CN105780763A - 中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法，包括：测量放线定桩位，使长螺旋钻机对准桩位；启动长螺旋钻机驱动螺旋钻杆和钻头垂直向下旋转钻进；同时，启动中孔振动锤驱动护筒垂直向下跟进，跟进至预定桩端深度；螺旋钻杆空转排出底部渣土；提升钻杆，向桩孔内压灌注入混凝土，边提螺旋钻杆边压灌混凝土，提螺旋钻杆至预定高度后，停止灌注混凝土；灌注完成后，使护筒留在桩中，将长螺旋钻机移出桩孔位置，用吊车将插筋器连同钢筋笼一并边振动边插入已灌注好的混凝土中；钢筋笼插至预定深度后，将插筋器拔出，将护筒完全拔出，灌注桩凝固成型；本发明具有灌桩质量高、施工安全、成本低廉、速度快、环保、结果实用等优点。

Description

中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法

技术领域

本发明涉及建筑基础工程技术领域，尤其涉及一种中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法。

背景技术

灌注桩具有在施工时无振动、无挤土、噪音小、宜于在城市建筑物密集地区使用等优点，在建筑工程中得到较为广泛的应用。根据成孔工艺的不同，灌注桩可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩等。

钻孔灌注桩指利用钻孔机械钻出桩孔，并在孔中浇筑混凝土（或先在孔中吊放钢筋笼）而全置换成的桩。根据钻孔机械在钻进过程中是否采用泥浆护壁工艺施工而论，又分为泥浆护壁成孔和干作业成孔两种方法。其中，泥浆护壁钻孔灌注桩是利用水冲钻成孔，为了避免钻孔中不塌孔，首先须进行泥浆护壁，采用水循环把泥土变成泥浆进行置换成孔，泥浆比重是关键，通过成孔后洗孔，然后下钢筋笼、下导管进行灌注混凝土。虽然此种成桩工艺不需要过多考虑基坑的开挖情况并且适应各种地质条件和不同规模的建筑物的优点，但是泥浆护壁钻孔灌注桩质量先天存在问题，例如桩端容易产生沉渣，桩的外侧形成泥浆层，对成桩后的端承载力和侧壁阻力的提高方面受到很大影响。其次，泥浆护壁灌注桩产出的大量泥浆影响现场施工，需要外运排放，运到任何一个地方都存在二次污染，并且长时间不干，很难处理。再次，泥浆护壁灌注桩需要耗费大量的时间，例如，桩径600mm、桩长25m的泥浆护壁钻孔灌注桩一天24小时成桩数量为4-5根桩，从而造成的经济成本非常高，而且潜在的增加了工人的疲劳度。相比较而言，干作业成孔灌注桩—目前行业内广泛应用的“长螺旋钻孔压灌桩（后插钢筋笼）”施工工艺，不需要泥浆护壁，从根本上解决了泥浆污染的问题，并且成桩速度相比泥浆护壁灌注桩提高4-5倍，24小时成桩16-20根左右，大大降低了经济成本，这种成桩速度也大大缩短了工期。其次，此种工艺不受地下水位的限制，低噪音，振动小的优点。然而，长螺旋钻孔压灌桩施工工艺对基坑的开挖条件要求非常高，一般来说，此种施工工艺如果在地下水丰富埋深比较浅区域施工，应该先进行开挖支护降水，开挖至设计标高。若基坑开挖不及时或未开挖至设计标高，此种工艺会浪费大量的混凝土，从而增加不必要的投资成本；若降水不及时，会造成钻机设备陷机，增加施工的安全风险，但是长期降水又增加建设单位的成本费用。

沉管灌注桩指利用锤击成孔打桩法或振动沉管打桩法两种方法施工，将带有活瓣式桩尖或预制钢筋混凝土桩靴的钢套管沉入土中，然后边浇筑混凝土（或先在管内放入钢筋笼），边锤击或振动边拔管而成的桩。这种施工方法适用于在有粉土、粘土、淤泥质土的情况施工。与一般钻孔灌注桩比，沉管灌注桩避免了一般钻孔灌注桩桩端沉渣过厚造成的桩身下沉，竖向承载力不能满足设计要求的问题，同时有效改善了桩身侧壁摩阻力受泥浆影响，另外，该工艺也更节省材料。但是传统沉管灌注桩施工受多方影响，地质条件，机械本身缺陷等，施工质量不易控制，拔管过快容易造成桩身缩颈，而且由于是挤土桩，先期浇注好的桩易受到挤土效应而产生倾斜断裂甚至错位。由于施工过程中，锤击会产生较大噪音，振动会影响周围建筑物，故不太适合在市区运用，已有一些城市在市区禁止使用。

