CN107034931B - 钢管桩垂直度检测装置及深水钢管桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢管桩垂直度检测装置，它包括定位架、测绳和浮球，定位架与测绳的一端固定连接，测绳的另一端与浮球固定连接。施工方法，包括以下步骤：搭设浮动平台，利用导向架安装钢管桩，在钢管桩靠近底部的外壁沿圆周安装多个栓缆环；在钢管桩内放入钢管桩垂直度检测装置；根据钢管桩垂直度检测装置返回的垂直度信息，用钢管桩缆绳调整钢管桩的垂直度；在钢管桩缆绳的约束下打设钢管桩，直至达到设计深度；通过以上步骤，在确保钢管桩垂直度的基础上，完成钢管桩的打设施工。通过采用以上的方案，垂直度检测装置能够不受水深的影响，实时反馈垂直度信息，以帮助钢管桩在打设过程中，能够确保垂直度符合要求，提高施工精度。

Description

钢管桩垂直度检测装置及深水钢管桩施工方法

技术领域

本发明涉及钢管桩施工领域，特别是一种钢管桩垂直度检测装置及采用这种钢管桩垂直度检测装置的钢管桩施工方法。

背景技术

桩基施工工艺的选择直接决定桥梁施工的工期和成本，对整个项目起着决定性的作用。目前桥梁工程中水深较大、浅覆盖层的桩基施工考虑到固定平台搭设难度大，成本高，一般采用是浮动平台+冲击钻施工方法。

例如中国专利文献，CN 102312442中所记载的，一种栈桥钢管桩基础的施工方法，用于在江河、湖泊或海洋的倾斜裸岩面、浅覆盖层倾斜岩面上进行栈桥钢管桩基础的锚固施工，包括以下步骤 ：A10、利用锚碇***对浮式导向钻孔平台精确定位后，分别通过浮式导向钻孔平台上的每个预定孔位将每根栈桥钢管桩下落至河床岩面，但不进行入岩锚固 ；A20、使用直径略小于栈桥钢管桩内径的冲击钻头在栈桥钢管桩内向基床岩面冲击成孔至设计深度后，将栈桥钢管桩振动下沉跟进至孔底，灌注钢筋混凝土，使栈桥钢管桩与基岩固结 ；A30、焊接栈桥钢管桩连接系完成钢管桩基础施工。本发明，采用“钻孔桩 + 钢管桩”施工，可有效的抵抗水流、风浪和风荷载的作用，保证栈桥的稳定和结构安全。但是在实际施工过程中，采用导向架控制钢管桩垂直度的方案，随着水深的增加其精度越来越差，例如水深超过10米以后，现有的导向架则难以满足施工质量对垂直度的要求，特别是对预制承台或高桩吊箱底模安装形成大的干扰，为此现阶段一般高桩吊箱在桩周预留了较大的开口，待到位以后采用膜袋混凝土进行堵塞。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种钢管桩垂直度检测装置，能够在足够长的范围内对钢管桩的垂直度进行检测，从而为钢管桩的施工提供垂直度校核信息，优选的方案中，能够自动化的获取垂直度信息。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种深水钢管桩施工方法，能够使深水条件下的钢管桩施工，确保垂直度符合施工要求，且施工较为便利。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种钢管桩垂直度检测装置，它包括定位架、测绳和浮球，定位架与测绳的一端固定连接，测绳的另一端与浮球固定连接。

