一种离岸式桩基海工建筑物上部结构整体式安装方法与流程

1.本发明涉及桩基海工建筑物建造技术领域。更具体地说，本发明涉及一种离岸式桩基海工建筑物上部结构整体式安装方法。


背景技术：

2.离岸式桩基海工建筑物所处海域通常具有风大、浪高、流急等特点，施工环境恶劣，对工程安全、质量、成本带来巨大挑战，成为海洋工程建设发展中的痛点之一。
3.离岸式桩基海工建筑物包括码头、海洋观测平台、栈桥等，以典型桩基码头为例，桩基码头一般由桩基、桩帽、纵横梁、面板等结构组成，在传统施工方式中，桩基码头水上现浇作业较多，包括现浇桩芯、桩帽、节点等，搭设底模支撑体系安全风险高，且现场需绑扎焊接钢筋、搅拌船泵送混凝土以及人员浇筑等，自动化程度低；其次，码头上部结构施工工序多且复杂，施工时间长，通常待桩帽混凝土达到设计强度后，进行预制纵横梁安装，再浇筑节点，最后安装预制面板、板缝及面层现浇等；此外，传统施工方式对海上船机设备依赖程度较高，目前多采用浮式起重船安装预制梁、预制面板等码头上部结构，在恶劣海况条件下，工程船舶作业窗口少，施工质量难以保障，工效低，影响施工工期与成本。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是提供一种离岸式桩基海工建筑物上部结构整体式安装方法，整体式顶推及牵引安装，具有施工风险低，安全性高，施工效率高等优点。
5.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种离岸式桩基海工建筑物上部结构整体式安装方法，码头上部结构底面具有凸出的横梁或纵梁，其垂直于码头上部结构安装的方向设置，码头上部结构通过桩帽顶面上设置的可拆卸的桩顶顶推装置实现精确顶推安装，桩顶顶推装置中部设置有三向液压千斤顶，码头上部结构安装的方向的两侧均设置有立式液压千斤顶，码头上部结构在桩基之间的具体顶推安装步骤如下：
6.步骤一、在桩帽顶部安装桩顶顶推装置，码头上部结构凸出的横梁或纵梁至桩帽位置时，提升码头上部结构安装前方的立式液压千斤顶，作为码头上部结构的临时支撑；
7.步骤二、将中间的三向液压千斤顶的高度降低至凸出的横梁或纵梁底标高以下，保证底部凸出的横梁或纵梁允许顶推通过；
8.步骤三、三向液压千斤顶移动至码头上部结构凸出的横梁或纵梁的后方，再提升码头上部结构安装后方的立式液压千斤顶，降低码头上部结构安装前方的立式液压千斤顶至凸出的横梁或纵梁底部标高以下；
9.步骤四、由中间的三向液压千斤顶将码头上部结构向前进行顶推，码头上部结构向前移动至设定间距后，各桩帽上的桩顶顶推装置如上述步骤一至步骤三所述进行操作，提升码头上部结构安装前方的立式液压千斤顶，将三向液压千斤顶移动至凸出的横梁或纵梁后方，再降低码头上部结构安装前方的立式液压千斤顶继续进行顶推，直至到达设计位置；
10.步骤五、码头上部结构顶推就位后，由码头上部结构安装后方的立式液压千斤顶支撑，将三向液压千斤顶拆除，再缓慢降低两侧两个立式液压千斤顶的高度，直至码头上部结构凸出的横梁或纵梁直接搁置于各桩帽顶部，再拆除两侧的桩顶顶推装置。
11.优选的是，所述桩顶顶推装置包括：
12.底座，其包括可拆卸的左、中、右三部分，中间部分两侧均设置中间底座卡槽，左、右两部分配合于中间底座卡槽内并通过螺栓可拆卸连接，所述底座由若干纵横交错的底座横梁和底座纵梁栓接而成，所述底座与桩帽的预埋螺栓锚固；
13.三向液压千斤顶，其设置于所述底座的中部并设置为沿码头上部结构安装的方向直线移动；
14.立式液压千斤顶，其在所述三向液压千斤顶相对的两侧各设置一个，两个立式液压千斤顶与三向液压千斤顶错开设置；
15.限位装置，其在所述底座沿码头上部结构安装的方向的两侧底部均设置一个，两个限位装置恰好将所述底座限位于桩帽上。