人工挖孔灌注桩指桩孔采用人工挖掘方法进行成孔，然后安放钢筋笼，浇筑混凝土而成的桩。人工挖孔桩施工方便、不需要大型机械设备，挖孔桩要比混凝土打入桩抗震能力强，造价节省，从而在公路、民用建筑中得到广泛应用。但挖孔桩井下作业条件差、环境恶劣、劳动强度大，安全和质量显得尤为重要。其次，桩孔挖掘前要认真研究地质资料，分析地质情况对可能出现的流砂、流泥及有害气体等情况，应制定针对性的安全措施。再次，人工挖孔桩一般直径较大，最细的也在800mm以上，所以对于行业内一般直径的桩基础不适用。另外，因为此施工方法完全靠人工在井下作业挖土，存在塌孔危险，该工艺施工安全事故频繁，很多城市明文禁止施工。

结合以上所述的行业内普遍应用的灌注桩施工方法，可以看出泥浆护壁灌注桩以及人工挖孔灌注桩耗时、耗力、不经济，但是对于基坑开挖的要求不高；相比之下，长螺旋钻孔压灌桩以及沉管灌注桩采用机械设备成孔，省时、省力、高效、节省成本，但是其完全适用的条件为已开挖至设计标高且已降水的基坑,无疑增加了基坑的开挖条件，同时也带来了灌桩的安全隐患和环境污染。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足而提供的中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法，本发明具有灌桩质量高、施工安全、成本低廉、速度快、环保、结果实用等优点。

本发明的目的是这样实现的：一种中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法，包括如下步骤：

步骤1)、测量放线定桩位，长螺旋钻机连接并驱动螺旋钻杆和钻头，中孔振动锤连接振动护筒，长螺旋钻机设置在中孔振动锤上方，所述的长螺旋钻机、螺旋钻杆、中孔振动锤和护筒轴向重合；移动并调平长螺旋钻机，使长螺旋钻机对准桩位；

步骤2）、长螺旋钻机对准桩位后，启动长螺旋钻机驱动螺旋钻杆和钻头垂直向下旋转钻进；在长螺旋钻机向下钻进的同时，启动中孔振动锤驱动护筒垂直向下振动跟进，长螺旋钻机、中孔振动锤和护筒在轴向重合，跟进至预定桩端深度；

步骤3）、钻至预定设计孔深，螺旋钻杆空转排出底部渣土；

步骤4）、提升钻杆，通过螺旋钻杆向桩孔内压灌注入混凝土，边提螺旋钻杆边压灌混凝土，提螺旋钻杆至预定高度后，停止灌注混凝土；

步骤5）、灌注完成后，中孔振动锤脱开液压夹具连接，使护筒留在桩中，将长螺旋钻机移出桩孔位置，使用清理器清理钻头，用挖掘机清理桩位周围渣土，用吊车将小振动锤衔接的插筋器连同钢筋笼一并边振动边插入已灌注好的混凝土中；钢筋笼插至预定深度后，将插筋器边振动边完全拔出；

步骤6）、将长螺旋钻机重新移至桩位，启动液压夹具，夹紧护筒，边振动边将护筒完全拔出，灌注桩凝固成型。

所述的长螺旋钻机设置有清理器，清理器包括清理杆和设置在清理杆上的清理刷头，清理杆的一端设置在长螺旋钻机上，清理杆可以水平摆动0°—180°。

所述的步骤4中边提螺旋钻杆边压灌混凝土时，钻头的高度始终低于已灌入混凝土的高度。

所述的振动均为免共振。

所述的中孔振动锤的振动频率为800r/min~1200r/min，激振力为600KN~800KN；

所述的小振动锤的振动频率为700r/min~1000r/min，激振力为100KN~200KN；

本发明具有如下积极效果：

1、采用长螺旋钻机驱动钻杆，同时采用中孔振动锤驱动护筒施工，首先，钻孔和护壁同时进行，简化了泥浆护壁钻孔灌注桩的施工，节省了时间、劳力和运输泥浆成本以及泥浆的二次污染；

