一种水上浮箱平台旋挖钻引孔设备及施工方法

技术领域

本实发明涉及水面上钻孔施工技术领域，尤其涉及一种水上浮箱平台旋挖钻引孔设备及施工方法。

背景技术

随着我国交通事业的飞速发展，跨江、跨河大桥的建设规模不断扩大，钢栈桥作为水上施工最常见的施工通道，在跨江、跨河大桥中广泛应用。水上钢栈桥一般采用钢管桩基础，钢管桩的施工方法一般是岸侧搭设栈桥至需要冲击成孔段，悬挑出一跨，使用冲击钻引孔(俗称钓鱼法)。该方法引孔速度较慢，且冲击钻悬挑状态工作时稳定性较差，容易导致冲击钻失稳倾覆，施工安全难以保障。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，研制一种水上浮箱平台旋挖钻引孔设备及施工方法，可以极大的保障施工安全，解决了钢管桩施工作业面受限的问题，提高水上钢管桩的施工效率。

本发明解决技术问题的技术方案为：一种水上浮箱平台旋挖钻引孔设备，包括浮箱、船舶和锚固装置，所述浮箱和船舶位于水面上，浮箱水平投影为一个突出于船舶的长方形，所述浮箱上布置有旋挖钻，所述旋挖钻位于靠近船舶尾部一侧浮箱上表面中间处，所述浮箱与船舶之间为固定或可拆卸连接；所述锚固装置分别安装在浮箱和船舶上，所述锚固装置能够将浮箱和船舶固定在水面施工作业部位，所述浮箱上安装有导向装置，所述导向装置与浮箱之间为固定或可拆卸连接。

作为优选，所述锚固装置包括浮箱锚固桩、液压千斤顶、卷扬机和锚索，所述浮箱在宽度方向的两侧有开口，开口处设置有定位圈；所述浮箱锚固桩上沿纵向间隔开设有定位孔，定位孔上插接有插销；每个所述定位圈下表面分别均衡安装有两个液压千斤顶，所述液压千斤顶的输出端与定位圈固定连接，另一端竖直安装在浮箱上，所述浮箱锚固桩穿过定位圈后从浮箱底部开口穿出并锚固在水底；所述卷扬机在浮箱和船舶一体化平台的四角各安装一个，所述锚索安装在卷扬机上，靠近船舶头部一侧的两根锚索上安装有锚头。

作为优选，所述导向装置为双层导向架，所述双层导向架与浮箱之间为固定连接，所述双层导向架焊接在旋挖钻处浮箱侧面；所述双层导向架包括上层导向架、下层导向架和导向块，所述双层导向架内部还点焊安装有钢护筒，所述钢护筒通过牛腿点焊安装；所述导向块在上层导向架和下层导向架上方均衡焊接多个。

作为优选，所述浮箱与船舶之间通过多条槽钢连接组成一体化平台，每条槽钢两端分别与浮箱、船舶焊接。

作为优选，所述浮箱包含十二个隔仓，沿船舶长度方向设置四排，宽度方向设置三排；所述浮箱的隔仓沿船舶长度方向排列焊接；所述浮箱靠近船舶头部一侧顶部设置有注排水口。

作为优选，所述浮箱中心位置布置有钻渣收集箱。

一种水上浮箱平台旋挖钻引孔施工方法，使用所述的一种水上浮箱平台旋挖钻引孔设备进行引孔施工作业，包括以下步骤：

步骤一：多个浮箱的隔仓运至现场后进行焊接，使多个隔仓连接成为一个整体的浮箱平台，将浮箱与船舶焊接作为旋挖钻的水上引孔施工平台；

步骤二：船舶行驶至预定地点后，将浮箱锚固桩穿过定位圈并且下端放入水底，在浮箱锚固桩处于浮箱上方的定位孔中插入插销；液压千斤顶向下拉动定位圈，定位圈下表面与插销接触；然后采用液压千斤顶对浮箱锚固桩向下挤压、分级加载，直至浮箱锚固桩下端锚入水底；同时，在靠近船舶头部一侧，向水中抛出两根锚索，通过卷扬机拉拽锚索，使锚头与河床底部岩层紧固锚接；在靠近船舶尾部一侧，将两根锚索锚在附近已插打钢管桩上，并配合人工测量，使设备精确就位；

