鋼管樁鎖口專利技術分析

朱靜

摘 要：隨著橋梁工程和港航工程建設的發展，深水圍堰項目越來越多，工程領域亟需一種防水鎖口連接可靠、整體剛度大、防水性能好、費用較低、施工快捷的防水圍堰，圍堰施工中的難題是鎖口，因此，鎖口結構改進成為設計研究的重點。該文通過檢索、統計、分析鋼管樁鎖口的各主要國家的專利申請文獻，從而獲得鋼管樁鎖口領域專利申請的趨勢及技術發展的方向，針對鋼管樁鎖口四大結構C-C、C-O、C-T及L-T的技術構成，從專利申請量角度剖析了國內外鎖口領域技術的整體狀況，為鋼管樁鎖口的技術發展提供參考。

關鍵詞：鋼管樁 鎖口 圍堰 專利 分析

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）04（a）-0082-02

橋梁、建筑物等的基礎施工中，經常要進行除土或是在無水環境下施工，為保證施工安全需要進行臨時圍護，在進行水中基礎施工時一般要修筑圍堰工程，以便進行排水挖基和砌筑基礎施工。近年來隨著施工工藝水平的提高，施工機械的改進和施工方法的進步，鋼圍堰也已廣泛地運用在深水基礎施工中，使得在超深水中修建基礎成為可能。在水較深且流速較大的河流中，一般采用鋼板樁圍堰、鋼管樁圍堰等。

鎖口鋼管樁圍堰是一種近年來發展起來的圍堰形式，由于它剛度大、承載力高，又有鎖口止水、土，安全可靠，施工簡單，是一種較好的基礎施工手段。鎖口鋼管樁圍堰適合于超水深條件下的基礎施工，施工后可拔除重復使用，不留任何痕跡，因此，不僅經濟，且利于環境保護，符合當今可持續發展的要求。該文將通過專利文獻對鋼管樁鎖口技術進行梳理和研究。

1 鋼管樁鎖口技術發展趨勢

該文通過統計分析該領域的技術分布以及技術發展脈絡，以及該領域的相關專利作為分析對象，對該行業的現有技術進行研究。

1.1 全球與國內專利申請情況

VEN數據庫檢索和統計結果顯示，鋼管樁鎖口最早出現在1940年，之后緩慢的發展，直至20世紀90年代，申請量有了顯著的增加，幾乎以直線上升，增長迅猛，前期增長緩慢，主要因為施工在淺水水域，早先的土石、木板等可滿足需求；到20世紀末，隨著科技技術的迅猛發展，工業技術日益加強，土建工程也向深水區域發展，由于鋼管樁圍堰剛度大、承載力高，又有鎖口止水、土，安全可靠，施工簡單，鋼管樁圍堰大量應用于實踐中，因此，有關鋼管樁鎖口的申請也持續增加。

CNABS數據庫中檢索結果顯示，國內1996年才開始出現鋼管樁鎖口的申請，經過非專利文獻分析，鎖口鋼管樁圍堰是20世紀80年代從日本引進的圍堰結構新技術，國內在90年代之前，很少有該方面的研究，說明我國對于鋼管樁圍堰研究起步較晚，發展緩慢，增長較慢，在近5年內，占據全球專利申請份額也在逐年上升趨勢，在2014年中國的申請量已經占據全球的16%。隨著我國科學技術水平的進步與經濟的迅猛發展，對鐵路客運專線的建設以及城市化進展而進行市政交通建設的加快，國內的鐵路、公路及市政橋梁建設也隨之進入了一個新的發展階段，大型跨江跨河橋梁工程不斷出現，一批新的施工技術得到了廣泛應用，尤其是深水或地質條件復雜的橋梁基礎的施工，也會對圍堰結構提出特殊要求。

