适用于超低净空既有钢管桩清除系统的浮箱平台的制作方法

1.本实用新型涉及一种适用于超低净空既有钢管桩清除系统的浮箱平台，主要用于钢管桩清除系统中起吊机构的支撑，属于土木工程施工技术领域。


背景技术：

2.随着我国城镇化发展，城镇市政路网建设规模大幅增加，在长三角与珠三角地区尤为显著。在桥梁工程建设中，通常采用“大钢管 贝雷桁架”体系作为桥梁上部结构的临时支承结构，一方面，确保河道水系的贯通，避免了汛期的防洪压力；另一方面，钢管桩可以提供稳定的基础承载力，尤其在跨越水系部分（满堂支架体系则需要采用筑岛围堰，并对地基予以加固处理，在长三角、珠三角等河流冲积扇平原地区，筑岛方案不具备竞争力）。
3.当桥梁建成后，需将河床以上的临时支承钢管桩予以清除，以减少河道阻水比，同时满足河道清理用船舶的通行要求。与常规栈桥等作业净空无限制的钢管桩拔除不同，建成后桥梁下部空间相对有限，市政桥梁主要兼顾两岸接线道路的标高要求，净空往往非常有限，使得“起重设备 振动锤”等常规拔桩设备不具备作业条件，如图1所示。
4.目前有限净空状态下，常规的钢管桩清除作业方法，是由潜水员在河床底部，采用水中切割装置，将河床底部钢管割断移除，并将河床以下钢管桩留在原地层，如图2所示。
5.该方法可实现工程建设后对既有环境的恢复，但其核心问题在于“大量钢材的浪费”——工程经验表明，长三角地区，临时支承用钢管桩的消耗量，大约为100kg/m2~150kg/m2，一座200m长、30m宽的市政现浇混凝土梁桥所需要的临时钢管桩重量约600~900吨。尽管工程量清单计价时，该部分钢材作为一次性摊销处理（即默认该部分材料不回收），但随着外部环境的改变，国内钢材回收价格的暴涨（如3所示），使该部分材料的回收处理，不仅提高资源的使用效率，更具有良好的经济效益。


技术实现要素：

6.本实用新型针对现有技术的不足，提供一种适用于超低净空既有钢管桩清除系统的浮箱平台，以对水下钢管桩清除系统中起吊机构进行支撑，使得超低净空（净空可以低到2.5米）下的钢管桩水下拔除施工作业成为现实，对现有技术中，有限净空下，钢管桩清除作业后，留存在原地层中的钢管桩能够进行有效回收。
7.为实现上述的技术目的，本实用新型将采取如下的技术方案：
8.一种适用于超低净空既有钢管桩清除系统的浮箱平台，包括第一浮箱、第二浮箱以及将两个浮箱的顶板连接成一体的加固连接框架平层；
9.第一浮箱、第二浮箱相互平行设置并位于待清除的既有钢管桩两侧；每一个浮箱均配装有水泵；所述浮箱通过水泵的注水或者排水，能够实现高程调节；
10.所述的加固连接框架平层包括连接横梁、连接纵梁以及连接加劲肋；
11.所述连接横梁，具有若干根；各连接横梁均沿着浮箱平台的横向布置，且连接横梁的一端与第一浮箱固定，另一端则与第二浮箱固定；
12.所述连接纵梁，具有若干根；各连接纵梁均沿着浮箱平台的纵向布置，且每一根连接纵梁均由若干节纵梁节段拼接而成，每一节纵梁节段的端部均与处于该纵梁节段两端的连接横梁连接固定；
13.所述的连接横梁，在与所述纵梁节段焊接固定的位置两侧，均布置有连接加劲肋。
14.优选地，所述浮箱呈矩形状设置，且浮箱的各竖向平面均沿着竖向均布浮箱竖向加劲肋、沿着纵向均布浮箱纵向加劲肋。
15.优选地，浮箱的内腔通过沿着自身长度延伸方向均布的横隔板分隔成若干个腔室。
16.优选地，所述浮箱平台处于纵向的两侧，各自设置有两个定位栓；每个定位栓上均配置缆绳。
17.根据上述的技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有如下的优点：
18.本实用新型将所述的起吊设备安装在浮箱平台上，能够调整浮箱平台的吃水深度，使得所述的钢管桩清除装置满足有限净空要求，并通过起吊设备将水面一定高度（可以为20cm）以下的待清除钢管桩多次反复向上提拉至限高位点后逐一切割移走，直至将该待清除钢管桩完整拔除。由此可知，本实用新型能够实现待清除钢管桩的完整回收。
