专利名称：吊锤沉桩装置及沉桩方法
技术领域：
本发明涉及一种建造高桩梁板式码头的工程桩施工设施，尤其是一种用于钢管桩或PHC桩(高强度混凝土管)的沉桩装置及沉桩方法，属于港口工程技术领域。
背景技术：
在江边或海岸边建造高桩梁板式码头和引桥时，需要先将多根工程桩沉桩到江底或海底，这些工程桩作为支柱支撑住用混凝土浇筑而成的梁板，成为码头的作业平台和引桥桥面。目前，国内水上钢管桩或PHC桩的沉桩施工方法一般采用打桩船施工，施工成本昂贵。此外，在不能满足打桩船施工的水深、水域，打桩船无法移动到桩位等情况下，打桩船施工不能进行。
发明内容
本发明的目的是提供一种吊锤沉桩装置和沉桩方法，该沉桩方法采用放置在方驳上的吊机吊住吊锤导向架，利用安装在吊锤导向架中的动力锤连续锤击定位在沉桩支撑架中的工程桩顶，从而实现工程桩的沉桩。本发明通过以下技术方案予以实现
一种吊锤沉桩装置，包括吊锤导向架和沉桩支撑架，所述吊锤导向架包括连接成一体的上悬挂架、直立导向座和下工程桩支撑座，所述直立导向座上设有竖向导轨，动力锤的锤体固定在直立导向座上端，动力锤的锤头支承在竖向导轨上，工程桩顶端支承在下工程桩支撑座中，吊锤导向架顶端通过吊索悬挂在吊机的挂钩上；沉桩支撑架包括多根底部打进水底的钢管桩，多根钢管桩成多边形分布在水面上，至少一层位于水面上的多边形型钢框架与多根钢管桩固定连接；多边形矩形型钢框架上设有与工程桩数量相等的数个导向架， 沉桩的工程桩位于导向架之内。一种采用前述吊锤沉桩装置的沉桩方法，包括以下步骤
I)沉桩支撑架的施工
根据施工区域地质以及水深情况，选用多根Φ60(Γ800_钢管作为沉桩支撑架的钢管桩，按照工程桩的桩位要求，在覆盖一组多根工程桩桩位的多边形区域内，用振动锤将钢管桩底部按照预先设定的多边形边缘的桩位打入水底覆盖层内；沉桩支撑架的钢管桩标高高出水面以上61米，按照需施工的工程桩的密度，一个沉桩支撑架可容纳多根工程桩作为同一组施工，多边形型钢框架的层数按al)或bl)的要求确定；
al)所述工程桩的长度为单节预应力高强度混凝土管或钢管长度，在沉桩支撑架钢管桩顶部焊接一层多边形型钢框架，根据工程桩桩位的测量定位要求，在多边形型钢框架上放置与工程桩数量相等的数个导向架；
bl)所述工程桩的长度为上下衔接的2节预应力高强度混凝土管或钢管长度的工程桩，在不受水位影响的沉桩支撑架钢管桩中部焊接第一层多边形型钢框架；根据工程桩桩位的要求，在第一层多边形型钢框架上吊放定位多个导向架；下节桩沉放到位后，在沉桩支撑架钢管桩顶部焊接第二层多边形型钢框架，在第二层多边形型钢框架上吊放定位多个导向架，确保第一层多边形型钢框架的导向架中心线和第二层多边形型钢框架上的导向架中心线均处于垂直状态；
2)工程桩的沉桩施工
a2)单节长度不大于30米的预应力高强度混凝土管或钢管的工程桩沉桩吊机依次将多根工程桩分别插入对应的导向架内，吊机将装有动力锤的吊锤导向架吊到工程桩桩顶上，使动力锤头与工程桩中心一致，吊锤导向架尽量往下，用动力锤头的锤头自重压桩，直至工程桩桩顶压到规定的标高位；若工程桩桩顶未压到位，则采用动力锤头连续锤击工程桩桩顶，直至工程桩桩顶压到规定的标高位，其余的工程桩依次此进行沉桩，直至完成全部工程桩沉桩；
b2) 2根单节长度不大于30米的预应力高强度混凝土管或钢管长度的工程桩沉桩吊机依次将多根第一节工程桩分别插入对应的导向架内，接着吊机将装有动力锤头吊锤导向架吊到工程桩桩顶上，使动力锤头与工程桩中心一致，吊锤导向架尽量往下，用动力锤头的锤头自重压桩，直至工程桩桩顶压到高于第一层多边形型钢框架O. 5^1米；若工程桩桩顶未压到位，则采用动力锤头连续锤击工程桩桩顶，直至工程桩桩顶压到高于第一层多边形型钢框架O. 5^1米，其余的第一节工程桩依次此进行沉桩；
