CN113802578B - 快速安装型矩形桩孔装配式护壁及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速安装型矩形桩孔装配式护壁及其安装方法，至少包括第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体，两块第一类L形壁状结构体和两块第二类L形壁状结构体相互交错拼接围合为一个矩形截面的护壁构件支护节段；第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体间通过预置连接件横向整体性连接与加固。通过吊运拼装第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体形成支护节段，逐层增加支护节段直至到达设计孔深。支护结构简单且能有效及时发挥作用，同时可以边支护边开挖，不同于传统现浇混凝土结构因需等待强度提升而长时间停止掘进作业，施工效率高；拼装结构简单，劳动强度和施工危险性都得到大力改善。

Description

快速安装型矩形桩孔装配式护壁及其安装方法

技术领域

本发明属于地下工程施工技术领域，具体涉及一种快速安装型矩形桩孔装配式护壁及其安装方法。

背景技术

矩形灌注桩（抗滑桩）作为以承受水平荷载为主的构筑物，被广泛的应用于公路、铁路、库岸整治及地质灾害治理等工程建设领域中，用以加固稳定坡体，是一种抗滑处理的主要措施，尤其在关系地质灾害防治工程中占有重要地位。形成符合设计要求且稳定的矩形桩孔是完成矩形灌注桩施工的关键前提。目前，矩形灌注桩多采用人工挖孔，常规采取现浇钢筋混凝土护壁结构支护孔壁，以到达孔壁稳定及控制变形的目的。现浇钢筋混凝土护壁存在如下弊端：①人员在井底作业，施工作业环境恶劣，劳动强度大、危险性极高；②需要现场绑扎钢筋、支模、灌注混凝土、养护、拆模等，工序多，耗时长；③现浇混凝土结构强度提升需要一定的时间，使支护结构不能有效及时发挥作用，不利于发挥围岩自稳特性，井壁变形大；④需等待护壁混凝土达到强度后方可继续开挖，施工效率低。

针对上诉问题，现有技术的解决方法有预制拼装式钢护壁结构、预制拼装混凝土护壁等，但均需采用人工进行安装作业，包括护壁就位、预制块间的连接、现浇混凝土、锚杆固定等，施工效率相对现浇混凝土护壁高，但依然存在人工作业强度大、预制块间连接工序繁琐等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种快速安装型矩形桩孔装配式护壁及其安装方法，解决矩形桩孔机械化快速孔壁支护问题。支护结构简单且能有效及时发挥作用，同时可以边支护边开挖，不同于传统现浇混凝土结构因需等待强度提升而长时间停止掘进作业，施工效率高； 拼装结构简单，劳动强度和施工危险性都得到大力改善。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种快速安装型矩形桩孔装配式护壁，其特征在于：至少包括第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体，两块第一类L形壁状结构体和两块第二类L形壁状结构体相互交错拼接围合为一个矩形截面的护壁构件支护节段；第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体间通过预置连接件横向整体性连接与加固。

上述技术方案中，一个矩形桩孔的完整孔壁支护结构由若干个支护节段竖向逐层叠加构成，上下相邻节段间的L形壁状结构体通过连接扣件连接。

上述技术方案中， L形壁状结构体的顶面和底面均为向下倾斜一定角度的斜顶面和斜底面，斜顶面和斜底面倾斜方向一致，倾斜角度相等；在所述斜顶面上设置有挂钩状的上扣连接结构，所述上扣连接结构的开口向下；在所述斜底面上设置有与所述上挂钩形扣件相匹配的下扣连接结构，所述下扣连接结构的开口向上；上下相邻的L形壁状结构体通过所述上扣连接结构和所述下扣连接结构的扣合，实现L形壁状结构体间的竖向连接。

上述技术方案中，第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体均呈现一定厚度和高度的壁状结构，各L形壁状结构体的围合内侧面上设置多个水平凹槽，所述水平凹槽的深度小于各L形壁状结构体的厚度，长度小于所述L形壁状结构体各边的长度；相邻的水平凹槽形成肋板构造，肋板构造与L形壁状结构体外侧背板构成多个连续连接的T形受力结构。

