一种拼装式钢板桩围护结构及其施工设备、施工方法与流程

1.本发明涉及软土地区市政工程中基坑围护技术领域，特别涉及一种拼装式钢板桩围护结构及其施工设备、施工方法。


背景技术：

2.目前，市政建设工程中地下通道、地铁车站等地下结构常采用钢板桩围护结构，钢板桩围护结构具有桩体自身强度高、桩与桩之间连接紧密、隔水效果好、施工灵活简单、打设施工周期短、钢板桩可重复使用等优点。钢板桩围护结构的施工流程如下：测量放样，打设定位桩，沉桩，验桩，土体开挖，施工围檩和支撑，结构回筑，最后，拔出钢板桩（永久结构则不拔出）。
3.钢板桩的打设方式主要有静力压桩和锤击沉桩两种。钢板桩打设多为端头受力的形式，即沉桩机“夹”住一端桩头，垂直打设入土，这种方法难以控制桩身在入土过程中的垂直度，且由于钢板桩自身的长度远大于其宽度和厚度，导致其刚度较小，在打设过程中在上端沉桩机压力和下端土体阻力作用下易发生桩身屈曲，影响钢板桩围护结构施工质量，并引发一些潜在的安全问题；此外，挖土后钢围檩多焊接在钢板桩桩身上，结构完成后还需切割，施工过程较为繁琐。


技术实现要素：

4.针对现有钢板桩围护结构及其施工方法，钢板桩打设过程中易发生屈曲，影响钢板桩围护结构的施工质量及施工安全，而且，施工过程较繁琐，施工效率低的问题。本发明的目的是提供一种拼装式钢板桩围护结构及其施工设备、施工方法。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种拼装式钢板桩围护结构，包括：防水帷幕，它是由多个钢板桩沿基坑四周连续拼装而成；导轨式钢围檩，包括水平设置并可拆卸式连接于防水帷幕的导向横梁，及贯通设置于导向横梁侧面的齿条；自适应法兰装置，其可拆卸式连接于导轨式钢围檩的导向横梁，它包括设有中隔板的壳体，设置于壳体内的顶推杆、齿轮组件、连杆组件、弹簧组、驱动器及制动器，顶推杆和齿轮组件分别位于中隔板的两侧，一对连杆组件对称设置于顶推杆两侧，连杆组件一端分别与顶推杆、壳体铰接，其另一端穿过中隔板与齿轮组件的端部轴承连接，弹簧组设置于顶推杆和中隔板之间并分别与两者相抵；顶推杆在弹簧组的弹力作用下向靠近基坑方向移动，连杆组件带动齿轮组件相向运动，齿轮组件的移动齿轮伸出壳体并与导轨式钢围檩的齿条相啮合，连接于顶推杆一端的制动器与齿条处于分离状态，驱动器驱动移动齿轮转动，使得自适应法兰装置沿导轨式钢围檩滑行至基坑钢支撑安装位置；顶推杆另一端与基坑钢支撑连接，顶推杆向远离基坑方向移动，连杆组件带动齿轮组件相向运动，齿轮组件的移动齿轮回缩至壳体内，并同步推动制动器伸出壳体并与齿
条卡紧固定。
6.本发明的拼装式钢板桩围护结构，包括防水帷幕、导轨式钢围檩及自适应法兰装置，防水帷幕由多个钢板桩连续拼装而成，导轨式钢围檩水平设置并可拆卸式连接于防水帷幕，自适应法兰装置可拆卸式连接于导轨式钢围檩的导向横梁，顶推杆在弹簧组的作用下向靠近基坑方向移动，连杆组件带动齿轮组件相向运动，使得移动齿轮伸出壳体并与导轨式钢围檩的齿条相啮合，驱动器驱动移动齿轮转动，带动自适应法兰装置沿导轨式钢围檩的齿条滑动至基坑钢支撑安装位置就位，实现自动化调整自适应法兰装置的水平位置的作用；顶推杆前端与基坑钢支撑连接后，控制顶推杆向远离基坑方向移动，连杆组件带动齿轮组件相向运动，移动齿轮脱离齿条并回缩至壳体内，顶推杆同步推动制动器伸出壳体并与齿条卡紧固定，实现基坑钢支撑受力状态下的制动功能；由于钢板桩、导轨式钢围檩及自适应法兰装置均为工厂预制构件，保证了各构件的制作精度；各构件之间通过可拆卸式连接组装为一体的围护结构，避免了焊接作业，降低了围护结构的施工难度并缩短了施工周期；在基坑内部结构施工完成后，各构件能够实现回收再利用，降低了工程成本；自适应法兰装置利用齿轮齿条机构沿导轨式钢围檩自动滑行至基坑钢支撑安装位置，并通过制动器与齿条卡紧固定，施工人员能够远程自动化控制自适应法兰装置的滑行与制动，使得法兰装置能够与基坑钢支撑的安装位置相适应，提高了围护结构自动化装配作业效率，并保障了现场施工作业安全。
7.进一步，所述钢板桩沿其长度方向间隔设置多对凹卡口，每对凹卡口沿钢板桩厚度方向对称且非贯穿设置于钢板桩的两侧，每个凹卡口由外至内由相贯通的凹卡槽和内嵌口组成。
8.进一步，所述导轨式钢围檩的导向横梁为横截面呈c型的型钢梁，齿条贯通设置于导向横梁腹板内侧的中部，且齿条的齿牙朝向基坑方向，导向横梁的腹板外侧沿长度延伸方向间隔设置多个凸卡口，多个凸卡口与防水帷幕水平方向上凹卡口的位置相对应，凸卡口与钢板桩的凹卡槽相匹配，设置于凸卡口端部的外弹机械卡扣装置与钢板桩的内嵌口相匹配，使得导向横梁能够卡扣连接于防水帷幕。
9.进一步，所述自适应法兰装置的壳体包括外圈壳、内圈壳、底板、中隔板、限位板及封头圈，外圈壳和内圈壳均为空心圆柱结构，外圈壳的一端内嵌封头圈，外圈壳另一端沿壳体轴线对称设置两个外圈铰链，连杆组件的一端与外圈铰链铰接连接，所述内圈壳一端与外圈壳连接，其另一端与底板连接，中隔板竖向设置于内圈壳腔体中部，底板中部开设孔洞，移动齿轮和制动器能够在顶推杆的推动下依次穿出孔洞;导向横梁的两个翼板端部分别连接有贯通设置的t型接头,底板外侧对称设置一对c型槽及一对卡口板，t型接头紧密嵌入c型槽的槽口内，呈l型截面的卡口板螺栓连接于c型槽的外端并卡紧t型接头，使得自适应法兰装置能够卡扣连接于导轨式钢围檩，一对限位板沿内圈壳轴线水平、对称设置于中隔板和底板之间并形成两个限位腔，齿轮组件的一对轴承分别承嵌设于两个限位腔内；限位板中部开设长条孔，齿轮组件的转轴穿过长条孔并能够沿长条孔滑移。