附图说明
19.图1是常规栈桥的钢管桩拔除作业净空的结构示意图；
20.图2是常规栈桥的钢管桩切割回收作业的结构示意图；
21.图3是国内钢材回收价格曲线图；
22.图4是本实用新型所述既有钢管桩清除装置的结构示意图；
23.图4中：1
‑
1、浮箱；1
‑
2、浮箱竖向加劲肋；1
‑
3、浮箱纵向加劲肋；1
‑
4、水泵；2
‑
1、连接横梁；2
‑
2、连接纵梁；2
‑
3、连接加劲肋；2
‑
4、吊架；3
‑
1、框架梁；3
‑
2、侧向斜撑；3
‑
3、横向斜撑；4
‑
1、作业平台板；4
‑
2、支座；4
‑
3、卷扬机；4
‑
4、钢丝绳；4
‑
5、吊钩；5
‑
1、定位栓；5
‑
2、缆绳。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
25.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、
“
在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)。
26.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，而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实用新型的限制。另外，出于方便说明的目的，垂向、横向与纵向为两两垂直的方向，垂向上的两个方向分别为上下方向。
27.如图4所示，本实用新型所述的超低净空既有钢管桩清除系统，包括浮箱平台、转换架以及起吊机构；其中：
28.所述的浮箱平台，包括两个相互平行设置并位于待清除的既有钢管桩两侧的浮箱1
‑
1，每一个浮箱1
‑
1均配装有水泵1
‑
4；所述浮箱1
‑
1通过水泵1
‑
4的注水或者排水，能够实现高程调节；所述的两个浮箱1
‑
1分别为第一、第二浮箱。
29.所述的反力架，支撑在所述浮箱平台上方，为门形框架梁3
‑
1，包括两根相互平行设置的框架梁立柱以及将两根框架梁立柱上端连接的框架梁3
‑
1横梁；所述的起吊机构，固定部分安装在浮箱平台上，作动部分则悬吊在门形框架梁3
‑
1的横梁上，并在起吊机构的动力作动下，作动部分能够相对于待清除的既有钢管桩作升降运动。
30.由此可知，本实用新型所述的浮箱平台具备以下3个功能：
31.1）具备较大的承载力。现浇混凝土箱梁临时支承体系的钢管桩单桩支承特征值ra通常在25吨~40吨左右（主要是基于施工作业的便捷性和临时措施材料投入的经济性，当单点支承反力要求更大时，通常采用多桩的形式分担，而不是增加单桩承载力），安全系数k值通常为2.0，上拔力峰值通常在50吨~80吨左右。考虑荷载分布的不均匀性，同时兼顾浮箱自重、设备自重以及浮箱标高调节期间的载水量，拼装式浮船的浮力保证系数不得低于1.75，即整体浮力不低于140吨。
32.2）具备高程调节功能。浮箱在作业期间，具备1m~1.5m的高程调整空间，使设备在面对不同水深、不同净空时，具有较为灵活的调整空间；一方面，长三角、珠三角区域，受雨季—旱季交替，水位涨落差在1.2~1.8m左右，在桥下净空很小时，浮箱的标高调整功能至关重要；另一方面，为了获取较高效的浮力条件，浮箱高度会取较大值，当拔桩所需提升力较小时，浮箱吃水较浅，整套装置的水面空间要求增加，导致操作净空不足，需要其自身进行标高调整。
33.3）具备公路运输条件。单个浮箱的最大尺寸不得超过12m（长）
×
3.5m（宽）
×
4.5m（高）。
34.因此，本实用新型浮箱设计思路如下：