优选的方案中，定位架与钢管桩的内壁滑动配合，定位架与测绳连接的位置，位于定位架端面的中心点。

优选的方案中，在浮球的顶部设有竖直的测杆。

优选的方案中，还设有定位绳，定位绳与定位架固定连接，用于限定定位架的放置深度；

在定位绳上设有限位装置，限位装置固定于钢管桩的上口或地面，用于控制定位绳的长度，以使定位架下沉在合适的位置；

定位架减去浮力后的重量，大于或等于浮球的浮力。

优选的方案中，在定位绳上设有限位装置，限位装置固定于钢管桩的上口或地面。

优选的方案中，所述的限位装置包括杆体，杆体的一端设有导向环，另一端设有锁定环，锁定环上设有压紧螺栓；

杆体两端设有用于固定在钢管桩的上口或地面的固定装置；

定位绳穿过导向环，并在杆体卷绕至少一圈后与穿过锁定环。

优选的方案中，在浮球内设有角度传感器；

在定位架内设有蓄电池、主控装置和无线发送装置；

角度传感器与主控装置的输入端电连接，主控装置的输出端与无线发送装置电连接，蓄电池与主控装置电连接。

优选的方案中，所述的角度传感器为倾角传感器或陀螺仪；

钢管桩靠近底部的外壁沿圆周安装多个栓缆环，钢管桩缆绳与栓缆环连接。

优选的方案中，所述的定位架中，筒体的两端设有端板，在筒体两端的外壁设有定位环。

一种采用上述的钢管桩垂直度检测装置的钢管桩施工方法，包括以下步骤：

s1、搭设浮动平台，将浮动平台锚固定位；

s2、在浮动平台测量并定位钢管桩的平面位置，安装导向架；

s3、利用导向架安装钢管桩，在钢管桩靠近底部的外壁沿圆周安装多个栓缆环，钢管桩缆绳与栓缆环连接，拼装接长钢管桩，直至钢管桩的底部接触地面；

s4、在钢管桩内放入钢管桩垂直度检测装置；

s5、根据钢管桩垂直度检测装置返回的垂直度信息，用钢管桩缆绳调整钢管桩的垂直度；

s6、在钢管桩缆绳的约束下打设钢管桩，直至达到设计深度；

通过以上步骤，在确保钢管桩垂直度的基础上，完成钢管桩的打设施工。

本发明提供的钢管桩垂直度检测装置及深水钢管桩施工方法，通过采用以上的方案，垂直度检测装置能够不受水深的影响，实时反馈垂直度信息，以帮助钢管桩在打设过程中，能够确保垂直度符合要求，提高施工精度，且本发明的装置结构简单，操作便利，安全可靠。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为图1的俯视结构示意图。

图3为本发明中浮动平台的结构示意图。

图4为本发明中浮动平台和导向架的结构示意图。

图5为本发明中钢管桩打设施工时的结构示意图。

图6为本发明中钢管桩的栓缆环位置的横截面示意图。

图7为本发明中钢管桩打设施工流程示意图。

图8为本发明装置的优选结构示意图。

图9为本发明装置的局部放大示意图。

图10为本发明中限位装置的结构示意图。

图中：定位架1，筒体101，定位环102，端板103，测绳2，浮球3，钢管桩4，定位绳5，限位装置6，固定装置61，杆体62，导向环63，锁定环64，压紧螺栓65，压片66，角度传感器7，测杆8，蓄电池9，主控装置10，无线发送装置11，导线12，浮动平台13，平台缆绳14，导向架15，栓缆环16，钢管桩缆绳17。

具体实施方式

实施例1：

如图1~10中，一种钢管桩垂直度检测装置，它包括定位架1、测绳2和浮球3，定位架1与测绳2的一端固定连接，测绳2的另一端与浮球3固定连接。由此结构，在需要检测垂直度的时候，将垂直度检测装置吊装入钢管桩4内，定位架1沉入水中，浮球3受到水的浮力上浮，将测绳2拉直，由于浮力与重力互为反作用力，当钢管桩4为倾斜状态时，浮球3所在的位置也会偏离钢管桩4的中心线，从而得出钢管桩4的倾斜误差。如图8中所示。根据倾斜度误差，施工人员能够方便地调节钢管桩4的垂直状态。

优选的方案中，定位架1与钢管桩4的内壁滑动配合，定位架1与测绳2连接的位置，位于定位架1端面的中心点。由此结构，进一步提高浮球3对于垂直度误差的检测精度。优选的，在浮球3的顶部设置标记，以便于比对。

进一步优选的方案如图9中，所述的定位架1中，筒体101的两端设有端板103，在筒体101两端的外壁设有定位环102。定位环102的材质采用聚四氟乙烯材质，由此结构，便于确保定位架1位于中心点的位置，提高定位精度，同时也便于使定位架1上下滑动顺滑。

