用于码头桩基结构的管桩施工工艺的制作方法

1.本公开总体上涉及码头桩基结构施工，具体涉及一种用于码头桩基结构的管桩施工工艺。


背景技术：

2.迄今为止，码头结构主要包括如下三大类：重力式结构、高桩承台式结构和板桩结构。其中，板桩结构的优点为结构简单、材料用量少、造价低。相对于重力式结构而言，板桩结构对地基条件要求较低。与高桩承台式结构相比，板桩结构局部超载的适应性更强，而且在施工过程中可以先打板桩后再进行墙前港池的开挖，能大量减少挖填土方量。
3.为进一步适用于大型深水码头建设，板桩结构逐渐演化出一些新的形式，例如管板桩组合结构。管板桩组合结构包括板桩和管桩，板桩和管桩间隔设置。通常情况下，管桩的管壁外侧对称地焊接有两个连锁部，连锁部呈长形凸肋状并沿管桩的纵轴方向在管桩长度的一部分上延伸，板桩经由连锁部与相邻的管桩相连。在管板桩组合结构中，管桩的抗弯能力强，用于承受外力和减少结构变形，而板桩用来挡土。因此，管板桩组合结构能够有效解决深水码头建设中存在的桩基结构受力大和变形大的问题。
4.然而，在对管板桩组合结构进行施工的过程中，仍存在如下问题：(1)管桩施工精度问题。在施工时，先将管桩施打到地基中，然后在管桩间隔处将板桩施打到地基中，使得板桩与管桩在地基中经由连锁部相互连接。因此，管板桩组合结构中管桩的施工精度直接影响到板桩的施工以及连锁部的咬合连接质量。如管桩的施工精度不够，则会造成板桩施工过程中连锁部撕裂，导致漏砂情况。(2)特殊地质增大了管桩施工难度。较坚硬的地层或者存在的孤石往往会导致管桩施工过程中出现大偏位，难以控制管桩的施打精度。(3)传统的陆域大型打入式桩基础施工方法采用履带吊加振动锤配合导向架稳桩定位的工艺，对设备性能要求高，需高空作业，作业风险大。在表层存在地质硬层等不利条件或管桩定位精度要求高的情况下，该传统施工工艺难以满足要求。因此，需要进一步改善管桩施打工艺和相关设备，以提高管桩的施工精度。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种用于码头桩基结构的管桩施工工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
6.s1：将管桩导向装置安装到管桩施打点的地面，其中，所述管桩导向装置包括锚桩、第一导向装置以及第二导向装置，所述锚桩部分埋置在所述管桩施打点的地面下方并承载所述第一导向装置，所述第一导向装置包括护筒，所述护筒设置成其纵轴垂直于地面并且其部分长度埋置在地面下方，所述第一导向装置被构造成能够控制管桩的位置、稳桩、并破除部分坚硬土层，所述第二导向装置设置在所述第一导向装置上方，所述第二导向装置被构造成能够控制管桩的位置并限制管桩绕其纵轴的旋转；
7.s2：对所述护筒内部进行抽沙以提供容纳管桩的空间，以便稳桩、并破除部分坚硬
土层；
8.s3：将待施打的管桩吊装到所述管桩导向装置的护筒内；
9.s4：借助于所述管桩导向装置对吊装到所述护筒内的管桩进行定位，其中，借助于所述第一导向装置将所述管桩定位到预定位置，并且借助于所述第二导向装置限制所述管桩绕其纵轴的旋转；
10.s5：使用振动锤将所述管桩施打到预定高度，其中，在施打过程中，利用测量装置观测所述管桩的位置，并根据所述测量装置的测量结果，利用所述第一导向装置控制和调整所述管桩的位置，并且借助于所述第二导向装置在控制所述管桩位置并限制所述管桩绕其纵轴的旋转；
11.s6：拆除所述管桩导向装置，保留并加固所述第一导向装置；
12.s7：对所述护筒和所述管桩之间的空间进行抽沙，以减轻在冲击锤施打所述管桩时所述管桩对所述护筒的向下拖拽作用；
13.s8：使用冲击锤将所述管桩施打到接近所述护筒的上端的高度；
14.s9：使用替打装置和所述冲击锤将所述管桩施打到低于所述护筒上端的高度，以便利用所述振动锤夹持所述护筒高于所述管桩的部分以将所述管桩拔出地面；
15.s10：将所述第一导向装置和所述锚桩拆除；以及
16.s11：使用所述冲击锤将所述管桩施打到设计标高。
17.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
18.在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本公开公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本公开范围的限制。
