CN113944152B - 一种钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法，包括步骤：第m根钢管桩施工至预定高度后，安装定位套筒；起吊第m根钢板桩，调整钢板桩垂直度后垂直下压钢板桩，使钢板桩至预设高度；在第m+1根钢管桩内安装高压水刀，调整钢管桩垂直度后垂直下压钢管桩至预设高度，在下压钢管桩施工中，通过高压水刀切割钢管桩下方土体；重复上述步骤，直至所有钢管桩及钢板桩均完成施工。定位套筒以已施工钢管桩为基础，控制后续的钢板桩和钢管桩的直线度，具有结构简单、操作方便、易于推广的优点。高压水刀能够通过高压水流使土体形成泥浆液，降低沉桩难度，通过控制腔室内的压力处于允许范围内，从而提高施工安全性。

Description

一种钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法

技术领域

本发明涉及一种钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法，属于桩基础施工技术领域。

背景技术

PC工法桩通常是由拉森桩与钢管结合使用形成各种截面的组合桩，适用于基坑支护工程的支护结构。作为一种可重复利用的绿色环保建材，PC工法桩具有高强、轻型、材质稳定、质量可靠、耐久性好、耐候性好、止水以及使用全过程无污染、施工便利、检查验收环节简便、重复使用经济性好等诸多优点，受到基坑行业的重视和青睐。

PC工法桩的钢管桩和拉森桩的止水锁口需要相互搭接咬合，拉森钢板桩主要起止水作用，钢管桩为主要受力结构，当基坑地下室外墙施工完毕，回填土施工后，钢管桩和拉森钢板桩可以全部起拔回收。在施工中，钢管桩和拉森钢板桩的直线度是重要的控制指标，控制不好将直接影响pc工法桩围护结构的合拢。

另外，沉桩工艺有静压和锤击两种，都是通过竖向作用力将钢管桩***土体中。然而在沉桩施工中，有时会遇到土体致密，沉桩困难的情形，如果强行施工，会对钢管桩端头或桩身造成破坏。

如何在土体致密的条件下实现快速沉桩并精准控制组合桩的直线度，是沉桩施工的技术难题。

发明内容

本申请提供的一种PC工法组合桩施工方法及专用定位套筒，用以解决现有技术中钢管桩与钢板桩直线度不宜控制的问题。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法，包括如下步骤：

步骤一、第m根钢管桩施工至预定高度后，安装定位套筒，将非闭合套筒二套设在第m根钢管桩顶部，调整定位套筒角度并固定，非闭合套筒一位于第m+1根钢管桩位置处；其中，m≥1；

所述定位套筒包括非闭合套筒一、非闭合套筒二、第一连接板、第二连接板、第一支座、内齿口滚轮、第二支座和齿口双滚轮；所述非闭合套筒一包括相对设置的第一弧形板和第二弧形板，所述非闭合套筒二包括相对设置的第三弧形板和第四弧形板；所述第三弧形板顶端与第四弧形板顶端通过连接件固定连接；所述第一弧形板与第三弧形板之间通过第一连接板连接，所述第二弧形板与第四弧形板之间通过第二连接板连接；所述第一连接板与第二连接板间隔设置，间隙用于钢板桩的垂直施工；所述第一支座设置于第一连接板上，所述内齿口滚轮设置于第一支座上并与钢管桩一侧的锁口组件的位置相对应；所述第二支座设置于第二弧形板远离第二连接板的开口端，所述齿口双滚轮设置于第二支座上并与钢管桩另一侧的锁口组件的位置相对应；

步骤二、起吊第m根钢板桩，使第m根钢板桩的底部端头位于定位套筒的第一连接板与第二连接板的缝隙中，调整钢板桩垂直度后垂直下压钢板桩，使钢板桩至预设高度；

步骤三、在第m+1根钢管桩内安装高压水刀，起吊第m+1根钢管桩，使第m+1根钢管桩的底部端头位于定位套筒的非闭合套筒一中，内齿口滚轮抵在第m+1根钢管桩一端的锁口组件上，齿口双滚轮靠近第m+1根钢管桩一侧的滚轮抵在钢管桩另一端的锁口组件端部，调整钢管桩垂直度后垂直下压钢管桩，在下压钢管桩施工中，通过高压水刀切割钢管桩下方土体，使钢管桩至预设高度；