完成精确定位后，旋挖钻移动至相应工作区域，通过向注排水口中灌水及液压千斤顶将浮箱锚固桩下端锚入水底，保证浮箱平台平衡；待沉降稳定后，再次收紧锚索，对浮箱和船舶一体化平台进行固定；

步骤三：测量人员根据交桩坐标采用全站仪确定出钢管桩的中心点位置，采用双层导向架作为钢管桩定位导向，双层导向架安装必须牢固可靠；旋挖钻就位后，下放钢护筒，并用牛腿点焊临时安装在双层导向架上；

步骤四：桩孔施工前由测量人员测量出浮箱和船舶一体化平台标高，转换为孔位标高，计算出钻杆长度，调整钻杆垂直度，进行钻孔作业；钻渣卸于钻渣收集箱中，通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土反复循环直至成孔，引孔过程中加强复测，避免出现超深或者欠钻的情况；

步骤五：当旋挖钻钻至岩面以下五米，经验收合格后，在钢护筒内安装导管，灌注混凝土；采用钢管运输吊装船作为汽车吊停放平台，混凝土罐车通过混凝土运输船运输至平台附近，通过汽车吊采用料斗将混凝土吊运至钢护筒处通过导管进行灌注；

混凝土浇筑完成后，采用汽车吊将钢管吊放至已浇筑混凝土的钢护筒内，利用旋挖钻动力头将钢管压入护筒混凝土内，再将钢护筒与双层导向架上的点焊分离，利用旋挖钻动力头将钢护筒旋转提升至孔外；旋挖钻引孔作业完成后，浮箱锚固桩固定不动，待旋挖钻行驶至浮箱靠近中心位置后，拔出浮箱锚固桩，再移至下一桩位重复上述操作进行作业。

作为优选，所述步骤一中将浮箱和船舶焊接中，相邻两槽钢之间焊接间距100cm，槽钢与船舶及浮箱的焊缝长度各为30cm，所述槽钢与船舶及浮箱接触面应全部满焊。

作为优选，所述步骤四中进行钻孔作业时先用低档慢速钻进，钻进深度达到1m后再调为正常速度；所述旋挖钻采用筒式钻头，长度为1.8m。

作为优选，所述步骤二中浮箱锚固桩插入到水底后将插销插入定位圈下方的定位孔中，液压千斤顶向下加载，拉动定位圈带动插销和浮箱锚固桩向下运动，到达液压千斤顶长度极限后，将插销拔出，重新插入定位圈下方的定位孔中，重复此操作对浮箱锚固桩进行分级加载；

所述步骤五中上提浮箱锚固桩时，将插销插入定位圈上方的定位孔中，液压千斤顶向上加载，拉动定位圈向上运动，定位圈拉动插销带动浮箱锚固桩向上运动，浮箱锚固桩底部离开水底一段距离后，浮箱和船舶一体化平台驶向下一桩位

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案具有如下优点或有益效果：

采用浮箱和船舶一体化平台作为旋挖钻引孔施工平台，解决了钢管桩施工作业面受限的问题，采用旋挖钻可以提高引孔施工效率；

通过采用浮箱分仓加水可以保证浮箱和船舶一体化平台在一侧布置旋挖钻后能够将平台调平，保证了平台的平稳性，减少了钻孔过程中发生桩位偏移的现象；

通过液压千斤顶配合定位圈、插销、浮箱锚固桩上的定位孔，实现对浮箱锚固桩的反向加载技术，能够使浮箱和船舶一体化平台更加稳定，保障了在深水区、高流速水域施工平台的稳定性；

采用双层导向架护桩施工技术，确保了钢护筒垂直度满足要求，减少了钢护筒在施工过程中发生偏移的情况，实现了钢管桩的精准定位；

利用旋挖钻动力将钢管桩压入并利用旋挖钻动力将钢护筒提升，可以减少施工过程中机械设备的投入，提高施工效率，降低了成本。

附图说明

图1为本发明的俯视图；

图2为双层导向架俯视图；

图3为双层导向架主视图；

图4为施工过程中设备位置与锚索锚固位置图；

图5为浮箱和船舶一体化平台与钢管运输船和混凝土运输船的位置关系图；

图6为图4中A区域的局部放大图一(液压千斤顶向下加载)；

图7为浮箱拼接大样图；

图8为图4中A区域的局部放大图二(液压千斤顶向上加载)。

附图标记说明：1、浮箱；11、浮箱锚固桩；12、液压千斤顶；13、注排水口；14、定位圈；15、定位孔；16、插销；

2、旋挖钻；

3、船舶；31、钻渣收集箱；

4、槽钢；

5、双层导向架；51、导向块；52、钢护筒；53、上层导向架；54、下层导向架；

6、卷扬机；

7、锚索；71、锚头；

8、已插打钢管桩；9、水底；

10、钢管运输吊装船；101、汽车吊；102、混凝土运输船。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