19.图1示出了根据本公开的用于码头桩基结构的管桩施工工艺的流程图；
20.图2示出了根据本公开的实施例的管桩导向装置，其中，管桩导向装置包括第一导向装置和第二导向装置；
21.图3示出了图2的管桩导向装置的管桩定位器和管桩旋转限位器的布局；
22.图4示出了图2的第二导向装置的局部放大图，其中，根据本公开实施例的管桩旋转限位器设置成与管桩锁扣相配合；
23.图5示出了图4的与管桩锁扣相配合的管桩旋转限位器的俯视图；
24.图6示出了根据本公开的另一实施例的用于构建码头桩基结构的管桩导向装置，其中，管桩导向装置包括第一导向装置、第二导向装置以及第三导向装置；
25.图7示出了根据本公开的双机起吊的流程图；
26.图8示出了根据本公开的管桩定位的流程图；以及
27.图9示出了根据本公开的振动锤施打过程中的管桩桩位控制的流程图。
具体实施方式
28.以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种
细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
29.在本公开中，除非另有说明，否则使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素不意图限定这些要素的位置关系、时序关系或重要性关系，这种术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。在一些示例中，第一要素和第二要素可以指向该要素的同一实例，而在某些情况下，基于上下文的描述，它们也可以指代不同实例。
30.在本公开中对各种所述示例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例的目的，而并非旨在进行限制。除非上下文另外明确地表明，如果不特意限定要素的数量，则该要素可以是一个也可以是多个。此外，本公开中所使用的术语“和/或”涵盖所列出的项目中的任何一个以及全部可能的组合方式。
31.在对管板桩组合结构进行施工时，先将管桩施打到地基中，然后在管桩间隔处将板桩施打到地基中，使得板桩与管桩在地基中经由锁扣相互连接。为了确保分别打入地基的管桩和板桩在锁扣处连接良好，就需要保证管桩的锁扣能够位于预期位置。否则，在后面施打板桩的过程中，板桩的侧边将无法成功与管桩的锁扣接合，或者即便接合，但由于管桩的位置精度差，板桩的侧边与管桩的锁扣出现错位，将管桩的锁扣撕裂，最终导致漏砂情况。
32.一般而言，管桩的锁扣的位置受管桩的位置和姿态的影响。至少需要在施工过程中保证管桩的纵轴位于预期位置，并且限制管桩绕其纵轴的旋转。相关技术包括通过测量仪器和导向装置配合实现对管桩的位置控制。在施打管桩的过程中，通过测量仪器测量管桩的位置和姿态，并且同时根据测量结果利用导向装置调整并限制管桩的定位。然而，相关技术中的导向装置存在控制精度不够、设计起吊高度较高、工人操作困难等问题。
33.本公开实施例提供了一种用于码头桩基结构的管桩施工工艺，以便能够克服上述问题中的至少一个。
34.下面将结合附图详细描述本公开的实施例。
35.图1示出了根据本公开的用于码头桩基结构的管桩施工工艺的流程图。如图所示，根据本公开的施工工艺主要包括如下步骤：
36.s1：将管桩导向装置安装到管桩施打点的地面
37.管桩施工的第一步是在管桩施打点安装管桩导向装置。管桩导向装置能够在管桩施打过程中保证管桩的施打精度，包括调整和控制管桩的位置、垂直度以及绕其纵轴的旋转，从而限制管桩的偏位及扭角。
38.图2示出了根据本公开的实施例的用于构建码头桩基结构的管桩导向装置100。管桩导向装置100围绕待打入地基中的管桩10设置，在管桩10的施打过程中，控制管桩10的位置和姿态，同时管桩导向装置100能够起到辅助管桩10破除坚硬夹层的作用。
39.管桩导向装置100包括第一导向装置110和第二导向装置120。第一导向装置110位于地面附近，第二导向装置120设置在第一导向装置110上方。第一导向装置110和第二导向装置120沿管桩10的纵轴方向提供了两个定位平面，从而提高了对管桩10的位置和姿态的控制精度。
40.第一导向装置110进一步包括第一导向平台111、护筒112以及安装在护筒112上的
