一种基于逆作施工的钢管柱后插施工方法与流程

1.本发明涉及逆作法一柱一桩施工领域，尤其涉及一种基于逆作施工的钢管柱后插施工方法。


背景技术：

2.近年来，逆作法施工技术在国内得到广泛应用，但关键质量问题的存在限制其发展，其中支承桩柱垂直度控制较差的问题直接影响逆作法的施工深度与施工质量。
3.目前国内逆作法一柱一桩施工中，钢管柱的安装方法常用的有全钢护筒与桩孔内定位器传统方法、自制调垂架安装方法、液压调直架方法等。其中，全钢护筒与桩孔内定位器传统方法虽然能够在下插过程直观地控制钢管柱的垂直度，但此方法施工中需施工人员进入有限空间的桩孔内剔桩头安装定位器并分次浇筑，且每安装一根钢管柱需15天时间，工序较多，施工繁琐，安全风险高，且施工效率低下。自制调垂架安装方法则存在设备简陋、机械化程度低、垂直度控制精度低等一系列影响支承桩柱垂直度的问题。近年来亦有部分施工项目在钢管柱安装施工过程中采用全回转钻机方法，但全回转钻机主要使用于桩基清障作业，且全回转钻机只有一套夹紧装置，如果作为钢管柱安装过程中的植入设备，则无法保证安装过程中钢管柱垂直度的控制精度，且此方法所需要使用的配套设备多，施工费用高且施工效率低。
4.目前国内逆作法一柱一桩施工中，钢管柱内混凝土浇筑施工方法通常是在植入机移走前安装钢管柱内钢筋笼和浇筑钢管柱内混凝土，而在植入机移走前安装钢管柱内钢筋笼和浇筑钢管柱内混凝土会扰动已经完成安装的钢管柱，影响钢管柱的垂直度控制精度，且占用植入机有效工作时间，降低钢管柱安装效率。
5.中国专利zl201510321991.8公开了一种钢管柱安装技术方案，此技术方案是在灌注桩孔内安装定位器，在定位器内放置钢管柱对钢管柱的垂直度进行控制，钢管柱垂直度符合预设标准时，移除定位器，再进行混凝土浇筑。此方法虽然使用定位器对植入灌装组孔内的钢管柱的垂直度进行检测和纠偏，但对钢管柱垂直度的控制精度低，且先移除定位器再进行混凝土浇筑会扰动已经植入的钢管柱，降低钢管柱垂直度的控制精度。


技术实现要素：

6.为此，本发明提供一种逆作施工一柱一桩后插法施工方法，解决了以往一柱一桩施工中钢管柱安装过程中及安装完成后不能实时调整钢管柱垂直度的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明采取下列技术方案：
8.步骤s1，植入钢管柱预处理；
9.步骤s2，安装植入设备；
10.步骤s3，植入钢管柱，采用双测双控方法对注入钢管柱的垂直度进行检测，其中，钢管柱顶部设置有工具段，工具段上设置有倾角传感器，钢管柱底部中心设置有遥控自动伸缩圆心定位器，钢管柱的外部设置有两台全站仪，各所述全站仪以钢管柱为中心呈垂直
分布，当植入设备对钢管柱进行下压时，倾角显示仪获取钢管柱的倾斜数据，各全站仪获取全站仪与钢管柱工具段的距离，当钢管柱的倾斜数据符合预设标准，且各全站仪与钢管柱工具段的距离偏差符合预设标准时，植入设备对钢管柱进行下压；
11.步骤s4,当钢管柱下插达到指定位置时，对钢管柱外侧进行混凝土浇筑，钢管柱外侧混凝土达到一定强度后，移走植入机，对钢管柱内侧进行混凝土浇筑，以提高植入机使用效率；
12.所述步骤s1和s4中，混凝土采用强度为c30，水胶比为0.45，砂率为49的超缓凝混凝土，所述超缓凝混凝土每立方材料中水泥205千克、水168千克、砂884千克、石920千克、矿粉85千克、粉煤灰99千克以及pca-i(t)聚羧酸高性能减水剂8.56千克；
