专利名称：一种下沉钢护筒的简支导向架及下沉钢护筒的施工方法
技术领域：
本发明涉及一种桥梁基础施工的装置及施工方法，尤其是一种下沉钢护筒的简支导向架及下沉钢护筒的施工方法。
背景技术：
近年来，随着国民经济的发展，交通运输的需求迅速增长，修建的高等级大型跨江跨海桥梁越来越多。这类工程往往由于桥位处自然环境恶劣，工程地质条件复杂，甚至大型船舶无法进入，其基础施工中的钢护筒下沉作业变得尤为困难，原有的常规下沉工艺已经难以适用，因此，总结出一套有效的钢护筒下沉工法指导施工，显得十分必要。钢护筒下沉工艺一般有两种第一种是平台施工方法，即先在护筒下放区域搭设临时施工平台，再在临时施工平台上利用简易导向依次逐根下放护筒，施工荷载全部由钢管桩承受，护筒不参与受力；第二种是悬臂导向架施工方法，即首先搭设起始小平台，再设计悬臂导向架依次逐根下放护筒，最后由钢护筒形成钻孔平台。平台施工方法需要在钻孔区利用钢管桩搭设完整施工平台，桩基施工完成后进行承台施工前还需要拔除施工平台钢管桩，不仅工序繁琐，耗费材料较多，而且周期长，耗时耗力。悬臂导向架施工方法，虽然节省了大平台的施工，但悬臂导向架重量大，固定复杂，且有倾覆的安全风险，需要大型起重设备配合，移动繁琐，操作不便，效率低下，机械设备和材料、人工成本较高。
发明内容
本发明的前一目的是提供一种能够保证钢护筒平面位置和垂直度，移动方便的下沉钢护筒的简支导向架。本发明的后一目的是提供一种施工周期短、省时省力，作业效率高、施工方便、安全可靠的下沉钢护筒的施工方法。为实现前一目的，本发明采用的技术方案是一种下沉钢护筒的简支导向架，包括主桁架体，在主桁架体留有能穿过钢护筒和振动锤的孔口，在主桁架体上设有上下两层顶推调节装置，在主桁架体的底部设有支撑主桁架体的工字钢垫梁，工字钢垫梁与主桁架体固定连接。所述主桁架体与工字钢垫梁支撑在临时施工平台上。所述主桁架体的跨径一般不超过30米，有效高度一般在4米左右。所述主桁架体的孔口上下两层各设置四个顶推调节装置。所述的顶推调节装置由千斤顶和限位滚轮组成。所述桁架体上还设有安全通道和栏杆。为实现后一目的，本发明采用的技术方案是一种下沉钢护筒的施工方法，包括以下步骤
a.钢护筒加工及运输；
b.导向架安装及定位；c.首节钢护筒下沉；
d.钢护筒对接；
e.整根钢护筒振动下沉。所述导向架的定位分粗定位和精确定位；先将桩位的中心线通过测量放样在临时施工平台上，计算好导向架垫梁中心至孔位处的距离，使导向架中线与桩位中线重合，距离相等，再将垫梁断续焊接固定至临时施工平台钢板上，完成导向架的粗定位；粗定位后，在导向架的顶推调节装置处放出桩位周边四点的坐标，根据顶推调节装置上固定点和桩位坐标之间的关系和钢护筒直径，即可求出固定点和钢护筒外壁之间的距离，并由此控制钢护筒的平面位置和垂直度，钢护筒平面位置放样完成后，将顶推调节装置上的千斤顶锁定，完成导向架的精确定位。采用本发明具有以下优点
1、相比悬臂结构，简支结构稳定性更高，避免了悬臂结构有可能发生倾覆的问题，作业施工更加安全可靠；
2、多功能简支导向架架体及顶推调节装置刚度大，导向能力强，调节范围广，受外界因素影响小，适合于深水、流急等各种恶劣自然环境工作，且钢护筒的平面位置和垂直度控制精度高；
3、采用多功能简支导向架一次定位可同时下放2 4根护筒，因而减少了导向架移动的次数和时间，加快了下放速度。4、采用该工法后，除导向架两侧支点和吊机走道外，钻孔区内不必另外搭设临时施工平台，由钢护筒直接承受施工荷载，护筒下放完成钻孔平台也搭设完成，节约了大量材料和施工工期。由以上可知，本发明所述多功能简支导向架的施工方法，具有在深水、流急等各种恶劣自然环境下(嘉绍跨江大桥地处潮强流急、涌潮汹涌区域)的钢护筒下沉施工上的突出优势。该施工方法适用范围广、定位精度高、下放速度快，作业效率高、施工方便，成本较低， 安全可靠，钢护筒下放后平面位置及垂直度均满足施工规范要求。本发明解决了深水钢护筒下沉难题，提高了钢护筒下沉的施工质量，节省了施工成本，缩短了施工周期。该施工方法具有顶推调节装置刚度大，导向能力强，控制精度高，调节范围广等特点，特别适用于强潮汐等自然环境恶劣的水域。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明 图1为本发明简支导向架下沉钢护筒施工示意图2为本发明简支导向架结构示意图； 图3为图2A-A示意图； 图4为图2B-B示意图； 图5为图放大图； 图6为实际施工中的导向架平面布置图。图中1主桁架体，2顶推调节装置，3临时施工平台，4钢护筒，5工字钢垫梁，6安全通道及栏杆，7加劲钢板。