b3)第一节工程桩施工完成后，在钢管桩顶部焊接第二层多边形型钢框架，第二层多边形型钢框架上吊放定位多个导向架，将多根第二节工程桩分别插入上层平台对应的导向架内，并与第一节工程桩对位平齐，依靠第二层多边形型钢框架的导向架支撑住第二节工程桩，在两节工程桩的对接处进行接头的固定连接；两节工程桩固定连接完成后，拆除第二层多边形型钢框架；然后重复a2)步骤，逐根完成第二节工程桩的沉桩。本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。前述的吊锤沉桩装置，其中所述导向架为型钢焊成的多边形结构，所述多边形结构的每一边上均设有滚轮机构。所述滚轮机构包括滚轮、滚轮座和支撑轴，所述滚轮通过支撑轴支承在滚轮座上，工程桩外周面抵靠在滚轮上。前述的采用吊锤沉桩装置的沉桩方法，其中所述动力锤包括柴油锤、液压锤，动力锤头具有4飞米的上下自由行程。所述吊机为吊臂长度达55飞O米、最大起重量在40吨以上的履带吊机，所述履带吊机放置在方驳上。本发明的吊锤沉桩装置的吊锤导向架和沉桩支撑架结构简单，制造和施工方便， 便于工程桩定位和动力锤的连续锤击。本发明的沉桩方法施工成本仅为打桩船打桩施工的 1/4 1/5，低廉、施工质量好。工程桩定位精确，大大提高了施工质量和施工效率。本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释， 这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
图I是本发明装有柴油锤的吊锤导向架侧面结构示意图2是本发明装有液压锤的吊锤导向架结构示意图3是图I的放大A-A剖视图4是本发明的沉桩支撑架结构示意图；图5是图4的俯视图6是图5的I部放大图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图I 图3所示，本实施例的吊锤沉桩装置，包括吊锤导向架I和沉桩支撑架2， 吊锤导向架I包括连接成一体的上悬挂架11、直立导向座12和下工程桩支撑座13，直立导向座12上设有竖向导轨121，动力锤3的锤体31固定在直立导向座12上端，动力锤3的锤头32支承在竖向导轨121上，下工程桩支撑座13中开有可容纳工程桩4顶端的圆孔，工程桩4顶端支承在下工程桩支撑座13中，吊锤导向架I顶端通过吊索5悬挂在吊机的挂钩6 上。图I、图3是本发明装有柴油锤的吊锤导向架I的侧面结构示意图和剖视图，图I中上悬挂架11、直立导向座12和下工程桩支撑座13固定连接成C字形，锤头31下侧的导轨座 311扣在呈T形的竖向导轨121上。图2是本发明装有液压锤的吊锤导向架I结构示意图， 图2中上悬挂架11和下工程桩支撑座13固定连接成封闭的框形，直立导向座12位于框形的两边，液压锤的锤头32两侧支承在吊锤导向架I的竖向导轨121上，工程桩4顶端穿过下工程桩支撑座13的圆孔抵靠在锤头32下侧上。如图4、图5所示，沉桩支撑架2包括多根底部打进水底且成多边形分布在水面上的钢管桩21，至少一层位于水面上的多边形型钢框架与多根钢管桩21焊连。本实施例的钢管桩21成矩形分布，多边形型钢框架为矩形型钢框架；矩形型钢框架上设有数个与工程桩 4数量相等的导向架23，工程桩4位于导向架23之内。导向架23为型钢焊成的多边形结构，本实施例为矩形结构。如图6所示，多边形结构的每一边上均设有滚轮机构24。所述滚轮机构24包括滚轮241、滚轮座242和支撑轴243，滚轮241通过支撑轴243支承在滚轮座 242上，工程桩4外周面抵靠在滚轮241上。滚轮机构24对工程桩4压桩过程中起到导向作用。用前述吊锤沉桩装置的沉桩方法，包括以下步骤
I)沉桩支撑架2的施工
根据施工区域地质以及水深情况，选用多根Φ60(Γ800_直径的钢管作为沉桩支撑架 2的钢管桩21，按照工程桩4的桩位要求，在覆盖一组多根工程桩桩位的矩形区域内，用振动锤将钢管桩21底部按照预先设定的矩形边缘的桩位打入水底覆盖层内；沉桩支撑架2的钢管桩21标高高出水面以上6 8米，按照需施工的工程桩4的密度，一个沉桩支撑架2可容纳多根工程桩4作为同一组施工，矩形型钢框架的层数按al)或bl)的要求确定；
al)当工程桩的长度为单节预应力高强度混凝土管或钢管长度时，在沉桩支撑架2的钢管桩21顶部焊接第一层矩形型钢框架25，根据工程桩桩位的测量定位要求，在矩形型钢框架上放置与工程桩4数量相等的数个导向架23 ；
