且两个侧壁上分别可转动的设置有驱动齿轮123和导向滑轮122，U形座121的侧面还设置有用于给驱动齿轮123提供动力的驱动电机124，驱动齿轮123与齿条201相啮合，导向滑轮122与导轨202滑动连接，使横梁滑轨2与位移驱动机构12之间形成吊装关系，在使用时，可以利用驱动齿轮123在齿条201上的旋转带动伸缩支撑机构1在横梁滑轨2上移动，或者，当伸缩支撑机构1固定在桩基上时驱动横梁滑轨2移动。

优选方案中，所述可伸缩支撑柱11包括固定柱111，以及可伸缩的套装在固定柱111外部的L形伸缩柱112，L形的设计可以有效的扩宽桥式起重机3的宽度，避免桥式起重机3的吊装无法对位于可伸缩支撑柱11处的桩基进行施工，固定柱111的底端固设有防脱限位板113，对L形伸缩柱112进行限位，防止出现掉落的情况，顶端侧壁面上固设有延伸板114，延伸板114与L形伸缩柱112之间设置有伸缩油缸115，通过伸缩油缸115的伸缩，可以实现调节可伸缩支撑柱11长度的效果，L形伸缩柱112上设置有电动插销116，固定柱111上设置有两个上下排列的销孔117，供电动插销116插入，便于对可伸缩支撑柱11收缩和展开的两种状态进行固定。

优选方案中，所述夹爪机构13包括对称固设在可伸缩支撑柱11底端的两个L形落地脚131，两个L形落地脚131之间对称设置有两个夹爪连接杆133，两个夹爪连接杆133均通过轴与L形落地脚131相铰接，轴的其中一端贯穿L形落地脚131连接有夹持齿轮135，两个夹持齿轮135相啮合，夹爪连接杆133的另一端铰接设置有抱箍134，可伸缩支撑柱11的侧面与其中一个夹爪连接杆133之间铰接设置有夹持油缸136，夹持油缸136的两端分别与可伸缩支撑柱11和夹爪连接杆133相铰接。

需要说明的是，当两个抱箍134分开时，其高度高于L形落地脚131的底端，另外，L形落地脚131上设置有用于锚固的孔。

优选方案中，所述止锁机构14包括固设在可伸缩支撑柱11顶端侧面的止锁底座141，止锁底座141的内部呈空心状且顶部为开口，止锁底座141的内部通过轴承可转动的设置有螺杆142，螺杆142的两端设置有相反的螺纹段，且分别螺纹套装有移动轴143，移动轴143的顶部固设有延伸至开口外部的倒L形连接杆144，其中一个倒L形连接杆144的另一端连接有夹片147，另一个倒L形连接杆144连接有L形板145，L形板145的内顶壁上固设有与齿条201相适配的契合齿146，夹片147与L形板145分别位于横梁滑轨2的两侧，止锁底座141的侧面还设置有驱动螺杆142旋转的传动电机148，移动轴143的底部固设有限位块，止锁底座141的内底壁设置有与限位块相适配的限位槽。

在使用时，通过传动电机148驱动螺杆142旋转，进而带动两个移动轴143在限位块和限位槽的限制下相对或相离的移动，从而对横梁滑轨2进行夹持，同时L形板145上的契合齿146嵌入齿条201中，起到进一步锁定效果，实现止锁功能。

优选方案中，所述桥式起重机3吊具至水底的距离大于桩基的长度，且吊具上设置有结合双目视觉算法的摄像头，便于给吊装工作提供测量定位功能，桥式起重机3与横梁滑轨2之间设置有锁定装置，用于在不使用桥式起重机3时，对其进行锁定。

另外，一体化施工装置上配备北斗、倾斜传感器等位置定位系统，应力应变传感器等检测钢丝绳应力，桥式起重机3的吊具上安装由震动感应器，通过感受沉桩过程中的振动，记录每一次的锤击数，从而积累沉桩过程数据，一体化架设装备上还安装避雷装置，从而规避雷击。

需要说明的是，本实施例中，所有电机以及液压装置的控制均为常规技术手段，因此不在此进行详细说明。

实施例2

结合实施例1进一步说明，如图1-11所示结构，一种垂直桩基的装配式码头一体化施工方法，该方法包括：

S1、施沉起始桩基，将一体化施工装置架设在已沉管完成的桩基上，并使位于后方的两组伸缩支撑机构1通过夹爪机构13抱紧已沉管桩基，夹爪机构13的抱紧方法具体为：启动夹持油缸136，使夹爪连接杆133带动上的抱箍134旋转，同时利用两个相啮合的夹持齿轮135带动另一个夹爪连接杆133和抱箍134同步相对旋转，从而在可伸缩支撑柱11的底部将已沉管桩基抱紧，最后在抱箍134之间安装拉紧螺栓即可，解除时相反操作即可。

