CN111042107B - 一种大尺寸预制桩围护结构施工***及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大尺寸预制桩维护结构施工***及施工方法，包括：旋挖钻机；定位装置：包括环形的第一支撑板，第一支撑板底面边缘位置螺纹连接有多个第一支腿，第一支撑板固定有与第一支撑板同轴的安装板，安装板设置有与预制桩中心点和角点位置相匹配的激光测距装置，第一支撑板还开设有多个弧形孔，多个弧形孔轴线位于与第一支撑板同轴设置的圆周上；注浆装置：用于向钻孔注入浆液；接桩装置：包括第二支撑板，第二支撑板底面固定有多个第二支腿，第二支撑板通过调平件连接有导向板，导向板与第二支撑板同轴设置，导向板及第二支撑板中心位置设置有与预制桩截面相匹配的开孔；起吊装置，本发明的施工***解决了施工现场施工设备少的问题。

Description

一种大尺寸预制桩围护结构施工***及施工方法

技术领域

本发明涉及地下工程技术领域，具体涉及一种大尺寸预制桩围护结构施工***及施工方法。

背景技术

城市轨道交通工程明挖法开挖地铁深基坑时，需要先行封闭交通，树立施工围挡，施做围护结构后，方可进行土方开挖作业，依次顺做施做底板、站台层侧墙、中板、站厅层侧墙、顶板，拆除第一道撑，回填土方、恢复交通，从而完成一个地铁车站建造。城市轨道交通工程深基坑围护结构主要有：钻孔灌注桩+内支撑、地下连续墙+内支撑、SMW工法桩+内支撑、预制桩+内支撑；其中，围护结构用预制采桩+内支撑的形式已经成功应用。

大尺寸预制围护桩(截面尺寸大于或等于700×700mm)的主要施工步骤为：先行采用长螺旋钻机(适用于土层)或双动力长螺旋潜孔锤钻机(适用于岩层)进行钻孔作业，提升时同时进行旋转喷浆作业至设计标高，然后将定位用接桩平台安放至指定位置并固定，采用足够吨位的履带吊或汽车吊轻轻吊起预制桩，然后通过吊装平台将预制桩下沉至钻孔底部，在预制桩下沉的同时，先行喷射在钻孔内水泥土浆液受到挤压后上升将预制桩紧密包裹，从而形成致密的填充，在基坑开挖过程中起到支撑预制桩结构的作用。

但是长螺旋钻机或双动力长螺旋潜孔锤钻机数量较少，设备成本较高，设备现场长螺旋钻机和双动力长螺旋潜孔钻机数量上，而这也导致了在现场施工过程中，机械设备缺少的现实。

而旋挖钻机形式多样、数量较多，设备成本低，可满足多个大型地铁基坑围护结构的施工需求，但发明人发现，因旋挖钻机成孔定位、垂直度、深度控制精度较差，难以直接应用其进行大型预制桩围护结构的施工，因此，如何应用形式多样、数量较大的旋挖钻机进行大型预制桩围护结构的施工成为了亟需解决的新课题。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种大尺寸预制桩围护结构施工***，实现了能够利用旋挖钻机进行钻孔，解决了大尺寸预制桩围护结构施工时缺少设备的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大尺寸预制桩维护结构施工***，包括：

旋挖钻机：用于进行钻孔；

定位装置：包括环形的第一支撑板，第一支撑板底面边缘位置螺纹连接有多个第一支腿，第一支撑板固定有与第一支撑板同轴的安装板，安装板设置有与预制桩中心点和角点位置相匹配的激光测距装置，第一支撑板还开设有多个弧形孔，多个弧形孔轴线位于与第一支撑板同轴设置的圆周上，能够通过弧形孔向待钻孔地面喷漆，对钻孔位置进行标识；