16.优选的是，对于码头上部结构由陆上运输的场景，具体安装方法如下：
17.s1：码头上部结构的预制构件在工厂制作后运输至施工现场，在桩基侧面的临时作业平台上焊接拼装为码头上部结构；
18.s2：临时作业平台上安装两个桩顶顶推装置，桩帽顶部间隔1个排架安装桩顶顶推装置，桩顶顶推装置在临时作业平台上组装完成后整体安装至桩帽顶部；
19.s3：码头上部结构由临时作业平台向前顶推至桩帽顶部，然后依据步骤一至步骤五完成码头上部结构在桩基之间的顶推安装；
20.s4：将码头上部结构与桩帽焊接或栓接；
21.s5：按照步骤s2～s4，多个模块的码头上部结构同时向前顶推，连续安装码头结构段的上部结构，安装就位后再进行码头结构段伸缩缝的处理，直至码头上部结构全部安装完成。
22.优选的是，对于码头上部结构由水上运输的场景，除采用顶推技术外，还采用牵引技术结合进行安装，具体安装方法如下：
23.s1：码头上部结构的预制构件在工厂制作后运输至施工现场并焊接拼装为码头上部结构，再通过船舶水上运输至施工现场，码头上部结构底部安装前后两个液压台车；
24.s2：在桩帽顶部安装桩顶顶推装置，在桩帽上沿横梁间隔布设安装多条轨道，其沿横梁方向设置并延伸至桩帽外侧形成悬臂，船舶甲板上也设置有轨道，其与桩帽上的轨道一一对应连接为一体，液压台车设置为沿轨道移动，轨道可拆卸安装于所述桩顶顶推装置的中部；
25.s3：驱动码头上部结构通过牵引机构沿轨道移动，至桩帽顶部时通过桩顶顶推装置上沿码头上部结构前方的立式液压千斤顶顶升，支撑整个码头上部结构重量，拆除液压台车及轨道，通过牵引机构将轨道牵引至船舶甲板；
26.s4：依据步骤一至步骤五完成码头上部结构在桩基之间的顶推安装，将码头上部结构与桩帽焊接或栓接；
27.s5：船舶移位，按照步骤s2～s4进行其他结构段的码头上部结构安装，以此实现码头上部结构整体式安装。
28.优选的是，所述轨道两侧及前端设置有车档。
29.优选的是，所述步骤s3中的牵引机构包括正向卷扬机、反向卷扬机、定滑轮和钢丝绳，所述正向卷扬机和反向卷扬机均设置于船舶甲板上且高度错开设置，所述定滑轮设置于轨道前端，所述正向卷扬机的钢丝绳穿过定滑轮后固定于前方的液压台车上，所述反向卷扬机的钢丝绳固定于后方的液压台车上。
30.优选的是，所述轨道上翼缘底部设置为齿形，所述液压台车上设置有刹车装置，其刹车片内侧为与液压台车的车轮相匹配的弧形，所述刹车片的内侧面还固设有橡胶层，所述刹车片的外侧的底部两侧设置为齿形，其与所述轨道上的齿形设置为咬合配合，所述刹车片通过固定于所述液压台车车轮上的连接杆连接，所述连接杆通过液压齿轮连接并通过液压驱动以液压台车车轮为圆心转动。
31.优选的是，桩帽上的轨道与船舶甲板上的轨道通过拱形的轨道搭接段连接，所述轨道搭接段两端与桩帽上的轨道与船舶甲板上的轨道通过螺栓连接。
32.本发明至少包括以下有益效果：
33.(1)本发明通过将海工建筑物预制构件在工厂制作、陆上运输至施工现场后进行拼装，或以模块化在工厂预制拼装完成后水上运输至施工现场，提高了海工建筑物上部结构施工质量，同时减少了现场施工工序，避免了现场钢筋绑扎、模板搭设、浇筑等水上作业，降低了水上施工安全风险。
34.(2)本发明的拼装结构的桩顶顶推装置，分为左、中、右三部分，其自身结构及顶推机构、轨道等设施均可快速拼装、拆卸，底部锚固、限位于桩帽顶部，顶部可任意组合安装液压千斤顶、轨道，保障了码头上部结构顶推过程的稳定，同时提高了顶推工作效率。