具体实施例方式图1、2、3、4、5和6所示，本发明的下沉钢护筒的简支导向架，包括主桁架体1，在主桁架体1留有能穿过钢护筒4和振动锤的孔口，在主桁架体1上设有上下两层顶推调节装置2，在主桁架体1的底部设有支撑主桁架体1的工字钢垫梁5，该工字钢垫梁5与主桁架体1固定连接。所述主桁架体1与工字钢垫梁5支撑在施工平台3上，主桁架体1跨度一般不宜超过30米，如超过则应考虑增加支撑点减少跨度，有效高度一般在4米左右，在主桁架体1孔口上、下两层各设置四个顶推调节装置2，顶推调节装置2由千斤顶和限位滚轮组成。所述主桁架体1上还设有安全通道及栏杆6。本发明采用的多功能简支导向架下沉钢护筒4施工方法包括如下步骤 a.钢护筒4加工及运输
首先按照常规工艺利用卷板机在后场将定尺钢板卷制成单个单元节段，最后将单元节段对接成所需长度节段。为避免底节钢护筒在沉放过程中刃脚处产生较大变形，对底节钢护筒刃脚及以上一倍直径处均环向施焊30cm宽的相同厚度的钢板以增加刚度，并在刃脚处开45°单面V型坡口以减少沉放时的摩阻力。为尽量避免钢护筒多次转运及起吊时的变形，钢护筒内两端用槽钢焊接成“米”字撑对钢护筒进行加劲。钢护筒从生产区加工后按施工要求分节运输到墩位。根据车辆运输能力、运输路线的不同，一般运输长度不宜超过20m。钢护筒运输时放置在半圆形专用胎架上，同时用手拉葫芦和钢丝绳紧固于车架上，防止运输途中坠落。b.导向架安装及定位
导向架的定位分粗定位和精确定位。先将桩位的中心线通过测量放样在临时施工平台 3上，计算好导向架垫梁5中心至孔位处的距离，使导向架中线与桩位中线重合，距离相等， 再将垫梁5断续焊接固定至临时施工平台3钢板上，完成导向架的粗定位。粗定位后，在导向架的顶推调节装置2处放出桩位周边四点的坐标，根据顶推调节装置2上固定点和桩位坐标之间的关系和钢护筒4直径，即可求出固定点和钢护筒4外壁之间的距离，并由此控制钢护筒4的平面位置和垂直度，钢护筒4平面位置放样完成后，将顶推调节装置2上的千斤顶锁定，完成导向架的精确定位。c.首节钢护筒下沉
钢护筒下放期间，须提前收集天气预报，在风速较小(6级风以下)时进行施工，并尽量选择当天高(低)平潮(流速不大于2m/s)时下沉首节钢护筒。起吊时使用四根长度一致的卡环和钢丝绳，且吊点位置必须与“米”字加劲撑对应，控制好起吊垂直度。为确保护筒底口在起吊过程中不变形，先检查吊点加劲、刃角加劲和两端“米”字撑加劲以及导向架固定状况，检查合格后，利用大型起重设备起吊，起吊垂直后割除底口 “米”字撑。钢护筒起吊到导向架上相应孔位，用两台经纬仪从两互相垂直的方向测量监控， 并用顶推调节装置2调整护筒初始垂直度至满足要求，将钢护筒4缓缓垂直下沉至海床泥面，到深入泥面0. 5 1. Om时，测量重新监控确认垂直度及平面位置符合要求后起重设备快速松钩，保证护筒垂直下沉稳定。如入泥0. 5 1. Om时垂直度或平面位置偏差较大，则适当提高钢护筒4，用千斤顶进行纠偏，再快速松钩下沉。待钢护筒4靠自重下沉稳定并调整平面位置和垂直度至满足要求后，用振动锤点振继续下沉，直至钢护筒顶面到高出导向
5架顶面1. 0 1. 5m的位置停锤。在振动下沉过程中要随时动态观测钢护筒垂直度和限位滚轮，如垂直度超标或者限位滚轮松动，要及时纠偏。为了确保整根钢护筒的下放精度，必须保证首节钢护筒下放有足够高的精度。通过本发明下沉的首节钢护筒的平面偏位一般可以控制在20mm以内；垂直度一般控制在 1/500以内。若不在平潮时沉放首节钢护筒，可在背离水流方向对钢护筒进行适当距离的预偏，待护筒入水后在水流力作用下，钢护筒底口偏向流水方向，从而保证钢护筒入水后的垂直度和平面位置。d.钢护筒对接
对接前，先检查首节钢护筒的垂直度，若偏位较大可通过千斤顶调节。首节钢护筒振动下沉到位后，用工字钢将首节护筒临时焊接固定到导向架上再进行对接，避免潮水冲刷导致首节钢护筒继续下沉。对接时同样采用两台经纬仪从两垂直方向监控钢护筒的垂直度， 垂直度满足要求后在接缝处环向点焊固定。对接时接头错台超过规范要求的要利用千斤顶校正，确保吻合后再正式焊接，同时将导向架上下两层限位顶紧固定。焊接前须在上节护筒底端开单面V形坡口，焊接完成后在焊缝处环向贴焊加强钢板。e.整根钢护筒振动下沉
