打桩架桥施工一体机及其施工方法
技术领域
本发明涉及桥梁架设技术领域，尤其涉及一种具有桥梁架设及其沉桩作业功能的施工机械，本发明还涉及该施工机械的作业施工方法。
背景技术
高架桥是一种具有高支撑而能跨过河流、浅滩、道路或其他障碍物的桥梁，广泛应用于高速公路、铁路或城市交通中，其主要组成部分自下而上分别为基桩、盖梁、箱梁和桥面。传统的高架桥施工时，先用打桩设备进行沉桩作业而形成桩墩，然后再使用架桥机将制好的盖梁或箱梁吊装到桩墩指定的安装位置；因此目前高架桥的架设施工至少需要两种施工装备，采用至下而上的施工工艺。
由于高架桥通常是由多跨多桩组成的，施工时需要进行施工材料、预制梁的运输，以及预制梁架设和打桩作业。其打桩设备包括移动平台以及架设于移动平台上的打桩锤，打桩机的陆上移动平台往往需要铺设施工便道，对施工道路和场所均有一定要求，而且对周围环境会造成一定的影响；尤其是打桩锤在水上施工作业时，打桩锤则以船舶为移动载体，但是当在浅水泻湖、浅滩和沼泽湿地等地区施工时，承载打桩锤的船舶会搁浅而无法移动施工，修建栈桥、铺设施工便道铺设混凝土板不仅施工成本高、施工周期长，而且会对周围的生态环境及农业和渔业生产会带来影响。
因此，采用传统的自下而上的施工方法和施工装备，尤其是在狭窄和浅水等受限施工条件下，不仅存在施工工艺复杂，周期长，投资大，效率低的缺陷，而且难以进行施工作业或者对周围的生态、生产环境会造成严重影响。
发明内容
针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种打桩架桥施工一体机，不仅施工时无需搭设地面工作台，对周围生活、生产环境影响小，而且能明显节约施工时间，加快施工进程，具有更高的施工效率。本发明还要提供一种应用该打桩架桥施工一体机进行高架桥架设施工的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的打桩架桥施工一体机，包括主梁、支腿和起重天车，该主梁支承于支腿上，起重天车可移动地支承于主梁上，所述主梁上固定安装有桩架支座，该桩架支座上绞支有打桩塔架，打桩塔架上滑动设置有桩锤；在桩架支座上还绞支有撑杆，撑杆的另一端绞连有滑块， 该滑块滑动连接于打桩塔架上，所述打桩塔架和撑杆在桩架支座上的绞支点相距设置；所述滑块的两侧分别连接有伏架滑轮组和起架滑轮组，摆架卷扬机驱动所述伏架滑轮组和起架滑轮组。
进一步地，所述主梁包括有相互平行设置的左纵梁和右纵梁，左纵梁和右纵梁上固定连接有横梁，所述桩架支座固定连接于横梁，打桩塔架位于右纵梁和右纵梁之间。
进一步地，所述摆架卷扬机包括有起架卷筒和伏架卷筒，该起架卷筒和伏架卷筒同步反向转动。
进一步地，所述摆架卷扬包括起架卷扬机和伏架卷扬机，起架卷扬机驱动起架滑轮组，伏架卷扬机驱动伏架滑轮组。
进一步地，所述打桩塔架上设置有用于起吊桩锤的桩锤起吊滑轮组，驱动桩锤起吊滑轮组的起吊卷扬机安装于桩架支座上；所述桩锤为液压打桩锤、导杆式柴油打桩锤或筒式柴油打桩锤；所述打桩塔架上设置有抱桩器。
进一步地，所述支腿包括相互间隔地设置的前支腿、中一支腿、中二支腿和后支腿，该前支腿、中一支腿、中二支腿和后支腿通过对应的横移滑轨支承于主梁的下侧。
本发明应用打桩架桥施工一体机的施工方法，该施工方法包括如下步骤：
（1）将打桩架桥施工一体机置于高架桥面始端，此时摆式桩架处于水平状态而位于主梁中；
（2）将预制的桩柱、盖梁和箱梁有序地运送至已铺设的高架桥面上备用；
（3）用起重天车将桩柱吊至高架桥面以上后，驱动起重天车沿主梁纵向移动而将桩柱安装到摆式桩架的打桩塔架上，起重天车返回至位置；
（4）启动摆架卷扬机，使得打桩塔架摆至竖直状态，启动打桩塔架上的桩锤将桩柱锤击至设定位置；
（5）再次启动摆架卷扬机，使打桩塔架重新摆至水平状态，横向移动主梁，重复上述步骤（3）和步骤（4），直至完成同排桥桩的沉桩施工作业；
（6）在完成同排桥桩的沉桩后，起重天车吊起盖梁前移，将盖梁安装到同排的桥桩顶部；
