CN100374656C - 大直径斜向嵌岩桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大直径斜向嵌岩桩的施工方法，具体包括如下步骤：(1)改造普通工程钻机，使嵌岩桩施工最大倾角可达70度，桩体直径达80～150cm。(2)架机：对普通工程钻机改造完成后，按设计斜度架设门架和主机底盘；(3)钻进：各种机械设备安装完成，并再次检查倾斜度无误后开机进钻；(4)清孔排碴；(5)下放钢筋笼；(6)浇注砼。本发明是一项实用、有效、崭新的技术，有效地解决了目前嵌岩斜桩技术的斜向有限和直径较小的问题，具有施工方便、造价低、施工速度快的特点。

Description

大直径斜向嵌岩桩的施工方法

技术领域

本发明涉及一种桩基工程施工方法，具体与在公路桥梁、港口码头等工程中的大直径斜向嵌岩桩的施工方法有关。

背景技术

在公路桥梁、港口码头等工程的结构设计中，除了需要满足垂直荷载作用的要求之外，还必须满足水平荷载作用的要求。在垂直荷载结构设计方面，已有很成熟的设计理论和施工技术，而在水平荷载结构设计方面，虽也有比较成熟的设计理论，但实际的施工技术较欠缺。

在桥梁和码头这两大类工程结构中，为满足水平承载能力的要求，经常使用到嵌岩桩技术。嵌岩桩是较常用的桩基工程之一，主要是直桩，也有部分斜桩，但目前嵌岩斜桩最大斜角只有80°～90°(桩轴线与水平面夹角)，斜向有限，而且直径较小，一般为0.3米左右。如果桩的斜向越小，则其相应的水平抵抗力就越小，在设计上只能通过增加桩的数量来满足水平承载能力，这必然增加施工难度，提高了工程成本。因此，在保证嵌岩桩直径足够大的同时，增大嵌岩桩的斜向，是一项实用、有效、崭新的施工技术，此项技术的成功实现，将在建筑施工市场发挥巨大的经济效益。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是，通过增大嵌岩桩体直径和倾斜角度，有效地提高嵌岩桩的水平抵抗能力和抗拨能力，满足工程结构设计和施工的要求。

为了达到上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种大直径斜向嵌岩桩的施工方法，包括如下步骤：

(1).改造普通工程钻机，钻机改造包括结构改造、更换液压系统、钻杆改造及导向装置改造，使钻机最大倾角达70度，钻孔直径达80～150cm；

(2).架机：对普通工程钻机改造完成后，按设计的斜度架设门架和主机底盘；

(3).钻进：各种机械设备安装完成，并再次检查倾斜度无误后开机进钻，具体分为两个阶段：

第一阶段，正常钻进：在土层和强风化层采用刮刀钻头，借助钻杆自重正常钻进，进尺速度取决于钻杆的钻头转速和地质软硬程度；

第二阶段，加压钻进：当钻头进入中风化岩和弱风化岩后，刮刀钻头损伤严重，且钻进困难；此时，更换为二级牙轮钻头，在扭矩许可和机身不跳动的情况下加压钻进；先利用油压系统对钻头钻杆称重，确定初始压力值，试钻后若加压值太大，机身跳动，则减少加压值，直至找到最佳值，使钻机以最大钻进速度钻进；

(4).清孔排碴：采取大功率泥沙泵反循环法清孔排碴，先由砂泵抽取海水对泥沙泵灌水排空气，然后启动泵反循环排碴，同时由砂泵的护筒内补充清水，当补充量不够时，保持护筒内一定的水位；

(5).下放钢筋笼：钢筋笼在钢筋棚加工绑扎焊接好后，由驳船运输到现场，安装由浮吊协助进行，安装好后采取措施固定钢筋笼，以防浇注砼时钢筋笼上浮；

(6).浇注砼；桩身砼浇注采用直升导管法，导管中间夹橡皮垫圈，导管使用前应进行水密、承压及接头抗拉试验，导管吊放用两根钢丝绳分别系在最下一端的导管上，并沿导管将钢丝绳每隔5米和导管系在一起；

