一种大直径超深灌注桩的超长钢护筒沉入系统的制作方法

本发明涉及建筑基础工程技术领域，具体涉及一种大直径超深灌注桩的超长钢护筒沉入系统。

背景技术：

在海上桥梁人工岛桩基建设中，灌注桩桩深一般为45m～105m，入微风化岩1.5～4.5m。设计时往往会考虑到复杂的海洋地质易导致塌孔及人工岛整体位移对桩孔的影响，同时防止海洋氯化物对钢筋混凝土侵蚀的影响，原施工工艺为上端先安装临时60m长钢护筒保证桩孔成孔，在成孔完成后钢筋笼安装之前下放2.5mm厚波纹管，以保证混凝土与海洋氯化物地层能有效隔离。针对原施工工艺，首先工序繁多，工期压力大；其次波纹管与土层摩擦力较小，无法为后继施工中大重量钢筋笼挂笼施工提供支承力；再有波纹管材料加工费用高，不经济。

为解决上述问题，后续施工将施工工艺改为大直径永久超长钢护筒替代上端的临时护筒和永久的通长波纹管，即沉入长护壁钢护筒(约60m)进入隔水层，解决成孔护壁和后期百吨以上重型钢筋笼的施工难点。

但是，在地面以下沉入60m深超长钢护筒时，当护筒下放至38m左右(其中砂层15m)时，由于侧摩擦阻力的作用，护筒很难继续下沉，并会引起局部护筒底端变形的现象。一般施工时，采用液压振动锤及常规的护筒材料，钢护筒的最大极限是可克服约38m左右的上部地层侧摩阻力，采用液压振动锤一次性直接将超长钢护筒振送到位的方案难以现实。综上，现有技术中60m左右长的钢护筒很难克服侧壁的摩擦阻力沉入地面以下。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种大直径超深灌注桩的超长钢护筒沉入系统，解决现有技术中60m左右长的钢护筒难以克服侧摩擦阻力沉入地面以下的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大直径超深灌注桩的超长钢护筒沉入系统，包括液压振动锤、履带吊机和旋挖钻机，其还包括内层钢护筒、套设于内层钢护筒外的中层钢护筒、套设于中层钢护筒外的外层钢护筒、设于外层钢护筒和中层钢护筒之间的第一固定件、设于中层钢护筒和外层钢护筒之间的第二固定件，所述内层钢护筒、中层钢护筒和外层钢护筒同轴设置，所述中层钢护筒的长度为23-30m，所述外层钢护筒的长度大于中层钢护筒的长度，所述外层钢护筒的长度小于中层钢护筒的长度，所述第一固定件用于固定外层钢护筒和中层钢护筒，所述第二固定件用于固定中层钢护筒和内层钢护筒。

进一步地，所述外层钢护筒的长度为10-15m，所述内层钢护筒的长度为58-65m。

进一步地，所述内层钢护筒的直径为2350mm-2450mm，所述中层钢护筒的直径为2550mm-2650mm，所述外层钢护筒的直径为2750mm-2850mm。

进一步地，所述外层钢护筒的内侧壁周向等距离间隔设置有多个第一定位块，每个所述第一定位块远离外层钢护筒内壁的侧面到外层钢护筒的中心距离相等。

进一步地，所述中层钢护筒的内侧壁周向间隔设置有多个第二定位块，每个所述第二定位块远离内层钢护筒内壁的侧面到中层钢护筒的中心距离相等。

进一步地，所述中层钢护筒的顶部高于外层钢护筒顶部25-35cm。

进一步地，所述内层钢护筒的顶部高于中层钢护筒顶部25-35cm。

本发明的有益效果是：

本发明通过设置由外到内依次套设的外层钢护筒、中层钢护筒和内层钢护筒，外层钢护筒对中层钢护筒的沉入起定位和导向作用，且减小中层钢护筒沉入时受到的侧摩擦阻力，减小中层钢护筒的磨损，延长其使用寿命，同理，中层钢护筒对内层钢护筒的沉入起到定位导向的作用，且减小了内层钢护筒沉入时受到的侧摩擦阻力，减小内层钢护筒的磨损，延长其使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的施工流程图。