（7）完成一排桥桩盖梁的安装后，起重天车再吊起箱梁，将箱梁架设于相邻的两排桥桩顶部的盖梁上，
（8）横向移动主梁，起重天车再吊起另一箱梁，并将该箱梁架设于上述两排桥桩顶部的盖梁上，重复该步骤，直至完成本跨箱梁的架设；
（9）在完成一跨箱梁的架设后，主梁沿纵向前移一跨距离，重复上述的步骤（3）至步骤（8），直至完成整个高架桥的架设。
进一步地，起重天车将桩柱吊至水平放置的打桩塔架对应位置，并通过抱桩器将桩柱安装于打桩塔架上。
进一步地，摆架卷扬机通过驱动起架滑轮组收起，同时伏架滑轮组松开在而使打桩塔架立起；摆架卷扬机通过驱动伏架滑轮组收起，同时起架滑轮组松开而使打桩塔架摆至水平位置。
进一步地，所述主梁通过横向滑轨在支腿顶部横向移动；主梁随支腿在铺设的箱梁上平面进行纵向移动。
本发明与现有技术相比具有如下显著的优点：
采用上述结构后，由于架桥主梁支承于支腿上实现了整机的纵向和横向移动，主梁上的起重天车又能将预制盖梁和箱梁吊运并安装到桥桩墩上；尤其是在主梁上通过横梁、机架支座绞支有打桩塔架和桩锤，可以进行锤击打桩作业施工，使得本发明兼具架桥和沉桩施工的综合功能。又由于打桩塔架和桩锤是通过包括有滑块、撑杆等构成的连杆机构实现打桩塔架、桩锤的竖起直立和水平摆放，能够实现大行程，大尺度摆幅的摆动要求；采用卷扬机和滑轮组作为驱动结构，具有结构简单、便于操作的特点。还由于将架桥功能和打桩作业功能集于一体，不仅能够适应新的施工工艺的作业要求，而且结构更加简化，总造价降低，使用操作更加灵活方便。
采用本发明的结构和施工方法，不需在地面上铺设施工平台和施工便道，既不需要因水面或湿地作业而进行疏浚，不必修建栈桥和铺设混凝土板，也不需要在狭窄施工地铺设运输通道或架设施工平台，形成了与传统作业方法截然不同的施工工艺，特别适用于狭窄作业空间和浅水湿地等受限环境下的施工作业。桩柱、预制梁的吊运和运输均可以借助已铺设桥面而逐跨向前进行，桩柱的锤击打桩也可以在已铺设桥面从上向下进行，不需要进行地面施工和操作。本发明的这种机械结构所形成的施工方法，对环境影响极小，不会对施工现场周围的自然环境和生产生活环境造成破坏和影响。也由于打桩和架设施工作业均是在桥面上逐跨、交替进行的，可以明显节约施工时间，加快施工进程，降低工程投资，提高施工效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明一种具体实施方式的总体结构示意图；
图2是一种桥桩、盖梁和箱梁构成的高架桥端面结构示意图；
图3是图1所示实施方式的立体结构示意图；
图4是图1所示实施方式中摆式桩架及桩锤处于竖直工作状态的示意图；
图5是图1所示实施方式中摆式桩架及桩锤处于水平摆放状态的示意图。
图中，1—前支腿，2—中一支腿，3—中二支腿，4—后支腿，5—后起重天车，6—前起重天车，7—主梁、71—左纵梁、72—右纵梁、73—横梁、74—横移滑轨，8—摆式桩架、81—打桩塔架、82—桩锤起吊滑轮组、83—伏架滑轮组、84—滑块、85—滑轨、86—起架滑轨组、87—撑杆、88—摆架卷扬机、89—桩架支座，9—桩锤，10—抱桩器，11—桩柱，12—桥桩，13—盖梁，14—箱梁。
具体实施方式
本实施例以图2 所示的高架桥为施工对象，来描述本发明的具体结构及其施工作业工艺。如图2所示，同排的桥桩墩包括有三根桥桩12，在三根桥桩12的顶部架设安装有盖梁13，在相邻两排桥桩墩的盖梁13上架设有箱梁14，箱梁14的顶部为桥面。
如图1、图3所示的打桩架桥施工一体机，包括主梁7，主梁7的下侧依次支承有前支腿1、中一支腿2、中二支腿3和后支腿4 ，该前支腿1、中一支腿2、中二支腿3和后支腿4通过各自对应的横移滑轨74可横向移动地支承于主梁7的下侧，横梁滑轨74包括固定于主梁7上的滑条和固定于对应支腿上的滑道，主梁7在横向驱动装置的驱动下可以沿横移滑轨74作横向往复移动。前支腿1、中一支腿2、中二支腿3和后支腿4也可以沿主梁7长度方向进行纵向移动，同时承载主梁7的支腿下端装有滚轮。