35.(3)本发明的顶推及牵引系统，卷扬机均设置于船舶甲板处，由轨道悬臂处安装定滑轮进行转向，避免了码头前沿桩帽设置牵引设备，预留了上部结构靠船设施安装空间，并保障了操作人员的安全；液压台车设置液压控制可旋转的刹车装置，可通过液压齿轮驱动旋转连接杆，使刹车片同时到达轨道顶部，并与车轮贴合，底部两侧与轨道齿形相咬合，实现“一键刹车”，提高了码头上部结构牵引的控制能力。
36.(4)本发明采用海工建筑物上部结构步履式顶推、牵引与顶推组合技术，代替了传统起重船水上吊装作业，由水上转为桩顶施工，避免了波浪、水流对工程船舶的作业窗口及安装精度等影响，减少了船机设备成本。同时上部结构安装全过程自动化程度高，现场作业人员少，可极大地缩短码头施工工期，实现桩基海工建筑物全装配式快速建造。
37.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
38.图1为本发明的码头结构断面示意图；
39.图2为本发明场景一的码头上部结构由桥面顶推至桩顶示意图；
40.图3为本发明场景一的码头上部结构全部搁置于桩顶示意图；
41.图4为本发明场景一的桩顶顶推装置作用于码头上部结构底部横梁的示意图；
42.图5为本发明场景一的桩顶顶推装置布置示意图；
43.图6为本发明场景一的桩顶顶推装置布置俯视图；
44.图7为本发明场景一的码头上部结构步履式顶推平面布置示意图；
45.图8为本发明场景二的码头上部结构从船上牵引至桩帽的立面结构示意图；
46.图9为本发明场景二的码头上部结构完全位于桩顶顶部的立面结构示意图；
47.图10为本发明场景二的桩顶顶推装置及轨道拆除过程的码头长度方向立面结构示意图；
48.图11为本发明场景二的桩顶顶推装置及轨道拆除的局部立面结构示意图；
49.图12为本发明场景二的码头上部结构桩顶顶推装置及轨道布置示意图；
50.图13为本发明场景二的码头上部结构从船上牵引至桩顶的平面结构示意图；
51.图14为船舶甲板轨道与桩帽轨道搭接局部示意图；
52.图15为台车刹车装置立面结构示意图；
53.图16为台车刹车装置平面结构示意图。
54.附图标记：1-码头上部结构，101-横梁；102-纵梁；103-轨道梁；2-桩帽，3-桩基，4-桩顶顶推装置，401-底座，402-立式液压千斤顶，403-三向液压千斤顶，404-限位装置，405-底座横梁，406-底座纵梁，407-中间底座卡槽，408-螺栓，5-临时作业平台，6-轨道，601-轨道搭接段，7-液压台车，701-刹车装置，702-连接杆，8-卷扬机，9-钢丝绳，10-船舶。
具体实施方式
55.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
56.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
57.本发明提供的离岸式桩基海工建筑物上部结构整体式安装技术，以桩基码头为例，针对码头上部结构1为整体钢结构或混凝土结构。其钢结构整体由钢框架、工字钢纵横梁101及斜撑、次梁等组成，岸桥轨道6下对应的钢框架区域设置两根箱型轨道梁103，框架中间设置一根工字钢纵梁102，码头宽度方向每个排架中心设置工字钢横梁101。钢框架内设置斜撑，并在钢框架内设置次梁，顶部设置钢系π型板及现浇层；混凝土结构则由预制混凝土结构及预埋铁件组成，顶部再设置预制混凝土面板及现浇层。构件相互采用焊接或栓接连接形成整体。
58.本发明的两种离岸式桩基码头整体式安装方法，分别针对码头整体上部结构由陆上运输、水上运输至施工区域的两种场景。
59.实施例1(场景一：码头上部结构1由陆上运输的场景)
60.如图1至7所示，针对码头上部结构1由车辆经引桥或临时栈桥陆上运输至施工现场的场景，采用拼装结构的桩顶顶推装置4、步履式顶推技术对离岸式桩基3码头整体式安装。