35.浮箱采用箱型构造，包括顶板、底板、腹板及横隔板。其中，顶、底板配置通长的槽钢制造的加劲肋，以提高钢板的面外刚度；腹板除配置竖向槽钢作为浮箱竖向加劲肋1
‑
2外，还设置纵向的槽钢作浮箱纵向加劲肋1
‑
3。横隔板上开设人孔（作为浮箱各舱室间的贯
通通道）及板式加劲肋（提高横隔板面外刚度）；横隔板底部，开设2个贯通孔道，作为仓室内储存水的贯通。
36.浮箱内部采用高等级防腐涂装，以适应储水需求：
①
当作业净空较小时，通过水泵1
‑
4向浮箱舱室内注水，实现浮箱整体下沉，为清桩作业提供空间；
②
当钢管桩抗拔反力较大时，通过水泵1
‑
4将浮箱内的水逐步外排，既保持作业空间，又可逐步释放浮箱承载力。
37.单个浮箱两端各配置1台水泵1
‑
4，用于调解浮箱内水位。
38.装配式浮箱采用双体浮箱构造，浮箱间仅在平台顶面通过转换架连接，浮箱间通道作为待清除钢管桩的通行通道，如下图所示。单个装配式浮箱的最小尺寸不得小于10.0m（长）
×
3.0m（宽）
×
3.0m（高）——按额定吃水深度2.5m计，单个浮箱可提供75吨浮力。
39.浮箱平台不配置动力，通过“锚桩 缆绳体系”实现浮箱平台的“定位”与“移动”功能。
40.一方面，配置动力则需要配置方向舵，水上临时支承体系的钢管桩间距通常不大（跨径不超过9m，宽度不超过3m，局部加密区域，钢管桩从属面积更小），方向控制难度大；另一方面，拔桩船的单次活动范围较小，工程间的转运采用公路运输（拔桩工程所在水系不通航，否则净空不会这么小），没必要设置动力。
41.在单个浮箱两端配置定位栓5
‑
1，定位栓5
‑
1上配置缆绳5
‑
2。作业时，选定4个定位点与组装后的浮箱上的4根缆绳5
‑
2相连，通过调节缆绳5
‑
2长度控制浮箱的位置。其中，定位点可以是陆上的锚桩，也可以是水上待拔除的钢管桩——通常情况下，选择承载力最大的钢管桩作为锚桩——该桩通常位于墩柱附近，也可以是既有墩柱上的预埋件。
42.所述的转换架，为加固连接框架平层；两个浮箱的顶板之间通过加固连接框架平层拼装成一体。两根框架梁立柱的下端均通过加固连接框架平层安装在浮箱平台的上方。转换架的核心功能主要包括以下2个方面：
43.1）将2个浮箱联结成一个整体（浮箱平台）；
44.2）为反力架体系、运输架提供作业平台。
45.转换架采用纵横梁结构体系（加固连接框架平层），其中密布横梁体系（连接横梁2
‑
1）将2个浮箱拼装成一个整体，纵向体系提供各道横梁的平面外支撑，使转换架同时具备双向刚度以及抗扭刚度，相当于在浮箱顶部设置刚性平层，确保浮箱平台仅在顶部设置支撑的状态下，船体的整体稳定。
46.连接横梁2
‑
1与浮箱间采用螺栓连接，连接横梁2
‑
1间距为1.0m，连接横梁2
‑
1采用hn600型钢。其中，浮箱内设置内嵌式螺母，螺母与浮箱的横隔板或腹板焊接成整体；连接横梁2
‑
1与纵梁间采用普通螺栓连接（仅连接腹板部分，翼缘部分不连接，以减少现场拼装工程量），单个浮箱设置2道连接纵梁2
‑
2，连接纵梁2
‑
2规格与连接横梁2
‑
1一致。
47.反力架采用门式构造，高度为1.5m~2.0m。反力架包括立柱、横梁、斜撑等3部分。各部分均采用hm型钢制造，确保各个构件的翼缘、腹板可互相衔接（各个构件衔接处均设置加劲肋，确保构件的局部稳定）。换句话来讲，所述的反力架，为门形框架梁3
‑
1，包括两根相互平行设置的框架梁立柱以及将两根框架梁立柱上端连接的框架梁横梁；门形框架梁3
‑
1的一根框架梁立柱的下端与加固连接框架平层的连接位点正对着第一浮箱设置，而门形框架梁3
‑
1的另一根框架梁立柱的下端与加固连接框架平层的连接位点则正对着第二浮箱设置；框架梁3
‑
1横梁横跨待清除的既有钢管桩设置。
48.反力架区域（横向斜撑3
‑
3、侧向斜撑3
‑
2），转换架处，均设置连接加劲肋2
‑
3，确保构件的局部稳定。侧向斜撑3
‑
2、横向斜撑3