进一步优选的方案如图8、9中所示，在浮球3的顶部设有竖直的测杆8。当浮球位于水面上时，便于观察，但是浮球位于水面上容易受到水平面施加的分力影响，使浮球具有驱中性，影响测量精度，而使浮球3全部位于水面下具有较高的测量精度，但是存在不便于观察的问题，通过在浮球3的顶部设置竖直的测杆8，使测杆8部分的露出在水面之外，能够解决不便于观测的缺陷。优选的，浮球3和测杆8均采用发泡聚氨酯材料。

优选的方案如图8、9中，还设有定位绳5，定位绳5与定位架1固定连接，用于限定定位架1的放置深度；

定位架1减去浮力后的重量，大于或等于浮球3的浮力。由此结构，便于控制定位架1在钢管桩4内的下沉深度。优选的方案如图9中，定位绳5固定安装在靠近定位架1边缘的位置，以免定位绳5对测绳2和浮球3造成干涉。进一步优选的方案中，定位绳5有多根，沿圆周均布，由此结构，使定位架1在检测过程中保持水平。

优选的方案中，在定位绳5上设有限位装置6，限位装置6固定于钢管桩4的上口或地面。由此结构，便于控制定位绳5的长度，以使定位架1下沉在合适的位置。限位装置6可以是常用的夹具，例如弹簧夹，或者类似卷扬机的杆件。

优选的方案如图10中，所述的限位装置6包括杆体62，杆体62的一端设有导向环63，另一端设有锁定环64，锁定环64上设有压紧螺栓65；

杆体62两端设有用于固定在钢管桩4的上口或地面的固定装置61；固定装置61可以是挂钩、螺钉座等结构，本例中采用的是挂钩结构。

定位绳5穿过导向环63，并在杆体62卷绕至少一圈后与穿过锁定环64，并被压紧螺栓65锁紧，在压紧螺栓65的端头设有弧形的压片66，以避免压坏定位绳5。由此结构，能够方便可靠地限定定位绳5放送长度。

优选的方案如图9中，在浮球3内设有角度传感器7；优选的方案中，所述的角度传感器7为倾角传感器或陀螺仪。在倾角传感器的方案中，倾角传感器为两组，互相垂直布置，分别检测X、Y轴的倾角，优选的，倾角传感器的安装角度与如图6中的钢管桩缆绳17的安装方向一致。陀螺仪仅需一组即可获取倾角信息。根据工程的需求选择，通常在同等费用条件下，倾角传感器的精度较高。

在定位架1内设有蓄电池9、主控装置10和无线发送装置11；

角度传感器7与主控装置10的输入端电连接，主控装置10的输出端与无线发送装置11电连接，蓄电池9与主控装置10电连接。角度传感器7获取的信号经过放大后发送至主控装置10内，主控装置10经过转换成数字信号后，由无线发送装置11发送至地面的施工人员，从而得到垂直度检测装置的检测数据。采用该方案，能够降低测量误差，减少施工人员频繁观察浮球位置的步骤，而且还便于施工人员协同调节钢管桩缆绳17的长度。

实施例2：

如图一种采用上述的钢管桩垂直度检测装置的钢管桩施工方法，包括以下步骤：

s1、搭设浮动平台13，通过平台缆绳14将浮动平台13锚固定位；

s2、在浮动平台13测量并定位钢管桩4的平面位置，安装导向架15；

s3、利用导向架15安装钢管桩4，在钢管桩4靠近底部的外壁沿圆周安装多个栓缆环16，如图6中所示，本例中采用在圆周上均布四个栓缆环16的方式，各个栓缆环16之间相距90度。相应地，四根钢管桩缆绳17与栓缆环16连接，拼装接长钢管桩4，直至钢管桩4的底部接触地面；优选的，栓缆环16与钢管桩4的底部距离a为3~10米，优选为5米。

s4、在钢管桩4内放入如实施例1中所述的钢管桩垂直度检测装置；将垂直度检测装置下放到合适的位置，并以限位装置6固定。采用人工观测或者远程自动发送数据的方式，施工人员实时获得垂直度的数据。

s5、根据钢管桩垂直度检测装置返回的垂直度信息，用放松或收紧各个方向上钢管桩缆绳17长度的方式调整钢管桩4的垂直度；

s6、在钢管桩缆绳17的约束下打设钢管桩4，当钢管桩4打入地面一端距离，例如5cm~20cm，此时钢管桩4的底部管口被地面限位，适当放松钢管桩缆绳17的长度，直至钢管桩4打入达到设计深度；

