金刚石绳水下割除钢管桩方法以及用于该方法的割除系统与流程

1.本发明涉及钢管桩水下割除技术领域，尤其涉及一种金刚石绳水下割除钢管桩方法以及用于该方法的割除系统。


背景技术：

2.在海洋工程中，常常出现因水工结构改造、既有结构拆除等工程需要进行钢管桩拆除的情况，尤其是钢管桩内填充了混凝土时，拆除难度大大增加。在海洋潮流、波浪、潮差作用下，施工船舶的晃动对拆除工作影响巨大。传统工艺中自上而下凿除混凝土后潜水割除钢桩的工艺具有工效低、安全风险高、环境污染大、施工成本高等缺点；而利用船舶搭载金刚石绳锯割除机进行水下割除时，容易因为船舶晃动导致金刚石绳链断裂，接绳或换绳将造成工期延长和成本增加，因此在海洋环境中该方法存在较大局限性。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供金刚石绳水下割除钢管桩方法以及用于该方法的割除系统，所述的割除钢管桩方法，利用一体化的钢平台和钢套笼，有效避免了船舶晃动对割桩作业的不利影响，减少了断绳风险，提供了作业工效和安全性。
4.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现。
5.一方面，金刚石绳水下割除钢管桩方法，包括以下步骤：钢套笼的组装：若干个不同高度设置的圈梁结构利用钢管立柱连接，完成钢套笼的组装；待割除钢管桩的临时固定：利用起吊设备将所述钢筋笼套设于待割除钢管桩上，实现与待割除钢管桩的临时固定；金刚石绳布设：所述钢套笼侧部设置有钢平台，所述钢平台上的割除组件上的金刚石绳，至少沿待割除钢管桩的顶部和底部缠绕，其余位置固定后，金刚石绳的末端伸入割除组件内；割除：启动割除组件中的驱动机构，带动金刚石绳进行运转，运转中的张拉力和摩擦作用，实现对于待割除钢管桩的割除。
6.作为本发明的进一步改进，所述步骤钢套笼的组装中，具体为，利用卧式建造法，将利用方管卷成若干个圈梁，若干个所述圈梁固定于所述钢套笼内，使其形成笼状结构。
7.作为本发明的进一步改进，还包括加强圈梁的设置，具体为：在钢平台与钢筋笼连接处，沿钢筋笼外部设置若干圈的加强圈梁。
8.作为本发明的进一步改进，还包括导向轮的装配，具体为：沿所述钢套笼的外周，设置若干组的导向轮组，每组导向轮组包括至少两个沿钢套笼横截面周向设置的导向轮。
9.作为本发明的进一步改进，从上至下，至少在待割除钢管桩的两端以及中间位置设置有所述导向轮组，所述金刚石绳于待割除钢管桩的两端缠绕并利用导向轮组固定，金刚石绳于待割除钢管桩的中间位置沿高度方向形成定位，经导向轮组固定定位。
10.作为本发明的进一步改进，所述金刚石绳布设具体为：抽出割除组件内的金刚石绳，使其经顶部圈梁上的导向轮绕顶部圈梁一圈后固定；从顶部圈梁出来的金刚石绳经中间的导向轮引导延伸至底部圈梁上；于底部圈梁上，金刚石绳沿底部圈梁处的导向轮绕底部圈梁一圈后，再次通过中间的导向轮引导至顶部圈梁处；引导至顶部圈梁处的金刚石绳经导向轮后，朝侧部的钢平台延伸至所述各处组件内。
11.作为本发明的进一步改进，利用金刚石绳上的金刚石串珠，形成封闭腔，驱动机构带动封闭腔沿割除点循环割除，直至待割除钢管桩割除完成。
12.另一方面，一种用于如上述的金刚石绳水下割除钢管桩方法的割除系统，包括，钢平台，所述钢平台上形成有工作面，所述工作面上设置有割除组件以及金刚石绳，所述钢平台的最低点高于待割除钢管桩的割除点；所述钢平台靠近待割除钢管桩设置，且与所述待割除钢管桩平行；钢套笼，沿所述钢平台侧部，设置有用于套设待割除钢管桩的钢筋笼；圈梁，沿所述钢套笼内壁，设置若干圈的圈梁，所述圈梁固定设置于所述钢套笼内；所述割除组件包括金刚石绳以及带动金刚石绳运动的驱动机构，所述金刚石绳通过导向轮缠绕于所述待割除钢管桩的割除处，驱动机构带动金刚石绳运动，实现割除。