上述技术方案中，两类L形壁状结构体呈镜像构造，各L形壁状结构体的两端均为倾斜设定角度且与另一类L形壁状结构体的相邻端配合的斜端面，第一类L形壁状结构体的斜端面处设置有多个连接螺纹孔，所述连接螺纹孔与所述水平凹槽分布一致，用于连接预置连接件；第二类L形壁状结构体的斜端面处设置有多个连接螺栓孔，各连接螺栓孔与第一类L形壁状结构体的连接螺纹孔相对应。

上述技术方案中，第一类L形壁状结构体的两端均为向内倾斜的内倾斜端面，第二类L形壁状结构体的两端均为向外倾斜且与所述内倾斜端面配合的外倾斜端面。

上述技术方案中，预置连接件为预先放置于第二类L形壁状结构的连接螺栓孔中的预置连接螺栓，所述预置连接螺栓与第一类L形壁状结构体的连接螺纹孔构成匹配的螺栓副。

上述技术方案中，所述水平凹槽的底板处设置多个贯穿L形壁状结构体外侧背板的通孔。

上述技术方案中，第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体按布设位置分为长边与短边，各长边与短边的尺寸分别按矩形孔的长度和宽度的一半确定。

上述技术方案中，在各L形壁状结构体的直角立柱构造处，分别沿长边和短边的水平凹槽间隔地设置有预留锚杆加固孔，以分别沿长边和短边方向增设加固锚杆。

同时，本发明还公开了一种快速安装型矩形桩孔装配式护壁的安装方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：现浇施作桩孔的矩形锁口，锁口下端预埋与装配式护壁块相匹配的下扣件连接构件；

步骤二：向下开挖矩形孔，当开挖深度超过装配式护壁的一个支护节段高度后，停止继续开挖矩形孔；

步骤三：吊运第一块第一类L形壁状结构体至孔底，将第一块第一类L形壁状结构体沿与斜顶面角度一致的下倾方向同步水平顶推，准确安置到矩形孔的一个角，并使上扣连接结构与上节段的下扣连接结构扣合，受上下扣连接结构的导向和限位作用，在自重作用下即可完成准确的对接拼装；

步骤四：吊运第二块第一类L形壁状结构体至孔底，放置于步骤三安装的第一块第一类L形壁状结构体的对角，采用与步骤三相对的拼装工艺将第二块第一类L形壁状结构体准确就位；

步骤五：吊运第一块第二类L形壁状结构体至孔底，采用与步骤三相同的拼装工艺将第一块第二类L形壁状结构体拼装到两块第一类L形壁状结构体中间的位置；并通过液压扳手装置将预置连接件与相邻的第一类L形壁状结构体的连接螺纹孔连接、拧紧，使第二类L形壁状结构体与相邻的第一类L形壁状结构体形成整体受力结构；

步骤六：吊运第二块第二类L形壁状结构体至孔底，采用与步骤五相同的拼装工艺将第二块第二类L形壁状结构体拼装到剩余的矩形角点处，完成一个支护节段的装配式护壁拼装；

步骤七：重复上述步骤二和六，直至到达设计孔深。

采取上述技术方案后，本发明的一种快速安装型矩形桩孔装配式护壁及其安装方法具有如下效果：

1)能够实现孔壁稳定支护结构的工业化生产与自动化安装，装配化、轻量化与标准化是本发明的装配式护壁的三个主要特点。在保证施工效率与施工质量的同时，通过优化受力结构实现构件轻量化，降低了材料资源消耗，节约了施工成本；也便于工厂标准化生产制作，通用性强，标准化程度高。

2)能够适用于孔底专用护壁安装机械的拼装需求，实现孔内机械化快速安装，无需人员在井底作业，大大降低了人员劳动强度，提高了施工效率，同时施工安全性得到极大的改善，促进了施工文明程度的进步。