10.进一步，所述齿轮组件包括转轴、移动齿轮、轴承、滑移圈及滑移圈铰链，移动齿轮固定于转轴中部，且移动齿轮与驱动器的电机齿轮相啮合，一对轴承分别嵌设于限位板、中隔板和底板构成的两个限位腔内，转轴的两端分别穿过限位板的长条孔并与一对轴承嵌固连接，且转轴能够沿限位板的长条孔滑移，使得齿轮组件能够在顶推力的作用下调整其与
齿条之间的间距；轴承外包裹滑移圈，并与位于轴承两侧的轴承底板和轴承顶板形成一个整体，滑移圈外侧设置滑移圈铰链，连杆组件的另一端与滑移圈铰接连接。
11.进一步，所述驱动器包括电动机、电机轴及电机齿轮，电动机竖向布置于壳体一侧，电动机、电机轴及电机齿轮依次连接，电机齿轮位于壳体中部，并与齿轮组件的移动齿轮相啮合。
12.进一步，所述顶推杆包括油缸底座，油缸缸体，活塞杆，法兰盘及底座铰链，油缸缸体固定于油缸底座，油缸缸体嵌设于壳体内腔并能够沿其轴线水平滑移，活塞杆一端套设于油缸缸体内腔并能够相对于油缸缸体移动，活塞杆另一端固接法兰盘，法兰盘与基坑钢支撑螺栓连接，油缸底座边缘沿壳体轴线对称设置一对底座铰链，连杆组件的连杆一铰接连接于油缸底座铰链。
13.进一步，所述连杆组件由首尾依次铰接连接的连杆一，连杆二及连杆三组成，连杆一和连接三均为i形的杆件，连杆一的两端分别与顶推杆底部的油缸底座，及连杆二铰接连接，连杆二为l型的杆件，连杆二的中间及两端分别设有一个铰链，位于中间位置的铰链与固定于外圈壳的外圈铰链铰接连接，位于两端的铰链分别与连杆一、连杆三铰接连接，连杆三的两端分别与连杆二端部及滑移圈铰链铰接连接。
14.进一步，所述弹簧组沿壳体轴线对称设置并分别位于中隔板通孔的两侧，所述弹簧组包括弹簧杆、弹簧套管及弹簧，弹簧杆一端连接于中隔板，弹簧套管一端连接于顶推杆，弹簧套管套设于弹簧杆并能够相对于弹簧杆滑动，弹簧套设于弹簧杆和弹簧套管外侧。
15.进一步，所述制动器为板状结构，制动器的一端固定于顶推杆，其另一端设有与齿条相匹配的齿牙，制动器的齿牙能够与齿条相啮合。
16.进一步，所述钢板桩沿其宽度方向的两侧还对称设置一对卡槽和一对封胶孔，卡槽横截面呈v型，卡槽的尖角端位于钢板桩边缘，卡槽的另一端与封胶孔连通，卡槽和封胶孔在钢板桩内的镂空深度大于基坑开挖深度，钢板桩镂空部分下部为实心，相邻两个钢板桩的卡槽对应设置，并通过插入相邻两个钢板桩卡槽的十字钢相拼接，封胶孔用于打设不透水密封浆。
17.本发明还提供了一种拼装式钢板桩围护结构的施工设备，它包括底座、可调压轮胎，固定夹桩器、移动夹桩器、立杆、液压装置、水准装置及配重块，多个可调压轮胎对称设置于底座两侧，液压装置、移动夹桩器、立杆和固定夹桩器由下至上依次连接并固定于底座的一侧，固定夹桩器用于临时固定钢板桩，移动夹桩器能够在液压装置作用下竖向移动，用于打设钢板桩，水准装置设置于固定夹桩器顶部，配重块固定于底座的另一侧，固定夹桩器和移动夹桩器内侧均设有能够沿水平方向外伸和回缩的一对夹具，夹具能够与钢板桩两侧的一凹卡口卡紧固定。拼装式钢板桩围护结构的施工设备，解决了现有钢板桩打设施工过程中难以控制位置和垂直度的问题；而且，施工设备净高度低，能够在空间受限情况下顺利完成沉桩施工。
18.另外，本发明还提供了一种拼装式钢板桩围护结构的施工方法，步骤如下：s1：预制相应数量的钢板桩、导轨式钢围檩及自适应法兰装置，将多个钢板桩逐一打设入土，多个钢板桩连续拼装为一个整体的防水帷幕；s2:开挖基坑土体至一定深度后，将导轨式钢围檩水平设置并可拆卸式连接于防水帷幕，将自适应法兰装置卡扣于导轨式钢围檩的导向横梁，齿条贯通设置于导向横梁侧
面；s3:法兰盘未连接基坑钢支撑时，顶推杆在弹簧组的弹力作用下朝向基坑方向移动，制动器与齿条处于分离状态，连杆组件带动齿轮组件相向运动，使得齿轮组件的移动齿轮伸出壳体并与齿条相啮合，驱动器驱动移动齿轮旋转，带动自适应法兰装置沿导轨式钢围檩水平滑行至钢支撑安装位置；将基坑钢支撑螺栓连接于法兰盘，顶推杆向远离基坑方向移动，连杆组件带动齿轮组件相向运动，使得齿轮组件的移动齿轮与齿条分离，同时，制动器伸出壳体并与齿条相啮合，使得自适应法兰装置卡紧固定于导轨式钢围檩，当顶推力达到设定要求时，顶推杆通过弹簧组顶紧于中隔板；如此反复，逐一完成基坑钢支撑的安装施工；s4：地下结构回筑，拆除基坑钢支撑、自适应法兰装置及导轨式钢围檩，拔出钢板桩。
19.本发明的拼装式钢板桩围护结构的施工方法，首先，将多个钢板桩逐一打设入土并连续拼装为一个整体的防水帷幕，将导轨式钢围檩水平设置并可拆卸式连接于防水帷幕，将自适应法兰装置卡扣于导轨式钢围檩的导向横梁，当顶推杆在弹簧组的作用下朝向基坑方向水平移动时，连杆组件带动移动齿轮相向运动，使得移动齿轮与导轨式钢围檩的齿条相啮合，控制系统控制驱动器驱动移动齿轮转动，带动自适应法兰装置沿导向横梁水平移动至钢支撑安装位置就位；钢支撑螺栓连接于顶推杆的法兰盘，控制顶推杆向远离基坑方向移动时，连杆组件带动移动齿轮相向运动，移动齿轮脱离齿条并回缩至壳体内，同时制动器伸出壳体并与导轨式钢围檩的齿条卡紧固定。自适应法兰装置利用齿轮齿条机构沿导轨式钢围檩自动滑行至钢支撑安装位置，并通过制动器与齿条卡紧固定，施工人员能够远程自动化控制自适应法兰装置的滑行与制动，使得法兰装置能够与基坑钢支撑的安装位置相适应，提高了围护结构自动化装配作业效率，并保障了现场施工作业安全。