上述步骤(1)中的钻机改造分为两阶段：

第一阶段：倾斜，为适应斜度要求，首先将主机底与钻机底座分离，在钻机底座前部两边分别加设两条钢柱，柱上按计算好的地方设置固定主机底盘的插销孔，通过卷扬机牵引主机底盘，前端被抬高，而后端与钻机底座铰接，从而形成夹角，角度正是基桩与垂直方向的夹角，主机底盘斜度达到要求后，通过钢插销与底座前两钢桩固定，并在底盘与底座的中间位置加设钢凳，以增加主机架起后的稳定性，防止钻进机晃动；

第二阶段：加长底座和加设限位挡块，为满足机身倾斜面空间和固定机身要求，加长整机底座，以适应斜孔对位；机身倾斜后，后移危险性较大，增设限位挡块，以满足主机移位安全要求；

上述步骤(1)中的液压系统更换，具体为更换原系统中油压系统的主要构件，将压强从8MPa，提高到12MPa；

上述步骤(1)中的钻杆改造，具体为增加钻杆壁厚到9-15mm和增加钻杆直径为170-200mm；

上述步骤(1)中的导向装置改造，导向装置为钻杆外套扶正器，扶正器自行设计和制作，外径较护筒内径小2cm；对护筒内的扶正器宜采用轻便型，宽度30cm；对护筒外岩层段扶正器宜采用宽型，宽度60cm；若护筒外为土质，扶正器宜采用加宽型，用2～3个宽型串联而成，以加强扶正效果。

与现有技术相比，本发明是一项实用、有效、崭新的技术。首先对工程钻机进行改造，然后把改造后的工程钻机应用于工程实践中，有效地解决了目前嵌岩斜桩技术的斜向有限和直径较小的问题，使桩体在满足垂直承载能力要求的同时，又能达到抵抗水平推力的要求，大大降低工程的施工难度和减少工程投资，在公路桥梁、港口码头等工程的结构设计和施工中发挥巨大的经济效益。

附图说明

图1是本发明在具体实施例中嵌岩斜桩的示意图。

具体实施方式

参照图1以及在实际工程中的实施例，对本发明公开的一种大直径斜向嵌岩桩的施工方法，做进一步地描述，但不构成对本发明的任何限制。

经多方比选，决定选择由申请人承建的“南海石化东联码头工程”作为本施工技术的应用项目作为本发明的实施例。

南海石化东联码头工程是南海壳牌石油公司输油管道布设及停泊码头，设计规模为50000吨级，共三个泊位，码头轴线长360米，为钢管桩桩基码头。钢管桩直径为800mm、1000mm两种，桩长27～36米。采用D100型锤沉桩，收锤标准为：最后三阵贯入度不大于30mm～50mm。本工程所有沉桩贯入度均达到设计要求，即达到竖向承载力要求，但因多种原因，却达不到设计水平分力要求。因此，需要采取措施，提高水平承载能力。决定通过加大嵌岩桩斜度来达到这个要求。

(一)钻机改造

发明人采用GMD-15型改造为GMD一15-12一X(A)型钻机，改造工作内容具体如下：

1、结构改造

a、倾斜。为适应斜度要求，首先将主机底与钻机底座分离，在钻机底座前部两边分别加设两条钢柱1，柱上按计算好的地方设置固主机底盘2的插销孔3。通过卷扬机4牵引主机底盘2，前端被抬高，而后端与钻机底座5铰接。从而形成夹角，角度正是基桩与垂直方向的夹角。主机底盘斜度达到要求后，通过钢插销与底座前两钢桩固定。并在底盘与底座的中间位置加设钢凳6，以增加主机架起后的稳定性，防止钻进机晃动。

b、加长底座和加设限位挡块。为满足机身倾斜面空间和固定机身要求，加长整机底座，以适应斜孔对位；机身倾斜后，后移危险性较大，增设限位挡块，以满足主机移位安全要求。

2、更换液压系统7

为加快机械操作效率(移机、架机、对位等)和给钻头加压钻进。更换原系统中油压系统的主要构件。将压强从8MPa提高至12MPa。

3、钻杆8改造

为适应钻头加压钻岩大扭矩要求，增加钻杆8壁厚(11mm)和钻杆8直径(由φ146，改为φ180)。

4、导向装置

导向装置为钻杆8外套扶正器，扶正器自行设计和制作，外径较护筒内径小2cm。对护筒内的扶正器宜采用轻便型，宽度30cm；对护筒外岩层段扶正器宜采用宽型，宽度60cm；若护筒外为土质，扶正器宜采用加宽型，用2～3个宽型串联而成，以加强扶正效果。

