一种矮小空间静压钢管桩的施工工艺的制作方法

1.本发明属于静压钢管桩技术领域，具体涉及一种地基加固施工领域的矮小空间静压钢管桩的施工工艺。


背景技术：

2.静压钢管桩的抱压装置主要应用在各种压桩机上。通常体积较大、结构复杂，往往采用液压锁紧装置，无法做到小型化和轻便化。目前，小型静压钢管桩，特别是在地基加固工程中施工的小型静压钢管桩，压桩的千斤顶一般直接放置在钢管桩段顶端。这样，压桩所用的千斤顶和下部钢管桩段共用有限高度空间，千斤顶和下部钢管桩段尺寸都受限，这样就造成只能使用升缸行程在300mm以内的短行程千斤顶做业，同时因为要预留千斤顶约500mm的高度空间，钢管桩段的长度一般不超过1200mm。短行程的千斤顶，在静压桩做业中需要频繁升缸-收缸的往复轮换，同时较短的桩段更需要频繁接桩和拆装压桩设备，施工效率低。如果要施工更大承载力的静压钢管桩，那么首先需要更大吨位的压桩千斤顶置于钢管顶端压桩，原来千斤顶的放置空间必定不足；而且更大吨位的千斤顶必然意味更大的重量，一台200t千斤顶重量达160kg，在全靠人工的做业环境中，单纯依靠人力托举千斤顶到钢管顶端，其劳动强度亦超出人力所及。所以，200吨级别的静压钢管桩施工目前还存在困难。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，解决现有的静压钢管桩施工中存在的静压千斤顶吨位小、行程短；钢管桩段短；重量较大的设备人工无法搬用；静压桩施工效率低等制约地基加固行业发展的一系列技术难题，本发明提出的一种矮小空间静压钢管桩的施工工艺包括如下解决方案；1.使用长行程单千斤顶内置静压桩；2.使用长行程双千斤顶并联侧置压桩；3.使用长钢管桩段；4. 使用塔式吊具辅助静压桩施工；5使用抱压装置压桩。
4.本发明提出的使用长行程单千斤顶内置静压桩，具体指在静压钢管桩施工的前半程，使用一台专门改装的千斤顶，放置于钢管桩段内部静力压桩。该长行程千斤顶上部加装的盘状结构的直径大于钢管桩段直径，可以卡在钢管桩段上口；其上下液压油管接口分别由两根金属油管引出至上部盘状结构之上，便于该长行程千斤顶放置于钢管桩段内部，以下将该长行程法兰盘式千斤顶简述为千斤顶a。
5.本发明提出的使用长行程双千斤顶并联侧置压桩，具体指在静压钢管桩施工的后半程，使用两台双作用千斤顶。双作用千斤顶为一种兼具升缸顶升压力和收缸拉力的千斤顶，该千斤顶倒置悬挂于钢管桩段上部两侧，并联工作，共同压桩，以下将该长行程双作用千斤顶简述为千斤顶b。
6.上述的千斤顶的内置方案和侧置方案都避免了压桩所用的千斤顶和钢管桩段共用有限高度空间，将工作空间的有限高度全部留给了钢管桩段，使静压钢管桩施工使用的钢管桩段长度可以大幅加长。
7.本发明提出的使用塔式吊具辅助静压桩施工，指借助该塔式吊具辅助人工完成重量在500kg以下的钢管桩段、千斤顶、抱压装置等的吊运工作和在坑道内的移动搬运工作等。
8.本发明提出的使用抱压装置压桩，具体指在静压钢管桩施工中，将该抱压装置套在钢管桩段上，在千斤顶下压力作用下该抱压装置可以实现锁紧，使侧置的两台千斤顶的下压力作用于钢管桩段上，从而将钢管桩段压入地坪；在千斤顶上拉力作用下该抱压装置可以实现自动松开，并随千斤顶活塞回缩沿钢管桩段上移至合适位置，以便于二次锁紧压桩。
9.上述的塔式吊具和抱压装置，均为实现本发明提出的一种矮小空间静压钢管桩的施工工艺所独创的辅助工具，以下对该塔式吊具和抱压装置做详细说明；塔式吊具主要结构包括立柱支撑结构，摆臂，电动卷扬机。立柱支撑结构由顶杠，千斤螺母及下压板组成，顶杠为小规格无缝钢管，下压板分散塔式吊具压力到下方地基。当安装该立柱支撑结构于建筑物基础之下时，先固定顶杠，顶杠下端布置有千斤螺母，其螺杆焊接于顶杠下端，并置于下压板中心定位孔内，螺母位于下压板之上，当旋转千斤螺母时，顶杠杆体便会向上顶升，最终顶杠会卡死在建筑物基础与地坪之间的矮小空间内。千斤螺母释放的巨大力量使得顶杠极为稳固，并可在垂直方向承受较大压力而不会倾倒和失稳。摆臂由普通工字钢加工而成，焊接有管轴，顶杠上的管轴座可以使摆臂上的管轴固定于顶杠上部，并可以旋转。另外，该摆臂以管轴为界，分为起吊段和平衡段，平衡段末尾上方布置有平衡轮，起吊段布置有吊绳固定端和定滑轮。电动卷扬机安装于下压板上，采用动滑轮组为主要起吊方式，较轻物体也可使用定滑轮起吊方式。当该塔式吊具起吊物体时，因为其摆臂为一字型杆状结构，顶杠从起吊段和平衡段的界点管轴处支撑，起吊段受力下垂，平衡段反向上翘，此时平衡段末尾布置的平衡轮会压紧空间上顶面，并使起吊段和平衡段达到受力平衡，当需要旋转摆臂时，位于平衡段的平衡轮可在空间上顶面滚动，便于摆臂旋转。