附图标记说明：1、内层钢护筒；2、中层钢护筒；3、外层钢护筒；4、第一固定件；5、第二固定件；6、第一定位块；7、第二定位块；8、履带吊机；9、液压振动锤。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

一种大直径超深灌注桩的超长钢护筒沉入系统，如图1所示，包括液压振动锤9(图中未示出)、履带吊机8(图中未示出)和旋挖钻机(图中未示出)，其还包括内层钢护筒1、套设于内层钢护筒1外的中层钢护筒2、套设于中层钢护筒2外的外层钢护筒3、设于外层钢护筒3和中层钢护筒2之间的第一固定件4以及设于中层钢护筒2和外层钢护筒3之间的第二固定件5，所述内层钢护筒1、中层钢护筒2和外层钢护筒3同轴设置，所述中层钢护筒2的长度为23-30m，所述外层钢护筒3的长度大于中层钢护筒2的长度，所述外层钢护筒3的长度小于中层钢护筒2的长度，所述第一固定件4用于固定外层钢护筒3和中层钢护筒2，所述第二固定件5用于固定中层钢护筒2和内层钢护筒1。

本发明的系统在使用时，先通过液压振动锤9的夹具将液压振动锤9安装到外层钢护筒3的顶部，然后通过履带吊机8将外层钢护筒3吊至预设的桩位，接着通过履带吊机8和液压振动锤9的配合将外层钢护筒3振动打入地下预设深度内后，将外层钢护筒3内的渣土采用旋挖钻机挖出；再接着将液压振动锤9安装到中层钢护筒2的顶部，然后通过履带吊机8将中层钢护筒2吊放入外层钢护筒3内，再通过履带吊机8和液压振动锤9的配合将外层钢护筒3振动打入地下预设深度内后，将中层钢护筒2内的渣土通过旋挖钻机挖出，然后将第一固定件4焊接到外层钢护筒3和中层钢护筒2之间，使外层钢护筒3和中层钢护筒2固定连接，最后将液压振动锤9安装到内层钢护筒1的顶部，然后通过履带吊机8将内层钢护筒1吊放入中层钢护筒2内，再通过履带吊机8和液压振动锤9的配合将内层钢护筒1振动打入地下预设深度内后，将第二固定件5焊接到中层钢护筒2和内层钢护筒1之间，使内层钢护筒1和中层钢护筒2固定连接。

本发明通过设置由外到内依次套设的外层钢护筒3、中层钢护筒2和内层钢护筒1，外层钢护筒3对中层钢护筒2的沉入起定位和导向作用，且减小中层钢护筒2沉入时受到的侧摩擦阻力，减小中层钢护筒2的磨损，延长其使用寿命，同理，中层钢护筒2对内层钢护筒1的沉入起到定位导向的作用，且减小了内层钢护筒1沉入时受到的侧摩擦阻力，减小内层钢护筒1的磨损，延长其使用寿命。

由于钢护筒的最大极限是可克服约38m左右的上部地层侧摩阻力，当侧摩擦阻力过大时，钢护筒可能会发生变形，因此，为了保护外层钢护筒3、中层钢护筒2和内层钢护筒1，使其在使用时不易发生变形，所述外层钢护筒3的长度为10-15m，所述内层钢护筒1的长度为58-65m，具体的，在本实施例中，所述外层钢护筒3的长度为12m，所述中层钢护筒2的长度为25m，所述内层钢护筒1的长度为60m。

进一步地，为了保证中层钢护筒2可以顺利地吊放入外层钢护筒3内，内层钢护筒1可以顺利地吊放入中层钢护筒2内，所述内层钢护筒1的直径为2350mm-2450mm，所述中层钢护筒2的直径为2550mm-2650mm，所述外层钢护筒3的直径为2750mm-2850mm。当外层钢护筒3直径过大时，外层钢护筒3需要克服的侧摩擦阻力会更大，受到的磨损更大，本发明的外层钢护筒3的直径大小不仅可以满足桩径的要求，还可以减小外层钢护筒3的磨损，延长使用寿命。