钻孔施工

1、架机

各种设备更换和改造完成后，按设计的斜度架设门架和主机底盘。

1)架设门架9

借助油压系统，将水平放置的门架9顶起，当门架9平面与拟钻斜桩轴线平行时；此时门架9底定位孔10刚好与底座钢柱1上插销孔重合，插入插销锁定门架9。

2)架主机底盘及主机

借助门架定滑轴11和主卷扬机4吊起主机底盘2，当主机底盘面与门架9面垂直时，此时底盘前端定位孔刚好与底座钢柱1上的插销孔重合，插入插销锁定主机底盘。

3)设置钢凳6

主机底盘架起后，在底盘与底座之间放置钢凳6并通过螺栓上部与底盘固定，下部与底座5固定，增加整体稳定性。

4)导向装置设置

一般，桩长在18M以内需要设置两个扶正器，即顶部与主钻杆的钻杆和底部与钻头相连钻杆8处各设一个扶正器；桩长在30M以内，则在钻杆8加设一个扶正器。

5)钻头口改造

对土质和强风化岩一般采用刮刀钻头，对中风化岩、微风化岩采用二级牙轮钻头，为增加反循环不吸碴效率，应将原钻头吸泥口改大，同时加置加强钢肋以补充，防止改大吸泥口后钻头刚度的不足。

6)正反循环泵

因钢护筒已到中风化岩层，钻进过程中，不存在护壁和增孔的问题，施工中采用大功率正反循环泵。

2、钻进

各种机械设备安装完成，并再次检查倾斜度无误后开机进钻。

1)正常钻进

在土层和强风化层采用刮刀钻头，借助钻杆8自重正常钻进，进尺速度取决于钻杆8的钻头转速和地质软硬程度。

2)加压钻进

当钻头进入中风化岩和弱风化岩后，刮刀钻头损伤严重，且钻进困难；此时，应更换为二级牙轮钻头，在扭矩许可和机身不跳动的情况下加压钻进；先利用油压系统对钻头钻杆8称重，以确定加压值，试钻后若加压值太大，机身跳动，则可减少加压值，并找到最佳值，以最大钻进速度钻进。

3、(清孔)排碴

本工程由于钢护筒已打到风化岩内，钻孔过程中，不存在塌孔问题。且在海面作业，水源丰富，因此，采取大功率泥沙泵反循环法清孔排碴。先由砂泵抽取海水对泥沙泵灌水排空气，然后启动泵反循环排碴，同时将K1关闭、打开K2、由砂泵向护筒内补充清水，当补充量不够时，可半开闭K1和K3以保持护筒内一定的水位。

钻孔达到设计深度后，清孔1小时，孔内基本全为清水，停机澄淀2小时后，孔内含砂率接近零，再反循环清孔半小时。

4、下放钢筋笼

钢筋笼在钢筋棚加工绑扎焊接好后，由驳船运输到现场。为使钢筋笼安装时不因自重内倾斜贴在孔壁上，每隔两米在钢筋笼的同一断面的内侧焊3块导向板，宽50毫米，板厚8毫米，导向板截面的其他部位焊φ12钢筋，形成钢筋笼保护层，φ12钢筋形状同导向板。安装由浮吊协助进行，安装好后采取措施固定钢筋笼，以防浇注砼时钢筋笼上浮。

5、浇注砼

桩身砼浇注采用直升导管法，导管中间夹橡皮垫圈，导管使用前应进行水密、承压及接头抗拉试验。导管吊放用两根钢丝绳分别系在最下一端的导管上，并沿导管将钢丝绳每隔5米和导管系在一起。