13.所述步骤s2中，包括步骤s21，安装钢柱固定平台，其中，所述钢柱固定平台包括用于承接植入机的固定平台与设置于所述固定平台内的用于固定钢管柱的抱紧机构，所述固定平台通过膨胀螺栓与地面进行固定，固定平台的中心与灌注桩中心点重合，水平面与地面平行；
14.所述步骤s2中，包括步骤s22，将dag钢管柱植入机放置于钢柱固定平台上方，其中，dag钢管柱植入机包括下压钢管柱的压拔机构、在所述压拔机构下压钢管柱时对钢管柱进行夹紧的主夹紧机构、在压拔机构上升时对钢管柱进行夹紧的副夹紧机构，其中，所述主副夹紧机构与灌装柱中心偏差在10mm以内，dag钢管柱植入机中心与钢管柱中心、钢柱固定平台中心以及灌注桩中心同心同轴；
15.所述步骤s3中，钢管柱顶段设置有工具段，工具段与钢管柱同心同轴，所述工具段包括内法兰盘机构，其中，内法兰盘机构与钢管柱顶端通过螺栓连接；
16.所述步骤s3中，当钢管柱位置符合预设标准时，dag钢管柱植入机主夹紧机构夹紧钢管柱，调整钢管柱垂直度，压拔机构将钢管柱下压一个行程，副夹紧机构夹紧钢管柱，主夹紧机构松开，压拔机构上升，重复此过程直至钢管柱下插至设计标高；
17.所述步骤s3中，当钢管柱的工具段下端与地面距离为预设值时，各全站仪获取其与钢管柱工具段距离的偏差符合预设标准，同时所述倾角仪获取工具段垂直度符合预设标准，植入机将钢管柱下插直至钢管柱与灌注桩混凝土面距离为0.5m时，各全站仪和倾角仪再次对钢管柱的垂直度进行校核，其中，在dag植入机钢管柱进行下插的过程中，每完成一个行程，各全站仪和倾斜仪对钢管柱进行一次纠偏，下插过程中，当各所述倾角仪与钢管柱工具段距离的偏差大于5mm或倾角仪数据大于0.05度时，判定钢管柱垂直度不符合预设标准，植入机将钢管柱上升100mm，静置一分钟后再缓慢下插钢管柱；
18.所述步骤s3中，当钢管柱顶端与地面距离符合预设标准时，在工具段顶部安放自动安平激光铅锤仪，其中，所述自动安平激光铅锤仪用以对浇筑过程中钢管柱的垂直度进行检测，当浇筑过程中的钢管柱垂直度不符合预设标准时，dag钢管柱植入机对钢管柱的垂直度进行纠偏；
19.所述步骤s4中，当钢管柱顶端达到预设位置时，在钢管柱顶端安装密封机构，用于在钢管柱外部回填时避免钢管柱内部注入碎石，当灌注桩混凝土强度达到30％，回填物至钢管柱顶端1m时，将工具段、密封机构以及钢柱固定平台移除，其中，所述密封机构包括密闭机构顶盘、设置于密闭机构顶盘下方的圆形密封圈、垂直贯穿密闭机构顶盘中心的可调横杆、设置于可调螺杆上端的顶部横杆把手以及设置于可调螺杆下端的底部固定横杆；
20.在所述步骤s4中，当灌注桩混凝土强度达到100％时，对钢管柱内浇筑混凝土。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过优化超缓凝混凝土配比，此配比下的超缓凝混凝土具有良好的流动性，且初凝时间控制在30h，保证钢管柱有足够时间进行安装和调整，同时满足c30的混凝土强度要求。
22.尤其，本发明通过使用钢柱固定平台，在钢管柱植入过程中以及混凝土浇筑完成前，固定钢管柱，避免混凝土浇筑对钢管柱的扰动，提高钢管柱垂直度的控制精度。
23.尤其，本发明通过使用dag钢管柱植入机植入钢管柱，dag钢管柱植入机的主副夹紧机构在钢管柱植入过程中固定钢管柱，dag钢管柱植入机的压拔机构下插钢管柱，提高了对灌注桩中心定位的精度以及对钢管柱垂直度的控制精度，从而使钢管柱的中心位置及垂直度满足设计要求精度。