所述高压水刀包括水刀结构座、活动环、两个连杆机构和两个卡紧盘；所述水刀结构座包括一个上下贯通的中空管道，所述中空管道的顶部与外接高压水管一连通，底部与高压喷头连通；所述水刀结构座由上而下依次为直管段、腔室段和支座段，腔室段包括液压腔室，所述液压腔室通过设置的连接端口与外接高压水管二连通，支座段两侧设置有第一铰接支座；所述活动环套设在所述直管段上，且位于所述腔室段上方；所述活动环一端设置有卡紧活动塞，所述卡紧活动塞位于所述液压腔室内，能够在液压腔室内上下滑动；活动环另一端位于液压腔室外，且两侧设置有第二铰接支座；所述卡紧盘通过连杆机构与活动环和支座段连接；所述连杆机构包括连杆一和连杆二；所述连杆一的第一端与第二铰接支座铰接，第二端与连接杆二的第一端铰接，连接杆二的中部与第一铰接支座铰接，连接杆的第二端与卡紧盘一侧铰接，卡紧盘另一侧用以支撑在钢管桩的内壁上；

步骤四、重复上述步骤一至三，直至所有钢管桩及钢板桩均完成施工。

进一步，所述连接件为带环形加强肋的十字连接板；

十字连接板的四个端部的其中两个与第三弧形板连接，另两个与第四弧形板连接；

所述环形加强肋以十字连接板的中心为圆心布设，所述十字连接板的四个方向均与环形加强肋固定。

进一步，第一连接板上设置有两个第一支座，两个第一支座竖向间隔设置，两个内齿口滚轮共同起到导向作用；

第二弧形板上设置有两个第二支座，两个第二支座竖向间隔设置，两个齿口双滚轮共同起到导向作用。

进一步，第一根钢管桩的施工方法：

现场测量放线定位，开挖导向沟槽；

大型履带吊吊装ICE免共振锤，机械手定位，通过钢丝绳吊钩吊装第一根钢管桩，连同ICE免共振锤一起吊装至预定桩位上方；

下放钢管桩着地，ICE免共振锤机械手夹持校准，震送第一根钢管桩到指定标高。

进一步，所述腔室段的连接端口处设置有检测液压腔室内液压的压力传感器，压力传感器与控制终端连接，控制终端连接有报警装置；控制终端中预设工作压力P的允许范围[P₀,P₁]；

当P＞P₁时，控制终端控制报警装置发出第一种警示信息；通过减少外接高压水管二内的供水，释放液压腔室内的水压力，使P处于允许范围内；

当P＜P₀时，控制终端控制报警装置发出第二种警示信息；通过增加外接高压水管二内的供水，增加液压腔室内的水压力，使P处于允许范围内。

进一步，钢管桩底端侧壁上设置有若干横向孔，泥浆液在压力作用下从横向孔中溢出，在钢管桩外侧形成泥浆护壁，使钢管桩顺利下放。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本申请提供的一种钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法，通过将定位套筒的非闭合套筒二套设在已施工钢管桩上，控制后续的钢板桩和钢管桩的直线度，第一连接件和第二连接件之间的缝隙作为钢板桩下压通道，非闭合套筒一作为后续钢管桩下压通道，内齿口滚轮和齿口双滚轮能够保证钢板桩和钢管桩顺利下放，所述定位套筒具有结构简单、操作方便、易于推广的优点，避免了压桩过程中人工控制直线度存在的安全隐患，且施工质量好、组合桩直线度能够满足施工需要。另外，通过高压水刀的高压喷头喷出高压水流，使钢管桩内的土体在高压水流冲击下变得松动并形成泥浆液，在较小的竖向荷载下即可完成钢管桩沉桩施工。而且，通过向液压腔室内增压或释压，可使卡紧盘与钢管桩内壁抵紧或分离，具有操作方便、高效便捷的优点；通过控制腔室内的压力处于允许范围内，从而提高施工安全性。