4个第一管桩定位器113。第一导向平台111固定安装于地面附近并开设有通向地面的第一开孔1111。如图1所示，护筒112一端被埋置在地面下方，另一端穿过第一导向平台111的第一开孔1111凸出于第一导向平台111。
41.护筒112上还设置有4个第一管桩定位器113。管桩10在被施打到地面下方时，护筒112包围管桩10并通过4个第一管桩定位器113对管桩10的位置进行限制和调整。具体而言，4个第一管桩定位器113安装在护筒112的筒壁外侧。如图3所示，4个第一管桩定位器113位于垂直于护筒112的纵轴的同一平面上并且绕护筒112的周向方向彼此间隔90度。每个第一管桩定位器113包括第一顶块1131，第一顶块1131被构造成：当管桩10设置在护筒112内时，能够穿过护筒112的筒壁压靠在管桩10的管壁上从而对管桩10的位置进行定位。通过包括彼此间隔90度的4个第一管桩定位器113，第一导向装置110能够从4个方向控制和调整管桩的位置，兼顾了位置控制的稳定性和灵活度。
42.在一些实施例中，第一顶块1131为橡胶柱状滚轮。橡胶柱状滚轮的周向侧壁压靠在管桩10的管壁上。由于设计成滚轮结构并采用了柔性的橡胶材料，避免了在对管桩10的位置进行控制和调整时划伤管桩10的管壁上的防腐涂层。
43.在第一些实施例中，第一导向装置还包括至少4个锚桩114。如图2所示，至少4个锚桩114锚固于地面并支撑第一导向平台111。
44.第二导向装置120包括第二导向平台121。第二导向平台121在高于护筒112的高度固定安装到第一导向装置110上方并开设有与第一导向平台111的第一开孔1111相对的第二开孔1211。管桩10当设置在护筒112内时穿过第二开孔1211向上延伸。第二导向装置120沿管桩10的纵轴方向提供了第二个定位平面，进一步加强了对管桩10的控制。而且，与第一导向装置110相比，第二导向装置120不仅起到了对管桩10的位置进行定位的作用，还能够限制管桩绕其纵轴的旋转。
45.上述对管桩绕其纵轴的旋转的限制作用通过设置2个管桩旋转限位器122来实现。如图2和图3所示，2个管桩旋转限位器122对称安装在第二导向平台121上。当管桩10设置在护筒112内并穿过第二导向平台121向上延伸时，2个管桩旋转限位器122分别与管桩10的2个锁扣11相对。每个管桩旋转限位器122包括限位块1221。限位块1221带有限位槽1222。
46.图4和图5进一步示出了管桩旋转限位器122是如何配合到管桩10并对管桩10绕其纵向轴线的旋转进行控制的。为了清楚显示，图4、图5未按照比例绘制。如图4和图5所示，在管桩施打过程中，限位块1221能够压靠在管桩10的管壁上并且使锁扣11嵌入到限位块1221的限位槽1222中。通过管桩10上的两个锁扣11分别嵌入2个管桩旋转限位器122的限位块1221的限位槽1222中，限制了管桩10绕其纵轴的旋转。
47.继续参考图4和图5，其示出了管桩旋转限位器122的一个具体实施例。管桩旋转限位器122的限位块1221可具体实施为哑铃状滚轮，哑铃状滚轮包括滚轴1223和分别附接到所述滚轴1223的两端的两个圆盘1224，两个圆盘1224之间的间隙形成限位槽1222。为了使哑铃状滚轮能够抵靠管桩，管桩旋转限位器122还包括支架1225和滑块1226。管桩旋转限位器122经由支架1225安装到第二导向平台121上。滑块1226可滑动地设置在支架1225的内腔中，哑铃状滚轮可滚动地连接到滑块1226的靠近管桩10的一端。推压构件1227连接到滑块1226的远离管桩10的一端并且被构造成能够推压滑块1226以将哑铃状滚轮的圆盘1224的周向壁压靠在管桩10的管壁上。在一些实施例中，推压构件1227为螺杆，施工工人可通过旋
转螺杆从而是使滑块1226在支架1225的内腔内移动。
48.在一些实施例中，根据本公开的管桩导向装置100还可以包括第三导向装置130。图6示出了包括第三导向装置130的管桩导向装置100。第三导向装置130包括第三导向平台131和安装在第三导向平台131上的4个第三管桩定位器132。第三导向平台131固定安装到第二导向装置120上方并开设有与第二导向平台121的第二开孔1211相对的第三开孔1311。管桩10当设置在护筒122内时依次穿过第二开孔1211和第三开孔1311向上延伸。