S2、利用在前的桥式起重机3进行前排桩基的沉管吊装工作，施沉时将打桩机吊装在桩基顶端即可，同时利用在后的桥式起重机3进行后排已沉管桩基的预制桩芯桩帽吊装工作，桩基与其他装配件均通过方驳运输。

S3、前排桩基沉管完成后，通过三组伸缩支撑机构1与横梁滑轨2配合移动，实现一体化施工装置的整体前移，

位移方法具体为：

S31、将两个桥式起重机3移动至位移方法的相反端，并锁定；

S32、然后将抱紧已沉管桩基的两个伸缩支撑机构1的止锁机构14解除，并同步启动其上的位移驱动机构12，利用驱动齿轮123与齿条201的啮合关系驱动横梁滑轨2带着前端的一组伸缩支撑机构1位移至下一排已沉管桩基上，并将该伸缩支撑机构1固定在其上；

S33、然后锁定所有伸缩支撑机构1上的止锁机构14，移动位于前方的桥式起重机3进行下一排桩基的沉管吊装工作；

S34、步骤S33完成后，解除最前侧伸缩支撑机构1的夹爪机构13抱紧状态，并缩回，然后解除其上的止锁机构14，启动位移驱动机构12使其移动至最前方的已沉管桩基上，并完成抱紧，最后依次完成在后的两组伸缩支撑机构1位移工作即可。

S4、重复步骤S1-S3，完成所有桩基安装。

S5、反向移动一体化施工装置，后排变前排，使伸缩支撑机构1的L形落地脚131落在已安装的桩帽顶部，并锚固。

S6、然后利用前排桥式起重机3吊装预制横梁，后排桥式起重机3吊装预制纵梁、纵横梁装配式节点钢筋及预制面板。

S7、步骤S6完成后，再移位至下一排桩基，直至完成所有桩基安装。

S8、混凝土罐车上方驳后浇筑纵横梁节点混凝土，一体化架设装备移动至现浇节点处，协助面层钢筋安装。

S9、面层混凝土完成浇筑后，一体化架设装备移动至码头面层，协助护舷、系船柱和中央廊桥等结构的安装。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置，其特征是：包括两个对称设置的横梁滑轨（2）、活动设置在两个横梁滑轨（2）底部的三组伸缩支撑机构（1），以及两个滑动设置在两个横梁滑轨（2）上的桥式起重机（3），用于桩基、桩帽和梁板的吊装，其中，每组伸缩支撑机构（1）的数量为两个，且对称设置在两个横梁滑轨（2）底部，伸缩支撑机构（1）包括可伸缩支撑柱（11），可伸缩支撑柱（11）的顶端设置有位移驱动机构（12）和止锁机构（14），位移驱动机构（12）用于驱动伸缩支撑机构（1）或横梁滑轨（2）进行位移，可伸缩支撑柱（11）的底端设置有用于与已沉桩基相连接的夹爪机构（13）。

2.根据权利要求1所述一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置，其特征是：所述横梁滑轨（2）的一侧设置有齿条（201），另一侧设置有导轨（202）。

3.根据权利要求2所述一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置，其特征是：所述位移驱动机构（12）包括设置在可伸缩支撑柱（11）顶端的U形座（121），U形座（121）从下方套装在横梁滑轨（2）外部，且两个侧壁上分别可转动的设置有驱动齿轮（123）和导向滑轮（122），U形座（121）的侧面还设置有用于给驱动齿轮（123）提供动力的驱动电机（124），驱动齿轮（123）与齿条（201）相啮合，导向滑轮（122）与导轨（202）滑动连接。

4.根据权利要求3所述一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置，其特征是：所述可伸缩支撑柱（11）包括固定柱（111），以及可伸缩的套装在固定柱（111）外部的L形伸缩柱（112），固定柱（111）的底端设置有防脱限位板（113），顶端侧壁面上设置有延伸板（114），延伸板（114）与L形伸缩柱（112）之间设置有伸缩油缸（115），L形伸缩柱（112）上设置有电动插销（116），固定柱（111）上设置有两个上下排列的销孔（117），供电动插销（116）插入。

