专利名称：一种拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置及其应用方法
技术领域：
本发明属于土木工程技术领域，涉及地基基础工程及周边环境保护的施工，尤其是涉及钢板桩围护工程及环境危害的防治施工，具体地说，是一种拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置及其应用方法。
背景技术：
地下工程施工的基坑围护体，是承受基坑土方开挖所产生的土压力和水压力的临时挡墙。基坑围护体的种类很多，主要有钢板桩、钢筋混凝土板桩、水泥土搅拌桩、混凝土灌注桩及地下连续墙等。基坑工程设计根据不同环境条件和施工特点选用各种围护结构体。 近年来，水泥土搅拌桩、混凝土灌注桩及地下连续墙作为基坑围护的“一次性”结构体，尽管其工程造价较高，但由于工程安全性较好而被广泛应用。相反古老、传统的可反复多次使用的钢板桩围护结构则越来越“冷落”，越来越边缘化。钢板桩作为基坑围护结构，有着较悠久的发展历史，曾为各国所广泛应用，在我国，各种大型“槽钢”、“拉森”式钢板桩(其断面结构如附图I所示)的应用也比较常见。钢板桩围护体具有一系列的优点，如围护结构性能可靠、造价较低廉、可重复使用、无污染、没有其他水泥类围护体的龄期要求，施工便捷。然而，钢板桩拔除时会造成地基的扰动，对周边环境的影响，则是它的致命弱点，因此而影响了它的应用和发展。钢板桩拔除时对地基的扰动，主要是由于钢板桩在土体中上升过程中，带出了钢板桩“腹腔内”(以下简称钢板桩内)一部分土体，土体粘性越大带出的土体越多，从而在地基土中形成一定的空隙，其附近的土体则随之位移、沉降，以此填补空隙。这种地基土体内部的蠕动、变位、沉降，则会影响附近地下管线、建(构)筑物，产生位移、沉降，使地下管线损坏、建(构)筑物沉降、倾斜等危害。如何克服钢板桩拔除所造成的地基扰动和由此带来的周围环境安全问题，让钢板桩工程优点更加显现，走出应用、发展的困境，已经成为一个地基基础工程施工中急待解决的重要课题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足或缺陷，提供一种拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置及其应用方法，利用高压水泵、高压软管和射水冲枪等设备，将钢板桩内的土体置换成黄砂，拔除钢板桩时，土体便不会被带出，同时黄砂能及时有效地填充钢板桩拔除时产生的空隙，最大程度上避免了地基土的扰动，从根本上解决了以往钢板桩拔除时造成的环境影响问题。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案
一种拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，它包括水箱、高压水泵、高压软管和射水冲枪；
所述的水箱通过连接管与高压水泵的入口端相连；所述的高压水泵出口端通过高压软管与所述的射水冲枪相连；
还包括吊挂射水冲枪进行冲孔作业的起重设备、钢板桩拔桩设备和适量的黄砂及运输手推车。上述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其中，
所述的射水冲枪包括从上至下依次相连的U型弯管、射水冲枪管和射水冲枪头；所述的高压软管通过该U型弯管与射水冲枪管圆滑过渡相连。所述的射水冲枪头包括位于射水冲枪管下端的锥状管和焊接在紧邻该锥状管上方的射水冲枪管外壁上的至少两对扩孔用钢肋板。所述射水冲枪头的锥状管上设有若干个喷射孔。所述的锥状管上部沿其径向对称设有至少两对向下倾斜的射水孔；所述的锥状管底部居中设有一垂直射水孔。所述钢肋板的外形呈菱形，其一条边焊接在与射水冲枪管的轴线相平行的外壁上，相邻的两条边平行向下倾斜并与射水冲枪管的轴线之间形成约为45°的夹角。所述的至少两对扩孔用钢肋板沿所述射水冲枪管的外壁同一高度径向对称分布。所述射水冲枪管的外径> 50mm, < 100mm。所述射水冲枪管的外壁上相对设置的两块钢肋板的外围尺寸 <钢板桩腹腔的净距。所述倾斜射水孔的轴线与射水冲枪管的轴线之间形成约为45°的夹角。所述垂直射水孔的孔径略大于倾斜射水孔的孔径。所述的垂直射水孔的孔径约为08mm ;所述倾斜射水孔的孔径约为0>6mm。所述的水箱为容量> 2m3的钢制水箱。所述的高压水泵为水压力彡0. 8MPa的多级高压水泵。所述的黄砂以中粗砂为宜。所述射水冲枪的吊挂设备为一台具有足够臂长和起重能力的起重机。一种拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置的应用方法，其特征在于，它包含以下施工作业步骤
一.水、电、路二通；
二.水箱就位；
三.水泵安装；
四.高压软管和射水冲枪就位；
五.钢板桩内冲孔；
六.钢板桩内填充黄砂；