49.在一些实施例中，4个第三管桩定位器132安装在第三导向平台131上，位于垂直于管桩10的纵轴的同一平面上并且绕管桩10的周向方向彼此间隔90度。与第一管桩定位器113类似，每个第三管桩定位器133包括第三顶块。第三顶块被构造成：当管桩10设置在护筒122内并延伸依次穿过第二导向平台121和第三导向平台131时，能够压靠在管桩10的管壁上从而对管桩10的位置进行定位。
50.通过包括4个第三管桩定位器133，第三导向装置130沿管桩10的纵轴方向提供了第三个定位平面。第三导向装置130与第一导向装置110和第二导向装置120相配合，在三个定位平面上同时对管桩10实现定位，进一步提高了管桩的定位精度。此外，该第三导向装置130进一步分担了第一导向装置110和第二导向装置120的受力，特别是减少了第二导向装置120的2个管桩旋转限位器122的受力，从而避免了由于管桩旋转限位器122受力过大造成管桩10的锁扣11的偏位，进一步提高了限制管桩旋转的能力。
51.s2：第一次抽沙
52.在安装好管桩定位装置后，护筒112内部填充有沙土，甚至包括硬质土层。对护筒112内部进行抽沙以提供容纳管桩的空间，从而实现了稳桩并破除部分坚硬土层的效果。
53.s3：管桩的双机起吊和立桩
54.在对护筒内部进行抽沙之后，将待施打的管桩吊装到管桩导向装置的护筒内。在一些实施例中，吊装采用双机起吊方法。如图7所示，双机起吊包括如下步骤：
55.s31：将两台吊机分别连接到管桩的桩头和桩尾；
56.s32：通过所述主吊机和所述副吊机将所述桩头和所述桩尾同时起吊以使所述管桩位于距离地面预定高度处；
57.s33：所述主吊机继续起吊桩头，并同时所述副吊机向所述主吊机的方向移动，直至所述管桩与地面呈90度，完全由所述主吊机吊起；
58.s34：将所述副吊机与所述桩尾分离；
59.s35：所述主吊机继续起吊桩头直到能够将所述管桩移动至所述护筒内的高度；以及
60.s36：将由所述主吊机吊起的管桩放置到所述护筒内，完成立桩与稳桩。
61.由于管桩长度较长，单个吊机的起吊高度难以将其完全吊起以便放置到护筒中。双机起吊有效解决了上述问题，并同时实现了管桩运输和吊装，简化了整个施工过程。
62.s4：管桩定位
63.管桩定位采用下层第一导向装置+上层第二导向装置的双重定位，下层第一导向装置的护筒对称四角设置了4个第一管桩定位器，上层第二导向架设置了2个管桩旋转限位器。在一些实施例中，管桩定位还包括第三导向装置，第三导向装置对称四角设置了4个第三管桩定位器。
64.如图8所示，在一些实施例中，管桩定位包括如下步骤：
65.s41：在将待施打的管桩吊装到所述护筒的过程中，当所述管桩经过所述第二导向装置的第二导向平台时，旋转所述管桩以使所述管桩的2个锁扣分别与所述2个管桩旋转限位器相对，并且使2个锁扣分别嵌入到相对应的管桩旋转限位器的限位块的限位槽中，从而限制所述管桩绕其纵轴的旋转；
66.s42：通过测量装置测量所述管桩的位置和垂直度，根据所测量的所述管桩的位置和垂直度，移动所述第一导向装置的4个第一管桩定位器的第一顶块和所述第三导向装置的4个第三管桩定位器的第三顶块以调整所述管桩的位置和垂直度；以及
67.s43：当所测量的所述管桩的位置、垂直度和锁扣位置与所述管桩的预定的位置、垂直度和锁扣位置之间的差异小于预定阈值时，锁定所述第一导向装置的4个第一管桩定位器、所述第二导向装置的2个管桩旋转限位器以及所述第三导向装置的4个第三管桩定位器。
68.在一些实施例中，测量装置包括分别用于监测东西方向偏位与南北方向偏位的两台全站仪。
69.s5：在振动锤施打过程中进行管桩桩位控制
70.在通过管桩导向装置将管桩定位在施打点之后，使用振动锤将管桩施打到预定高度。在施打过程中，利用测量装置观测所述管桩的位置，并根据所述测量装置的测量结果，利用所述第一导向装置控制和调整所述管桩的位置，并且借助于所述第二导向装置在控制所述管桩位置并限制所述管桩绕其纵轴的旋转。
71.如图9所示，在一些实施例中，振动锤施打过程中的管桩桩位控制包括如图9所示的如下步骤：
72.s51：通过测量装置实时测量所述管桩在振动锤施打过程中的位置、垂直度和锁扣位置；
73.s52：如果所测量的管桩的位置、垂直度和偏角与所述管桩的预定的位置、垂直度和偏角之间的差异小于预定阈值，则继续施打，否则，通过移动所述第一导向装置的4个第一管桩定位器的第一顶块和所述第三导向装置的4个第三管桩定位器的第三顶块以调整所述管桩的位置和垂直度；以及