5.根据权利要求1-4中任一项所述一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置，其特征是：所述夹爪机构（13）包括对称设置在可伸缩支撑柱（11）底端的两个L形落地脚（131），两个L形落地脚（131）之间对称设置有两个夹爪连接杆（133），两个夹爪连接杆（133）均通过轴与L形落地脚（131）相铰接，轴的其中一端贯穿L形落地脚（131）连接有夹持齿轮（135），两个夹持齿轮（135）相啮合，夹爪连接杆（133）的另一端铰接设置有抱箍（134），可伸缩支撑柱（11）的侧面与其中一个夹爪连接杆（133）之间铰接设置有夹持油缸（136）。

6.根据权利要求3所述一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置，其特征是：所述止锁机构（14）包括设置在可伸缩支撑柱（11）顶端侧面的止锁底座（141），止锁底座（141）的内部呈空心状且顶部为开口，止锁底座（141）的内部可转动的设置有螺杆（142），螺杆（142）的两端设置有相反的螺纹段，且分别螺纹套装有移动轴（143），移动轴（143）的顶部设置有延伸至开口外部的倒L形连接杆（144），其中一个倒L形连接杆（144）的另一端连接有夹片（147），另一个倒L形连接杆（144）连接有L形板（145），L形板（145）的内顶壁上设置有与齿条（201）相适配的契合齿（146），止锁底座（141）的侧面还设置有驱动螺杆（142）旋转的传动电机（148），移动轴（143）的底部设置有限位块，止锁底座（141）的内底壁设置有与限位块相适配的限位槽。

7.根据权利要求1所述一种垂直桩基的装配式码头一体化施工装置，其特征是：所述桥式起重机（3）吊具至水底的距离大于桩基的长度，且吊具上设置有结合双目视觉算法的摄像头，桥式起重机（3）与横梁滑轨（2）之间设置有锁定装置。

8.一种垂直桩基的装配式码头一体化施工方法，其特征是：该方法包括：

S1、施沉起始桩基，将一体化施工装置架设在已沉管完成的桩基上，并使位于后方的两组伸缩支撑机构（1）通过夹爪机构（13）抱紧已沉管桩基；

S2、利用在前的桥式起重机（3）进行前排桩基的沉管吊装工作，同时利用在后的桥式起重机（3）进行后排已沉管桩基的预制桩芯桩帽吊装工作；

S3、前排桩基沉管完成后，通过三组伸缩支撑机构（1）与横梁滑轨（2）配合移动，实现一体化施工装置的整体前移；

S4、重复步骤S1-S3，完成所有桩基安装。

9.根据权利要求8所述一种垂直桩基的装配式码头一体化施工方法，其特征是：所述夹爪机构（13）的抱紧方法具体为：启动夹持油缸（136），使夹爪连接杆（133）带动上的抱箍（134）旋转，同时利用两个相啮合的夹持齿轮（135）带动另一个夹爪连接杆（133）和抱箍（134）同步相对旋转，从而在可伸缩支撑柱（11）的底部将已沉管桩基抱紧，最后在抱箍（134）之间安装拉紧螺栓即可；

一体化施工装置的位移方法具体为：

S31、将两个桥式起重机（3）移动至位移方法的相反端，并锁定；

S32、然后将抱紧已沉管桩基的两个伸缩支撑机构（1）的止锁机构（14）解除，并同步启动其上的位移驱动机构（12），利用驱动齿轮（123）与齿条（201）的啮合关系驱动横梁滑轨（2）带着前端的一组伸缩支撑机构（1）位移至下一排已沉管桩基上，并将该伸缩支撑机构（1）固定在其上；

S33、然后锁定所有伸缩支撑机构（1）上的止锁机构（14），移动位于前方的桥式起重机（3）进行下一排桩基的沉管吊装工作；

S34、步骤S33完成后，解除最前侧伸缩支撑机构（1）的夹爪机构（13）抱紧状态，并缩回，然后解除其上的止锁机构（14），启动位移驱动机构（12）使其移动至最前方的已沉管桩基上，并完成抱紧，最后依次完成在后的两组伸缩支撑机构（1）位移工作即可。

10.根据权利要求9所述一种垂直桩基的装配式码头一体化施工方法，其特征是：该方法还包括：

S5、反向移动一体化施工装置，后排变前排，使伸缩支撑机构（1）的L形落地脚（131）落在已安装的桩帽顶部，并锚固；

S6、然后利用前排桥式起重机（3）吊装预制横梁，后排桥式起重机（3）吊装预制纵梁、纵横梁装配式节点钢筋及预制面板；

S7、步骤S6完成后，再移位至下一排桩基，直至完成所有桩基安装；

S8、混凝土罐车上方驳后浇筑纵横梁节点混凝土，一体化架设装备移动至现浇节点处，协助面层钢筋安装；

S9、面层混凝土完成浇筑后，一体化架设装备移动至码头面层，协助护舷、系船柱和中央廊桥等结构的安装。