根据剪球后第一批进入孔底混凝土的数量应能满足导管埋入混凝土中的深度不得小于1m的要求，选用或制作满足要求的料斗。浇注首批砼时使导管距孔底30厘米，并通过计算确保首批砼用量。浇注过程中尽可能缩短拆除导管的间隔时间，当导管内混凝土不满时，则徐徐地灌注，防止在导管内造成高压气囊而将密封垫圈挤出。严格控制混凝土的均匀性和坍落度，考虑到海上作业困难，灌注时间较长，拟在混凝土中掺入FDN-440缓凝剂，以延缓其凝结时间。经常探测井孔内混凝土面标高，及时调整导管埋深，使导管的埋深控制在2m～6m之间。灌注至设计标高后，为确保砼质量，应增加灌注不小于60厘米高的砼。

至此，本施工技术的全过程完成。

Claims (1)

1.一种大直径斜向嵌岩桩的施工方法，其特征是包括如下步骤：

(1).改造普通工程钻机，钻机改造包括结构改造、更换液压系统、钻杆改造及导向装置改造，使钻机最大倾角达70度，钻孔直径达80～150cm；

(2).架机：对普通工程钻机改造完成后，按设计的斜度架设门架和主机底盘；

(3).钻进：各种机械设备安装完成，并再次检查倾斜度无误后开机进钻，具体分为两个阶段：

第一阶段，正常钻进：在土层和强风化层采用刮刀钻头，借助钻杆自重正常钻进，进尺速度取决于钻杆的钻头转速和地质软硬程度；

第二阶段，加压钻进：当钻头进入中风化岩和弱风化岩后，刮刀钻头损伤严重，且钻进困难；此时，更换为二级牙轮钻头，在扭矩许可和机身不跳动的情况下加压钻进；先利用油压系统对钻头钻杆称重，确定初始压力值，试钻后若加压值太大，机身跳动，则减少加压值，直至找到最佳值，使钻机以最大钻进速度钻进；

(4).清孔排碴：采取大功率泥沙泵反循环法清孔排碴，先由砂泵抽取海水对泥沙泵灌水排空气，然后启动泵反循环排碴，同时由砂泵的护筒内补充清水，当补充量不够时，保持护筒内一定的水位；

(5).下放钢筋笼：钢筋笼在钢筋棚加工绑扎焊接好后，由驳船运输到现场，安装由浮吊协助进行，安装好后采取措施固定钢筋笼，以防浇注砼时钢筋笼上浮；

(6).浇注砼；桩身砼浇注采用直升导管法，导管中间夹橡皮垫圈，导管使用前应进行水密、承压及接头抗拉试验，导管吊放用两根钢丝绳分别系在最下一端的导管上，并沿导管将钢丝绳每隔5米和导管系在一起；

上述步骤(1)中的钻机改造分为两阶段：

第一阶段：倾斜，为适应斜度要求，首先将主机底与钻机底座分离，在钻机底座前部两边分别加设两条钢柱，柱上按计算好的地方设置固定主机底盘的插销孔，通过卷扬机牵引主机底盘，前端被抬高，而后端与钻机底座铰接，从而形成夹角，角度正是基桩与垂直方向的夹角，主机底盘斜度达到要求后，通过钢插销与底座前两钢桩固定，并在底盘与底座的中间位置加设钢凳，以增加主机架起后的稳定性，防止钻进机晃动；

第二阶段：加长底座和加设限位挡块，为满足机身倾斜面空间和固定机身要求，加长整机底座，以适应斜孔对位；机身倾斜后，后移危险性较大，增设限位挡块，以满足主机移位安全要求；

上述步骤(1)中的液压系统更换，具体为更换原系统中油压系统的主要构件，将压强从8MPa，提高到12MPa；

上述步骤(1)中的钻杆改造，具体为增加钻杆壁厚到9-15mm和增加钻杆直径为170-200mm；

上述步骤(1)中的导向装置改造，导向装置为钻杆外套扶正器，扶正器自行设计和制作，外径较护筒内径小2cm；对护筒内的扶正器宜采用轻便型，宽度30cm；对护筒外岩层段扶正器宜采用宽型，宽度60cm；若护筒外为土质，扶正器宜采用加宽型，用2～3个宽型串联而成，以加强扶正效果。

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