10.抱压装置主要结构包括卡瓦，卡管和传力构件。卡瓦由规格相同的四片卡牙组成，卡牙为20crmoti材质，内侧设有牙槽，采用碳氮共渗热处理工艺制造，主要利用其高硬度牙槽在压力作用下嵌入钢管表面，使得卡瓦与钢管桩段成为一体。卡牙为瓦片状，上端较下端薄，外侧底部有一圈卡槽,卡槽内设有卡簧,卡簧将四片卡牙连接成喇叭状的卡瓦。卡瓦套在钢管上时，会使该位置的钢管外径改变为由上到下逐渐增大的形状，以便于卡管向下箍紧和向上松开。卡管为厚壁无缝钢管加工而成，高度与卡瓦相等，下口至上口内径逐渐缩小，其内壁与喇叭状的卡瓦外壁具有相同坡度，能够紧密贴合；传力构件包括焊接在卡管外侧的两对立板和三道环形箍板，主要作用是加固卡管，并使两台压桩千斤顶的压力传导到卡管。
11.下面通过静压钢管桩具体的施工步骤来详细表述该工艺在施工过程中，塔式吊具、千斤顶内置静压桩、 抱压装置、双千斤顶并联侧置压桩各部分的具体实施方法和相互之间的衔接与配合过程。
12.压桩前，先在桩位旁边的合适位置安装塔式吊具，开始前半程静压钢管桩做业-长行程单千斤顶内置静压桩：将千斤顶a放置于钢管桩段内部，使用塔式吊具将钢管桩段放置千斤顶a的一端朝上吊起，使钢管桩段垂直竖立于桩位。此时，钢管桩段的长度可以取作业环境最大高度，按最优长度1800mm设定；同样的，千斤顶a按最优行程900mm设定，当钢管桩
段垂直竖立于桩位，千斤顶a活塞刚好贴合于建筑基础下底面，开启千斤顶a升缸，其上部盘状结构压住钢管桩段上口，同钢管桩段一起下行，千斤顶a一次行程可使钢管桩段压入约900mm，然后使用塔式吊具从钢管桩段内吊出千斤顶a放置于送桩器内部，将此段送桩器插接在钢管桩段上口，开始二次压桩，千斤顶a升缸-收缸的两次往复可以将该钢管桩段全部压完。用塔式吊具拆下送桩器，将千斤顶a装入第二节钢管桩段，竖起与第一节对正焊接后继续压桩。
13.当静压钢管桩的桩长到一定长度时，开始后半程静压钢管桩做业-长行程双千斤顶并联侧置压桩：将抱压装置套在钢管桩段的适当位置，固定好抱压装置。使用塔式吊具将钢管桩段竖起与压入的钢管桩段对正焊接，使用塔式吊具将两台千斤顶b吊起，同样的，千斤顶b按最优行程600mm设定。使两台千斤顶b倒置悬挂于钢管桩段上部两侧，其底座与钢管桩段上口齐平并刚好处于建筑基础下底面，下端的活塞顶端的卡盘与抱压装置的限位槽套接在一起。开启油泵使两台并联的千斤顶b同步升缸，开始第一次静压桩。千斤顶b活塞下行，千斤顶下压力将通过传力构件作用到卡管上，卡管向下位移后进一步箍紧喇叭状的卡瓦，卡瓦的四片卡牙内侧的牙槽会嵌入钢管桩段的表面，使抱压装置与钢管桩段抱紧并同钢管桩段一同下行，千斤顶b一次行程可使钢管桩段压入约600mm。此时千斤顶b底座与钢管桩段上口的高度差约为600mm，在钢管桩段上口插接长度为600mm的送桩器，并在送桩器上口与两台千斤顶b底座的连接板之间垫入钢板，两台并联的千斤顶b开始同步收缸，由于其下端的活塞顶端的卡盘与抱压装置的限位槽套接在一起，当两台并联的千斤顶b同步收缸，抱压装置亦同步上行，由于此时卡瓦还与钢管桩段存在较大的摩擦力，卡瓦的喇叭状结构使之便于和卡管分开，这样，抱压装置便被拆开。当两台并联的千斤顶b复位时，与之相连的抱压装置上行约600mm。此时卡管和卡瓦已经完全分开，可将卡瓦向上推入卡管与钢管桩段之间的缝隙中，用榔头向上敲紧卡瓦，使抱压装置固定在钢管桩段上，开始第二次静压桩，第二次静压桩做业可使钢管桩段压入约600mm，累计压入约1200mm，再次在钢管桩段上口插接长度为600mm送桩器，然后收缸，使抱压装置拆开并上行，然后固定抱压装置在送桩器上，第三次静压桩做业可使钢管桩段压入约600mm，累计压入约1800mm。至此，整段1800mm的钢管桩段已全部压入地坪。