20.进一步，所述步骤s1还包括：s101:采用拼装式钢板桩围护结构的施工设备，将钢板桩竖直吊起，固定夹桩器的夹具外伸夹合扣紧钢板桩两侧的凹卡口，液压装置顶升移动夹桩器，待移动夹桩器的夹具外伸夹合扣紧钢板桩两侧凹卡口后，松开固定夹桩器的夹具,液压装置回缩，移动夹桩器带动钢板桩同步下降并将其打设入土，移动夹桩器下降至底部后，固定夹桩器的夹具再次外伸并夹合扣紧钢板桩两侧的凹卡口，移动夹桩器夹具松开钢板桩,直至钢板桩位于顶部的一个凹卡口外露于地面，用于施工过程中阻水和结构完成后拉拔;s102:多个钢板桩连续打设入土后，相邻钢板桩之间的卡槽位置相对应，十字钢嵌入相邻两个卡槽，向封胶孔内打设不透水密封浆，使得多个钢板桩固结为一体的防水帷幕。
21.进一步，所述步骤s2还包括：将导轨式钢围檩的导向横梁的多个凸卡口嵌入防水帷幕水平方向上的多个凹卡口，使得导轨式钢围檩卡扣连接于防水帷幕，将自适应法兰装置的c型槽套设于导轨式钢围檩的t型接头，卡口板螺栓固定于c型槽的外侧，使得自适应法兰装置卡扣连接于导轨式钢围檩。
附图说明
22.图1为本发明的拼装式钢板桩围护结构一实施例中的钢板桩；
图2为本发明一实施例中钢板桩的凹卡口的结构示意图；图3为图1的俯视图；图4为本发明一实施例中十字钢板的结构示意图；图5为本发明一实施例中导轨式钢围檩的立体图；图6为本发明一实施例中自适应法兰装置和导轨式钢围檩的侧视图；图7为本发明一实施例中自适应法兰装置和导轨式钢围檩的结构示意图；图8为图7的a-a剖视图；图9为本发明一实施例中导轨式钢围檩的结构示意图；图10为图9的侧视图；图11为图9的俯视图；图12为本发明一实施例中自适应法兰装置的结构示意图；图13为本发明一实施例中壳体的结构示意图；图14为本发明一实施例中齿轮组件的结构示意图；图15为本发明一实施例中弹簧组的结构示意图；图16为本发明一实施例中顶推杆的结构示意图；图17为本发明一实施例中连杆组件的结构示意图；图18为本发明的拼装式钢板桩围护结构的施工设备的结构示意图；图19为图18的b-b剖视图；图20为本发明的拼装式钢板桩围护结构的施工方法的示意图；图21为本发明的拼装式钢板桩围护结构施工完成后的示意图。
23.图中标号如下：钢板桩10；凹卡口11；凹卡槽111；内嵌口112；卡槽12;封胶孔14;十字钢15;导轨式钢围檩100；凸卡口101；导向横梁102；t型接头103；齿条104；自适应法兰装置200；驱动器210；电机轴211；电机齿轮212；壳体220；外圈壳221；封头圈222；弹性垫块222'；滑移垫片223；外圈铰链224；中隔板225；限位板226；底板227；卡口板228；内圈壳229；齿轮组件230；移动齿轮231；转轴232；滑移圈铰链233；轴承234；滑移圈235；轴承底板236；轴承顶板237；法兰盘240；弹簧组250；弹簧251；弹簧杆252；弹簧套管253；顶推杆260；活塞杆261；油缸缸体262；油缸底座263；底座铰链264；制动器265；连杆组件270；连杆一271；连杆二272；连杆三273；拼装式钢板桩围护结构的施工设备40；底座41；可调压轮胎42；固定夹桩器46；移动夹桩器44；立杆45；液压装置43；水准装置47；配重块48；夹具49。
具体实施方式
24.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
25.为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，前端指朝向基坑的一端，后端指靠近钢板桩10的一端，但这不能成为本发明技术方案的限制。
实施例一
26.结合图1至图17说明本发明的拼装式钢板桩围护结构，它包括：防水帷幕，它是由多个钢板桩沿基坑四周连续拼装而成；导轨式钢围檩100，包括水平设置并可拆卸式连接于防水帷幕的导向横梁102，及贯通设置于导向横梁102侧面的齿条104；自适应法兰装置200，其可拆卸式连接于导轨式钢围檩100的导向横梁102，它包括设有中隔板225的壳体220，设置于壳体220内的顶推杆260、齿轮组件230、连杆组件270、弹簧组250、驱动器210及制动器265，顶推杆260和齿轮组件230分别位于中隔板225的两侧，一对连杆组件270对称设置于顶推杆260两侧，连杆组件270一端分别与顶推杆260后端、壳体220铰接，其另一端穿过中隔板225与齿轮组件230的端部轴承234连接，弹簧组250设置于顶推杆260和中隔板225之间并分别与两者相抵；顶推杆260在弹簧组250的弹力作用下向靠近基坑方向移动，连杆组件270带动齿轮组件230相向运动，齿轮组件230的移动齿轮231伸出壳体220并与导轨式钢围檩100的齿条104相啮合，连接于顶推杆260后端的制动器265与齿条104处于分离状态，控制系统（未示出）控制驱动器210驱动移动齿轮231转动，使得自适应法兰装置200沿导轨式钢围檩100滑行至基坑钢支撑安装位置；顶推杆260前端与基坑钢支撑连接，控制系统控制顶推杆260向远离基坑方向移动，连杆组件270带动齿轮组件230相向运动，齿轮组件230的移动齿轮231回缩至壳体220内，并同步推动制动器265伸出壳体220并与齿条104卡紧固定。