注浆装置：用于向钻孔注入浆液；

接桩装置：包括第二支撑板，第二支撑板底面固定有多个第二支腿，第二支撑板通过调平件连接有导向板，导向板与第二支撑板同轴设置，导向板及第二支撑板中心位置设置有与预制桩截面相匹配的开孔；

起吊装置：用于对预制桩进行起吊。

进一步的，所述第一支撑板上设置有第一气泡式水平仪，用于显示第一支撑板的水平度。

进一步的，所述导向板上设置有第二气泡式水平仪，用于显示导向板的水平度。

进一步的，所述调平件包括设置在相对于导向板的中心对称分布的螺杆，所述螺杆顶端伸入导向板设置的限位槽中，螺杆底端与第二支撑板螺纹连接，转动螺杆，能够对导向板进行调平，所述限位槽能够保证导向板和第二支撑板的同轴度。

进一步的，所述起吊装置包括第一吊机及第二吊机，所述第一吊机的起吊部能够与预制桩的顶面连接，第二吊机的起吊部能够与预制桩的侧面连接。

进一步的，所述注浆装置包括注浆导管，所述注浆导管与注浆泵连接，注浆泵能够带动水泥浆液通过注浆导管注入钻孔内。

本发明还公开了一种使用所述的大尺寸预制桩维护结构施工***的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：对钻孔中心第一定位点和预制桩四个角点对应的第二定位点进行定位。

步骤2：将定位装置放置在待钻孔的地面上，将安装板上与预制桩中心点对应的激光测距装置与第一定位点对准，将安装板上与预制桩四个角点对应的激光测距装置与第二定位点对准，并对第一支腿在地面的固定位置进行标识，利用第一支腿对第一支撑板进行调平，利用弧形孔对待钻孔地面喷漆，对钻孔位置进行标识。

步骤3：移开定位装置，将旋挖钻机的钻头齿牙对准钻孔位置的标识，利用旋挖钻机进行钻孔。

步骤4：利用第一支腿在地面固定位置的标识再次将定位装置固定在地面上，利用激光测距装置测量钻孔的深度和垂直度，对深度和垂直度不合格的钻孔进行修正直至符合设定要求。

步骤5：移开定位装置，利用注浆装置向钻孔内注浆。

步骤6：将接桩装置固定在底面上，使得导向板、第二支撑板与钻孔同轴设置，利用调平件调节导向板至水平状态。

步骤7：利用起吊装置对预制桩进行起吊，将预制桩穿过导向板和第二支撑板上设置的开孔，沉入钻孔内。

进一步的，所述步骤3中，钻孔的同时向孔内注入水泥浆液，在钻孔孔壁形成泥膜。

进一步的，所述步骤6中，利用定位仪对设定边缘线进行定位，所述设定边缘线与钻孔同轴设置，在设定边缘线上***多个钢钉，将定位梁沿由多个钢钉形成的边缘线放置，将接桩装置放置在地面上，第二支撑板的边缘外侧面与定位梁接触，完成接桩装置的定位和固定。

进一步的，所述步骤7中，当步骤5中注入钻孔的水泥浆液对预制桩的浮力大于预制桩的重力时，利用振动锤对预制桩进行振动沉桩直至预制桩到达设计标高位置。

本发明的有益效果：

1.本发明的大尺寸预制桩围护结构施工***，钻孔装置采用现有的旋挖钻机，旋挖钻机成本低，数量多，解决了大尺寸预制桩围护结构施工机械设备少的问题，可增加施工机械设备和作业人员，提高围护结构施工的工作效率，加快围护结构的施工进度。

2.本发明的大尺寸预制桩围护结构施工***，具有定位装置，能够对钻孔的位置进行精准定位，定位装置具有激光测距装置，钻孔完成后能够对钻孔的深度和垂直度进行测量，方便对钻孔进行及时修正，解决了旋挖钻机成孔定位、垂直度、深度控制精度较差的问题，使得旋挖钻机能够应用于大尺寸预制桩围护结构的施工。