七.拔除钢板桩。由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果
I、由于本发明涉及的关键设备-射水冲枪头，其上五个不同部位射水孔的合理设置， 使得进入到射水冲枪内的高压水既可以垂直向下进行喷射，同时又可以呈约为45°的夹角向四外倾斜喷射，从不同方向冲开土体；
射水冲枪头上至少两对扩孔用菱形钢肋板的设置，使得射水冲枪在冲刷土体的同时，对钢板桩内的冲孔进行扩孔起到了关键性的作用，有效地保证了黄砂对土体的置换。2、本发明利用高压水泵、高压软管和射水冲枪等设备，将钢板桩内的土体置换成黄砂，拔除钢板桩时，土体不会被带出，同时黄砂能及时有效地填充钢板桩拔除时产生的空隙，因此避免了地基土的扰动，从根本上解决了以往钢板桩拔除时造成的环境影响问题， 进而实现了安全施工的目的。本发明为钢板桩的推广应用扫清了一大技术障碍，使这种结构性能可靠、施工便捷而经济的基坑围护方法注入新的活力，开辟出进一步发展的前景。
通过以下实施例并结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。附图中，
图I是本发明抑制地基土扰动的装置的总体结构示意图2是图I中射水冲枪的放大结构示意图3是图2中射水冲枪头的放大结构示意图4是图3中位于射水冲枪头下端的锥状管放大结构示意图5是图I中钢板桩的横截面放大结构示意图6是本发明涉及的装置其应用方法的施工操作流程框图。图中
I-水箱；2_高压水泵；3_高压软管；4_射水冲枪；41-U型弯管；42_射水冲枪管；43_射水冲枪头；431_钢肋板；；432_射水冲枪头下端的锥状管；432a-倾斜射水孔；432b_垂直射水孔；5_吊挂设备；6_钢板桩；7_连接管；
S-黄砂；C-手推车；H-钢板桩腹腔的净距。
具体实施例方式参见图1，配合参见图2 图5，本发明涉及的一种拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，主要包括水箱I、高压水泵2、高压软管3和射水冲枪4 ;水箱I通过连接管7与高压水泵2的入口端相连；高压水泵2出口端通过高压软管3与射水冲枪4相连。此外，还包括如图I中所示的吊挂射水冲枪4进行冲孔作业的起重设备5、钢板桩 6的拔桩设备和适量的黄砂S及运输手推车C。如图2所示，射水冲枪4包括从上至下依次相连的U型弯管41、射水冲枪管42和射水冲枪头43 ;高压软管3通过该U型弯管41与射水冲枪管42圆滑过渡相连。如图3所示，射水冲枪头43包括位于射水冲枪管42下端的锥状管432和焊接在紧邻锥状管432上方的射水冲枪管42外壁上的至少两对扩孔用钢肋板431。至少两对扩孔用钢肋板431沿射水冲枪管42的外壁同一高度径向对称分布。本发明涉及的射水冲枪头43，其下端的锥状管432上设有若干个喷射孔，或称若干个喷嘴。如图4所示，锥状管432的上部沿其径向对称设有至少两对向下倾斜的射水孔 432a ;锥状管432的底部居中设有一垂直射水孔432b。
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本发明涉及的射水冲枪管42的外径一般可采用彡50mm, ( IOOmm的钢管。如图2、图3所示，钢肋板431的外形呈菱形，其一条边固接在与射水冲枪管42的轴线相平行的外壁上，相邻的两条边平行向下倾斜并与射水冲枪管42的轴线之间形成约为45°的夹角。射水冲枪管42的外壁上相对设置的两块钢肋板431的外围尺寸<钢板桩6腹腔内的净距H。倾斜射水孔432a的轴线与射水冲枪管42的轴线之间形成约为45°的夹角。射水冲枪头43上，其锥状管432上设置的垂直射水孔432b的孔径略大于倾斜射水孔432a的孔径。本实施例中，锥状管432上设置的I个垂直射水孔432b的孔径约为0>8mm;4个倾斜射水孔432a的孔径约为06mm。本发明装置涉及的水箱1，为容量彡2m3的钢制水箱，以维持高压水泵2的正常运转为准。该装置涉及的高压水泵2，为水压力彡0. 8MPa的多级高压水泵。该装置涉及的黄砂S，通常以选用中粗砂为宜。该装置涉及的射水冲枪4的吊挂设备5为一台具有足够臂长和起重能力的起重机。本发明涉及的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置的应用方法，主要包含以下施工作业步骤
一.水、电、路二通；
二.水箱就位；
三.水泵安装；
四.高压软管和射水冲枪就位；
五.钢板桩内冲孔；
六.钢板桩内填充黄砂；
七.拔除钢板桩。本发明涉及的工艺技术原理如下
钢板桩6内的土体被置换成黄砂后，由于黄砂S与钢板桩6之间几乎没有粘结作用，不会随钢板桩6的上升作用而移动，不会出现土体带出而在地基中产生空隙的情况，使地基土保持稳定不动。钢板桩6从地基土中拔出后，其原来所占据的“空间”空出后，黄砂能迅速地“补位”，防止了 “空间”产生，也就不会造成土体位置的变动。简言之，钢板桩6内的土体被置换成黄砂后，由于黄砂S的特性，它不会被钢板桩 6带出来，还可以及时有效补充到所出现的空隙之中，地基土也就不会被扰动了。钢板桩6内土体由黄砂S置换的施工方法分两步实施