27.本发明的拼装式钢板桩围护结构，包括防水帷幕、导轨式钢围檩100及自适应法兰装置200，防水帷幕由多个钢板桩10连续拼装而成，导轨式钢围檩100水平设置并可拆卸式连接于防水帷幕，自适应法兰装置200可拆卸式连接于导轨式钢围檩100的导向横梁102，顶推杆260在弹簧组250的作用下向靠近基坑方向移动，连杆组件270带动齿轮组件230相向运动，使得移动齿轮231伸出壳体220并与导轨式钢围檩100的齿条104相啮合，驱动器210驱动移动齿轮231转动，带动自适应法兰装置200沿导轨式钢围檩100的齿条104滑动至基坑钢支撑安装位置就位，实现自动化调整自适应法兰装置200的水平位置的作用；顶推杆260前端与基坑钢支撑连接后，控制顶推杆260向远离基坑方向移动，连杆组件270带动齿轮组件230相向运动，移动齿轮231脱离齿条104并回缩至壳体220内，顶推杆260同步推动制动器265伸出壳体220并与齿条104卡紧固定，实现基坑钢支撑受力状态下的制动功能；由于钢板桩10、导轨式钢围檩100及自适应法兰装置200均为工厂预制构件，保证了各构件的制作精度；各构件之间通过可拆卸式连接组装为一体的围护结构，避免了焊接作业，降低了围护结构的施工难度并缩短了施工周期；在基坑内部结构施工完成后，各构件能够实现回收再利用，降低了工程成本；自适应法兰装置200利用齿轮齿条104机构沿导轨式钢围檩100自动滑行至基坑钢支撑安装位置，并通过制动器265与齿条104卡紧固定，施工人员能够远程自动化控制自适应法兰装置200的滑行与制动，使得法兰装置能够与基坑钢支撑的安装位置相适应，提高了围护结构自动化装配作业效率，并保障了现场施工作业安全。
28.如图1和图2所示，所述钢板桩10沿其长度方向间隔设置多对凹卡口11，每对凹卡口11沿钢板桩10厚度方向对称且非贯穿设置于钢板桩10的两侧，每个凹卡口11由外至内由相贯通的凹卡槽111和内嵌口112组成，凹卡槽111与导向横梁102腹板上的凸卡口101相匹
配，内嵌口112与设置于凸卡口101端部的外弹机械卡扣装置相匹配，使得导轨式钢围檩100能够卡扣连接于防水帷幕。本实施例的钢板桩10板厚约20～30cm，凹卡口11深度大约为板厚的1/4～1/5。沿钢板桩10长度方向间隔设置的多对凹卡口11能够与施工设备40夹桩器的夹具49卡扣连接，便于施工设备40夹紧钢板桩10实施沉桩及拔桩施工，而且，便于施工人员根据施工现场基坑钢支撑的安装高度灵活、快速调整导轨式钢围檩100和自适应法兰装置200的安装位置。
29.如图9至图11所示，所述导轨式钢围檩100的导向横梁102为横截面呈c型的型钢梁，齿条104贯通设置于导向横梁102腹板内侧的中部，且齿条104的齿牙朝向基坑方向，导向横梁102的腹板外侧沿长度延伸方向间隔设置多个凸卡口101，多个凸卡口101与防水帷幕水平方向上凹卡口11的位置相对应，且凸卡口101及顶部设置的外弹机械卡扣装置与钢板桩10的凹卡口11相匹配，使得导向横梁102能够卡扣连接于防水帷幕；更进一步，导向横梁102的两个翼板端部分别连接有贯通设置的t型接头103，自适应法兰装置200的c型槽卡扣连接于t形接头，使得自适应法兰装置200卡扣连接于导轨式钢围檩100。
30.如图13所示，所述自适应法兰装置200的壳体220包括外圈壳221、内圈壳229、底板227、中隔板225、限位板226及封头圈222，外圈壳221和内圈壳229均为空心圆柱结构。外圈壳221靠近基坑一侧设置，其内径大于顶推杆260的油缸缸体262外径1～5mm，油缸缸体262可以在外圈壳221内腔水平自由滑移；外圈壳221的前端内嵌封头圈222，封头圈222后端设置弹性垫块222'，油缸缸体262前端与弹性垫块222'相接触，用于缓冲油缸缸体262的撞击；封头圈222内径小于油缸缸体262的外径且大于油缸活塞杆261的外径，使得油缸活塞杆261能够沿封头圈222中部的洞口自由穿行；外圈壳221的后端沿壳体220轴线对称设置两个外圈铰链224，连杆组件270的一端与外圈铰链224铰接连接。所述内圈壳229靠近钢板桩10一侧设置，内圈壳229前端与外圈壳221连接，其后端与底板227连接，中隔板225竖向设置于内圈壳229腔体中部，底板227中部开设孔洞，移动齿轮231和制动器265能够在顶推杆260的推动下依次穿出孔洞；底板227外侧还对称设置一对c型槽及一对卡口板228，导向横梁102的t型接头103紧密嵌入c型槽的槽口内，呈l型截面的卡口板228螺栓连接于c型槽的外端并卡紧导向横梁102的t型接头103，使得自适应法兰装置200能够卡扣连接于导轨式钢围檩100，另外，c型槽的内表面还设置滑移垫片223，滑移垫片223为聚四氟乙烯材料，用来减少滑移摩擦。一对限位板226沿内圈壳229轴线水平、对称设置于中隔板225和底板227之间并形成两个限位腔，齿轮组件230的一对轴承234分别承嵌设于两个限位腔内，对齿轮组件230起到限位作用；限位板226中部开设长条孔，齿轮组件230的转轴232穿过长条孔并能够沿长条孔滑移；中隔板225还设有供连杆组件270的连杆三273、移动齿轮231、制动器265穿行的通洞。