74.s53：如果所测量的管桩的锁扣位置与所述管桩的预定的锁扣位置之间的差异小于预定阈值，则继续施打，否则停止施打，判断差异情况，并根据差异情况和管桩施打深度选择执行如下步骤：
75.(a)在所述管桩的近地端连接挖机或装载机，通过所述挖机或装载机拉拽所述管桩来使所述管桩绕其纵轴旋转从而调整所述管桩的锁扣位置；
76.(b)利用吊机起吊拔出钢管桩，再次重复步骤s4。
77.管桩施工精度要求很高。例如，钢护筒顶部水平偏位容许偏差为50mm，护筒倾斜度不超过1/100。本公开的工艺过程通过上述步骤不仅能够在立桩时将管桩精确定位，而且能够在管桩施打过程中时刻监测管桩施打精度并根据监测结果实时调整。这种实时监测和调整极大提高了管桩施工精度，满足了管桩施工的精度要求。
78.s6：拆除管桩导向装置并加固第一导向装置
79.随着管桩被振动锤打入地面，管桩的桩头逐渐接近管桩导向装置。为了继续施打
管桩，需要拆除管桩导向装置。首先先拆除第三导向装置以及第二导向装置，随后拆除第一导向装置，但保留第一导向装置的护筒并护筒进行加固。保留的护筒能够在后续冲击锤施打过程中保持管桩的定位。加固护筒是为了防止后续的冲击锤施打将护筒向下拖拽，给后续拆除护筒造成困难。
80.在一些实施例中，将第一导向装置的护筒通过工字钢焊接到锚桩上，以加固第一导向装置的护筒。
81.s7：第二次抽沙
82.本公开采用了包括步骤s2和步骤s7的两次抽沙，通过两次抽沙步骤优化了施工工艺。具体而言，第二次抽沙对所述护筒和所述管桩之间的空间进行抽沙，进一步减轻了在施打所述管桩时所述管桩对所述护筒的向下拖拽作用。
83.s8：冲击锤施打
84.随着施打深度的加深，施打阻力也将增大。为了将管桩继续打入，需要将振动锤换做冲击锤。使用冲击锤将所述管桩施打到接近所述护筒的上端的高度。在一些实施例前，在执行冲击锤施打之前，在护筒顶部外边沿与锁扣对应的位置焊接限位板，限位板抵靠锁扣以在冲击锤施打时限制管桩绕其纵轴的旋转。
85.s9：替打
86.在将管桩施打到接近护筒的上端的高度后，由于护筒的阻挡，需要拆除护筒，才能将管桩完全打入土层。但此时护筒中包含有管桩，由于管桩与护筒之间的间隙较小，难以安装振动锤将护筒振动拉出。因此，需要将管桩继续打入到低于护筒的边缘，以便振动锤夹持该边缘，从而将护筒振动拉出。将管桩继续打入到低于护筒的边缘需要使用替代装置。将替打装置安装在管桩上，利用冲击锤将管桩施打到低于护筒上端边缘的高度，从而允许利用振动锤夹持护筒高于管桩的部分以将管桩拔出地面。
87.s10：拆除护筒和锚桩
88.在将管桩施打到低于护筒上端边缘的高度后，将护筒和锚桩完全拆除，以便进行最后的施打。
89.s11：冲击锤施打到设计标高
90.使用冲击锤将管桩施打到设计标高，从而完成管桩施工。
91.应当理解的是，在本说明书中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系或尺寸为基于附图所示的方位或位置关系或尺寸，使用这些术语仅是为了便于描述，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，并且因此不能理解为对本公开的保护范围的限制。
92.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
93.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接，还可以是通信；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
94.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
95.本说明书提供了能够用于实现本公开的许多不同的实施方式或例子。应当理解的是，这些不同的实施方式或例子完全是示例性的，并且不用于以任何方式限制本公开的保护范围。本领域技术人员在本公开的说明书的公开内容的基础上，能够想到各种变化或替换，这些都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所附权利要求所限定的保护范围为准。