3)能够实现及时有效支护，解决了传统现浇混凝土凝固期间因强度不足而导致孔壁变形大的问题，有效及时支护有利于发挥围岩自稳特性，井壁变形小，稳定性好。

4)本发明的装配式护壁结构可以通过镂空式设计，增强桩基侧摩阻力。灌注混凝土桩身时，桩身四周混凝土通过镂空式通孔与岩土层直接接触，成桩后桩身四周为凸起齿状构造，大大增加了桩身与岩土层的接触面积，改善桩基竖向承载能力。

5)本发明的装配式护壁结构能够适用于多种材料预制生产，至少包括钢结构、普通混凝土结构、预应力混凝土结构及其他轻质高强度新材料等，灵活、实用。

附图说明

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

图1是本发明实施例提供的快速安装型矩形桩孔装配式护壁拼装后的三维效果图；

图2是本发明实施例提供的A型护壁块、B型护壁块三维结构示意图；

图3是本发明实施例提供的上下相邻节段护壁块竖向连接结构示意图；

图4是本发明实施例提供的装配式护壁安装方法流程图。

图5为本发明实施例提供的装配式护壁拼装固定装置和护壁构件供给系统结构示意图（剖视图）。

图6为本发明实施例提供的装配式护壁拼装固定装置和护壁构件供给系统结构示意图。

图中各附图标记对应如下：

1-A型护壁块、2-B型护壁块、3-预置连接螺栓、4-支护节段；

101-A型护壁块L形壁状结构体、102-水平凹槽、103-通孔、104-连接螺纹孔、105-斜顶面、106-上扣连接结构、107-斜底面、108-下扣连接结构、109-内倾斜端面、110-预留锚杆孔；

201-B型护壁块L形壁状结构体、202- B型护壁块水平凹槽、203-B型护壁块通孔、204-连接螺栓孔、205-B型护壁块斜顶面、206-B型护壁块上扣连接结构、207-B型护壁块斜底面、208-B型护壁块下扣连接结构、209-外倾斜端面、210-B型护壁块预留锚杆孔。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的技术方案进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-4所示，本发明公开了一种快速安装型矩形桩孔装配式护壁，至少包括A型护壁块1、B型护壁块2及预置连接螺栓3。如图2和4，一个完整的矩形截面护壁结构由两块所述A型护壁块1与两块所述B型护壁块2交错拼装而成，护壁块间利用所述预置连接螺栓3实现横向整体性连接与加固，进而构成矩形护壁支护结构的一个支护节段4。一个矩形桩孔的完整孔壁支护结构由若干个支护节段4构成。如图3所示，上下支护节段4间的护壁块通过连接扣件（上扣连接结构106/206和下扣连接结构108/208）连接。

如图1-4所示，所述A型护壁块1为横截面呈“L”形且具有一定厚度和高度的L形壁状结构体101，其厚度可由孔壁侧向水土压力经计算确定，高度为每个支护节段的竖向高度（一般可取1米左右，根据需要设定），A型护壁块1沿矩形长边与矩形短边的尺寸分别按矩形孔的长度和宽度的一半确定。其特征在于：L形壁状结构体101L形壁状结构体的内侧设置多个水平凹槽102，所述水平凹槽102的深度小于所述L形壁状结构体的厚度，长度小于L形壁状结构体101L形壁状结构体101各边的长度。相邻的水平凹槽102形成肋板构造，与所述L形壁状结构体101外侧背板构成多个连续连接的“T”形受力结构。为减轻护壁块的重量，可在所述水平凹槽102的底板处设置多个通孔103，兼做地下水排泄通道。所述L形壁状结构体101的顶面和底面均为为向下倾斜一定角度的斜面，形成斜顶面105和斜底面107，斜顶面105和斜底面107倾斜方向一致，倾斜角度相等（本实施例优选6-45度）。在所述斜顶面105上设置有挂钩状的上扣连接结构106，所述上扣连接结构106的开口向下倾斜扣合或者横截面呈现开口向下的挂钩状，倾斜方向与所述斜顶面105倾斜方向一致；在所述斜底面107上设置有与所述上扣连接结构106相匹配的下扣连接结构108，所述下扣连接结构108的开口向上倾斜扣合或者横截面呈现开口向上的挂钩状，倾斜方向与所述斜底面107倾斜方向一致。上下相邻节段间的护壁块通过所述上扣连接结构106和所述下扣连接结构108的扣合，实现所述护壁块间的竖向连接。所述L形壁状结构体101的水平两端均为向内倾斜一定角度的内倾斜端面109（本实施例优选45度左右，除非长边与短边的壁厚不相等，其值由长边与短边的壁厚决定。