31.如图8所示，所述驱动器210包括电动机（未图示）、电机轴211及电机齿轮212，电动机竖向布置于壳体220一侧并与控制系统信号连接，电动机、电机轴211及电机齿轮212依次连接，电机齿轮212位于壳体220中部，并与齿轮组件230的移动齿轮231相啮合，电动机驱动电机齿轮212正、反方向旋转，进而带动齿轮组件230的移动齿轮231同步转动，便于施工人员通过控制电动机的开启及闭合调整自适应法兰装置200的水平位置。
32.如图14所示，所述齿轮组件230包括转轴232、移动齿轮231、轴承234、滑移圈235及滑移圈铰链233，移动齿轮231固定于转轴232中部，且移动齿轮231与驱动器210的电机齿轮212相啮合，一对轴承234分别嵌设于限位板226、中隔板225和底板227构成的两个限位腔
内，转轴232的两端分别穿过限位板226的长条孔并与一对轴承234嵌固连接，且转轴232能够沿限位板226的长条孔滑移，使得齿轮组件230能够在顶推力的作用下调整其与齿条104之间的间距；更进一步，轴承234外包裹滑移圈235，并与位于轴承234两侧的轴承底板227和轴承顶板237形成一个整体，使得转轴232能够在滑移圈235内自由转动，滑移圈235外侧设置滑移圈铰链233，连杆组件270的另一端与滑移圈235铰接连接，通过连杆组件270牵引滑移圈235并带动齿轮组件230水平移动。
33.如图16所示，所述顶推杆260包括油缸底座263，油缸缸体262，活塞杆261，法兰盘240及底座铰链264，油缸缸体262后端固定于油缸底座263，油缸缸体262嵌设于外圈壳221内腔并能够沿其轴线水平滑移，活塞杆261一端套设于油缸缸体262内腔并能够相对于油缸缸体262移动，活塞杆261另一端固接法兰盘240，法兰盘240与基坑钢支撑螺栓连接；油缸底座263边缘沿壳体220轴线对称设置一对底座铰链264，连杆组件270的连杆一271铰接连接于油缸底座263铰链；顶推杆260与控制系统信号连接。
34.如图17所示，所述连杆组件270由首尾依次铰接连接的连杆一271，连杆二272及连杆三273组成，连杆一271和连接三均为i形的杆件，连杆一271的两端分别与顶推杆260底部的油缸底座263，及连杆二272铰接连接，连杆二272为l型的杆件，连杆二272的中间及两端分别设有一个铰链，位于中间位置的铰链与固定于外圈壳221的外圈铰链224铰接连接，位于两端的铰链分别与连杆一271、连杆三273铰接连接，连杆三273的两端分别与连杆二272端部及滑移圈铰链233铰接连接。利用连杆组件270能够实现顶推方向的转换，使得齿轮组件230与顶推杆260相向运动，即移动齿轮231和制动器265运动方向相反，通过顶推杆260的伸缩实现自适应法兰装置200的滑行及制动。
35.如图7和图15所示，本实施例中，两个弹簧组250沿壳体220轴线对称设置并分别位于中隔板225通孔的两侧，所述弹簧组250包括弹簧杆252、弹簧套管253及弹簧251，弹簧杆252一端连接于中隔板225，弹簧套管253一端连接于油缸底座263，弹簧套管253套设于弹簧杆252并能够相对于弹簧杆252滑动，弹簧251套设于弹簧杆252和弹簧套管253外侧。在未连接基坑钢支撑时，弹簧组250处于半压缩状态，通过弹簧组250的弹力将顶推杆260前端与封头圈222的弹性垫块222'顶紧，顶推杆260后端与弹簧组250相抵。
36.如图8所示，所述制动器265设置于两个弹簧组250之间，制动器265为板状结构，制动器265的前端固定于顶推杆260，其后端设有与齿条104相匹配的齿牙，制动器265的齿牙能够与齿条104相啮合，从而实现自适应法兰装置200的制动，制动器265和移动齿轮231的位置错开，避免两者发生干扰。
37.如图3和图4所示，所述钢板桩10沿其宽度方向的两侧还对称设置一对卡槽12和一对封胶孔14，卡槽12横截面呈v型，卡槽12的尖角端位于钢板桩10边缘，卡槽12的另一端与封胶孔14连通；卡槽12和封胶孔14在钢板桩10内的镂空深度略大于基坑开挖深度，钢板桩10镂空部分下部为实心，如图21所示，点划线代表基坑开挖深度，虚线代表卡槽12和封胶孔14的镂空深度，相邻两个钢板桩10的卡槽12对应设置，并通过插入相邻两个钢板桩10卡槽12的十字钢15相拼接，封胶孔14用于打设不透水密封浆，不透水密封浆充满相邻两个钢板桩10的封胶孔14和卡槽12后，使得多个连续设置的钢板桩10固接为一体的防水帷幕。
实施例二
38.结合图18和图19说明本实施例的拼装式钢板桩围护结构的施工设备40，它包括底座41、可调压轮胎42，固定夹桩器46、移动夹桩器44、立杆45、液压装置43、水准装置47及配重块48，多个可调压轮胎42对称设置于底座41两侧，液压装置43、移动夹桩器44、立杆45和固定夹桩器46由下至上依次连接并固定于底座41的一侧，固定夹桩器46用于临时固定钢板桩10，移动夹桩器44能够在液压装置43作用下竖向移动，用于打设钢板桩10，水准装置47设置于固定夹桩器46顶部，用于实时监测钢板桩10桩体位置和垂直度，配重块48固定于底座41的另一侧，用于防止沉桩时因土体阻力过大导致桩机失衡，固定夹桩器46和移动夹桩器44内侧均设有能够沿水平方向外伸和回缩的一对夹具49，夹具49端部设置外弹机械卡扣装置，夹具49和外弹机械卡扣装置能够与钢板桩10两侧的一凹卡口11卡紧固定，保障钢板桩10桩身的稳定性；在沉桩过程中，若水准装置47显示桩体垂直度有误，通过多个可调压轮胎42的压降进行调平，解决了现有钢板桩10打设施工过程中难以控制位置和垂直度的问题；而且，施工设备40净高度低，能够在空间受限情况下顺利完成沉桩施工。