具体的，在本实施例中，所述外层钢护筒3的直径为2800mm，所述中层钢护筒2的直径为2600mm，所述内层钢护筒1的直径为2400mm。

进一步地，由于中层钢护筒2的长度较大，为确保中层钢护筒2安装时的垂直度，所述外层钢护筒3的内侧壁周向等距离间隔设置有四个第一定位块6，每个所述第一定位块6远离外层钢护筒3内壁的侧面到外层钢护筒3的中心距离相等。四个第一定位块6用于约束中层钢护筒2在下沉时与上部液压振动锤9起吊点保持一致，确保二点一线控制中层钢护筒2的垂直度准确定位，使灌注桩符合施工要求，提高灌注桩的质量。

进一步地，由于内层钢护筒1的长度较大，为确保内层钢护筒1安装时的垂直度，所述中层钢护筒2的内侧壁周向间隔设置有第二定位块7，每个所述第二定位块7远离内层钢护筒1内壁的侧面到中层钢护筒2的中心距离相等。四个第二定位块7用于约束内层钢护筒1在下沉时与上部液压振动锤9起吊点保持一致，确保二点一线控制中层钢护筒2的垂直度准确定位，使灌注桩符合施工要求，提高灌注桩的质量。

进一步地，所述中层钢护筒2的顶部高于外层钢护筒3顶部25-35cm。具体的，所述中层钢护筒2的顶部高于外层钢护筒3顶部30cm。

进一步地，所述内层钢护筒1的顶部高于中层钢护筒2顶部25-35cm。具体的，所述内层钢护筒1的顶部高于中层钢护筒2顶部30cm。

如图2所示，本发明的大直径超深灌注桩的超长钢护筒沉入系统的沉入方法具体包括如下步骤：

a、安装外层钢护筒3；

a1、测量放样，确定桩位；

在放样桩位的位置挖深度为1m的浅坑，然后将长12m，直径2800mm的外层钢护筒3吊放入浅坑内，进而减轻液压振动锤9振动时对原地面产生的影响，避免振动力过大导致原地面发生坍塌；

a2、通过履带吊机8和液压振动锤9配合，在经步骤a1已放好样的桩位上振动打入所述外层钢护筒3，使外层钢护筒3的上端与地面平齐，然后采用旋挖钻机将外层钢护筒3内的渣土挖出，最后验收；

b、安装中层钢护筒2；

b1、测量并确定中层钢护筒2的中心点位置；

由于待埋设的中层钢护筒2的长度较长，为确保中层钢护筒2埋设时的垂直度，先测量中层钢护筒2的中心点位置，然后在外层钢护筒3的内侧壁且沿外层钢护筒3内壁周向等距离间隔焊接四个第一定位块6，四个所述第一定位块6的中心为中层钢护筒2的中心，四个第一定位块6用于约束中层护筒在下沉时其下部与上部液压振动锤9起吊点保持一致，确保二点一线控制中间层护筒的垂直度准确定位。

b2、通过履带吊机8将中层钢护筒2吊放入外层钢护筒3内，然后通过液压振动锤9的振动作用使中层钢护筒2的下端向下运动至外层钢护筒3的下方，最后采用旋挖钻机将中层钢护筒2内的渣土挖出，并在外层钢护筒3和中层钢护筒2之间焊接第一固定件4，使外层钢护筒3和中层钢护筒2固定连接，具体的，所述第一固定件4为钢牛腿；

其中，所述中层钢护筒2的长度为23-30m，所述外层钢护筒3的长度小于中层钢护筒2的长度，具体的，在本实施例中所述中层钢护筒2的长度为25m，直径为2600mm，所述中层钢护筒2需穿过13m砂层和12m海泥层；为了便于后续拔出中层钢护筒2，所述中层钢护筒2向下运动至中层钢护筒2的上端高于外层钢护筒3上端30cm。