24.尤其，本发明通过使用双测双控方法，在钢管柱顶端工具段设置倾角传感器获取工具段垂直度数据，同时在钢管柱的外部设置两台全站仪，各所述全站仪以钢管柱为中心呈垂直分布，获取全站仪与钢管柱工具段的距离，在钢管柱植入过程中，相互验证，当各所述倾角仪与钢管柱工具段距离的偏差大于5mm或倾角仪数据大于0.05度时，判定钢管柱垂直度不符合预设标准，进行纠偏，从而提高了钢管柱的垂直度精度。
25.尤其，本发明通过使用自动安平激光铅锤仪方法，在浇筑过程中的钢管柱的垂直度进行检测，能够及时反映钢管柱垂直度并指导纠偏，进而提高了钢管柱的垂直度精度。
26.尤其，本发明通过在钢管柱顶端安装密封机构，避免回填钢管柱外部的灌注桩孔时桩孔泥浆及杂物进入钢管柱内，确保了钢管柱内混凝土的浇筑质量，也为后期复测提供了有利条件。
27.尤其，本发明通过使用钢管柱内混凝土后置浇筑施工方法，在钢管柱外侧混凝土达到一定强度后，将植入机移走，进行浇筑钢管柱内混凝土统一浇筑，减少了在钢管柱安装完成后产生的扰动，提高了钢管柱垂直度的精度，提高了植入机等设备的周转率，从而提高了钢管柱的安装速度。
附图说明
28.图1为本发明实施例逆作施工的钢管柱后插施工方法示意图；
29.图2为本发明实施例钢柱固定平台中心与桩中心重合调平示意图；
30.图3为本发明实施例dag钢管柱植入机与桩中心重合调平示意图；
31.图4为本发明实施例中钢柱中心、植入机及固定平台中心、灌注桩中心同心同轴示意图；
32.图5为本发明实施例钢管柱下压过程示意图；
33.图6为本发明实施例双测双控检测钢管柱垂直度示意图；
34.图7为本发明实施例钢管柱顶端密封机构模型图。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
36.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这
些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
37.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。
38.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.请参阅图1所示，其为本发明实施例基于逆作施工的钢管柱后插施工方法示意图，包括，
40.步骤s1，植入钢管柱预处理；
41.步骤s2，安装植入设备；
42.步骤s3，植入钢管柱，采用双测双控方法对注入钢管柱的垂直度进行检测，其中，钢管柱顶部设置有工具段，工具段上设置有倾角传感器，钢管柱底部中心设置有遥控自动伸缩圆心定位器，钢管柱的外部设置有两台全站仪，各所述全站仪以钢管柱为中心呈垂直分布，当植入设备对钢管柱进行下压时，倾角显示仪获取钢管柱的倾斜数据，各全站仪获取全站仪与钢管柱工具段的距离，当钢管柱的倾斜数据符合预设标准，且各全站仪与钢管柱工具段的距离偏差符合预设标准时，植入设备对钢管柱进行下压；
43.步骤s4,当钢管柱下插达到指定位置时，对钢管柱外侧进行混凝土浇筑，钢管柱外侧混凝土达到一定强度后，移走植入机，对钢管柱内侧进行混凝土浇筑，以提高植入机使用效率。