61.拼装结构的桩顶顶推装置4，设置于桩帽2顶部，由底座401及液压千斤顶组成。底
座401整体分为左、中、右三部分，中间部分设置中间底座卡槽407、螺栓408，可与左右两部分快速安装、拆卸。三部分结构分别由若干底座横梁405、底座纵梁406栓接相连，底部与桩帽2预埋件锚固，底座401两端分别在桩帽2边线处设置限制装置，为向下凸出的限位板体结构。液压千斤顶安装至底座401上，中间安装三向液压千斤顶403，可沿底座横梁405前后移动；左右安装立式液压千斤顶402，三向液压千斤顶403与立式液压千斤顶402前后相互错开，见图5和图6所示。
62.具体安装包括如下步骤：
63.s1：对码头上部结构1的预制构件在工厂制作，由车辆经引桥或临时栈桥模块化运输至施工现场，在临时作业平台5将工字钢轨道梁103、工字钢纵梁102、工字钢横梁101与钢框架以码头结构段进行焊接拼装。
64.s2：以码头标准结构段覆盖6个排架为例，在临时作业平台5上安装液压千斤顶，码头上部结构1结构段每根横梁101底部安装2个桩顶顶推装置4，钢桩帽2顶部间隔1个排架安装桩顶顶推装置4。桩顶顶推装置4左、中、右三部分的底座401以及对应的液压千斤顶在临时作业平台5组装完成后整体安装至桩帽2顶部，底座401与桩帽2的预埋螺栓408锚固，并调整限位装置404将其稳固。
65.履带吊驻位于引桥或临时作业平台5，起吊上部结构预制构件等，码头结构段由临时作业平台5向前顶推至钢桩帽2顶部。如图2所示，码头结构段顶推至5个排架桩基3。
66.s3：如图3所示，为适应码头上部结构1底部标高不一致的结构特点，其横梁101均位于码头上部结构1最底部，凸出平台底部800mm距离，因此当码头上部结构1向前顶推至一个排架间距时，各桩顶顶推装置4均提升右侧立式液压千斤顶402的高度，作为码头上部结构1的临时支撑。并将中间底座401的三向液压千斤顶403的高度降低至横梁101底标高以下，保证底部横梁101允许顶推通过，同时三向液压千斤顶403沿底座横梁405移动至码头上部结构1横梁101的后方，再提升左侧立式液压千斤顶402，降低右侧立式液压千斤顶402至横梁101底部标高以下，代替左侧液压千斤顶作为临时支撑。
67.最后由底座401中间的三向液压千斤顶403将码头上部结构1向前进行顶推，码头上部结构1向前移动一跨间距后，各桩顶顶推装置4升高右侧立式液压千斤顶402，降低左侧立式液压千斤顶402，将三向液压千斤顶403沿底座横梁405移动至横梁101后方，再降低右侧立式液压千斤顶402继续进行顶推，直至到达设计位置，见图4。
68.s4：码头上部结构1顶推就位后，由各桩顶顶推装置4左侧的立式液压千斤顶402支撑，将中间部分底座401及三向液压千斤顶403拆除，再缓慢降低左侧立式液压千斤顶402的高度，直至码头上部结构1的横梁101直接搁置于各桩帽2顶部，再拆除两侧的桩顶顶推装置4，最后将上部结构与钢桩帽2焊接或栓接。
69.s5：按照步骤s2～s4，多个模块的码头上部结构1同时向前顶推，连续安装码头结构段的上部结构，安装就位后再进行码头结构段伸缩缝的处理，直至码头上部结构1全部安装完成。平面结构见图7。
70.实施例2(场景二：码头上部结构1由水上运输的场景)
71.如图8至16所示，针对码头上部结构1由船舶10水上运输至施工现场的场景，采用牵引和顶推结合的技术进行离岸式桩基3码头整体式安装。
72.具体安装包括如下步骤：
73.s1：将码头上部结构1按码头结构段在工厂预制，工字钢轨道梁103、纵梁102、横梁101与钢框架焊接连接，由船舶10水上运输至施工现场。码头上部结构1底部安装临时液压台车7，可沿轨道6横向滑动，运输时进行锚固稳定。