‑
3均相对于框架梁立柱倾斜设置，且侧向斜撑3
‑
2、横向斜撑3
‑
3的上端均与框架梁立柱固定，而侧向斜撑3
‑
2的下端与对应位置处的纵梁节段固定，横向斜撑3
‑
3的下端则与对应位置处的连接横梁固定。
49.采用卷扬机4
‑
3作为钢管桩拔除的动力装置。国内大功率卷扬机4
‑
3的额定提升力为10吨。通过滑轮组，使上拔力提高至60吨~80吨。浮箱平台在预定安装卷扬机4
‑
3的位置处设置有作业平台板4
‑
1，作业平台板4
‑
1分别与第一、第二浮箱固定，且作业平台板4
‑
1上设置有支座4
‑
2，卷扬机4
‑
3安装在支座4
‑
2上。
50.卷扬机4
‑
3采用电力驱动，浮箱上设置配电箱，电力由陆上输送。
51.反力架是将卷扬机4
‑
3提供的牵引力转换方向施加至钢管桩桩顶。
52.注1：反力架高度过高，导致水面以上装置高度超过桥下净空，无法作业；反力架高度过低，单次拔桩长度较小，影响作业效率，同时降低了废品回收价值（单节钢管长度超过2m时，还能用于钢管桩接桩的调节段，长度小于1m只能按废品回收）。
53.注2：门式反力架必须采用hm型钢制作，hw型钢最大高度仅450mm，承载力偏低；hn型钢的翼缘宽度过小，平面外稳定性较差——若采用双拼hn型钢，则拼接侧的连接构造设置困难，影响结构整体性能。
54.反力架顶部横梁中部设置10个定滑轮架，并通过钢丝绳4
‑
4与横梁下部的动滑轮构成滑轮组体系，使卷扬机4
‑
3牵引力的放大倍数达到10。动滑轮组架底部设置吊钩4
‑
5，与钢管桩相连。
55.反力架各个构件间均采用焊接连接，在单个工程完成后，采用焊枪将各构件间的焊缝切开，待下次使用时再进行焊接。
56.注：反力架自身重量相对较小，且其安全系数相对较高，故采用具有一定损伤的焊接连接工艺。
57.实施方法
58.第一阶段：现场组装
59.1）先采用汽车起重机将浮箱吊运下水；
60.2）在岸上设置临时锚桩，作为浮箱拼装阶段的临时固定支点；
61.3）采用汽车起重机将转换架的各连接横梁2
‑
1架设在2个浮箱上，每架设一片，即采用螺栓将连接横梁2
‑
1与浮箱连接成整体；
62.4）采用汽车起重机安装转换架的连接纵梁2
‑
2；
63.5）采用汽车起重机安装反力架及滑轮系统，其中，反力架各个构件的焊接顺序为：
①
在陆地上将框架梁横梁与框架梁立柱焊接成一个整体——门形框架梁；
②
将门形框架梁吊装至转换架上，采用现场焊接将框架梁立柱与转换架的连接横梁焊接成整体；
③
安装横向斜撑；
④
安装侧向斜撑。
64.6）安装卷扬机4
‑
3的作业平台板4
‑
1，同时安装卷扬机4
‑
3；
65.7）安装钢丝绳4
‑
4，即自卷扬机4
‑
3起，至反力架的滑轮组；
66.第二阶段：钢管桩拔除
67.1）利用能够驳系在吊架上的小浮船，将目标钢管桩全部切割至水面以上20cm；吊架安装在浮箱平台上；
68.2）利用双拼式浮箱四个角点的定位栓，通过缆绳长度调节，使反力架的滑轮组中心与待拔除的钢管桩中心几乎重合；
69.3）采用焊枪在钢管桩顶部开设2个相对的销孔；
70.4）在小孔间设置1个钢栓（钢管），作为吊钩4
‑
5的作用点；
71.5）手动调整滑轮组的钢丝绳4
‑
4，使滑轮组底部的吊钩4
‑
5与钢栓（钢管）耦合（即吊钩4
‑
5勾住钢管）；
72.6）启动卷扬机4
‑
3，使钢管桩上移至最高点（以滑轮组工作状态终点为止）；
73.7）利用焊枪切割水面以上钢管桩；
74.8）利用“小型门架及悬索”，将完成切割的钢管转移至小浮船上；
75.9）重复3~8步步骤，直至将该钢管桩完全拔除，进入下一根钢管桩的拔除。
76.注1：小浮船可暂时存放一定数量的切割钢管，当钢管存储达到额定值时，可先返回至岸边，完成卸载后继续。
77.注2：小浮船体量小，活动方便，往返作业区域与陆上相对便捷。