44.在步骤s1中，植入钢管柱预处理，包括，步骤s11：地面硬化处理：为保证钢管柱安装过程中植入机稳固，对每根桩位周边用c25混凝土硬化，硬化区域中心与桩中心一致，可配置c12@250双层双向钢筋网，硬化面层顶标高应位于设计钢管柱顶标高以上2m位置，偏差不大于5cm，中心区预留直径2200mm范围不硬化，用于护筒埋设。固定植入机处地面要平整，其误差应≤5mm。
45.步骤s12：根据场区平面控制网用全站仪放样，确定桩中心点，桩位中心点处用红漆做出三角标志。
46.步骤s13：埋设加长钢护管，钻机就位，调整钻杆垂直度不大于1/300，根据十字线中心对钻具中心进行定位，确保钻头中心与十字线中心偏差不大于5mm。用泥浆泵向孔内注入泥浆，采用常规旋挖钻机钻进成孔，边钻进边加注泥浆，钻斗卸土、堆土距桩孔最小距离＞6m，并及时清除。钻孔过程中，每钻进10m检查钻机本体内的垂直仪或用全站仪双向随时检测钻机钻杆的垂直度，当钻孔有倾斜时，可往复进行扫孔修正，直至垂直度符合要求。
47.步骤s14：钻进到设计深度时立即进行第一次清孔，若一次清孔不能满足设计要求则采用气举反循环方法进行第二次清孔，后安装钢筋笼。
48.步骤s15：安装钢筋笼完成后，安装φ300mm导管，灌注超缓凝混凝土，并采用混凝土检测仪器严格控制浇筑高度。
49.在步骤s2中，植入钢管柱预处理，包括，步骤s21:安装钢柱固定平台，钢柱固定平台与桩中心点重合并调平；
50.请参阅如图2所示，其为本发明实施例钢柱固定平台中心与桩中心重合调平示意图，钢柱固定平台四个角用12根膨胀螺栓固定，其中，固定平台21，设置于固定平台内部的抱紧机构22。
51.步骤s22:将dag钢管柱植入机吊放至钢柱固定平台上；
52.请参阅如图3所示，其为本发明实施例dag钢管柱植入机与桩中心重合调平示意图,其中，dag钢管柱植入机31，钢柱固定平台32。
53.钢柱固定平台32上的固定定位点保证两机在同一中心轴线上，dag钢管柱植入机31吊装就位时，其主副夹紧装置与桩中心偏差不大于10mm，并在地面上使用膨胀螺栓固定四个支腿确保植入机的稳定性。
54.在步骤s3中，安装钢管柱，检测校准垂直度，包括，步骤s31：采用三点吊方法将钢管柱装入dag植入机安装孔内；
55.请参阅如图4所示，其为本发明实施例钢管柱中心、植入机及固定平台中心、灌注桩中心同心同轴示意图,其中，dag钢管柱植入机41，钢柱固定平台42，灌注桩43，钢管柱44。
56.钢管柱安装过程中，钢管柱中心、dag钢管柱植入机中心、钢柱固定平台中心以及灌注桩中心同心同轴。
57.步骤s32：dag钢管柱植入机分步将钢管柱下插至柱顶标高；
58.请参阅如图5所示，其为本发明实施例钢管柱下插过程示意图,其中，主夹紧机构51，压拔机构52，副夹紧机构53。
59.下插钢管柱时，dag钢管柱植入机主夹紧机构51固定钢管柱，压拔机构52将钢管柱下压一个行程，副夹紧机构53固定钢管柱，主夹紧机构51松开钢管柱同时压拔机构52和主夹紧机构51上升，重复上述流程直到钢管柱下插高度符合预设标准。
60.步骤s33：采用双测双控方法校准工具段；
61.请参阅如图6所示，其为本发明实施例双测双控检测钢管柱垂直度示意图,其中，倾角传感器61，全站仪62，dag钢管柱植入机63，工具段64。