74.s2：如图12所示，在钢桩帽2顶部安装桩顶顶推装置4，底座401左、右两部分分别安装三向液压千斤顶403、立式液压千斤顶402，在桩顶底座401中间部分沿排架j1、j4、j7铺设三条轨道6，轨道6上翼缘底部设置齿形，轨道6两端设置车挡，平面布置见图13所示。由于离岸式码头上部结构1前后边线通常需安装橡胶护舷、防撞板等靠船附属设施，超出桩帽2，具有1500mm的悬臂长度，因此铺设轨道6时同样设置2000mm的悬臂长度，轨道6前端设置车挡及定滑轮，钢丝绳9一端固定于前方的液压台车7，穿过轨道6前端的定滑轮，连接于船舶10甲板上的正向卷扬机8。另一钢丝绳9一段固定于后方的液压台车7，直接与后方船舶10甲板的反向卷扬机8相连，正向、反向卷扬机8高度不同，避免相互干扰。
75.船舶10通过临时橡胶护舷、钢丝绳9、卸扣等系泊设施及抛锚措施靠泊于施工区域，船舶10甲板按照排架j1、j4、j7间距铺设三条与桩顶相同的轨道6，船舶10甲板设置两台不同高度差1500mm的卷扬机8，通过钢丝绳9与液压台车7相连，见图8所示。
76.s3：如图9所示，根据潮位及船舶10吃水情况，考虑减少轨道6变形及施工工序，采用拱形的轨道搭接段601将甲板的轨道6与桩顶的轨道6连接，仅设置首尾两个搁置点，两端分别与甲板、桩顶轨道6螺栓408连接，局部结构如图14所示。再将码头上部结构1从船舶10甲板牵引至钢桩帽2顶部。正向卷扬机8提供牵引动力，通过轨道6前方的定滑轮转向，液压台车7沿轨道6移动，码头上部结构1随之移动至码头前沿桩帽2。反向卷扬机8通过钢丝绳9与后方液压台车7相连，控制牵引速度。
77.同时，液压台车7车身设置可旋转的刹车装置701，如图15和图16所示，刹车片通过连接杆702与车身相连，连接杆702在液压齿轮转动下，驱动刹车片沿车轮弧线方向旋转。刹车片一面为弧形，表面设置橡胶，能够与车轮贴合，底部两侧为齿形，旋转后与轨道6上翼缘底部的齿形相互咬合。正常行驶时刹车片悬挂于车轮前方，当需要临时刹车时，液压控制齿轮转动，连接杆702以车轮中心为圆心，将所有刹车片同时旋转至轨道6，另一面与车轮相互贴合，同时转动底部两侧，与轨道6底部齿形咬合，实现“一键刹车”，确保码头上部结构1的运动能够随时控制。
78.s4：如图10所示，码头上部结构1逐步牵引至设计位置后，将桩顶顶推装置4右侧的立式液压千斤顶402顶升，支撑整个码头上部结构1重量。确保整体稳定后，再逐步拆解钢丝绳9、液压台车7、轨道6以及桩顶顶推装置4中间部分的底座401，细部结构见图11所示。
79.底座401中间部分与两侧的底座401结构通过中间底座卡槽407螺栓408连接，拆解轨道6时，松解螺栓408，将轨道6整条抬升脱离底座401，由船舶10一侧的卷扬机8快速牵引整条轨道6至甲板。
80.s5：利用桩顶顶推装置4精准调整码头上部结构1的平面位置，由于码头上部结构1底面存在纵梁102(轨道梁103、前后边梁)凸出，将码头上部结构1沿码头横梁101方向顶推时，若遇到凸出的纵梁102，则需降低或升高右侧立式液压千斤顶402，同时使用三向液压千斤顶403顶推，操作方法同实施例1中的步骤s3。
81.精准定位后，液压千斤顶逐步降低上部结构整体高度，横梁101缓慢搁置至钢桩帽2顶部，两侧的顶推机构不再承受上部结构的重量，随后拆除桩顶顶推装置4两侧的液压千
斤顶、底座401等其他临时设施，最后进行码头上部结构1与钢桩帽2的焊接或栓接作业。
82.s6：船舶10移位，按照步骤s2～s5进行其他结构段的上部结构安装，以此实现码头上部结构1整体式安装。
83.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。