1.2 主要國家專利申請情況

日本和中國為鋼管樁鎖口的申請大國，其中，排名第一的日本比其他國家申請量多很多。通過進一步閱讀分析專利文獻，日本是研究應用鎖口鋼管樁時間早、應用領域廣、機械配套綜合程度高的國家，且申請量非常多。20世紀60年代以后，日本發展的鎖口管柱圍堰是將鋼管樁聯鎖成為一個整體，建成任何形狀。分析其原因，個人認為與日本特殊的地理環境有關，日本屬于島嶼國家，四面環海，同時日本的國土面積比較小，隨著經濟的發展，對交通及城市擴建有更高的要求，從而促進了對鋼管樁鎖口的研究。同時，進一步查閱，20世紀90年代中期，我國在寧波市隔江口修建的寧波大橋主塔橋墩基礎采用了鎖口鋼管樁作為防水圍堰，這也是我國橋梁基礎施工中第一次采用這種基礎施工方法，因此，鋼管樁鎖口在國內起步晚，但對鐵路客運專線的建設以及城市化進展而進行市政交通建設的加快，對于深水或地質條件復雜的橋梁基礎的施工，鋼管樁鎖口有了廣泛的應用，伴隨著實際應用的增加，專利申請也有了顯著的增長。

1.3 鋼管樁鎖口技術分布情況

該文選取鋼管樁鎖口，通過對鋼管樁鎖口的專利文獻收集、標引和梳理，對樣本進行研究和分析可知，鋼管樁鎖口主要設計C-C、C-O、C-T及L-T等鎖口結構，為了進一步保證防水效果，可以在鎖口的空隙中進行填充處理。

1.4 全球各鎖口結構申請

該研究分析，鋼管樁鎖口分為C-C、C-O、C-T及L-T鎖口型式，統計分析得出C-C鎖口申請為65件，C-O申請量為36件，C-T申請量為40件，L-T申請量為10件，即C-C型式的鎖口的應用范圍最廣。從技術角度分析全球各鎖口型式申請量顯示圖，由于在深水區施工，止水作為圍堰工程施工中的關鍵技術之一，如果圍堰止水效果不理想，導致交界外漏嚴重，影響施工，其中C-C型式的防水效果最好，因此，在實際工程中得到了廣泛的應用；其次防水效果為C-O、C-T型式，T-L型式最差。

通過研究分析，早起出現了C-C和C-T結構形式，且都是簡單的形式，其防水性能和整體強度都相對較差，如專利JPS5245121（1977）、JPS5254216（1977）；當進入20世紀90年代，隨著全球經濟的發展，科技技術快速提高，為了將防水性能提高，在鎖孔中進行填充，進一步提高防水的性能，以此同時，出現了兩個新型的鎖口結構C-O和L-T結構；時間進入20世紀初，各行各業都有了前所未有的飛速發展，鎖口結構的發展不僅僅只限于防水效果，為了提高強度、快速施工、節約資源，人們進行了各種嘗試，其中最有代表性的是JP2008031683（2008），直接在鎖口的接縫處設置橡膠擋板，由于橡膠具有很好的防水性能，同時僅在鎖口的接縫處設置，所以，操作簡單，防水性能好。此外，全球的鎖口結構的發展基本上都是在日本，同時，由于L-T型的防水效果較差，所以，發展一直較緩慢，防水效果較好的C-C一直處于快速發展的狀態。

2 結語

鋼管樁鎖口具有施工簡便、結構靈活、截面剛度大等諸多特點，逐漸得到廣泛的應用。在此背景下，鎖口鋼圍堰作為一種新型圍堰結構鎖口鋼管樁作為近年來興起的新的圍堰施工方法，具有截面剛度大、適應地質條件廣、圍護止水作用合二為一、施工速度快、安全可靠等眾多優點，值得在我國圍堰施工中推廣應用，既可提高綜合經濟效益，還能保證施工安全，對我國的基礎工程建設和在環境方面的可持續發展有十分重大的意義，應用前景廣闊，因此，研究該領域的專利申請是必要的。

參考文獻

[1] 宋永杰.鎖口鋼管樁圍堰的應用[J].西部交通科技，2007（3）：71-73.

[2] 楊克龍.鎖口鋼管樁圍堰在橋梁基礎施工中的工程實踐[J].安徽建筑，2011（2）：90-92.