附图说明

图1为本发明中的钢管桩与拉森钢板桩的连接示意图；

图2为本发明中的一种钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法的流程图；

图3为本发明中的定位套筒的结构示意图；

图4为本发明中的定位套筒的俯视图；

图5为本发明中采用定位套筒施工钢管桩和拉森钢板桩示意图；

图6为本发明中的高压水刀支撑在钢管桩内的结构示意图；

图7为本发明中的高压水刀支撑在钢管桩内的俯视图；

图8为本发明中的水刀结构座与活动环的结构示意图。

图中标号如下：

1-钢管桩；2-钢板桩；3-锁口组件；4-第一锁口；5-第二锁口；6-第m根钢管桩；7-第m+1根钢管桩；

10-非闭合套筒一；11-第一弧形板；12-第二弧形板；

20-非闭合套筒二；21-第三弧形板；22-第四弧形板；23-连接件；

31-第一连接板；311-第一支座；312-内齿口滚轮；32-第二连接板；321-第二支座；322-齿口双滚轮；33-吊耳。

51-连接头；52-外接高压水管一；53-外接高压水管二；

60-水刀结构座；601-中空管道；602-高压喷头；61-直管段；62-腔室段；621-液压腔室；622-连接端口；63-支座段；631-第一铰接支座；

70-活动环；71-卡紧活动塞；72-第二铰接支座；

80-连杆机构；81-连杆一和82-连杆二；

90-卡紧盘。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的一种钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法作进一步详细说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本实施例提供了一种钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法。如图1所示，组合桩通常是由钢管桩1和钢板桩2通过锁口组件3依次咬合形成的组合桩。钢管桩1两侧设置第一锁口4，拉森桩两端采用匹配的第二锁口5，相邻的钢管桩和钢板桩2的第一锁口4与第二锁口5进行咬合。作为举例，第一锁口与第二锁口可以采用阴阳结构或互锁结构。

结合图2至图8所示，所述施工方法包括如下步骤：

步骤一、第m根钢管桩6施工至预定高度后，安装定位套筒，将非闭合套筒二套设在第m根钢管桩6顶部，调整定位套筒角度并固定，非闭合套筒一位于第m+1根钢管桩位置处；其中，m≥1。

参图3至5所示，所述定位套筒包括非闭合套筒一10、非闭合套筒二20、第一连接板31、第二连接板32、第一支座311、内齿口滚轮312、第二支座321和齿口双滚轮322。所述非闭合套筒一10包括相对设置的第一弧形板11和第二弧形板12，所述非闭合套筒二20包括相对设置的第三弧形板21和第四弧形板22。所述第一弧形板11与第三弧形板21之间通过第一连接板31连接，所述第二弧形板12与第四弧形板22之间通过第二连接板32连接。其中第一连接板31与第二连接板32之间间隔设置且相对设置，二者之间形成缝隙的宽度与钢板桩的厚度相匹配。非闭合套筒一10、非闭合套筒二20的内径与钢管桩的外径相匹配。所述第三弧形板21与第四弧形板22顶部通过连接件23连接，作为举例，所述连接件23为带环形加强肋的十字连接板，十字连接板的两端与第三弧形板21连接，另两端与第四弧形板22连接，所述环形加强肋以十字连接板的中心为圆心布设，用于增加十字连接板的刚度，进一步，所述十字加强肋可以设置2道或三道或更多道。所述第一支座311设置于第一连接板31上，所述内齿口滚轮312设置于第一支座311上并与锁口组件的位置相对应，用于钢板桩2竖直导向。所述第二支座321设置于第二弧形板12远离第二连接板32的开口端，所述齿口双滚轮322设置于第二支座321上并与锁口组件的位置相对应，用于钢管桩竖直导向。