），所述内倾斜端面109处设置有多个连接螺纹孔104，所述连接螺纹孔104与所述水平凹槽102分布一致，以便于螺杆或螺栓件从水平凹槽102伸入连接螺纹孔104而固定。在所述L形壁状结构体的直角立柱构造处，分别沿长边和短边的水平凹槽间隔地设置预留锚杆加固孔110，以分别沿长边和短边方向增设加固锚杆。

如图1-4，所述B型护壁块2总体上与所述A型护壁块1呈镜像构造，包括B型护壁块L形壁状结构体201、B型护壁块水平凹槽202、B型护壁块通孔203、B型护壁块斜顶面205和斜底面207、B型护壁块上扣连接结构206和下扣连接结构208、B型护壁块预留锚杆加固孔210其不同的特征在于：所述B型护壁块2的L形壁状结构体201的两端均为向外倾斜一定角度的外倾斜端面209，本实施例优选与上面一致的外倾斜45度角的外倾斜端面，所述外倾斜端面209处设置有多个与所述A型护壁块1的连接螺纹孔104相对应的连接螺栓孔204。

所述预置连接螺栓3为预先放置于所述B型护壁块2中连接螺栓孔204内的螺栓，所述预置连接螺栓3与所述A型护壁块1的连接螺纹孔104构成匹配的螺栓副。

同时，本发明还公开了一种快速安装型矩形桩孔装配式护壁的安装方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：如图5所示，在地表8上现浇施作形成的矩形锁口5，锁口下端预埋与装配式护壁各护壁块相匹配的下扣件连接构件6，形状可以与下扣连接结构108/208类似，分别用于固定第一层支护节段4各护壁块的上扣连接结构106/206。

步骤二：向下开挖矩形孔，当开挖深度超过一个支护节段4的装配式护壁高度后，停止继续开挖桩孔。

步骤三：如图4的第一进程图，吊运第一块A型护壁块1至孔底，利用孔底机械手或人工夹持住该护壁块，定位后，将A型护壁块1沿与孔壁45度角的水平方向和与沿护壁块斜顶面角度一致的下倾方向同步顶推，通过合力将A型护壁块1准确安置到矩形孔的一个角，并使上扣连接结构106与上节段的下扣连接结构108扣合，受“L”形上下扣连接结构108的导向和限位作用，在自重作用下即可完成准确的对接拼装。

步骤四：如图4的第一进程图，吊运第二块A型护壁块1至孔底，放置于步骤三安装的A型护壁块1的对角，采用与步骤三相对的拼装工艺将第二块A型护壁块1准确就位。

步骤五：如图4的第二进程图，吊运第一块B型护壁块2至孔底，采用与步骤三相同的拼装工艺将第一块B型护壁块2拼装到两块A型护壁块1中间的位置。并通过液压扳手装置将预置连接螺栓3与相邻的A型护壁块1的连接螺纹孔104连接、拧紧，使B型护壁块2与相邻的A型护壁块1形成整体受力结构。

步骤六：吊运第二块B型护壁块2至孔底，采用与步骤五相同的拼装工艺将第二块B型护壁块2拼装到剩余的矩形角点处，完成装配式护壁一个支护节段4的拼装。

步骤七：重复上述步骤二和六逐层往下增加支护节段4，直至到达设计孔深。

优选地，作为本发明的进一步实施例，当需要支护结构比较多的时候可以设置孔底装配式护壁拼装固定装置41以实现拼装自动化，装配式护壁拼装固定装置41能够把用于拼装的围合式装配式护壁构件夹持住，并执行特定动作将装配式护壁构件在孔底拼装到孔壁四周，再通过所述液压扳手将多块装配式护壁构件进行螺栓连接加固，形成整体性较强的孔壁支护构造。