首先，采用射水冲枪4喷射高压水冲开钢板桩6内的土体，形成直径约300_的孔洞。 孔洞由于水压力及土拱作用土体是相对稳定的。紧接着第二步，就是在孔洞内填入黄砂S，置换也就完成了。被置换的土体随着高压水的不断冲刷而从钢板桩6内自然排出。本发明涉及的专用射水冲枪4的构造设计特点如下为了有效地将钢板桩6内土体冲开，控制好冲孔直径，确保钢板桩6内的土体能够及时并彻底地得到置换，本发明设计了专用射水冲枪4。如图2所示，射水冲枪管42的末端为一射水冲枪头43 ;射水冲枪头43包括位于射水冲枪管42下端的锥状管432和焊接在紧邻锥状管432上方的射水冲枪管42外壁上的至少两对扩孔用钢肋板431。锥状管432的上端管壁上沿其径向对称设有至少两对向下倾斜的射水孔432a ;锥状管432的底部居中设有至少一个垂直射水孔432b ;射水冲枪管42靠近锥状管432的外壁上固接有两对径向对称分布的扩孔用钢肋板431。
射水冲枪4的上部为一 U型弯管41，可使射水冲枪管42与高压软管3圆滑过渡并连接至高压水泵2的出口端，它可以较好地减少水头损失。射水冲枪头43上分布有5个射水孔和两对沿其外径> ^50mm, ( IOOmm的射水冲枪管42的外壁径向对称均布的“保孔径”钢肋板431。实施例I
如图3所示，射水孔按1+4分布，其中I个孔径为OSmm的射水孔432b设置在锥状管 432的底端中心位置，高压水垂直向下喷射；另外4个孔径为0)6mm的射水孔432a设置在锥状管432的上端管壁上，其射水方向与水平线或射水冲枪管42和锥状管432的轴线之间呈45°的夹角，高压水向四外倾斜喷射。射水冲枪头43上焊接有两对如图2或图3所示的“保孔径”钢肋板431，其规格为5mmX 112. 5mmX 150mm,钢肋板431在同一高度径向均布焊接在其外径> 50mm, ^ IOOmm 的射水冲枪管42的外壁上。两块相对设置的钢肋板431其外围尺寸<钢板桩腹腔的净距 H，约为300mm (该尺寸可根据不同钢板桩的规格进行匹配性调整)，即保证所冲孔洞直径相当于钢板桩腹腔内的净距H。本发明涉及的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置的应用方法，其施工操作流程参见图6。
所需的主要施工资源配置大致如下
主要机械设备及材料
容量不小于2m3的钢制水箱，供多级高压水泵用水；
多级高压水泵，水压力彡0. 8MPa ；
射水冲枪及连接高压水泵的高压软管；
黄砂(中粗为宜)及运输手推车；
拔桩设备(震动、静力式均可)；
起重机，吊挂射水冲枪冲孔作业。施工作业人员配置
班长兼指挥1人；
吊车司机1人；
水泵操作工1人；
射水冲枪操作工1人；
普工约4人，主要进行填黄砂作业。主要施工要点大致如下1、基坑工程主体结构完成，土方回填后，或其它地基基础工程完成后，按施工方案要求，可以进行钢板桩拔除作业；
2、钢板桩内冲孔施工准备工作
水箱、水泵就位，水源接管放水至水箱；水泵接电，并与水箱、射水冲枪连接；
3、黄砂进场，准备好手推车；
4、吊车吊挂射水冲枪就位；
5、冲孔作业射水冲枪插入钢板桩腹腔中部，操作人员将冲枪头部的一块“保孔径”钢肋板贴住钢板桩内壁钢板，开启水泵，射水冲枪沿钢板桩内壁钢板冲开土体下沉，在钢板桩内形成直径约O300mm的孔洞，基本清除了纲板桩内的土体。孔洞深度可根据施工方案要求，一般小于钢板桩长度；
6、拔出射水冲枪；
7、迅速在土体所冲孔内填入黄砂，并将孔洞填满。当每根钢板桩内土体置换工作全部完成，即可开始进行钢板桩拔除作业。钢板桩拔除，可采用静力拔桩或震动桩锤(须考虑环境条件许可)拔桩。拔桩作业顺序采用“挑拨法”，适当控制拔桩速度，均衡有序作业。经过土体置换后钢板桩拔出时没有土体粘附，表面光滑平整。一旦出现异常，发现有土体粘附，应暂停作业，分析原因，采取补救措施，确保钢板桩拔除没有土体带出。钢板桩拔除作为基坑围护等地基基础工程施工应在工程监测之下进行，随时掌握周边环境变化情况，做好信息化施工。一旦监测出现报警，应立即停止施工，研究分析工程、 环境情况，制定并采取相应技术措施，确保基坑等地基基础工程施工安全。
权利要求
1.一种拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，它包括水箱、高压水泵、 高压软管和射水冲枪；所述的水箱通过连接管与高压水泵的入口端相连；所述的高压水泵出口端通过高压软管与所述的射水冲枪相连；还包括吊挂射水冲枪进行冲孔作业的起重设备、钢板桩拔桩设备和适量的黄砂及运输手推车。