实施例三
39.结合图20和图21说明实施一所述的拼装式钢板桩围护结构的施工方法，具体步骤如下：s1：测量放样并对地基进行相关处理，施工设备等进场，工厂预制相应数量的钢板桩10、导轨式钢围檩100及自适应法兰装置200，按工期分批运输至施工现场，v将多个钢板桩10逐一打设入土，多个钢板桩10连续拼装为一个整体的防水帷幕；s2:开挖基坑土体至一定深度后，将导轨式钢围檩100水平设置并可拆卸式连接于防水帷幕，将自适应法兰装置200卡扣于导轨式钢围檩100的导向横梁102，齿条104贯通设置于导向横梁102侧面；s3:法兰盘240未连接基坑钢支撑时，顶推杆260在弹簧251组250的弹力作用下朝向基坑方向移动并与封头圈222的弹性垫块222'顶紧，制动器265与齿条104处于分离状态，连杆组件270带动齿轮组件230相向运动，使得齿轮组件230的移动齿轮231伸出壳体220并与齿条104相啮合，驱动器210驱动移动齿轮231旋转，带动自适应法兰装置200沿导轨式钢围檩100水平滑行至钢支撑安装位置；将钢支撑螺栓连接于法兰盘240，顶推杆260向钢支撑施加顶推力，当顶推力大于弹簧组250的弹性力后，开始压缩弹簧组250长度，油缸缸体262逐步向后端移动，通过连杆组件270牵引齿轮组件230向远离齿条104的方向移动，使得移动齿轮231与齿条104分离，同时，油缸缸体262后端的制动器265伸出底板227中部孔洞并与齿条104啮合，使得自适应法兰装置200卡紧固定于导轨式钢围檩100，当顶推力达到设定要求时，顶推杆260通过弹簧组250紧紧顶在中隔板225上，此时，弹簧组250处于完全压缩状态；如此反复，逐一完成钢支撑的安装施工；s4：地下结构回筑，拆除钢支撑、自适应法兰装置200及导轨式钢围檩100，施工设备40拔出钢板桩10。
40.本发明的拼装式钢板桩围护结构的施工方法，首先，将多个钢板桩10逐一打设入土并连续拼装为一个整体的防水帷幕，将导轨式钢围檩100水平设置并可拆卸式连接于防
水帷幕，将自适应法兰装置200卡扣于导轨式钢围檩100的导向横梁102，当顶推杆260在弹簧组250的作用下朝向基坑方向水平移动时，连杆组件270带动移动齿轮231相向运动，使得移动齿轮231与导轨式钢围檩100的齿条104相啮合，控制系统控制驱动器210驱动移动齿轮231转动，带动自适应法兰装置200沿导向横梁102水平移动至钢支撑安装位置就位；钢支撑螺栓连接于顶推杆260的法兰盘240，控制顶推杆260向远离基坑方向移动时，连杆组件270带动移动齿轮231相向运动，移动齿轮231脱离齿条104并回缩至壳体220内，同时制动器265伸出壳体220并与导轨式钢围檩100的齿条104卡紧固定。自适应法兰装置200利用齿轮齿条104机构沿导轨式钢围檩100自动滑行至钢支撑安装位置，并通过制动器265与齿条104卡紧固定，施工人员能够远程自动化控制自适应法兰装置200的滑行与制动，使得法兰装置能够与基坑钢支撑的安装位置相适应，提高了围护结构自动化装配作业效率，并保障了现场施工作业安全。
41.所述步骤s1还包括：s101:如图20所示，采用如实施例二所述的拼装式钢板桩围护结构的施工设备40，将钢板桩10竖直吊起，固定夹桩器46的夹具49外伸夹合扣紧钢板桩10两侧的凹卡口11，液压装置43顶升移动夹桩器44，待移动夹桩器44的夹具49外伸夹合扣紧钢板桩10两侧凹卡口11后，松开固定夹桩器46的夹具49,液压装置43回缩，移动夹桩器44带动钢板桩10同步下降并将其打设入土，移动夹桩器44下降至底部后，固定夹桩器46的夹具49再次外伸并夹合扣紧钢板桩10两侧的凹卡口11，移动夹桩器44夹具49松开钢板桩10,直至钢板桩10位于顶部的一个凹卡口11外露于地面，用于施工过程中阻水和结构完成后拉拔;s102:多个钢板桩10连续打设入土后，相邻钢板桩10之间的卡槽12位置相对应，十字钢15嵌入相邻两个卡槽12，向封胶孔14内打设不透水密封浆，使得多个钢板桩10固结为一体的防水帷幕。
42.由于钢板桩10沿长度方向预先间隔设置多对凹卡口11，施工设备40夹桩器的夹具49能够与钢板桩10的凹卡口11相配合，使得夹桩器夹紧竖向设置的钢板桩10，并在液压装置43的推动下将钢板桩10逐一打设入土，钢板桩10桩体在打设时受力状态良好，不易发生弯曲变形；沿钢板桩10长度方向设置多对凹卡口11，导轨式钢围檩100和钢支撑的布设位置和数量能够根据现场施工需要灵活调整，适用性强；在沉桩施工中，利用施工设备40顶部的水准装置47实时监测钢板桩10桩体位置和垂直度，并通过多方位设置的可调压轮胎42的压降调整钢板桩10的垂直度，保证了沉桩施工质量；而且，桩体之间用十字钢15嵌入卡槽12的方式横向连接，并通过向卡槽12和十字钢15之间的间隙注入不透水密封浆实现密封，提高了防水帷幕整体的止水性能。
43.所述步骤s2还包括：将导轨式钢围檩100的导向横梁102腹板外侧的多个凸卡口101嵌入防水帷幕水平方向上的多个凹卡口11，使得导轨式钢围檩100卡扣连接于防水帷幕，将自适应法兰装置200底板227的c型槽套设于导轨式钢围檩100的t型接头103，卡口板228螺栓固定于c型槽的外侧，使得自适应法兰装置200卡扣连接于导轨式钢围檩100。导轨式钢围檩100卡扣连接于防水帷幕，避免了焊接作业，拆装方便，便于后续钢支撑连接和布设。