13.作为本发明的进一步改进，所述导向轮固定于所述圈梁上，从上至下，两端的导向轮用于金刚石绳缠绕后的固定，中间位置的导向轮用于金刚石绳沿待割除钢管桩布设导向中的固定。
14.作为本发明的进一步改进，还包括待割除钢管桩底部的定位组件，所述定位组件形成搁置空间，用于割除初期，待割除钢管桩底部金刚石绳缠绕后的搁置。
附图说明
15.图1为本发明提供的金刚石绳水下割除钢管桩方法的工艺流程图；图2为本发明提供的刚绳水下割除钢管桩系统的结构示意图；图3为本发明提供的刚绳水下割除钢管桩系统的俯视图；图4为本发明提供的刚绳水下割除钢管桩系统的仰视图；图5为本发明提供的刚绳水下割除钢管桩系统的截面图；图中：100、钢平台；110、割除组件；120、金刚石绳；130、驱动机构；200、钢套笼；210、钢管立柱；220、圈梁；230、导向轮；240、定位螺栓；250、锁紧螺栓；270、加强圈梁；280、吊筋；300、待割除钢管桩。
具体实施方式
16.下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、
或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
17.本发明中，主要目的是为避免船载金刚石绳锯割除机随船晃动的难题，将割除机装载系统由船上移至待割桩上，由此形成一体式金刚石绳锯水下割除割桩系统。
18.参照附图1-5所示，本发明中，具体地，一体式金刚石绳锯水下割桩系统由一体式平台（即钢平台100）、绳锯装置组成。一体式平台包括3～6层钢套笼、悬挑的刚平台、导向轮等；绳锯装置由割除机构成的割除组件以及金刚石绳等。
19.具体地，钢平台100，钢平台100设置有割除组件110以及金刚石绳120，割除组件110具体是gd-12型割除机，金刚石绳120利用割除机上的传动组件与割除组件110连接，使得金刚石绳120的两端，一端从割除组件110内出，另一端最终进入割除组件110内。
20.本实施例中，割除组件，具体为gd-12型割除机，金刚石绳串珠规格φ11.5mm，线速度19-21m/s。金刚石绳通过割除机上的主动轮、从动轮等转盘进行缠绕，形成闭合的绳圈，与自行车链条原理一致，只是割除机的转轮多一些。
21.本发明中，割除组件110的工作过程为：启动电动马达构成的驱动机构，通过控制盘调整主动轮提升张力，保证金刚石绳120适当绷紧；供应循环冷却水，再启动另一个电动马达，驱动主动轮带金刚石绳120回转割除。割除过程中必须密切观察机座的稳定性，随时调整导向轮的偏移，以确保割除绳在同一平面内。按此方法和过程直至割除至规定深度。
22.钢套笼200，其包括钢管立柱210，以及位于钢管立柱210内的若干的圈梁220，每个圈梁220外侧设置有导向轮230，所述导向轮230用于金刚石绳的固定和引导；圈梁220，沿所述钢套笼200内壁，设置若干圈的圈梁220，所述圈梁220固定设置于所述钢套笼200内；本实施例中的割除组件110包括金刚石绳120以及带动金刚石绳120运动的驱动机构130，所述金刚石绳120通过导向轮缠绕于所述待割除钢管桩300的割除处，驱动机构130带动金刚石绳120运动，利用金刚石绳120运转中的张拉力和摩擦作用，实现割除。
23.本实施例中，所述导向轮230固定于所述圈梁220上，从上至下，两端的导向轮230用于金刚石绳120缠绕后的固定，中间位置的导向轮230用于金刚石绳120沿待割除钢管桩300布设导向中的固定。本实施例中，金刚石绳部分缠绕在待割除钢管桩上，部分是沿其高度垂直向下，此时为了确保垂直向下中的稳定，尤其是避免割除中的影响，故需要通过导向轮230对其进行固定。
24.本实施例中，具体设置了8个导向轮230，位于顶层的圈梁220设置两处导向轮230，为了确保稳定，还分别在中间位置设置两层圈梁220，每个圈梁220侧部设置两个导向轮230，而底部的圈梁220也设置两处导向轮230，设置时，最底部的导向轮230之间，彼此倾斜设置，此时，斜向设置的目的是为了与绕过待割除钢管桩300的金刚石绳的角度一致。