优选装配式护壁拼装固定装置41设置在矩形孔的孔底挖孔装置13上，用于拼装固定本发明的装配式护壁的各护壁块。优选沿着矩形孔内壁7与挖孔装置13朝向矩形孔的各侧面之间设置共四组装配式护壁拼装固定装置41，也即挖孔装置13朝向矩形孔各侧面各布置一组装配式护壁拼装固定装置41，至少包括夹持机械手和三维运动机械臂。三维运动机械臂固定在挖孔装置13的侧板承力件上，能够进行水平、垂直、伸缩移动的机械组件。夹持机械手固定于所述三维运动机械臂的工作端，包括夹持手和液压扳手两个功能部件，所述夹持手能够在液压的驱动下夹紧或松开，液压扳手能够在液压的驱动下完成螺栓加固动作。优选装配式护壁拼装固定装置采用液压或电液式孔底动力站。

此时，步骤三中利用孔底装配式护壁拼装固定装置41的机械手夹持住第一个A型护壁块1，通过装配式护壁拼装固定装置的自动定位与自动安装结构，将A型护壁块1沿与孔壁45度角的水平方向和与沿护壁块斜顶面角度一致的下倾方向同步顶推，通过合力将A型护壁块1准确安置到矩形孔的一个角，并使上扣连接结构106与上节段的下扣连接结构108扣合，受“L”形上下扣连接结构108的导向和限位作用，在自重作用下即可完成准确的对接拼装。

步骤五通过装配式护壁拼装固定装置41的液压扳手装置将预置连接螺栓3与相邻的A型护壁块1的连接螺纹孔104连接、拧紧，使B型护壁块2与相邻的A型护壁块1形成整体受力结构。

作为优选实施例，当需要支护结构比较多的时候，还可以如图5和6所示，设置护壁构件供给系统9，护壁构件供给系统9布置在矩形孔的孔口锁口5外围，位于悬吊支撑平台井孔通道四角，能够备存一定数量的A型护壁块1和B型护壁块2，并能够通过传运装置自动供给挂接到悬吊控制平台主体框架10的悬吊系统12上。悬吊系统12的悬吊绳索121进一步将挂接的护壁块送到孔底进行拼接固定。护壁构件供给系统9可以为手动堆栈式框架支护构件推送传送系统，亦或是采用液压或电动堆栈式存储推进装置完成堆垛式框架支护构件的按件自动进给传送，形成全自动作业和智能控制。

具体地，如图5和6所示，孔口地面设置地面悬吊控制平台主体框架10，地面悬吊控制平台主体框架10中间位置布置有井孔通道，在地面悬吊控制平台主体框架10上布置悬吊系统，用于吊运护壁构件供给系统9推送的各护壁块。地面悬吊控制平台主体框架10上设置主机悬吊系统11，用于通过主机悬挂绳111悬吊并控制挖孔装置13的空间位置与姿态，并通过控制与信号电缆112控制挖孔装置13。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种快速安装型矩形桩孔装配式护壁，其特征在于：

至少包括第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体，两块第一类L形壁状结构体和两块第二类L形壁状结构体相互交错拼接围合为一个矩形截面的护壁构件支护节段；第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体间通过预置连接件横向整体性连接与加固；

一个矩形桩孔的完整孔壁支护结构由若干个支护节段竖向逐层叠加构成，上下相邻节段间的L形壁状结构体通过上扣连接扣件和下扣连接扣件的扣合，实现L形壁状结构体间的竖向连接；

L形壁状结构体的顶面和底面均为向下倾斜一定角度的斜顶面和斜底面，斜顶面和斜底面倾斜方向一致，倾斜角度相等；在所述斜顶面上设置有挂钩状的上扣连接扣件，所述上扣连接扣件的开口向下；在所述斜底面上设置有与所述上扣连接扣件相匹配的下扣连接扣件，所述下扣连接扣件的开口向上。