1、检查对接焊缝、垂直度及其平面位置满足要求后，开动振动锤，先点动、再联动。在沉放过程中，必须持续监控钢护筒的垂直度，直至下沉到设计标高。如超过允许误差时，停止振动下沉，利用顶推调节装置2微调。2、为防止过振造成钢护筒底口变形，必须通过计算确定振动锤的转速以及钢护筒壁厚。3、钢护筒振动下沉时以标高控制，贯入度复核。根据经验，如发现未到标高，但贯入度小于5cm/min时，要及时同设计联系，分析原因再进一步处理，避免强振造成护筒底口变形。本发明以嘉绍跨江大桥为依托，在杭州湾跨海大桥北航道桥、舟山大陆连岛工程金塘大桥的基础上不断改进，开发出多功能简支导向架下沉钢护筒施工技术。采用本发明的技术大大提高了施工效率，保证了钢护筒的垂直度及平面位置，例如某大桥处于强涌潮河段，基础施工有114根钢护筒，采用多功能简支导向架下沉钢护筒施工技术后，下放整条钢护筒的时间由常规的十五个小时缩短到八个小时左右，节约了一半工期。下沉后平面位置偏位全部控制在5cm以内，垂直度全部控制在1/300以内，最高达到 1/1500。以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的保护范围。
权利要求
1.一种下沉钢护筒的简支导向架，其特征在于包括主桁架体(1)，在主桁架体(1)留有能穿过钢护筒(4)及振动锤的孔口，在主桁架体(1)上设有上下两层顶推调节装置(2)， 在主桁架体(1)的底部设支撑导向架主桁架体(1)的工字钢垫梁(5 )，该工字钢垫梁(5 )与主桁架体(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的下沉钢护筒的简支导向架，其特征在于所述主桁架体(1)与工字钢梁(5)支撑固定在临时施工平台(3)上。
3.根据权利要求1所述的下沉钢护筒的简支导向架，其特征在于所述主桁架体(1)的跨径不超过30米，有效高度在4米左右。
4.根据权利要求1所述的下沉钢护筒的简支导向架，其特征在于所述主桁架体(1)的孔口上下两层各设置四个顶推调节装置(2 )。
5.根据权利要求1所述的下沉钢护筒的简支导向架，其特征在于所述的顶推调节装置(2)由千斤顶和限位滚轮组成。
6.根据权利要求1所述的下沉钢护筒的简支导向架，其特征在于所述桁架体(1)上还设有安全通道和栏杆(6)。
7.一种采用权利要求1所述简支导向架的下沉钢护筒的施工方法，其特征是包括以下步骤a.钢护筒加工及运输；b.导向架安装及定位；c.首节钢护筒下沉；d.钢护筒对接；e.整根钢护筒振动下沉。
8.根据权利要求7所述的下沉钢护筒的施工方法，其特征是步骤b中的导向架的定位分粗定位和精确定位；先将桩位的中心线通过测量放样在临时施工平台上，计算好导向架垫梁中心至孔位处的距离，使导向架中线与桩位中线重合，距离相等，再将垫梁断续焊接固定至临时施工平台钢板上，完成导向架的粗定位；粗定位后，在导向架的顶推调节装置处放出桩位周边四点的坐标，根据顶推调节装置上固定点和桩位坐标之间的关系和钢护筒直径，即可求出固定点和钢护筒外壁之间的距离，并由此控制钢护筒的平面位置和垂直度，钢护筒平面位置放样完成后，将顶推调节装置上的千斤顶锁定，完成导向架的精确定位。
全文摘要
本发明公开了一种下沉钢护筒的简支导向架，包括主桁架体，在主桁架体留有能穿过钢护筒及振动锤的孔口，在主桁架体上设有上下两层顶推调节装置，在主桁架体的底部设有支撑主桁架体的工字钢垫梁；及一种采用该简支导向架下沉钢护筒的施工方法，其包括以下步骤a.钢护筒加工及运输；b.导向架安装及定位；c.首节钢护筒下沉；d.钢护筒对接；e.整根钢护筒振动下沉。本发明的简支导向架不仅能够保证钢护筒垂直度及平面精度，而且移动方便，一次定位可插打多根护筒；上述的施工方法具有施工周期短、省时省力、作业效率高、定位精度高、施工方便的优点。
文档编号E02D13/04GK102433880SQ201110454908
公开日2012年5月2日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者李志生, 程建阳, 罗超云, 蔡俊华, 詹元林, 谭立心, 钟建锋, 陈儒发, 陈秀 申请人:广东省长大公路工程有限公司