实施例1

参见图1至图8，一种水上浮箱平台旋挖钻引孔设备，包括浮箱1、船舶3、锚固装置，浮箱1和船舶3位于水面上，浮箱1水平投影为一个突出于船舶3的长方形，浮箱1上布置有旋挖钻2，旋挖钻2位于靠近船舶3尾部一侧浮箱1上表面中间处，浮箱1与船舶3之间为固定或可拆卸连接；锚固装置分别安装在浮箱1和船舶3上，锚固装置能够将浮箱1和船舶3固定在水面施工作业部位，浮箱1上安装有导向装置，导向装置与浮箱1之间为固定或可拆卸连接。

如图1和图4所示，锚固装置包括浮箱锚固桩11、液压千斤顶12、定位圈14、卷扬机6、锚索7，浮箱1在宽度方向的两侧有开口，开口处设置有定位圈14，浮箱锚固桩11上沿纵向间隔开设有定位孔15，定位孔15上插接有插销16。每个定位圈14下表面分别均衡安装有两个液压千斤顶12，液压千斤顶12的输出端与定位圈14固定连接，另一端竖直安装在浮箱1上，浮箱锚固桩11穿过定位圈14后从浮箱1底部开口穿出并锚固在水面下。

卷扬机6在浮箱1和船舶3一体化平台的四角各安装一个，锚索7安装在卷扬机6上，靠近船舶3头部一侧的两根锚索7上安装有锚头71。

如图2-图4所示，导向装置为双层导向架5，双层导向架5与浮箱1之间为固定连接，双层导向架5焊接在旋挖钻2处浮箱1侧面。双层导向架5包括上层导向架53、下层导向架54、导向块51，双层导向架5内部还点焊安装有钢护筒52，钢护筒52通过牛腿点焊安装；导向块51在上层导向架53和下层导向架54上方均衡焊接多个，导向块51在双层导向架5内净空一侧伸出的距离要保证双层导向架5内净空直径比钢护筒52外径大3cm。

如图1所示，浮箱1为200t级浮箱，船舶3为300t级船舶；浮箱1与船舶3之间为固定连接组成一体化平台，通过槽钢4焊接进行连接。

如图1和图7所示，浮箱1包含十二个隔仓，十二个隔仓沿船舶3长度方向设置四排，宽度方向设置三排，远离船舶3和靠近船舶3的两排隔仓尺寸为7×3×1.8m，中间一排隔仓尺寸为7×4×1.8m，浮箱1隔仓以长度方向排列焊接；浮箱1靠近船舶3头部一侧顶部设置有注排水口13。

如图1和图4所示，浮箱1中心位置布置有钻渣收集箱31。

一种水上浮箱平台旋挖钻引孔施工方法，使用的一种水上浮箱平台旋挖钻引孔设备进行引孔施工作业，包括以下步骤：

步骤一：多个浮箱1的隔仓运至现场后进行焊接，使隔仓连接成为一个整体的浮箱1平台，将200t级浮箱1与300t级船舶3焊接作为旋挖钻2的水上引孔施工平台；浮箱1长宽高尺寸为28×10×1.8m，船舶3长宽高尺寸为39.38×7.5×2m，加工后浮箱1和船舶3一体化平台结构尺寸为28×18.7m。

多个浮箱1的隔仓经轮渡运至现场后，对浮箱1隔仓进行焊接，使隔仓连接成为一个整体的浮箱1平台，一共分为12个隔仓，浮箱1与船舶3之间采用14号槽钢4焊接成整体，相邻两槽钢4焊接间距100cm，槽钢4与船舶1及浮箱1的焊缝长度各为30cm，槽钢4与船舶3及浮箱1接触面应全部满焊。

