钢管桩锁口专利技术分析

朱静

摘 要：随着桥梁工程和港航工程建设的发展，深水围堰项目越来越多，工程领域亟需一种防水锁口连接可靠、整体刚度大、防水性能好、费用较低、施工快捷的防水围堰，围堰施工中的难题是锁口，因此，锁口结构改进成为设计研究的重点。该文通过检索、统计、分析钢管桩锁口的各主要国家的专利申请文献，从而获得钢管桩锁口领域专利申请的趋势及技术发展的方向，针对钢管桩锁口四大结构C-C、C-O、C-T及L-T的技术构成，从专利申请量角度剖析了国内外锁口领域技术的整体状况，为钢管桩锁口的技术发展提供参考。

关键词：钢管桩 锁口 围堰 专利 分析

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04（a）-0082-02

桥梁、建筑物等的基础施工中，经常要进行除土或是在无水环境下施工，为保证施工安全需要进行临时围护，在进行水中基础施工时一般要修筑围堰工程，以便进行排水挖基和砌筑基础施工。近年来随着施工工艺水平的提高，施工机械的改进和施工方法的进步，钢围堰也已广泛地运用在深水基础施工中，使得在超深水中修建基础成为可能。在水较深且流速较大的河流中，一般采用钢板桩围堰、钢管桩围堰等。

锁口钢管桩围堰是一种近年来发展起来的围堰形式，由于它刚度大、承载力高，又有锁口止水、土，安全可靠，施工簡单，是一种较好的基础施工手段。锁口钢管桩围堰适合于超水深条件下的基础施工，施工后可拔除重复使用，不留任何痕迹，因此，不仅经济，且利于环境保护，符合当今可持续发展的要求。该文将通过专利文献对钢管桩锁口技术进行梳理和研究。

1 钢管桩锁口技术发展趋势

该文通过统计分析该领域的技术分布以及技术发展脉络，以及该领域的相关专利作为分析对象，对该行业的现有技术进行研究。

1.1 全球与国内专利申请情况

VEN数据库检索和统计结果显示，钢管桩锁口最早出现在1940年，之后缓慢的发展，直至20世纪90年代，申请量有了显著的增加，几乎以直线上升，增长迅猛，前期增长缓慢，主要因为施工在浅水水域，早先的土石、木板等可满足需求；到20世纪末，随着科技技术的迅猛发展，工业技术日益加强，土建工程也向深水区域发展，由于钢管桩围堰刚度大、承载力高，又有锁口止水、土，安全可靠，施工简单，钢管桩围堰大量应用于实践中，因此，有关钢管桩锁口的申请也持续增加。

CNABS数据库中检索结果显示，国内1996年才开始出现钢管桩锁口的申请，经过非专利文献分析，锁口钢管桩围堰是20世纪80年代从日本引进的围堰结构新技术，国内在90年代之前，很少有该方面的研究，说明我国对于钢管桩围堰研究起步较晚，发展缓慢，增长较慢，在近5年内，占据全球专利申请份额也在逐年上升趋势，在2014年中国的申请量已经占据全球的16%。随着我国科学技术水平的进步与经济的迅猛发展，对铁路客运专线的建设以及城市化进展而进行市政交通建设的加快，国内的铁路、公路及市政桥梁建设也随之进入了一个新的发展阶段，大型跨江跨河桥梁工程不断出现，一批新的施工技术得到了广泛应用，尤其是深水或地质条件复杂的桥梁基础的施工，也会对围堰结构提出特殊要求。

1.2 主要国家专利申请情况

日本和中国为钢管桩锁口的申请大国，其中，排名第一的日本比其他国家申请量多很多。通过进一步阅读分析专利文献，日本是研究应用锁口钢管桩时间早、应用领域广、机械配套综合程度高的国家，且申请量非常多。20世纪60年代以后，日本发展的锁口管柱围堰是将钢管桩联锁成为一个整体，建成任何形状。分析其原因，个人认为与日本特殊的地理环境有关，日本属于岛屿国家，四面环海，同时日本的国土面积比较小，随着经济的发展，对交通及城市扩建有更高的要求，从而促进了对钢管桩锁口的研究。同时，进一步查阅，20世纪90年代中期，我国在宁波市隔江口修建的宁波大桥主塔桥墩基础采用了锁口钢管桩作为防水围堰，这也是我国桥梁基础施工中第一次采用这种基础施工方法，因此，钢管桩锁口在国内起步晚，但对铁路客运专线的建设以及城市化进展而进行市政交通建设的加快，对于深水或地质条件复杂的桥梁基础的施工，钢管桩锁口有了广泛的应用，伴随着实际应用的增加，专利申请也有了显著的增长。

1.3 钢管桩锁口技术分布情况

该文选取钢管桩锁口，通过对钢管桩锁口的专利文献收集、标引和梳理，对样本进行研究和分析可知，钢管桩锁口主要设计C-C、C-O、C-T及L-T等锁口结构，为了进一步保证防水效果，可以在锁口的空隙中进行填充处理。

1.4 全球各锁口结构申请

该研究分析，钢管桩锁口分为C-C、C-O、C-T及L-T锁口型式，统计分析得出C-C锁口申请为65件，C-O申请量为36件，C-T申请量为40件，L-T申请量为10件，即C-C型式的锁口的应用范围最广。从技术角度分析全球各锁口型式申请量显示图，由于在深水区施工，止水作为围堰工程施工中的关键技术之一，如果围堰止水效果不理想，导致交界外漏严重，影响施工，其中C-C型式的防水效果最好，因此，在实际工程中得到了广泛的应用；其次防水效果为C-O、C-T型式，T-L型式最差。

通过研究分析，早起出现了C-C和C-T结构形式，且都是简单的形式，其防水性能和整体强度都相对较差，如专利JPS5245121（1977）、JPS5254216（1977）；当进入20世纪90年代，随着全球经济的发展，科技技术快速提高，为了将防水性能提高，在锁孔中进行填充，进一步提高防水的性能，以此同时，出现了两个新型的锁口结构C-O和L-T结构；时间进入20世纪初，各行各业都有了前所未有的飞速发展，锁口结构的发展不仅仅只限于防水效果，为了提高强度、快速施工、节约资源，人们进行了各种尝试，其中最有代表性的是JP2008031683（2008），直接在锁口的接缝处设置橡胶挡板，由于橡胶具有很好的防水性能，同时仅在锁口的接缝处设置，所以，操作简单，防水性能好。此外，全球的锁口结构的发展基本上都是在日本，同时，由于L-T型的防水效果较差，所以，发展一直较缓慢，防水效果较好的C-C一直处于快速发展的状态。

2 结语

钢管桩锁口具有施工简便、结构灵活、截面刚度大等诸多特点，逐渐得到广泛的应用。在此背景下，锁口钢围堰作为一种新型围堰结构锁口钢管桩作为近年来兴起的新的围堰施工方法，具有截面刚度大、适应地质条件广、围护止水作用合二为一、施工速度快、安全可靠等众多优点，值得在我国围堰施工中推广应用，既可提高综合经济效益，还能保证施工安全，对我国的基础工程建设和在环境方面的可持续发展有十分重大的意义，应用前景广阔，因此，研究该领域的专利申请是必要的。

参考文献

[1] 宋永杰.锁口钢管桩围堰的应用[J].西部交通科技，2007（3）：71-73.

[2] 杨克龙.锁口钢管桩围堰在桥梁基础施工中的工程实践[J].安徽建筑，2011（2）：90-92.