25.本发明中，导向轮230为金属导向轮，导向轮利用销轴与底座固定，底座焊接固定在圈梁220上。导向轮230中间为凹槽，金刚石绳120置于凹槽中，凹槽实现导向和限位。金刚石绳120缠绕后，应通过割除机的主动轮进行收紧，使金刚石绳紧贴在导向轮上。割除时，金刚石绳做循环往复割除运动，导向轮在金刚石绳运动下可绕销轴转动，同时防止金刚石绳的大幅度颤动造成钢套笼和金刚石绳本身的损伤。
26.进一步地，还包括待割除钢管桩300底部的定位组件，所述定位组件形成搁置空间，用于割除初期，待割除钢管桩300底部金刚石绳120缠绕后的搁置。
27.本实施例中，实际是选用7个锁紧螺栓构成锁紧组件，沿待割除钢管桩300周向设置，装配时，从外侧朝向待割除钢管桩300中心方向拧紧，让螺栓头部顶住割除钢管桩外壁，即完成钢套笼与割除钢管桩的水平向固定。
28.本实施例中，还在待割除钢管桩300顶部增加有锁紧螺栓250，具体设置8个，以实现固定。
29.定位螺栓构成定位组件，其在顶紧钢桩的同时，还具有搁置住绕桩的金刚石绳的作用，即在割除初期，可防止金刚石绳向下滑动而导致割除点不集中。钢套笼在自重作用下挂在桩顶上（桩顶有吊筋系统）。
30.装配时，定位螺栓只有一根，锁紧螺栓有7根。定位螺栓可搁置住绕桩的金刚石绳的作用，即在割除初期，可防止金刚石绳向下滑动而导致割除点不集中。
31.本实施例中，钢套笼200采用卧式建造法装配，具体为将钢管立柱卧倒放置，然后若干个圈梁均匀设置于所述钢管立柱内，并通过固定组件，将圈梁进行固定。
32.本发明中的施工过程如下：主要施工工艺首先，一体式钢平台制作根据待割除钢管桩300的直径，进行一体式钢平台设计，按照钢套笼200上的圈梁220内径以比待割除钢管桩300直径大150mm～200mm为原则进行控制；一体式钢平台由钢套笼200和钢平台100组成，其中钢套笼200有底层的圈梁、中层的圈梁、顶层的圈梁、钢管立柱、加强圈梁270、锁紧螺栓250、定位螺栓240、吊筋280组成；钢平台100由横梁、纵梁、斜撑梁、面板、设备台座等组成。
33.一体式钢平台高度根据钢桩割除点的位置进行确定，并确保平台顶高出设计高水位1.5m，即钢平台100的最低点，高处水位1.5mm，使得割除中产生的热量能够存于水中，减少散热。
34.钢平台100侧部的钢套笼200采用卧式建造法进行建造。即将钢管立柱210侧卧放置，然后将若干个圈梁220固定于钢管立柱210内，实现装配；具体地，利用200mmx200mmx14mm方管卷成圈梁220，其中底层和顶层的圈梁220分别设置8个内螺纹螺栓孔；将底、中、顶层圈梁和加强圈梁在建造台座上竖起并临时点焊固定；将φ180mm钢管立柱焊接至圈梁之间，形成笼体结构；将导向轮230焊接在圈梁220上。
35.本实施例中，将横梁、纵梁、斜撑梁型钢和面板（δ20mm钢板）按设计图纸焊接形成钢平台，将设备台座焊接固定在钢平台顶面。
36.将钢套笼200顶朝下竖起在拼装台座上，将钢平台底朝上对接焊至钢套笼上；最后进行防腐处理；将钢平台翻转，使得顶朝上；将吊筋焊接在圈梁上，纵向2根吊筋，横向2根吊筋，纵、横向吊筋正交叠合布置；然后将一体式钢平台移至存放区竖向放置，并完成临时加固，至此完成了一体式钢平台的制作。
37.一体式钢平台运输在起重船甲板上设置运输台座，运输台座与甲板焊接固定。利用起重船将一体式钢平台吊至运输台座上，通过底部限位装置完成钢平台的临时固定，然后利用斜拉索（φ20mm钢丝绳）沿纵横共4个方向进行牵引加固。一体化平台由起重船运输至施工现场。
38.一体式钢平台安装
起重船完成抛锚就位后，一体化平台顶部圈梁上设置吊装钢丝绳，共4个吊点，对称布置。主钩挂上钢丝绳后，将一体化平台与运输台座之间的限位装置割除，解除斜拉索，主钩将平台吊起并自上而下套入待割钢管桩，直至吊筋搁置在桩顶。本实施例中，增加的斜拉索是海上运输过程中的临时加固措施，防止运输船晃动导致钢平台倒了。