44.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求范围。

技术特征：
1.一种拼装式钢板桩围护结构，其特征在于，包括：防水帷幕，它是由多个钢板桩沿基坑四周连续拼装而成；导轨式钢围檩，包括水平设置并可拆卸式连接于防水帷幕的导向横梁，及贯通设置于导向横梁侧面的齿条；自适应法兰装置，其可拆卸式连接于导轨式钢围檩的导向横梁，它包括设有中隔板的壳体，设置于壳体内的顶推杆、齿轮组件、连杆组件、弹簧组、驱动器及制动器，顶推杆和齿轮组件分别位于中隔板的两侧，一对连杆组件对称设置于顶推杆两侧，连杆组件一端分别与顶推杆、壳体铰接，其另一端穿过中隔板与齿轮组件的端部轴承连接，弹簧组设置于顶推杆和中隔板之间并分别与两者相抵；顶推杆在弹簧组的弹力作用下向靠近基坑方向移动，连杆组件带动齿轮组件相向运动，齿轮组件的移动齿轮伸出壳体并与导轨式钢围檩的齿条相啮合，连接于顶推杆一端的制动器与齿条处于分离状态，驱动器驱动移动齿轮转动，使得自适应法兰装置沿导轨式钢围檩滑行至基坑钢支撑安装位置；顶推杆另一端与基坑钢支撑连接，顶推杆向远离基坑方向移动，连杆组件带动齿轮组件相向运动，齿轮组件的移动齿轮回缩至壳体内，并同步推动制动器伸出壳体并与齿条卡紧固定。2.根据权利要求1所述的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：所述钢板桩沿其长度方向间隔设置多对凹卡口，每对凹卡口沿钢板桩厚度方向对称且非贯穿设置于钢板桩的两侧，每个凹卡口由外至内由相贯通的凹卡槽和内嵌口组成。3.根据权利要求2所述的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：所述导轨式钢围檩的导向横梁为横截面呈c型的型钢梁，齿条贯通设置于导向横梁腹板内侧的中部，且齿条的齿牙朝向基坑方向，导向横梁的腹板外侧沿长度延伸方向间隔设置多个凸卡口，多个凸卡口与防水帷幕水平方向上凹卡口的位置相对应，凸卡口与钢板桩的凹卡槽相匹配，设置于凸卡口端部的外弹机械卡扣装置与钢板桩的内嵌口相匹配，使得导向横梁能够卡扣连接于防水帷幕。4.根据权利要求1所述的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：所述自适应法兰装置的壳体包括外圈壳、内圈壳、底板、中隔板、限位板及封头圈，外圈壳和内圈壳均为空心圆柱结构，外圈壳的一端内嵌封头圈，外圈壳另一端沿壳体轴线对称设置两个外圈铰链，连杆组件的一端与外圈铰链铰接连接，所述内圈壳一端与外圈壳连接，其另一端与底板连接，中隔板竖向设置于内圈壳腔体中部，底板中部开设孔洞，移动齿轮和制动器能够在顶推杆的推动下依次穿出孔洞;导向横梁的两个翼板端部分别连接有贯通设置的t型接头,底板外侧对称设置一对c型槽及一对卡口板，t型接头紧密嵌入c型槽的槽口内，呈l型截面的卡口板螺栓连接于c型槽的外端并卡紧t型接头，使得自适应法兰装置能够卡扣连接于导轨式钢围檩，一对限位板沿内圈壳轴线水平、对称设置于中隔板和底板之间并形成两个限位腔，齿轮组件的一对轴承分别承嵌设于两个限位腔内；限位板中部开设长条孔，齿轮组件的转轴穿过长条孔并能够沿长条孔滑移。5.根据权利要求4所述的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：所述齿轮组件包括转轴、移动齿轮、轴承、滑移圈及滑移圈铰链，移动齿轮固定于转轴中部，且移动齿轮与驱动器的电机齿轮相啮合，一对轴承分别嵌设于限位板、中隔板和底板构成的两个限位腔内，转轴
的两端分别穿过限位板的长条孔并与一对轴承嵌固连接，且转轴能够沿限位板的长条孔滑移，使得齿轮组件能够在顶推力的作用下调整其与齿条之间的间距；轴承外包裹滑移圈，并与位于轴承两侧的轴承底板和轴承顶板形成一个整体，滑移圈外侧设置滑移圈铰链，连杆组件的另一端与滑移圈铰接连接。6.根据权利要求1所述的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：所述驱动器包括电动机、电机轴及电机齿轮，电动机竖向布置于壳体一侧，电动机、电机轴及电机齿轮依次连接，电机齿轮位于壳体中部，并与齿轮组件的移动齿轮相啮合。7.根据权利要求1所述的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：所述顶推杆包括油缸底座，油缸缸体，活塞杆，法兰盘及底座铰链，油缸缸体固定于油缸底座，油缸缸体嵌设于壳体内腔并能够沿其轴线水平滑移，活塞杆一端套设于油缸缸体内腔并能够相对于油缸缸体移动，活塞杆另一端固接法兰盘，法兰盘与基坑钢支撑螺栓连接，油缸底座边缘沿壳体轴线对称设置一对底座铰链，连杆组件的连杆一铰接连接于油缸底座铰链。8.根据权利要求1所述的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：所述连杆组件由首尾依次铰接连接的连杆一，连杆二及连杆三组成，连杆一和连接三均为i形的杆件，连杆一的两端分别与顶推杆底部的油缸底座，及连杆二铰接连接，连杆二为l型的杆件，连杆二的中间及两端分别设有一个铰链，位于中间位置的铰链与固定于外圈壳的外圈铰链铰接连接，位于两端的铰链分别与连杆一、连杆三铰接连接，连杆三的两端分别与连杆二端部及滑移圈铰链铰接连接。