主梁7包括有相互平行且间隔设置的左纵梁71和右纵梁72，在左纵梁71和右纵梁72的前端垂直地固定连接有横梁73，在横梁73上固定安装有桩架支座89，桩架支座89上绞支有打桩塔架81，打桩塔架81位于左纵梁71和右纵梁72之间。在主梁7上可移动地支承有前起重天车6和后起重天车5，前起重天车6和后起重天车5两侧的移动滚轮分别支承于主梁7的左纵梁71和右纵梁72上，从而形成重天车的移动跨骑结构。
如图4、图5所示，桩架支座89固定安装于主梁7的横梁73上。在桩架支座89上分别绞支有打桩塔架81和撑杆87，打桩塔架81和撑杆87在桩架支座89上的绞支点相互间隔一定距离设置，撑杆87的另一端与滑块84相绞连，在打桩塔架81上固定设置有滑轨85，滑块84滑动支承于滑轨85上，打桩塔架81、滑块84、撑杆87和桩架支座89构成摆杆滑块机构。
在滑块84的两侧分别连接有驱动滑块84在滑轨85上滑移的伏架滑轮组83和起架滑轮组86，伏架滑轮83的定滑轮支承于打桩塔架81上，伏架滑轮组83的动滑轮则安装于滑块84上，起架滑轮组86的动滑轮安装于撑杆87上，也可以安装于滑块84上，其定滑轮则安装于桩架支座89，也可以安装于打桩塔架81上。在桩架支座89上安装有摆架卷扬机88，摆架卷扬机88及钢绳缠绕方式也有多种方法，但必须使得伏架滑轮组83和起架滑轮组86能协调地保证滑块沿滑轨向同一方向滑行。
本实施例中，摆架卷扬机88采用由同一电机驱动的双卷筒结构，该双卷筒的起架卷筒和伏架卷筒的转动方向相反，并且两卷筒的收绳和放绳线速度大小一致。当然该摆架卷扬机88也可以包括两台独立设置的起架卷扬机和伏架卷扬机，起架卷扬机驱动起架滑轮组86，伏架卷扬机驱动伏架滑轮组83。当伏架滑轮组83的钢绳收起时，起架滑轮组86钢绳同步放松，滑块84向打桩塔架81的顶部滑移（如图4所示），打桩塔架81绕绞支点倒伏至如图5所示的水平状态。反之起架滑轮组86钢绳收起时，伏架滑轮组83钢绳同步放松，滑块84向打桩塔架81的顶部反向滑移，打桩塔架81绕绞支点摆立至如图4所示的竖直状态。
在打桩塔架81上滑动地设置有桩锤9，起吊卷扬机通过桩锤起吊滑轮组82与桩锤9相连，起吊卷扬机安装于桩架支座89上。桩锤9既可以是液压打桩锤，也可以是导杆式或筒式柴油打桩锤等常见的打桩机械。施工时打桩塔架81上通过抱桩器10安装有桩柱11，抱桩器10可以是常见的液压或机械式抱桩器。主梁7、打桩塔架81和撑杆87均采用桁架结构。
本发明打桩架桥施工一体机作业施工从高架桥始端开始作业，并在相应的混凝土预制场将桩柱、盖梁和箱梁预制好，施工作业时其步骤包括如下：
（1）将打桩架桥施工一体机置于高架桥面始端，此时摆式桩架处于水平状态而位于主梁中；
（2）将预制的桩柱、盖梁和箱梁有序地运送至已铺设的高架桥面上备用；
（3）用起重天车将桩柱吊至高架桥面以上后，驱动起重天车沿主梁纵向移动而将桩柱吊至水平放置摆式桩架的打桩塔架对应位置，并通过抱桩器将桩柱安装于打桩塔架上，起重天车返回至位置；
（4）启动摆架卷扬机，摆架卷扬机通过驱动起架滑轮组收起，同时伏架滑轮组松开在而使打桩塔架立起；使得打桩塔架摆至竖直状态，启动打桩塔架上的桩锤将桩柱锤击至设定位置；
（5）再次启动摆架卷扬机，摆架卷扬机通过驱动伏架滑轮组收起，同时起架滑轮组松开而使打桩塔架摆至水平位置，使打桩塔架重新摆至水平状态，横向移动主梁，重复上述步骤（3）和步骤（4），直至完成同排桥桩的沉桩施工作业；
（6）在完成同排桥桩的沉桩后，起重天车吊起盖梁前移，将盖梁安装到同排的桥桩顶部；
（7）完成一排桥桩盖梁的安装后，起重天车再吊起箱梁，将箱梁架设于相邻的两排桥桩顶部的盖梁上，
（8）横向移动主梁，起重天车再吊起另一箱梁，并将该箱梁架设于上述两排桥桩顶部的盖梁上，重复该步骤，直至完成本跨箱梁的架设；
（9）在完成一跨箱梁的架设后，主梁沿纵向前移一跨距离，重复上述的步骤（3）至步骤（8），直至完成整个高架桥的架设。