2.根据权利要求1所述的快速安装型矩形桩孔装配式护壁，其特征在于第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体均呈现一定厚度和高度的壁状结构，各L形壁状结构体的围合内侧面上设置多个水平凹槽，所述水平凹槽的深度小于各L形壁状结构体的厚度，长度小于所述L形壁状结构体各边的长度；相邻的水平凹槽形成肋板构造，肋板构造与L形壁状结构体外侧背板构成多个连续连接的T形受力结构。

3.根据权利要求2所述的快速安装型矩形桩孔装配式护壁，其特征在于两类L形壁状结构体呈镜像构造，各L形壁状结构体的两端均为倾斜设定角度且与另一类L形壁状结构体的相邻端配合的斜端面，第一类L形壁状结构体的斜端面处设置有多个连接螺纹孔，所述连接螺纹孔与所述水平凹槽分布一致，用于连接预置连接件；第二类L形壁状结构体的斜端面处设置有多个连接螺栓孔，各连接螺栓孔与第一类L形壁状结构体的连接螺纹孔相对应。

4.根据权利要求1所述的快速安装型矩形桩孔装配式护壁，其特征在于第一类L形壁状结构体的两端均为向内倾斜的内倾斜端面，第二类L形壁状结构体的两端均为向外倾斜以与所述内倾斜端面配合的外倾斜端面；预置连接件为预先放置于第二类L形壁状结构的连接螺栓孔中的预置连接螺栓，所述预置连接螺栓与第一类L形壁状结构体的连接螺纹孔构成匹配的螺栓副。

5.根据权利要求2所述的快速安装型矩形桩孔装配式护壁，其特征在于所述水平凹槽的底板处设置多个贯穿L形壁状结构体外侧背板的通孔。

6.根据权利要求1所述的快速安装型矩形桩孔装配式护壁，其特征在于第一类L形壁状结构体和第二类L形壁状结构体按布设位置分为长边与短边，各长边与短边的尺寸分别按矩形孔的长度和宽度的一半确定。

7.根据权利要求2所述的快速安装型矩形桩孔装配式护壁，其特征在于在各L形壁状结构体的直角立柱构造处，分别沿长边和短边的水平凹槽间隔地设置有预留锚杆加固孔，以分别沿长边和短边方向增设加固锚杆。

8.一种权利要求1-7任一项所述的快速安装型矩形桩孔装配式护壁的安装方法，其特征在于包含如下步骤：

步骤一：现浇施作桩孔的矩形锁口，锁口下端预埋与装配式护壁块相匹配的下扣件连接构件；

步骤二：向下开挖矩形孔，当开挖深度超过装配式护壁的一个支护节段高度后，停止继续开挖矩形孔；

步骤三：吊运第一块第一类L形壁状结构体至孔底，将第一块第一类L形壁状结构体沿与斜顶面一致的下倾方向同步水平顶推，准确安置到矩形孔的一个角，并使上扣连接扣件与上节段的下扣连接扣件扣合，受上下扣连接扣件的导向和限位作用，在自重作用下即可完成准确的对接拼装；

步骤四：吊运第二块第一类L形壁状结构体至孔底，放置于步骤三安装的第一块第一类L形壁状结构体的对角，采用与步骤三相对的拼装工艺将第二块第一类L形壁状结构体准确就位；

步骤五：吊运第一块第二类L形壁状结构体至孔底，采用与步骤三相同的拼装工艺将第一块第二类L形壁状结构体拼装到两块第一类L形壁状结构体中间的位置；并通过液压扳手装置将预置连接件与相邻的第一类L形壁状结构体的连接螺纹孔连接、拧紧，使第二类L形壁状结构体与相邻的第一类L形壁状结构体形成整体受力结构；

步骤六：吊运第二块第二类L形壁状结构体至孔底，采用与步骤五相同的拼装工艺将第二块第二类L形壁状结构体拼装到剩余的矩形角点处，完成一个支护节段的装配式护壁拼装；

步骤七：重复上述步骤二和六，直至到达设计孔深。

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