步骤二：船舶3行驶至预定地点后，将浮箱锚固桩11穿过定位圈14并且下端放入水底9，采用液压千斤顶12向下挤压使浮箱锚固桩11锚固在岩层上，如图6所示，同时，在靠近船舶3头部一侧，向水中以倒“八”字形抛出两根锚索7，通过卷扬机6拉拽锚索7，使锚头71与河床底部岩层紧固锚接；在靠近船舶3尾部一侧，将两根锚索7锚在附近已插打钢管桩8上，并配合人工测量，使设备精确就位。

完成精确定位后，旋挖钻2移动至相应工作区域，根据旋挖钻2的站位地点、风浪高度产生的吃水深度，通过向注排水口13中灌水及采用液压千斤顶12对浮箱锚固桩11高度调整，保证浮箱1平台平衡；通过液压千斤顶12再对浮箱锚固桩11分级加载反顶浮箱1，待沉降稳定后，再次收紧锚索7，对浮箱1和船舶3一体化平台进行固定。

步骤三：测量人员根据交桩坐标采用全站仪确定出钢管桩的中心点位置，采用双层导向架5作为钢管桩定位导向，双层导向架5焊接在旋挖钻2处浮箱1侧面，双层导向架5安装必须牢固可靠，导向块51在双层导向架5内净空一侧伸出的距离要保证双层导向架5内净空直径比钢护筒52外径大3cm，以保证钢护筒52能顺当进入双层导向架5。

旋挖钻2就位后，下放钢护筒52，并用牛腿点焊临时安装在浮箱1作业平台侧面的双层导向架5上。

步骤四：桩孔施工前由测量人员测量出浮箱1和船舶3一体化平台标高，转换为孔位标高及钻杆长度，调整钻杆垂直度，进行钻孔作业，旋挖钻2采用筒式钻头。

当钻头到达预定深度后，旋转钻施加压力，将岩石挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗，将钻渣卸于钻渣收集箱31中，通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土反复循环直至成孔。

引孔过程中加强复测，避免出现超深或者欠钻的情况。

步骤五：如图5所示，当旋挖钻2钻至岩面以下五米，经验收合格后，在钢护筒52内安装导管，灌注混凝土；采用钢管运输吊装船10作为汽车吊101停放平台，混凝土罐车通过混凝土运输船102)运输至平台附近，通过汽车吊101采用料斗将混凝土吊运至钢护筒52处通过导管进行灌注。

混凝土浇筑完成后，采用汽车吊101将钢管吊放至已浇筑混凝土的钢护筒52内，利用旋挖钻2动力头将钢管压入护筒混凝土内，再将钢护筒52与双层导向架5上的点焊分离，利用旋挖钻2动力头将钢护筒52旋转提升至孔外；旋挖钻2引孔作业完成后，浮箱锚固桩11固定不动，待旋挖钻2行驶至浮箱1靠近中心位置后，拔出浮箱锚固桩11，再移至下一桩位重复上述操作进行作业。

步骤一中将浮箱1和船舶3焊接具体操作为：相邻两槽钢4之间焊接间距100cm，槽钢4与船舶3及浮箱1的焊缝长度各为30cm，槽钢4与船舶3及浮箱1接触面应全部满焊，槽钢4采用14号槽钢。

步骤四中进行钻孔作业时先用低档慢速钻进，钻进深度达到1m后再调为正常速度；旋挖钻2采用筒式钻头，长度为1.8m。

步骤二中采用液压千斤顶12对浮箱锚固桩11向下挤压分级加载的具体操作方式为：浮箱锚固桩11插入到水底9后将插销16插入定位圈14下方的定位孔15中，液压千斤顶12向下加载，拉动定位圈14带动插销16和浮箱锚固桩11向下运动，到达液压千斤顶12长度极限后，将插销16拔出，重新插入适当位置的定位孔15，重复此操作对浮箱锚固桩11进行分级加载；

如图8所示，步骤五中上提浮箱锚固桩11的具体操作方式为：将插销16插入定位圈14上方的定位孔中15，液压千斤顶12向上加载，拉动定位圈14向上运动，定位圈14拉动插销16带动浮箱锚固桩11向上运动，浮箱锚固桩11底部离开水底9一段距离后，浮箱1和船舶3一体化平台驶向下一桩位。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。