其中，由于中层钢护筒2的长度较长，在本实施例中，所述中层钢护筒2由两节护筒连接而成，具体施工步骤如下：

埋设中层钢护筒2时，先将第一节长度为15m，直径为2600mm的护筒吊放入外层钢护筒3内，然后在第一节护筒的上端焊接多个支撑牛腿，接着将第二节护筒吊至第二节护筒的下端口与第一节护筒的上端口对接，最后将第一节护筒和第二节护筒的接口焊接固定成中层钢护筒2，再通过起重履带吊机8配合液压振动锤9作业使中层钢护筒2被向下打入外层钢护筒3下方。

c、安装内层钢护筒1；

c1、测量并确定内层钢护筒1的中心点位置；

在中层钢护筒2的内侧壁且沿中层钢护筒2内壁等距离周向间隔设置四个第二定位块7，四个所述第二定位块7的中心为内层钢护筒1的中心。

c2、通过履带吊机8将内层钢护筒1吊放入中层钢护筒2内，并通过液压振动锤9的振动作用使内层钢护筒1的下端向下运动至预设深度，所述内层钢护筒1向下运动至预设深度时，内层钢护筒1的上端高于中层钢护筒2上端30cm；最后采用旋挖钻机将内层钢护筒1内的渣土挖出；为了提高内层护筒的稳固性和承载能力，所述内层钢护筒1和中层钢护筒2之间焊接多个第二固定件5，使中层钢护筒2和内层钢护筒1固定连接，所述第二固定件5为钢牛腿；

由于内层钢护筒1的长度较长，在本实施例中，所述内层钢护筒1由多节护筒连接而成，具体施工步骤如下：

埋设内层钢护筒1时，先将第一节护筒吊放入中层钢护筒2内，然后在第一节护筒的上端焊接多个支撑牛腿，接着将下一节护筒吊至其下端口与上一节护筒的上端口对接，最后将相邻两节护筒的接口焊接固定，并根据内层钢护筒1的长度按上述步骤依次连接多节护筒，直至连接后的护筒总长度达到内层护筒的预设长度后，再通过起重履带吊机8配合液压振动锤9作业使中层钢护筒2被向下打入外层钢护筒3下方。

d、测量验收，施工完成。

本发明从外至内依次埋设外层钢护筒3、中层钢护筒2和内层钢护筒1，且外层钢护筒3、中层钢护筒2和内层钢护筒1的依次设置成稍短长度(10-15m)，中等长度(23-30m)和超长长度(60m左右)，通过外层钢护筒3减小中层钢护筒2收到的摩擦阻力，进而使中层钢护筒2可以完全穿透砂层，使中层钢护筒2可以减小内层钢护筒1沉入时受到的摩擦阻力，进而使内层钢护筒1可以克服摩擦阻力顺利地沉入60m的深度，即达到设计要求的深度，解决了现有技术中60m左右长的钢护筒很难克服侧壁的摩擦阻力沉入地面以下的问题。

本发明通过在外层钢护筒3和中层钢护筒2之间、中层钢护筒2和内层钢护筒1之间分别焊接第一固定块和第二固定块，保证内层钢护筒1的稳固性和承载能力，使内层钢护筒1后期安装上钢筋笼后，不会发生内层钢护筒1下沉的情况，保证钢筋笼挂笼后不会发生变形，提高桩身质量。具体的，所述第一固定块和第二固定块均为高15cm，厚度为2cm的钢牛腿块，所述第一固定块和第二固定块均设置有六个，六个所述第一固定块等距离间隔设置，六个所述第二固定块等距离间隔设置。

其中，外层钢护筒3的长度为12m，直径为2800mm，其作为临时护筒使用，通过先埋设外层钢护筒3，使外层钢护筒3与上部的填土和砂层接触，以便于减少中层钢护筒2的摩擦阻力，并对中层钢护筒2的沉入起导向定位的作用。具体的，所述外层钢护筒3埋设时的外层钢护筒3的中心点的偏差不大于10cm。

其中，中层钢护筒2作为临时护筒使用，在外层钢护筒3以下13m与砂层和海泥层接触，并完全穿透砂层，为内层钢护筒1的沉入再次减少侧摩擦阻力，并为内层钢护筒1的沉入起导向定位的作用。

其中，由于第三层护筒安装时，孔内有将近25m空孔，加之内层钢护筒1自身重力作用容易产生内层钢护筒1的护筒的连接处容易产生偏移或变形，垂直度控制难大，因此在内层钢护筒1的护筒直接的接驳位置需反复校正。

内层钢护筒1为超长护筒，下部地层中偶尔分布部分硬质障碍物，在深层底部位置向下振送钢护筒时需降低速率，避免强大冲击力导致内层钢护筒1底变形扭曲。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。