低空间水中钢管桩拔桩施工方法及装置与流程

本发明属于桥梁施工技术领域，特别是涉及一种低空间水中钢管桩拔桩施工方法及装置。

背景技术：

目前，低空间水中钢管桩拔桩施工，由于钢管桩基础位于桥梁底部，受钢箱梁距水面高度的影响使得钢管桩不能被一次性拔除。此类施工中由于桥梁净空小，各种机械设备难以得到利用；同时因桩基入土较深，桩侧摩阻力大，使得在水中拔桩困难较大。一般采用潜水员对水中外漏部分的圆管桩进行切割，入土部分因为空间高度不足，无法拔出，造成了大量材料的浪费，造成施工质量差、成本高和施工效率低等技术问题。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种低空间水中钢管桩拔桩施工方法及装置。

本发明的目的之一是提供一种拨桩承载大，操作安全，施工方便，组装快捷，施工效率高等特点的低空间水中钢管桩拔桩施工方法。

本发明低空间水中钢管桩拔桩施工方法所采取的技术方案是：

低空间水中钢管桩拔桩施工方法，其特点是：施工方法是用浮船进行拨桩，先调整浮船下沉，依靠浮船的浮力作用于连接的钢管桩，并将钢管桩拨出。

本发明低空间水中钢管桩拔桩施工方法还可以采用如下技术方案：

所述的低空间水中钢管桩拔桩施工方法，其特点是：钢管桩拨桩拉力使浮船下沉采用浮船固装卷扬机，卷扬机拨桩拉力使浮船下沉方式，下沉的浮船产生浮力。

所述的低空间水中钢管桩拔桩施工方法，其特点是：调整浮船下沉采用浮船承载方式使浮船下沉，减轻浮船承载使浮船产生浮力。

所述的低空间水中钢管桩拔桩施工方法，其特点是：浮船承载方式为浮船中水箱注水，减轻浮船承载是浮船中水箱排水。

所述的低空间水中钢管桩拔桩施工方法，其特点是：将钢管桩拨出时采用震锤震动钢管桩，将钢管桩周围土体震松。

所述的低空间水中钢管桩拔桩施工方法，其特点是：钢管桩拨出按照浮船浮动高度分次进行。

本发明的目的之二是提供一种具有结构简单，组装紧凑，施工方便，拨桩承载能力大，施工效率高等特点的低空间水中钢管桩拔桩施工装置。

本发明低空间水中钢管桩拔桩施工装置所采取的技术方案是：

低空间水中钢管桩拔桩施工装置，其特点是：拔桩施工装置包括浮船、震锤和浮力产生机构，震锤和浮力产生机构安装于浮船上，浮船连接拨桩施工的钢管桩，震锤安装于相对钢管桩位置。

本发明低空间水中钢管桩拔桩施工装置还可以采用如下技术方案：

所述的低空间水中钢管桩拔桩施工装置，其特点是：浮力产生机构为卷扬机、机架和滑轮，卷扬机、机架安装于浮船上，滑轮安装于机架上，卷扬机钢丝绳通过滑轮连接钢管桩。

所述的低空间水中钢管桩拔桩施工装置，其特点是：机架上装有震锤。

所述的低空间水中钢管桩拔桩施工装置，其特点是：浮船由两个船体构成，两个船体间有连接架。

本发明拔桩装置由浮船、震锤、卷扬机和反力架等组成，充分利用浮船的浮力提供拔桩反力，利用震锤的震动破坏土体减小桩侧摩阻力，通过反力架改变拔桩力的方向，由卷扬机提供拔桩力将钢管桩提升并将浮船压低，最后卷扬机停止工作船因受力减小而向上浮起，直接将管桩带起，通过以上手段解决拔桩施工的两大难点。

整个低空间水中圆管桩拔桩发明分为拔桩装置及施工工艺两部分。

(一)拔桩装置：

1、浮船结构设计：

浮船的作用是为拔桩施工提供安全的操作平台，同时利用浮力提供拔桩所需的上拔力，使得浮船成为了整套工艺中的关键点。为此所设计的浮船在保证施工使用过程中安全性的同时还要保证能够提供足够的浮力。并且在浮船制作完毕要精确测算，浮船在承受一定压力的情况下的吃水深度。

2、震动锤：

作为拔桩施工中另外一个关键设备的震动锤设计成为扁平状以减少其所利用的拔桩空间。在震锤两侧设置三组轮的动滑轮组作为震锤的牵引装置，滑轮下方设置减震弹簧以减少震动力通过钢丝绳传递对浮船的影响和激震力的损失。震锤下部设夹桩装置。利用震锤拔桩施工主要是利用其高频震动破坏桩侧土体减小桩侧摩阻力。震动锤通过钢丝绳经两组动、定滑轮及横向工字钢梁与卷扬机相连。