3.本发明的大尺寸预制桩围护结构施工***，具有接桩装置，能够对预制桩进行沉孔放置时起到导向作用，保证预制桩的安装垂直度。

4.本发明的大尺寸预制桩围护结构施工***的施工方法，沉桩前预先在钻孔中注入水泥浆液，可以使水泥浆液密实的填充在预制桩周围，强度、填充率高，可确保安全。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1定位装置俯视示意图；

图2为本发明图1中的A向截面示意图；

图3为本发明实施例1接桩装置俯视示意图；

图4为本发明实施例1接桩装置侧视示意图；

图5为本发明实施例2步骤1方法示意图；

图6为本发明实施例2步骤7预制桩的起吊示意图；

其中，1.第一支撑板，2.第一支腿，3.第一激光测距装置，4.第二激光测距装置，5.安装板，6.弧形孔，7.第一气泡式水平仪，8.第二支撑板，9.第二支腿，10.螺杆，11.第二气泡式水平仪，12.开孔，13.预制桩，14.定位仪，15.第一定位点，16.第二定位点，17.履带吊，18.第一吊钩，19.汽车吊，20.第二吊钩，21.钻孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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。

正如背景技术所介绍的，目前对于大尺寸预制桩围护结构施工采用长螺旋钻机或双动力螺旋潜孔锤钻机进行钻孔作业，设备成本高，数量少，导致现场缺少施工***，而采用旋挖钻机时，旋挖钻机的成孔定位、垂直度和深度控制精度差，针对上述问题，本申请提出了一种大尺寸预制桩围护结构施工***。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-4所示，一种大尺寸预制桩围护结构施工***，包括旋挖钻机、定位装置、注浆装置、接桩装置及起吊装置。

所述旋挖钻机采用现有的旋挖钻机即可，用于进行钻孔。

所述定位装置包括圆环型的第一支撑板1，所述第一支撑板边缘的底面设置有四个第一支腿2，四个所述第一支腿沿第一支撑板所在圆周均匀分布，四个第一支腿的顶部与第一支撑板螺纹连接，四个第一支腿能够转动，对第一支撑板进行调平，所述读一支撑板的顶面焊接固定有圆形的安装板5，所述安装板与第一支撑板同轴设置，所述安装板的中心位置设置有第一安装孔，所述第一安装孔内固定有第一激光测距装置3，所述第一激光测距装置用于与预制桩的中心点位置相对应，所述安装板上还设置有四个第二安装孔，四个第二安装孔的中心相对于第一安装孔的中心对称设置，且位于与预制桩截面相匹配的矩形的四个角处，所述第二安装孔内安装有第二激光测距装置4，所述第二激光测距装置用于与预制桩的四个角点位置相对应，第一激光测距装置及第二激光测距装置的激光发射端和接收端均朝下设置，发射端发出的激光射线能够穿过第一支撑板射出，反射回的激光射线能够穿过第一支撑板由接收端接收，所述第一激光测距装置及第二激光测距装置采用现有的激光测距装置即可，其具体结构在此不进行详细叙述。

所述第一支撑板上还设置有多个弧形孔6，多个弧形孔的轴线位于同一个圆周上，且弧形孔轴线所在的圆周与第一支撑板和安装板同轴设置，施工人员能够在弧形孔上方进行喷漆，漆料能够穿过弧形孔喷射到待钻孔的底面上，对待钻孔的位置进行标识，使钻孔位置更加醒目，方便对钻孔位置进行精准定位。