bl)当工程桩4的长度为上下衔接的2节预应力高强度混凝土管或钢管长度时，在不受水位影响的沉桩支撑架2的钢管桩21中部焊接第一层矩形型钢框架25 ;根据工程桩桩位的要求，在第一层矩形型钢框架25上吊放定位多个导向架23 ;沉桩施工过程中，在沉桩支撑架2的钢管桩21顶部焊接第二层矩形型钢框架22，在第二层矩形型钢框架22上吊放定位多个导向架23，确保第一层矩形型钢框架25的导向架23中心线和第二层矩形型钢框架22上的导向架23中心线均处于垂直状态；
2)工程桩4的沉桩施工
a2)单节长度不大于30米的预应力高强度混凝土管或钢管的工程桩沉桩吊机依次将多根工程桩4分别插入对应的导向架23内，吊机再将装有动力锤3的吊锤导向架I吊到工程桩4桩顶上，使动力锤头32与工程桩4中心一致，吊锤导向架I尽量往下，用动力锤头32的锤头自重压桩，直至工程桩4桩顶压到规定的标高位；若工程桩桩顶未压到位，则采用动力锤头32连续锤击工程桩4桩顶，直至工程桩4桩顶压到规定的标高位， 其余工程桩4依次此进行沉桩，直至完成全部工程桩4沉桩；
b2) 2根单节长度不大于30米的预应力高强度混凝土管或钢管长度的工程桩沉桩吊机依次将多根第一节工程桩分别插入对应的导向架23内，接着吊机将装有动力锤头32的吊锤导向架I吊到工程桩4桩顶上，使动力锤头32与工程桩4中心一致，吊锤导向架I尽量往下，用动力锤头32的锤头自重压桩，直至工程桩4桩顶压到高于第一层矩形型钢框架25约O. 5^1米；若工程桩4桩顶未压到位，则采用动力锤头连续锤击工程桩4桩顶， 直至工程桩4桩顶压到高于第一层矩形型钢框架25约O. 5^1米，其余第一节工程桩4依次此进行沉桩；
b3)第一节工程桩4施工完成后，在钢管桩21顶部焊接第二层矩形型钢框架22，第二层矩形型钢框架22上吊放定位多个导向架23，将多根第二节工程桩4分别插入第二层矩形型钢框架22对应的导向架23内并与第一节工程桩4对位平齐，依靠第二层矩形型钢框架 22的导向架23支撑住第二节工程桩4，在两节工程桩4的对接处进行接头的固定连接，即2 节作为工程桩4的钢管桩进行端面加4块侧面弧形板41的焊连，或2节预应力高强度混凝土管的通过夹套固定连接；两节工程桩固定连接完成后，拆除第二层矩形型钢框架25 ;然后重复a2)步骤，逐根完成第二节工程桩4的沉桩。动力锤3包括柴油锤、液压锤,动力锤头31重达10多吨,具有4飞米的上下自由行程，使得动力锤头31具有较大的势能。吊机为履带吊机，其吊臂长度达55飞O米、最大起重量在40吨以上，履带吊机放置在方驳上，方驳可移动泊位，便于履带吊机吊装工程桩4。本发明也可用于斜向的工程桩4沉桩，斜桩选用钢管桩，沉桩支撑架2的搭设与直桩相同，导向架23要按照斜桩的斜率做成斜向，下桩时要调整桩身斜率与斜向的导向架一致，调整吊机悬吊吊锤导向架I的2根吊束的不同长度，使得吊锤导向架I的轴线斜率与斜向的工程桩4轴线一致，就可用动力锤3对斜向的工程桩4进行沉桩。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.一种吊锤沉桩装置，其特征在于包括吊锤导向架和沉桩支撑架，所述吊锤导向架包括连接成一体的上悬挂架、直立导向座和下工程桩支撑座，所述直立导向座上设有竖向导轨，动力锤的锤体固定在直立导向座上端，动力锤的锤头支承在竖向导轨上，工程桩顶端支承在下工程桩支撑座中，吊锤导向架顶端通过吊索悬挂在吊机的挂钩上；沉桩支撑架包括多根底部打进水底的钢管桩，多根钢管桩成多边形分布在水面上，至少一层位于水面上的多边形型钢框架与多根钢管桩固定连接；多边形矩形型钢框架上设有与工程桩数量相等的数个导向架，沉桩的工程桩位于导向架之内。
2.如权利要求I所述的吊锤沉桩装置，其特征在于所述导向架为型钢焊成的多边形结构，所述多边形结构的每一边上均设有滚轮机构。
3.如权利要求2所述的吊锤沉桩装置，其特征在于所述滚轮机构包括滚轮、滚轮座和支撑轴，所述滚轮通过支撑轴支承在滚轮座上，工程桩外周面抵靠在滚轮上。