步骤二、起吊第m根钢板桩，使第m根钢板桩的底部端头位于定位套筒的第一连接板与第二连接板的缝隙中，调整钢板桩垂直度后垂直下压钢板桩，使钢板桩至预设高度。

步骤三、在第m+1根钢管桩7内安装高压水刀，起吊第m+1根钢管桩，使第m+1根钢管桩7的底部端头位于定位套筒的非闭合套筒一中，内齿口滚轮抵在第m+1根钢管桩7一端的锁口组件上，齿口双滚轮靠近第m+1根钢管桩一侧的滚轮抵在钢管桩另一端的锁口组件端部，调整钢管桩垂直度后垂直下压钢管桩，在下压钢管桩施工中，通过高压水刀切割钢管桩下方土体，使钢管桩至预设高度。

参图6至8所示，所述高压水刀包括水刀结构座60、活动环70、两个连杆机构80和两个卡紧盘90。所述水刀结构座60包括一个上下贯通的中空管道601，所述中空管道601的顶部通过连接头51与外接高压水管一52连通，底部与高压喷头602连通，作为举例，高压喷头602可以采用高压螺丝喷头。所述水刀结构座60由上而下依次为直管段61、腔室段62和支座段63，所述直管段61、腔室段62、支座段63可一体成型，也可焊接而成。腔室段62包括液压腔室621，液压腔室621可设置为环状，环绕在中空管道601外侧。所述液压腔室621通过设置的连接端口622与外接高压水管二53连通。支座段63两侧设置有第一铰接支座631，作为举例第一铰接支座631为带孔双耳板支座。所述活动环70套设在所述直管段61上，且位于所述腔室段62上方；所述活动环70一端设置有卡紧活动塞71，所述卡紧活动塞71位于所述液压腔室621内，能够在液压腔室621内上下滑动。活动环70另一端位于液压腔室621外，且两侧设置有第二铰接支座72，作为举例第二铰接支座72为带孔双耳板支座。所述卡紧盘90通过连杆机构80与活动环70和支座段连接。所述连杆机构80包括连杆一81和连杆二82；所述连杆一81的第一端与第二铰接支座72铰接，第二端与连接杆二的第一端铰接，连接杆二的中部与第一铰接支座631铰接，连接杆的第二端与卡紧盘90一侧铰接，卡紧盘90另一侧用以支撑在钢管桩的内壁上。铰接的形式可采用销轴和开口销固定。更进一步，所述卡紧盘90朝与钢管桩内壁接触的一侧为圆弧形，圆弧形的曲率与钢管桩的内径相匹配；所述卡紧盘90的圆弧形一侧设置有橡胶垫，如此设置可以增加卡紧盘90与钢管桩的接触面积，增加卡紧盘90与钢管桩之间的摩擦力，提高安全性。

高压水刀的工作原理为：外接高压水管二通过连接端口622向液压腔室621内注水，推动卡紧活动塞71向上移动，使活动环70带动连杆机构80运动，使卡紧盘90向外张开并能够牢牢抵在钢管桩的内壁上；外接高压水管一向中空管道601内注水，并通过高压喷头602喷出，钢管桩内的土体在高压水流冲击下变得松动并形成泥浆液，在较小的竖向荷载下，钢管桩就能顺利沉桩；外接高压水管二停止向液压腔室621内注水，液压腔室621内的压力得以释放，卡紧活动塞71向下移动，使活动环70带动连杆机构80运动，使卡紧盘90缩回，卡紧盘90与钢管桩内壁分离，可以将高压水刀从钢管桩中移出。

步骤四、重复上述步骤一至三，直至所有钢管桩及钢板桩均完成施工。

进一步，第一连接板31上设置有两个第一支座311，两个第一支座311竖向间隔设置，两个内齿口滚轮312共同起到导向作用，使钢板桩2垂直施工。进一步，第二弧形板12上设置有两个第二支座321，两个第二支座321竖向间隔设置，两个齿口双滚轮322共同起到导向作用，使钢管桩垂直施工。进一步，为了便于定位套筒吊装，在第一连接板31、第二连接板32上分别设置有吊耳33。为了既能降低重量，第一连接板31、第二连接板32采用镂空结构。