所述第一支撑板上还设置有第一气泡式水平仪7，用于检测第一支撑板的水平度，方便施工人员对第一支撑板进行调平。

所述注浆装置包括注浆管，所述注浆管能够与注浆泵连接，注浆泵能够驱动水泥浆液经注浆管注入钻孔中。

所述接桩装置包括正方形的第二支撑板8，所述第二支撑板的底面四个角处固定有第二支腿9，所述第二支腿用于放置在地面上，对第二支撑板进行支撑。

所述第二支撑板的上表面通过调平件连接有与其同轴设置的导向板，所述调平件设置在导向板下表面的四个角位置处，所述调平件包括螺杆10，所述螺杆底端与第二支撑板螺纹连接，所述螺杆的顶端伸入导向板设置的限位槽中，所述限位槽的直径大于螺杆的直径，螺杆伸入限位槽中，能够对导向板和第二支撑板的相对位置进行限位，保证导向板和第二支撑板的同轴度，同时四个螺杆的转动，能够对导向板进行调平。

所述导向板上安装有第二气泡式水平仪11，用于检测导向板的水平度，方便施工人员对导向板进行调平。

所述导向板及第二支撑板上均设置有正方形的开孔12，所述导向板上的开孔的尺寸略大于预制桩13的截面正方形尺寸，所述第二支撑板上开孔的尺寸略大于导向板上开孔的尺寸，预制桩能够通过开孔穿过导向板和第二支撑板进入钻孔中，所述导向板用于对预制桩的运动进行导向，保证预制桩进入钻孔的方向和垂直度。

所述起吊装置包括第一吊机及第二吊机，所述第一吊机采用150吨的履带吊，所述第二吊机采用80吨的汽车吊，所述第一吊机的起吊部分能够通过焊接在预制桩顶面的第一吊钩与预制桩的顶面连接，第二吊机能够通过焊接在预制桩侧周面的第二吊钩与预制桩的侧面连接，所述第二吊钩设置在距离预制桩顶端2/3预制桩总长位置处。

实施例2：

本实施例公开了一种使用实施例1所述的大尺寸预制桩围护结构施工***的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：如图5所示，对钻孔中心第一定位点和预制桩四个角点对应的第二定位点进行定位。

具体的，利用定位仪14(全站仪或经纬仪)对与钻孔中心对应的第一定位点15和与预制桩四个角点对应的第二定位点16进行定位，并进行标识，可在定位点处设置标识钢钉或采用其他方式进行标识。

步骤2：将定位装置通过第一支腿放置在待钻孔的地面上，将安装板上的第一激光测距装置与第一定位点对准，将安装板上的四个第二激光测距装置分别与四个第二定位点对准，并对第一支腿在地面的固定位置进行标识，可在第一支腿外周的地面土体中***标识钢钉进行标识，也可采用其他方式进行标识，转动第一支腿，通过观察第一气泡式水平仪，利用第一支腿对第一支撑板进行调平，调平后，利用弧形孔对待钻孔地面喷漆，漆料穿过弧形孔，在地面形成位于同一个圆周上的标识，实现了对钻孔位置进行标识。

步骤3：移开定位装置，将旋挖钻机移动到设定位置，将旋挖钻机的钻头齿牙对准钻孔位置的标识，利用旋挖钻机进行竖向钻孔，直至钻孔至设定深度，旋挖钻机的钻头钻进过程中，同时向钻孔内注入水泥浆液，使得在旋挖钻机钻进过程中在钻孔内壁形成一层泥膜，用于保持钻孔孔壁的稳定，采用正反泥浆循环的方法对钻孔进行二次清空，确保孔低的沉渣厚度不超过30cm。

步骤4：利用步骤2对第一支腿固定位置所做的标识，再次将定位装置放置在地面上，启动第一激光测距装置和第二激光测距装置，第一激光测距装置和第二激光测距装置的发射端发出激光射线，激光射线在钻孔底部孔面反射后被接收端接收，从而测得钻孔的深度，同时将第一激光测距传感器和第二激光测距传感器采集的竖直进行比对，得到钻孔的垂直度，对于深度和垂直度不满足要求的钻孔，利用旋挖钻机进行修正，直至钻孔的深度和垂直度满足要求。