62.钢管柱上工具段下端接近地面时，在工具柱64顶端安放倾角传感器61，钢管柱的外部设置两台全站仪62，各所述全站仪62以钢管柱为中心呈垂直分布；钢管柱上工具段下端接近地面时，利用双测双控方法校准工具段垂直度，校准后倾角仪归“0”，钢管柱每完成一个下压进程，均须校准倾角仪以及各全站仪，要求下压过程倾角仪数据≤0.05度，下压完成后倾角仪数据≤0.05度，工具段上4m线允许偏差≤5mm，以上两种测量方法必须相互验证，如果其中的一个数据超标，植入机必须继续调整钢管柱垂直度，直到满足要求；dag钢管柱植入机向下插钢管柱时，应将钢管柱下插至距桩混凝土面约0.5m位置时，再次对钢管柱的垂直度进行校核，植入机下插过程中，每完成一个下插行程即对钢管柱进行纠偏，当倾角仪实时数据突然偏大时，将钢管柱拔起100mm以内，并静置1分钟内再缓慢插入钢管柱。
63.步骤s34:当钢管柱位置距离预设标准100mm时，在工具段顶部安放自动安平激光铅锤仪检测钢管柱垂直度，当钢管柱位置符合预设标准时，自动安平激光铅锤仪再次检测钢管柱垂直度，钢管柱垂直度符合预设标准后，钢柱固定平台及dag钢管柱植入机共同固定钢管柱。
64.在步骤s4中，包括，步骤s41：钢管柱安装完成后，在钢管柱顶端安装钢管柱顶端密封机构；
65.请参阅如图7所示，其为本发明实施例钢管柱顶端密封机构模型图,钢管柱顶端密封机构包括，其中，所述密封机构还包括密封机构顶盘71，转动顶部横杆把手72，可调螺杆73，底部固定横杆74，密封橡胶垫片75，圆形密封圈76，钢管柱工具段77，钢管柱工具段端板78，钢管柱与工具段连接铆钉79，钢管柱顶部环板710，钢管柱柱身711。
66.钢管柱顶端密封机构底部固定横杆74通过钢管柱顶部环板710预留好的凹槽，保持密封机构顶盘71固定，转动顶部横杆把手72使可调螺杆73向上提升，直至密封机构底部圆形密封圈76与钢管柱顶部环板710贴紧无缝隙为止，防止在钢管柱内混凝土浇筑前有杂物及泥浆进入钢管柱内。
67.步骤s42：桩基混凝土过初凝时间(30h)后，向钢管柱四周均匀对称回填至柱身2/3碎石钢柱固定平台抱紧机构固定钢管柱，移除dag钢管柱植入机。
68.步骤s43：混凝土强度达到30％以上时(浇筑完成4天后)，继续回填碎石至柱顶下约1m处，移走钢柱固定平台，拆除工具段。
69.步骤s44：当灌注桩混凝土强度达到100％时(即浇筑完成10天后)，采用下导管灌注自密实混凝土方法进行钢管柱内混凝土浇筑，柱顶混凝土终凝后再进行柱顶保护回填，最后拔除桩孔钢护筒并填平场地。
70.具体而言，本发明实施例使用的超缓凝混凝土的原料配比经过优化，其强度为c30，水胶比为0.45，砂率为49，每立方混凝土中各种材料用量为：水泥205千克，水168千克，砂884千克，石920千克，矿粉85千克，粉煤灰99千克，pca-i(t)聚羧酸高性能减水剂8.56千克。在此配比下的超缓凝混凝土的初凝时间在30小时左右，且具有良好的流动性，强度为c30水下桩混凝土，保证钢管柱有足够时间进行安装和调整。
71.上述步骤s33中所使用的自动安平激光铅锤仪技术，其原理是在钢管柱底部中心设置一个远程遥控自动伸缩杆装置来找钢管柱底部中心，当工具段顶部激光铅锤仪接收到钢管柱底部棱镜发出的激光信号即可表示已对准钢管柱底部，从而根据坐标推算出钢管柱真实的垂直度，进而可以根据反映情况及时进行垂直度纠偏，可以更精准地确保垂直度。
72.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。