3、定滑轮：

定滑轮主要起转向作用。并且尽量减少滑轮占用拔桩的净空，。

4、拔桩架：

作为拔桩过程的主要传力体系，拔桩架的刚度与稳定性直接影响拔桩全过程的安全性。拔桩架设计采用圆管作为支撑柱，上架设横纵梁，保证拔桩架的稳定性及刚度。

5、卷扬机：

设置两台卷扬机用于拔桩，卷扬机布设于浮船顶板上，卷扬机通过定滑轮组的转向和动滑轮的减力可将已被高频震动破坏土体后的钢管桩拔除。

6、潜水泵：

在浮船上设置潜水泵用于调节浮船入水深度。

7、浮船之间连接架：

连接架采用桁架体系制成，利用连接架的自身刚度将两浮船连接成整体，保证浮船的协调受力。

8、装置各部位的连接方式

首先两个浮船通过连接件栓接的方式连接成整体，在浮船顶部设置卷扬机(焊接连接)、变电箱。拔桩架与浮船面板及纵梁采用法兰连接，拔桩架横纵梁间采用焊接连接。横梁上设置吊耳与定滑轮组相连并设有辅助吊耳用于与滑轮钢丝绳相连。振锤通过滑轮与卷扬机相连，并通过自身的夹子对钢管桩进行拔除。

(二)施工工艺：

1.利用潜水泵向浮船前端设置的水箱中注水，使浮船保持前后平衡，并且调整浮船高度，使之适宜拔管。

2.启动震锤震动圆管桩，利用震锤的高频击震力将圆管桩周围土体震松。

3.启动卷扬机牵引提供拔桩力，随着卷扬机牵引力的提高，浮船因受力将会向下沉。当浮船吃水足够多以至于可以将管桩拔除时(参考之前测算的浮力与吃水情况的关系)，停止卷扬机工作。管桩随浮船上浮而拔出。

本发明具有的优点和积极效果：

低空间水中钢管桩拔桩施工方法及装置由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，充分考虑桥梁净空影响，很好地解决了桩基入土较深，桩侧摩阻力大，水中拔桩作业困难等技术难题。本发明具有结构简单，组装紧凑，拨桩承载大，操作安全，施工方便，组装快捷，省时省力，施工成本低，施工效率高等特点。

附图说明

图1是本发明低空间水中钢管桩拔桩施工装置结构示意图；

图2是低空间水中钢管桩拔桩施工装置平面结构示意图；

图3是低空间水中钢管桩拔桩施工装置立面结构示意图；

图4是图2的A-A剖面结构示意图。

图中，1.浮船，2.卷扬机，3.震锤，4.连接架，5.机架，6.横梁，7.钢管桩，8.变电箱，9.滑轮。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参阅附图1、图2、图3和图4。

实施例1

低空间水中钢管桩拔桩施工方法，利用浮船进行拨桩，先调整浮船下沉，钢管桩拨桩拉力使浮船下沉采用浮船固装卷扬机，卷扬机拨桩拉力使浮船下沉方式，下沉的浮船产生浮力。依靠浮船的浮力作用于连接的钢管桩，并将钢管桩拨出。

调整调整浮船下沉也可以用潜水泵往浮船水箱中注水，使浮船下沉，下沉后将浮船与钢管桩固定，再用泵将水箱中水排出减轻浮船承载，使浮船产生浮力并将钢管桩拨出。

在将钢管桩拨出时采用震锤震动钢管桩，使钢管桩周围土体震松，利于拨桩。

实施例2

低空间水中钢管桩拔桩施工装置，包括浮船1、震锤3、机架5和滑轮9，浮船1由两个船体构成，两个船体间有连接架4。每个浮船各固一个卷场机2，机架5安装于两个浮船1上，滑轮9安装于机架5横梁6的中间，卷扬机2钢丝绳通过滑轮连接钢管桩7。浮船1通过卷扬机7钢丝绳连接拨桩施工的钢管桩7，震锤3接触震动钢管桩7，使钢管桩7周围土体震松，利于拨桩。

低空间水中钢管桩拔桩具体施工装置及施工工艺详细说明如下：

(一)拔桩装置：

1、浮船结构：

1)设计荷载：

浮船设计承受荷载包括拔桩力、浮船自重、两台卷扬机及拔桩架等设备自重，同时考虑人员及零星设备物件荷载之和。钢管桩上拔力设计为40吨，浮船自重为27吨，两台卷扬机自重约6吨，拔桩架为3吨，操作人员及零星荷载预设3吨，合计荷载为79吨。

2)结构设计：

浮船设计两个，每个长8米、宽4.5米、高2-2.5米，两浮船布置间隔1米，在浮船前端采用连接架将两浮船连接为整体。为满足浮船在使用过程中其自身刚度的要求，浮船内部框架采用双拼20号槽钢作为主要框架受力杆件并配以10号槽钢、10号角钢作为辅助受力杆件。