步骤5：将注浆管的一端连接注浆泵，另一端伸入钻孔底部，注浆泵将配置好的水泥浆液通过注浆管注入钻孔21中，随着水泥浆液液位的上升，向上提升注浆管，注浆管底部埋入水泥浆液的深度保持2m-3m，水泥浆液液位到达预制桩桩顶设计标高上方0.5m-1m位置处停止注浆，注浆完成后移除注浆管。

步骤5中注入的水泥浆液的密度大于步骤3中注入的水泥浆液的密度可使得步骤5后注入水泥浆液将步骤3先前注入水泥浆液完全顶出，在预制桩周围形成致密完整的填充体。

步骤6：将接桩装置放置在地面上，接桩装置的导向板和第二支撑板与钻孔同轴设置，接桩装置放置前，首先利用定位仪(全站仪或经纬仪)对设定的正方形边缘线进行定位，正方形边缘线与钻孔同轴设置，在设定的正方形边缘线每条线上***三根钢钉，三根钢钉确定设定的正方形边缘线的一条边，然后将定位梁沿钢钉放置，所述定位梁可采用槽钢，将接桩装置放置在四个槽钢形成的空间内部，且第二支撑板的外侧面与槽钢的内侧面接触，利用槽钢对接桩装置进行定位，接桩装置定位好后，转动四个螺杆，通过观察第二气泡式水平仪对导向板进行调平。

步骤7：利用起吊装置对预制桩进行起吊，将预制桩穿过导向板和第二支撑板上设置的开孔，沉入钻孔内。

具体的，如图6所示，将履带吊17的起吊部分与预制桩顶面焊接的第一吊钩18连接，将汽车吊19的起吊部分与焊接在预制桩侧周面的第二吊钩20连接，履带吊和汽车吊将预制桩进行起吊，起吊至设定高度后，履带吊带动第一吊钩继续上升，汽车吊带动第二吊钩下降，直至预制桩呈90°，然后将第二吊钩与汽车吊的起吊部分分开，履带吊带动预制桩移动至设定位置，将预制桩起吊至接桩装置的正上方，履带吊带动预制桩下降，预制桩在重力作用下，通过开孔穿过导向板和第二支撑板，沉入钻孔中，当钻孔内水泥浆液对于预制桩的浮力大于预制桩的重力时，松开履带吊与第一吊钩的连接，将履带吊的起吊部分连接振动锤，调节振动锤至预制桩顶的连接头位置，将振动锤夹住预制桩桩顶的连接头，利用振动锤沉桩至设计标高。钻孔与预制桩周围空隙由水泥浆液进行充填，强度、填充率可以得到较好的保障。

本实施例中，所述第一吊钩和第二吊钩均采用HRB40032钢筋制作而成，所述振动锤采用电机振动锤或液压振动锤或电磁振动锤或机械振动锤或空气振动锤，可与预制桩桩顶的预留接头可靠连接，并具备自动松弛功能。

预制桩沉桩完成后，松开振动锤，并将振动锤吊起离开，去除定位钢钉和槽钢，用原状土将预制桩桩顶以上，地面以下的钻孔空隙回填至地面标高，然后采用相同的方法进行下一根预制桩的施工。

采用本实施例的施工设备，能够利用定位装置对钻孔位置进行精准的定位，并且利用定位装置对钻孔的深度和垂直度进行测量，对不合格钻孔进行及时的修正，保证了钻孔质量，使得旋挖钻机能够应用到大尺寸预制桩的施工中，避免了采用上螺旋钻机或双动力厂螺旋潜孔锤钻机数量较少导致现场缺少设备的问题，可增加施工机械设备和作业人员，提高围护结构施工的工作效率，加快围护结构的施工进度。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种大尺寸预制桩维护结构施工***，其特征在于，包括：