进一步，所述腔室段62的连接端口622处设置有检测液压腔室621内液压压力的压力传感器，压力传感器与控制终端连接，控制终端连接有报警装置；控制终端中预设工作压力P的允许范围[P₀,P₁]，当P＞P₁时，控制终端控制报警装置发出第一种警示信息；当P＜P₀时，控制终端控制报警装置发出第二种警示信息。如此设置，可以使液压腔室621内的水压力保持在合理的范围内，防止压力过大对活动环70、连杆机构80等造成破坏，还可避免压力过小导致压紧盘与钢管桩之间摩擦力太小，造成高压水刀下滑或倾斜。

申请人在施工中发现，传统的施工工艺若采用复杂的结构、复杂的工序对组合桩进行直线度控制，不但影响施工效率，而且在施工中不宜被工人接受，导致施工中仍然由人工控制直线度，不但影响施工质量，而且压桩过程中施工人员站在钢管桩和钢板桩旁还具有安全风险。而本实施例提供的PC工法组合桩施工的专用定位套筒，通过将非闭合套筒二20套设在钢管桩顶部，以已施工钢管桩为基础，通过定位套筒控制后续的钢板桩2和钢管桩的直线度，第一连接件23和第二连接件23之间的缝隙作为钢板桩2下压通道，非闭合套筒一10作为后续钢管桩下压通道，内齿口滚轮312和齿口双滚轮322能够保证钢板桩2和钢管桩顺利下放，所述定位套筒具有结构简单、操作方便、易于推广的优点，避免了压桩过程中人工控制直线度存在的安全隐患，且施工质量好、组合桩直线度能够满足施工需要。

本申请提供的高压水刀能够通过高压喷头602喷出高压水流，使钢管桩内的土体在高压水流冲击下变得松动并形成泥浆液，在较小的竖向荷载下即可完成钢管桩沉桩施工。而且，通过向液压腔室621内注水，可使卡紧盘90向外张开并能够牢牢抵在钢管桩的内壁上，通过释放液压腔室621内的水压力，可使卡紧盘90与钢管桩内壁分离，从而将高压水刀从钢管桩中移出，具有操作方便、高效便捷的优点。之外，通过设置在腔室段62设置检测液压腔室621内液压压力的压力传感器，控制腔室内的压力P处于允许范围[P₀,P₁]，可防止压力过大对活动环70、连杆机构80等造成破坏，还可避免压力过小导致压紧盘与钢管桩之间摩擦力太小，造成高压水刀下滑或倾斜。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、第m根钢管桩施工至预定高度后，安装定位套筒，将非闭合套筒二套设在第m根钢管桩顶部，调整定位套筒角度并固定，非闭合套筒一位于第m+1根钢管桩位置处；其中，m≥1；

所述定位套筒包括非闭合套筒一、非闭合套筒二、第一连接板、第二连接板、第一支座、内齿口滚轮、第二支座和齿口双滚轮；所述非闭合套筒一包括相对设置的第一弧形板和第二弧形板，所述非闭合套筒二包括相对设置的第三弧形板和第四弧形板；所述第三弧形板顶端与第四弧形板顶端通过连接件固定连接；所述第一弧形板与第三弧形板之间通过第一连接板连接，所述第二弧形板与第四弧形板之间通过第二连接板连接；所述第一连接板与第二连接板间隔设置，间隙用于钢板桩的垂直施工；所述第一支座设置于第一连接板上，所述内齿口滚轮设置于第一支座上并与钢管桩一侧的锁口组件的位置相对应；所述第二支座设置于第二弧形板远离第二连接板的开口端，所述齿口双滚轮设置于第二支座上并与钢管桩另一侧的锁口组件的位置相对应；