39.本实施例中，在完成顶部圈梁的锁紧螺栓的紧固工作，然后潜水员完成底部圈梁的锁紧螺栓和定位螺栓的固定。
40.将金刚石绳链自割除机“绳链出口”牵引至顶部圈梁的1#导向轮，潜水员引导绳链绕过1#导向轮（位于顶部圈梁处）后垂直向下穿过中层圈梁上的2#、3#导向轮（位于中间的圈梁处），到达底部圈梁4#导向轮，穿过4#导向轮后，沿顺时针绕待割除钢管桩一周，然后穿过底部圈梁上的5#导向轮，由此完成割桩绳链的缠绕；绳链应置于定位螺栓的上方，确保割除点位置准确；位于底部圈梁处的4#、5#导向轮安装水平夹角为43
°‑
46
°
，间距控制在400mm-600mm之间，进而使得形成倾斜导向，使得绕过待割除钢管桩的金刚石绳沿这一倾斜方向缠绕朝上设置。
41.绳链穿过5#导向轮后垂直向上引出水面，上引时依次穿过中层圈梁的6#、7#导向轮；到达顶层圈梁后，绕过顶层圈梁上的8#导向轮，绳链转向为水平布置，穿入割除机“绳链进口”，最后绳链在割除机模架内完成连接。
42.割除割除前，应提前在钢管桩顶焊接吊耳或开吊装孔，吊耳或吊装孔应对称布置，根据桩重选择2点吊或4点吊工艺。
43.启动割除机，通过液压马达高速驱动金刚石绳链，金刚石绳链开始绕着钢管桩循环运转，在一定张拉力作用下，高速割除钢管桩，产生的磨屑和热量由海水和冷却水带走。
44.本发明中，具体地，于水域内，利用金刚石绳上的金刚石串珠，形成封闭腔，驱动机构带动封闭腔沿割除点循环割除，直至待割除钢管桩割除完成。
45.本发明中，在高强度金属绳上凝结有金刚石串珠。利用串珠的摩擦来割除。金刚石绳的长度和张紧程度通过割除机的主动轮进行调整。金刚石绳绕钢管桩割除点的直径方向绕一周，金刚石绳形成封闭绳圈，循环运动（与自行车链条相似），割除钢管桩。相比于传统的切割方式，本发明巧妙利用链条循环工作以及金刚石硬度摩擦割除的原理，在反复多次的摩擦中，使得较粗的待割除钢管桩最终被割除，同时，本发明配合钢套笼，避免待割除钢管桩割除中的晃动等，确保安全施工。
46.当沿直径方向割除至待割除钢管桩横断面剩余400mm-500mm时，关闭割除机，潜水员配合拆除绳链，松开定位螺栓和锁紧螺栓；然后整体拆除一体式平台（含割除机），将其安装至第二根待割钢管桩上，起重船摘钩后，随即进行已割桩的吊装拆除。割除中，具体待割除钢管桩的割除长度可以通过金刚石绳收紧的长度来计算割除深度。
47.系好钢管桩吊耳或吊孔处的钢丝绳和卸扣，起重船大钩挂住钢丝绳，缓慢提升大钩，收紧钢丝绳后，确认钢管桩的位移情况；钢管桩出现明显位移时，可通过起吊、复位的反复操作，将钢管桩割除部位的剩余连接部分折断，然后将钢管桩吊至运输船上存放。
48.然后按上述工艺拆除后续钢管桩。
49.本发明的效果如下：（1）本发明利用一体化平台进行桩基拆除，使得整个的待割除钢管桩位于钢套笼
内，鸡儿有效避免了船舶晃动对割桩作业的不利影响，减少了断绳风险，提供了作业工效和安全性。
50.（2）该技术，可以通过调整钢套笼等，进而可割除不同桩径的钢管桩、混凝土桩，割除作业深度不受限制，操作简便，适用性广。
51.（3）该技术为线性割除工艺，即如何实现线性割除，比如说是一点点的沿横截面进行割除等，进而施工过程中产生的污染物非常少，属于环境友好型技术，推广价值高。本发明中，割除初期有底部定位螺栓引导金刚石绳进行定点位置割除。割进桩体后因金刚石绳始终处于收紧状态，则只能沿直径的水平向割进。
52.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
53.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
54.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。