旋挖钻机：用于进行钻孔；

定位装置：包括环形的第一支撑板，第一支撑板底面边缘位置螺纹连接有多个第一支腿，第一支撑板固定有与第一支撑板同轴的安装板，安装板设置有与预制桩中心点和角点位置相匹配的激光测距装置，第一支撑板还开设有多个弧形孔，多个弧形孔轴线位于与第一支撑板同轴设置的圆周上，能够通过弧形孔向待钻孔地面喷漆，对钻孔位置进行标识；

注浆装置：用于向钻孔注入浆液；

接桩装置：包括第二支撑板，第二支撑板底面固定有多个第二支腿，第二支撑板通过调平件连接有导向板，导向板与第二支撑板同轴设置，导向板及第二支撑板中心位置设置有与预制桩截面相匹配的开孔；

起吊装置：用于对预制桩进行起吊。

2.如权利要求1所述的一种大尺寸预制桩维护结构施工***，其特征在于，所述第一支撑板上设置有第一气泡式水平仪，用于显示第一支撑板的水平度。

3.如权利要求1所述的一种大尺寸预制桩维护结构施工***，其特征在于，所述导向板上设置有第二气泡式水平仪，用于显示导向板的水平度。

4.如权利要求1所述的一种大尺寸预制桩维护结构施工***，其特征在于，所述调平件包括设置在相对于导向板的中心对称分布的螺杆，所述螺杆顶端伸入导向板设置的限位槽中，螺杆底端与第二支撑板螺纹连接，转动螺杆，能够对导向板进行调平，所述限位槽能够保证导向板和第二支撑板的同轴度。

5.如权利要求1所述的一种大尺寸预制桩维护结构施工***，其特征在于，所述起吊装置包括第一吊机及第二吊机，所述第一吊机的起吊部能够与预制桩的顶面连接，第二吊机的起吊部能够与预制桩的侧面连接。

6.如权利要求1所述的一种大尺寸预制桩维护结构施工***，其特征在于，所述注浆装置包括注浆导管，所述注浆导管与注浆泵连接，注浆泵能够带动水泥浆液通过注浆导管注入钻孔内。

7.一种使用权利要求1-6任一项所述的大尺寸预制桩维护结构施工***的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：对钻孔中心第一定位点和预制桩四个角点对应的第二定位点进行定位；

步骤2：将定位装置放置在待钻孔的地面上，将安装板上与预制桩中心点对应的激光测距装置与第一定位点对准，将安装板上与预制桩四个角点对应的激光测距装置与第二定位点对准，并对第一支腿在地面的固定位置进行标识，利用第一支腿对第一支撑板进行调平，利用弧形孔对待钻孔地面喷漆，对钻孔位置进行标识；

步骤3：移开定位装置，将旋挖钻机的钻头齿牙对准钻孔位置的标识，利用旋挖钻机进行钻孔；

步骤4：利用第一支腿在地面固定位置的标识再次将定位装置固定在地面上，利用激光测距装置测量钻孔的深度和垂直度，对深度和垂直度不合格的钻孔进行修正直至符合设定要求；

步骤5：移开定位装置，利用注浆装置向钻孔内注浆；

步骤6：将接桩装置固定在底面上，使得导向板、第二支撑板与钻孔同轴设置，利用调平件调节导向板至水平状态；

步骤7：利用起吊装置对预制桩进行起吊，将预制桩穿过导向板和第二支撑板上设置的开孔，沉入钻孔内。

8.如权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述步骤3中，钻孔的同时向孔内注入水泥浆液，在钻孔孔壁形成泥膜。

9.如权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述步骤6中，利用定位仪对设定边缘线进行定位，所述设定边缘线与钻孔同轴设置，在设定边缘线上***多个钢钉，将定位梁沿由多个钢钉形成的边缘线放置，将接桩装置放置在地面上，第二支撑板的边缘外侧面与定位梁接触，完成接桩装置的定位和固定。

10.如权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述步骤7中，当步骤5中注入钻孔的水泥浆液对预制桩的浮力大于预制桩的重力时，利用振动锤对预制桩进行振动沉桩直至预制桩到达设计标高位置。

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