步骤二、起吊第m根钢板桩，使第m根钢板桩的底部端头位于定位套筒的第一连接板与第二连接板的缝隙中，调整钢板桩垂直度后垂直下压钢板桩，使钢板桩至预设高度；

步骤三、在第m+1根钢管桩内安装高压水刀，起吊第m+1根钢管桩，使第m+1根钢管桩的底部端头位于定位套筒的非闭合套筒一中，内齿口滚轮抵在第m+1根钢管桩一端的锁口组件上，齿口双滚轮靠近第m+1根钢管桩一侧的滚轮抵在钢管桩另一端的锁口组件端部，调整钢管桩垂直度后垂直下压钢管桩，在下压钢管桩施工中，通过高压水刀切割钢管桩下方土体，使钢管桩至预设高度；

所述高压水刀包括水刀结构座、活动环、两个连杆机构和两个卡紧盘；所述水刀结构座包括一个上下贯通的中空管道，所述中空管道的顶部与外接高压水管一连通，底部与高压喷头连通；所述水刀结构座由上而下依次为直管段、腔室段和支座段，腔室段包括液压腔室，所述液压腔室通过设置的连接端口与外接高压水管二连通，支座段两侧设置有第一铰接支座；所述活动环套设在所述直管段上，且位于所述腔室段上方；所述活动环一端设置有卡紧活动塞，所述卡紧活动塞位于所述液压腔室内，能够在液压腔室内上下滑动；活动环另一端位于液压腔室外，且两侧设置有第二铰接支座；所述卡紧盘通过连杆机构与活动环和支座段连接；所述连杆机构包括连杆一和连杆二；所述连杆一的第一端与第二铰接支座铰接，第二端与连接杆二的第一端铰接，连接杆二的中部与第一铰接支座铰接，连接杆的第二端与卡紧盘一侧铰接，卡紧盘另一侧用以支撑在钢管桩的内壁上；

步骤四、重复上述步骤一至三，直至所有钢管桩及钢板桩均完成施工。

2.如权利要求1所述的钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法，其特征在于，

所述连接件为带环形加强肋的十字连接板；

十字连接板的四个端部的其中两个与第三弧形板连接，另两个与第四弧形板连接；

所述环形加强肋以十字连接板的中心为圆心布设，所述十字连接板的四个方向均与环形加强肋固定。

3.如权利要求1所述的钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法，其特征在于，

第一连接板上设置有两个第一支座，两个第一支座竖向间隔设置，两个内齿口滚轮共同起到导向作用；

第二弧形板上设置有两个第二支座，两个第二支座竖向间隔设置，两个齿口双滚轮共同起到导向作用。

4.如权利要求1所述的钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法，其特征在于，

第一根钢管桩的施工方法：

现场测量放线定位，开挖导向沟槽；

大型履带吊吊装ICE免共振锤，机械手定位，通过钢丝绳吊钩吊装第一根钢管桩，连同ICE免共振锤一起吊装至预定桩位上方；

下放钢管桩着地，ICE免共振锤机械手夹持校准，震送第一根钢管桩到指定标高。

5.如权利要求1所述的钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法，其特征在于，

所述腔室段的连接端口处设置有检测液压腔室内液压的压力传感器，压力传感器与控制终端连接，控制终端连接有报警装置；控制终端中预设工作压力P的允许范围[P₀,P₁]；

当P＞P₁时，控制终端控制报警装置发出第一种警示信息；通过减少外接高压水管二内的供水，释放液压腔室内的水压力，使P处于允许范围内；

当P＜P₀时，控制终端控制报警装置发出第二种警示信息；通过增加外接高压水管二内的供水，增加液压腔室内的水压力，使P处于允许范围内。

6.如权利要求1所述的钢管桩和钢板桩的组合桩施工方法，其特征在于，

钢管桩底端侧壁上设置有若干横向孔，泥浆液在压力作用下从横向孔中溢出，在钢管桩外侧形成泥浆护壁，使钢管桩顺利下放。

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