4.一种采用如权利要求I所述的吊锤沉桩装置的沉桩方法，其特征在于包括以下步骤1)沉桩支撑架的施工根据施工区域地质以及水深情况，选用多根Φ60(Γ800_直径的钢管作为沉桩支撑架钢管桩，按照工程桩的桩位要求，在覆盖一组多根工程桩桩位的多边形区域内，用振动锤将钢管桩底部按照预先设定的多边形边缘的桩位打入水底覆盖层内；沉桩支撑架的钢管桩标高高出水面以上6 8米，按照需施工的工程桩的密度，一个沉桩支撑架可容纳多根工程桩作为同一组施工，多边形型钢框架的层数按al)或bl)的要求确定；al)所述工程桩的长度为单节预应力高强度混凝土管或钢管长度，在沉桩支撑架的钢管桩顶部焊接一层多边形型钢框架，根据工程桩桩位的测量定位要求，在多边形型钢框架上放置与工程桩数量相等的数个导向架；bl)所述工程桩的长度为上下衔接的2节预应力高强度混凝土管或钢管长度的工程桩，在不受水位影响的沉桩支撑架钢管桩中部焊接第一层多边形型钢框架；根据工程桩桩位的要求，在第一层多边形型钢框架上吊放定位多个导向架；下节桩沉放到位后，在沉桩支撑架的钢管桩顶部焊接第二层多边形型钢框架，在第二层多边形型钢框架上吊放定位多个导向架，确保第一层多边形型钢框架的导向架中心线和第二层多边形型钢框架上的导向架中心线均处于垂直状态；2)工程桩的沉桩施工a2)单节长度不大于30米的预应力高强度混凝土管或钢管的工程桩沉桩吊机依次将多根工程桩分别插入对应的导向架内，吊机将装有动力锤的吊锤导向架吊到工程桩桩顶上，使动力锤头与工程桩中心一致，吊锤导向架尽量往下，用动力锤头的锤头自重压桩，直至工程桩桩顶压到规定的标高位；若工程桩桩顶未压到位，则采用动力锤头连续锤击工程桩桩顶，直至工程桩桩顶压到规定的标高位，其余工程桩依次此进行沉桩，直至完成全部工程桩沉桩；b2) 2节单节长度不大于30米的预应力高强度混凝土管或钢管长度的工程桩沉桩吊机依次将多根第一节工程桩分别插入对应的导向架内，接着吊机将装有动力锤头吊锤导向架吊到工程桩桩顶上，使动力锤头与工程桩中心一致，吊锤导向架尽量往下，用动力锤头的锤头自重压桩，直至工程桩桩顶压到高于第一层多边形型钢框架O. 5^1米；若工程桩桩顶未压到位，则采用动力锤头连续锤击工程桩桩顶，直至工程桩桩顶压到高于第一层多边形型钢框架O. 5^1米，其余第一节工程桩依次此进行沉桩；b3)第一节工程桩施工完成后，在钢管桩顶部焊接第二层多边形型钢框架，第二层多边形型钢框架上吊放定位多个导向架，将多根第二节工程桩分别插入上层平台对应的导向架内，并与第一节工程桩对位平齐，依靠第二层多边形型钢框架的导向架支撑住第二节工程桩，在两节工程桩的对接处进行接头的固定连接；两节工程桩固定连接完成后，拆除第二层多边形型钢框架；然后重复a2)步骤，逐根完成第二节工程桩的沉桩。
5.如权利要求4所述的的沉桩方法，其特征在于所述动力锤头包括柴油锤、液压锤， 动力锤头具有4飞米的上下自由行程。
6.如权利要求4所述的的沉桩方法，其特征在于所述吊机为吊臂长度达55飞O米、最大起重量在40吨以上的履带吊机，所述履带吊机放置在方驳上。
全文摘要
本发明公开了一种吊锤沉桩装置，包括吊锤导向架和沉桩支撑架，吊机吊住吊锤导向架，工程桩顶端支承在吊锤导向架的下工程桩支撑座中。沉桩支撑架包括多根钢管桩，多边形型钢框架与多根钢管桩固定连接；多边形矩形型钢框架上设有数个导向架，沉桩的工程桩位于导向架之内。本发明还公开了一种沉桩方法1)在沉桩支撑架钢管桩上焊接多边形型钢框架，放置多个导向架，2)将多根工程桩分别插入对应的导向架内，用动力锤头的锤头自重压桩或连续锤击工程桩桩顶，逐根完成工程桩的沉桩。本发明的装置结构简单，制造和施工方便。本发明的沉桩方法施工成本低廉、施工质量好。工程桩定位精确，大大提高了施工效率。
文档编号E02D7/14GK102587377SQ20121003825
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月21日 优先权日2012年2月21日
发明者吴立柱, 蔡森, 裴国强 申请人:中交二航局第三工程有限公司