通过以上步骤，在确保钢管桩垂直度的基础上，完成钢管桩4的打设施工。

优选的方案如图7中，钢管桩垂直度检测装置的浮球3，位于水面以下，以提高测量精度，定位架1下放深度靠近钢管桩4的底部，由此结构，进一步提高测量精度。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的技术特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种钢管桩垂直度检测装置，其特征是：它包括定位架（1）、测绳（2）和浮球（3），定位架（1）与测绳（2）的一端固定连接，测绳（2）的另一端与浮球（3）固定连接；

定位架（1）与钢管桩（4）的内壁滑动配合，定位架（1）与测绳（2）连接的位置，位于定位架（1）端面的中心点；

所述的定位架（1）中，筒体（101）的两端设有端板（103），在筒体（101）两端的外壁设有定位环（102）；

在浮球（3）的顶部设有竖直的测杆（8）；

还设有定位绳（5），定位绳（5）与定位架（1）固定连接，用于限定定位架（1）的放置深度；

在定位绳（5）上设有限位装置（6），限位装置（6）固定于钢管桩（4）的上口或地面，用于控制定位绳（5）的长度，以使定位架（1）下沉在合适的位置；

定位架（1）减去浮力后的重量，大于或等于浮球（3）的浮力；

在浮球（3）内设有角度传感器（7）；

在定位架（1）内设有蓄电池（9）、主控装置（10）和无线发送装置（11）；

角度传感器（7）与主控装置（10）的输入端电连接，主控装置（10）的输出端与无线发送装置（11）电连接，蓄电池（9）与主控装置（10）电连接；

所述的角度传感器（7）为陀螺仪；

钢管桩（4）靠近底部的外壁沿圆周安装多个栓缆环（16），钢管桩缆绳（17）与栓缆环（16）连接。

2.根据权利要求1所述的一种钢管桩垂直度检测装置，其特征是：所述的限位装置（6）包括杆体（62），杆体（62）的一端设有导向环（63），另一端设有锁定环（64），锁定环（64）上设有压紧螺栓（65）；

杆体（62）两端设有用于固定在钢管桩（4）的上口或地面的固定装置（61）；

定位绳（5）穿过导向环（63），并在杆体（62）卷绕至少一圈后与穿过锁定环（64）。

3.一种采用权利要求1~2任一项所述的钢管桩垂直度检测装置的钢管桩施工方法，其特征是包括以下步骤：

s1、搭设浮动平台（13），将浮动平台（13）锚固定位；

s2、在浮动平台（13）测量并定位钢管桩（4）的平面位置，安装导向架（15）；

s3、利用导向架（15）安装钢管桩（4），在钢管桩（4）靠近底部的外壁沿圆周安装多个栓缆环（16），钢管桩缆绳（17）与栓缆环（16）连接，拼装接长钢管桩（4），直至钢管桩（4）的底部接触地面；

s4、在钢管桩（4）内放入钢管桩垂直度检测装置；

角度传感器（7）获取的信号经过放大后发送至主控装置（10）内，主控装置（10）经过转换成数字信号后，由无线发送装置（11）发送至地面的施工人员，从而得到垂直度检测装置的检测数据；

s5、根据钢管桩垂直度检测装置返回的垂直度信息，用钢管桩缆绳（17）调整钢管桩（4）的垂直度；

s6、在钢管桩缆绳（17）的约束下打设钢管桩（4），直至达到设计深度；

通过以上步骤，在确保钢管桩垂直度的基础上，完成钢管桩（4）的打设施工。

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