3)细部结构处理：

浮船最大排水量为174立方米，能提供浮力为69吨/米。在未拔桩之前浮船及机械设备自重为39吨，浮船此时沉入水中56厘米，为保证浮船在水中的稳定还需向浮船内注入一定量的水，以此降低浮船重心，因此事先向浮船内注水约20立方，使浮船沉入水中最小深度为80厘米。

由于浮船本身结构的不对称性及前端加设连接架后的影响，浮船前后两侧相对几何中心线为非对称结构，两部分重量相差3.4t。为保证浮船整体的平衡，在浮船尾部均加设配重水箱。为使浮船两侧保持平衡需向水箱中的注水，在注水操作过程中可依据浮船沉入水中的平衡深度判断注水量。

2、震锤：

作为拔桩施工中另外一个关键设备的震动锤设计成为扁平状以减少其所利用的拔桩空间。高度为78厘米，长205厘米，宽148厘米，可提供90吨的激震力、45吨拔桩力。在震锤两侧设置三组轮的动滑轮组作为震锤的牵引装置，滑轮下方设置减震弹簧以减少震动力通过钢丝绳传递对浮船的影响和激震力的损失。震锤下部设夹桩装置，夹桩具设计为可调节式可满足600mm-800mm范围内不同管径圆管的拔桩需要。震动锤通过钢丝绳经两组动、定滑轮及横向工字钢梁与卷扬机相连。

3、定滑轮：

起转向作用的定滑轮采用两组特制的三轮32吨滑轮组。滑轮高度400毫米、长度364毫米、宽度355毫米，主轮轮径280毫米。滑轮固定采用焊接方式与横梁工字钢连接，将滑轮上的四块20毫米厚的钢板与工字钢底面翼缘板焊接。两对滑轮组对称布置与横梁两侧，与震锤上的动滑轮组位置相对应。

4、拔桩架：

拔桩架设计采用φ340mm圆管作为支撑柱，上架设纵、横向双拼I360工字钢梁，圆管高度300厘米，工字钢纵梁长600厘米、横梁长300厘米。φ340圆管与浮船面板及纵梁采用法兰连接。在工字钢上圆管相应位置做局部加强处理。横梁上设置吊耳与定滑轮组相连并设有辅助吊耳用于与滑轮钢丝绳相连，由于定滑轮受力较大所以在横梁上相应位置也应做局部加强，辅助吊耳设置在滑轮旁边。

5、卷扬机：

设置两台5吨慢转卷扬机布设于浮船顶板上。卷扬机的钢丝绳通过转向装置先穿过定滑轮再穿过动滑轮以此方式缠绕最后将钢丝绳的一头与工字钢上设置的辅助吊耳连接。

6、潜水泵：

设置潜水泵2台用于调节浮船入水深度。潜水泵为4寸潜水泵，该泵排水量为100立方米/小时。潜水泵设置于浮船后端。

7、浮船之间连接架：

连接架采用20号槽钢和10号角钢组拼成桁架体系，型钢之间采用焊接方式相连，共三组桁架，桁架间采用水平杆进行连接，最后将连接架与两浮船用φ22mm螺栓连接为一体。

(二)施工工艺：

1、拔桩前准备工作：

1).利用两台潜水泵同时向两浮船前端设置的水箱中注水40厘米左右高度，使浮船保持前后平衡。

2).再向浮船内注水使浮船下沉一定深度，浮船沉入水中深度依据浮船上拔桩架顶距钢箱梁底的距离10-20厘米的安全高度而定。最大下沉深度为150厘米，最小下沉深度为80厘米。

3).拔桩之前将钢管桩提前切割至水面以上20厘米处。

4).将浮船划入桥底，就位于预拔桩位置(浮船设连接架一侧朝向桥内)。

2、进行拔桩施工：

1)利用卷扬机将震锤挂设于钢管桩顶部，并开启油泵使震锤夹紧钢管桩管壁。

2)启动震锤进行震动，利用震锤的高频击震力使钢管桩下沉10-20厘米左右后，启动卷扬机牵引提供拔桩力。

3)随着卷扬机牵引力的提高，浮船因受力将会向下沉，当浮船下沉60厘米左右后将基本停止，此时浮船提供给的浮力将能够满足拔桩所需上拔力40吨的要求。

4)当钢管桩被拔出至支架高度允许长度后停止牵引，放松震锤。此时浮船因受力减小而向上浮起，在震锤抬升出圆管高度后即可移动浮船。

5)将浮船开至同排下一个预拔桩位置进行拔桩同时将周转运输船驶入，用周转运输船上切割设备在钢管桩紧贴水面20厘米位置用气割将圆管切除，用捯链将割除后的圆管运至周转运输船运输上岸。