2.根据权利要求I所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述的射水冲枪包括从上至下依次相连的U型弯管、射水冲枪管和射水冲枪头；所述的高压软管通过该U型弯管与射水冲枪管圆滑过渡相连。
3.根据权利要求2所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述的射水冲枪头包括位于射水冲枪管下端的锥状管和焊接在紧邻该锥状管上方的射水冲枪管外壁上的至少两对扩孔用钢肋板。
4.根据权利要求3所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述射水冲枪头的锥状管上设有若干个喷射孔。
5.根据权利要求3或4所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述的锥状管上部沿其径向对称设有至少两对向下倾斜的射水孔；所述的锥状管底部居中设有一垂直射水孔。
6.根据权利要求3或4所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述钢肋板的外形呈菱形，其一条边焊接在与射水冲枪管的轴线相平行的外壁上，相邻的两条边平行向下倾斜并与射水冲枪管的轴线之间形成约为45°的夹角。
7.根据权利要求3或4所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述的至少两对扩孔用钢肋板沿所述射水冲枪管的外壁同一高度径向对称分布。
8.根据权利要求I所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述射水冲枪管的外径> 50mm, ^ 100mm。
9.根据权利要求3或4所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述射水冲枪管的外壁上相对设置的两块钢肋板的外围尺寸<钢板桩腹腔的净距。
10.根据权利要求5所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述倾斜射水孔的轴线与射水冲枪管的轴线之间形成约为45°的夹角。
11.根据权利要求5或10所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于， 所述垂直射水孔的孔径略大于倾斜射水孔的孔径。
12.根据权利要求11所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述的垂直射水孔的孔径约为OSmm ;所述倾斜射水孔的孔径约为0)6mm。
13.根据权利要求I所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述的水箱为容量> 2m3的钢制水箱。
14.根据权利要求I所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述的高压水泵为水压力彡0. 8MPa的多级高压水泵。
15.根据权利要求I所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述的黄砂以中粗砂为宜。
16.根据权利要求I所述的拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置，其特征在于，所述射水冲枪的吊挂设备为一台具有足够臂长和起重能力的起重机。
17.根据权利要求I所述的一种拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置的应用方法， 其特征在于，它包含以下施工作业步骤一.水、电、路二通；二.水箱就位；三.水泵安装；四.高压软管和射水冲枪就位；五.钢板桩内冲孔；六.钢板桩内填充黄砂；七.拔除钢板桩。
全文摘要
本发明涉及一种拔除钢板桩时可抑制地基土扰动的装置及其应用方法。其装置包括水箱、高压水泵、高压软管及射水冲枪。水箱通过连接管与水高压水泵相连,高压水泵的出口端连接高压软管,并通过高压软管连接一射水冲枪；射水冲枪的末端为一特殊构造的射水冲枪头。施工应用时还须配备其它施工机具,包括吊挂射水冲枪进行冲孔作业的起重设备、钢板桩拔桩设备和适量的黄砂及运输手推车。利用高压水泵、高压软管和射水冲枪等设备，将钢板桩内的土体置换成黄砂，拔除钢板桩时，土体便不会被带出，同时黄砂能及时有效地填充钢板桩拔除时产生的空隙，避免了地基土的扰动，从根本上解决了以往钢板桩拔除时造成的环境影响问题。
文档编号E02D9/02GK102605787SQ20121004929
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者沈淦, 王吉顶, 葛峰, 赵兴山 申请人:江苏省建筑工程集团有限公司, 赵兴山