9.根据权利要求1所述的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：所述弹簧组沿壳体轴线对称设置并分别位于中隔板通孔的两侧，所述弹簧组包括弹簧杆、弹簧套管及弹簧，弹簧杆一端连接于中隔板，弹簧套管一端连接于顶推杆，弹簧套管套设于弹簧杆并能够相对于弹簧杆滑动，弹簧套设于弹簧杆和弹簧套管外侧。10.根据权利要求1所述的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：所述制动器为板状结构，制动器的一端固定于顶推杆，其另一端设有与齿条相匹配的齿牙，制动器的齿牙能够与齿条相啮合。11.根据权利要求1所述的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：所述钢板桩沿其宽度方向的两侧还对称设置一对卡槽和一对封胶孔，卡槽横截面呈v型，卡槽的尖角端位于钢板桩边缘，卡槽的另一端与封胶孔连通，卡槽和封胶孔在钢板桩内的镂空深度大于基坑开挖深度，钢板桩镂空部分下部为实心，相邻两个钢板桩的卡槽对应设置，并通过插入相邻两个钢板桩卡槽的十字钢相拼接，封胶孔用于打设不透水密封浆。12.一种拼装式钢板桩围护结构的施工设备，用于施工如权利要求1至11所述的任意一项的拼装式钢板桩围护结构，其特征在于：它包括底座、可调压轮胎，固定夹桩器、移动夹桩器、立杆、液压装置、水准装置及配重块，多个可调压轮胎对称设置于底座两侧，液压装置、移动夹桩器、立杆和固定夹桩器由下至上依次连接并固定于底座的一侧，固定夹桩器用于临时固定钢板桩，移动夹桩器能够在液压装置作用下竖向移动，用于打设钢板桩，水准装置设置于固定夹桩器顶部，配重块固定于底座的另一侧，固定夹桩器和移动夹桩器内侧均设有能够沿水平方向外伸和回缩的一对夹具，夹具能够与钢板桩两侧的一凹卡口卡紧固定。13.如权利要求1至11所述的任意一项的拼装式钢板桩围护结构的施工方法，其特征在于，步骤如下：
s1：预制相应数量的钢板桩、导轨式钢围檩及自适应法兰装置，将多个钢板桩逐一打设入土，多个钢板桩连续拼装为一个整体的防水帷幕；s2:开挖基坑土体至一定深度后，将导轨式钢围檩水平设置并可拆卸式连接于防水帷幕，将自适应法兰装置卡扣于导轨式钢围檩的导向横梁，齿条贯通设置于导向横梁侧面；s3:法兰盘未连接基坑钢支撑时，顶推杆在弹簧组的弹力作用下朝向基坑方向移动，制动器与齿条处于分离状态，连杆组件带动齿轮组件相向运动，使得齿轮组件的移动齿轮伸出壳体并与齿条相啮合，驱动器驱动移动齿轮旋转，带动自适应法兰装置沿导轨式钢围檩水平滑行至钢支撑安装位置；将基坑钢支撑螺栓连接于法兰盘，顶推杆向远离基坑方向移动，连杆组件带动齿轮组件相向运动，使得齿轮组件的移动齿轮与齿条分离，同时，制动器伸出壳体并与齿条相啮合，使得自适应法兰装置卡紧固定于导轨式钢围檩，当顶推力达到设定要求时，顶推杆通过弹簧组顶紧于中隔板；如此反复，逐一完成基坑钢支撑的安装施工；s4：地下结构回筑，拆除基坑钢支撑、自适应法兰装置及导轨式钢围檩，拔出钢板桩。14.根据权利要求13所述的拼装式钢板桩围护结构的施工方法，其特征在于，所述步骤s1还包括：s101:采用如权利要求12所述的拼装式钢板桩围护结构的施工设备，将钢板桩竖直吊起，固定夹桩器的夹具外伸夹合扣紧钢板桩两侧的凹卡口，液压装置顶升移动夹桩器，待移动夹桩器的夹具外伸夹合扣紧钢板桩两侧凹卡口后，松开固定夹桩器的夹具,液压装置回缩，移动夹桩器带动钢板桩同步下降并将其打设入土，移动夹桩器下降至底部后，固定夹桩器的夹具再次外伸并夹合扣紧钢板桩两侧的凹卡口，移动夹桩器夹具松开钢板桩,直至钢板桩位于顶部的一个凹卡口外露于地面，用于施工过程中阻水和结构完成后拉拔;s102:多个钢板桩连续打设入土后，相邻钢板桩之间的卡槽位置相对应，十字钢嵌入相邻两个卡槽，向封胶孔内打设不透水密封浆，使得多个钢板桩固结为一体的防水帷幕。15.根据权利要求13所述的拼装式钢板桩围护结构的施工方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：将导轨式钢围檩的导向横梁的多个凸卡口嵌入防水帷幕水平方向上的多个凹卡口，使得导轨式钢围檩卡扣连接于防水帷幕，将自适应法兰装置的c型槽套设于导轨式钢围檩的t型接头，卡口板螺栓固定于c型槽的外侧，使得自适应法兰装置卡扣连接于导轨式钢围檩。

技术总结
本发明的一种拼装式钢板桩围护结构及其施工设备、施工方法，围护结构的防水帷幕由多个钢板桩连续拼装而成，导轨式钢围檩可拆卸式连接于防水帷幕，自适应法兰装置可拆卸式连接于导轨式钢围檩；施工设备的液压装置、移动夹桩器、立杆和固定夹桩器由下至上依次连接并固定于底座的一侧，配重块固定于底座的另一侧，可调压轮胎设置于底座底部；施工方法：顶推杆向靠近基坑方向移动，连杆组件带动移动齿轮伸出壳体并与导轨式钢围檩的齿条相啮合，驱动移动齿轮转动并带动自适应法兰装置沿齿条滑动至钢支撑安装位置；顶推杆向远离基坑方向移动，连杆组件带动移动齿轮脱离齿条，制动器同步伸出壳体并与齿条卡紧固定。步伸出壳体并与齿条卡紧固定。步伸出壳体并与齿条卡紧固定。


技术研发人员：邱俊男 潘曦 张龙龙 刘涛 李荣帅 王诗昆 王小峰
受保护的技术使用者：上海建工集团股份有限公司
技术研发日：2023.08.21
技术公布日：2023/9/20