14.千斤顶收缸复位，使抱压装置拆开，用塔式吊具吊开千斤顶b和抱压装置及送桩器，该节钢管桩段静压桩做业完成。后续钢管桩段静压桩做业方法与前面所述相同，将钢管桩段对接并逐一压入地基，至设计桩底标高位置，在完成脱换并与原基础连接后即可拆移相关设备。
15.该种矮小空间静压钢管桩的施工工艺的优点主要表现在以下三点：1.使用长行程单千斤顶内置静压桩，可以腾出空间加长钢管桩段，减少了钢管桩段的对接频次，提高了静压钢管桩的工作效率，降低了工作人员的劳动强度；2.使用双千斤顶并联侧置压桩和抱压装置，极大拓展了千斤顶施力空间。在可以预见的将来，对该抱压装置的强度加以提高，就可以同时使用更多千斤顶并联侧置压桩，将使施工更大承载力的静压钢管桩有了可以实现的技术路线；3.独特的塔式吊具让人工做业举重若轻，使大直径、长钢管桩段及大吨位千斤顶得以进入地基加固施工领域。
附图说明
16.图1是本发明的一种矮小空间静压钢管桩的施工工艺的塔式吊具的结构示意图；图2是本发明的一种矮小空间静压钢管桩的施工工艺的抱压装置的结构示意图；图3是本发明的一种矮小空间静压钢管桩的施工工艺的单千斤顶内置静压桩恻视图；图4是本发明的一种矮小空间静压钢管桩的施工工艺的双千斤顶并联侧置压桩恻视图；附图标记：1.平衡轮，2.平衡段 ，3.电动卷扬机，4.顶杠，5.摆臂，6.起吊段， 7.千斤螺母， 8.下压板，9.立板，10.箍板，11.卡管，12.卡瓦，13.千斤顶a，14.钢管桩段， 15.地坪，16.千斤顶b，17.抱压装置，18.送桩器。
17.现结合附图对本发明作进一步的描述：如图1所示，本发明提供了一种于矮小空间静压钢管桩的施工工艺的塔式吊具的结构示意图，该塔式吊具各部分可以便捷地在静压钢管桩的工作面上进行组装，如遇下压板8下的地基承载力不够，可在其下垫一块面积更大的压板以提供足够的承载力。该塔式吊具的顶杠4必须顶在坚实的建筑物基础结构下表面，以便于拧紧千斤螺母7时可以固定顶杠4。摆臂5的起吊段6承受的拉力要由平衡段2之上的平衡轮1来平衡，所以要保证该平衡轮1所接触的建筑物的基础结构下表面平整且坚实。
18.如图2所示，本发明的一种矮小空间静压钢管桩的施工工艺的抱压装置17的传力构件主要由上中下三层环状的箍板10以及承接千斤顶的下压力的两侧各两块竖向的立板9组成，三层环状箍板10內圆与卡管11的外侧面焊接在一起，两侧各一对竖向的立板9也与卡管11的外侧面焊接在一起，传力构件目的在于保证该抱压装置17在千斤顶16的压力下结构的稳定性和可靠性。抱压装置17之所以能够卡紧钢管桩段14的关键在于卡瓦12的作用，卡瓦12由四片完全相同的卡牙组成，卡牙内侧表面设有牙槽，上端较下端薄，外侧底部有一圈卡槽，卡槽内设有卡簧,卡簧将四片卡牙活动连接成喇叭状卡瓦12，并保证卡瓦12在卡管11压力作用下直径可以变化。该卡瓦12套在钢管桩段14上时，会使该位置的钢管外径改变为由上到下逐渐增大的形状，以便于卡管11向下箍紧和向上松开。
19.如图3所示，本发明的一种矮小空间静压钢管桩的施工工艺的单千斤顶内置静压桩的恻视图，千斤顶a13放置于钢管桩段14内部，当该千斤顶a13升缸活塞顶升时，上部盘状结构的直径大于钢管桩段14直径，可以卡在其外部的钢管桩段14上口，使钢管桩段14向下压入地坪15。
20.如图4所示，本发明的一种矮小空间静压钢管桩的施工工艺的双千斤顶并联侧置压桩恻视图，两台千斤顶b16倒置悬挂于钢管桩段14上部两侧，下端的活塞顶端的卡盘与抱压装置17的限位槽套接在一起，当钢管桩段14逐步压入地坪15，在钢管桩段14上部插接送桩器18继续压桩。
21.以上所述，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术工艺实质所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术工艺范围内。