2、采用长螺旋钻杆钻进外套管护壁施工，保证了灌注桩的施工质量，确保不会扩径、缩径、断桩，提高了钻进速度，实现高效率成孔；

3、钻机的螺纹钻杆与护筒轴向中心线相同，且同时向下钻进，故钻孔形状规整，成孔质量可以得到保障；另一方面，护筒随着钻杆跟进，可以起到护壁作用，并且能够保证在基坑未开挖条件下，空桩部分也能利用护筒进行护壁，故而避免了传统灌注桩的塌孔事故，而且取代了泥浆，节省运输泥浆费用成本，避免环境污染；

4、中孔振动锤边振动边拔护筒，振动的过程增加了混凝土的密实度，因此，灌注桩的成桩质量更有保证，对桩的竖向承载力和水平抗剪能力都得到加强提高。

附图说明

图1为中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法的设备连接示意图。

图2为中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法的钻孔示意图。

图3为中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法的灌注机构示意图。

图4为中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法的插笼结构示意图。

图5为中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法的拔插筋器机构示意图。

图6为中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法的拔护筒机构示意图。

图7为中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法的成桩机构示意图。

具体实施方式

实施例1，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩施工所需主要机械设备及辅件包括：长螺旋钻机1、中孔振动锤2、护筒3、插筋器8、小振动锤7；辅助机械设备包括：吊车10、混凝土输送泵4、挖掘机。机械设备的安装与连接包含：长螺旋钻机1连接并驱动螺旋钻杆5和钻头6；长螺旋钻机上设置有清理器12，中孔振动锤2用液压夹具13夹紧护筒3，所述的螺旋钻杆5、钻头6、中孔振动锤2以及护筒3在轴向重合；小振动锤7连接并驱动插筋器8；混凝土输送泵4连接长螺旋钻机1，将混凝土11输送到螺旋钻杆中，吊车10吊放钢筋笼9。

中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩施工工艺为：测量放线定桩位—移动长螺旋钻机对准桩位、调平下钻成孔—启动中孔振动锤护筒护壁—钻至预定桩底空转清孔—提钻，启动混凝土泵车，通过长螺旋钻中心钻杆向内压灌注混凝土，边提钻边压混凝土到灌注预定标高—采用专业插筋器插入钢筋笼到预定笼顶标高，拔出专用插筋器—振动拔出护筒—成桩。

1)、测量放线定桩位，长螺旋钻机连接并驱动螺旋钻杆和钻头，中孔振动锤用液压夹具夹紧护筒，所述的长螺旋钻机、螺旋钻杆、中孔振动锤和护筒轴向重合；移动并调平长螺旋钻机，使长螺旋钻机对准桩位；

2）、长螺旋钻机对准桩位后，启动长螺旋钻机驱动螺旋钻杆和钻头垂直向下旋转钻进；在长螺旋钻机向下钻进的同时，启动中孔振动锤驱动护筒垂直向下振动跟进，长螺旋钻机、中孔振动锤和护筒在轴向重合，跟进至预定桩端深度，中孔振动锤的振动频率为1000r/min，激振力为786KN；

3）、钻至预定设计孔深，螺旋钻杆空转排出底部渣土；

4）、提升钻杆，通过螺旋钻杆向桩孔内压灌注入混凝土，提升螺旋钻杆的同时压灌混凝土，在灌注中需保证钻头的高度始终低于已灌入混凝土的高度，提螺旋钻杆至预定高度后，停止灌注混凝土；

5）、灌注完成后，脱开液压夹具连接，使护筒留在桩中，将长螺旋钻机移出桩孔位置，长螺旋钻机上设置有清理器，当螺旋钻杆工作时将清理器移至旁边，避免碰触到螺旋钻杆，完成工作以后，继续驱动螺旋钻杆旋转，将清理器水平摆动到与钻头接触的位置，通过旋转的动力清理器清除钻头上的渣土，减少劳动力。然后用挖掘机清理桩位周围渣土，用吊车吊起小振动锤，小振动锤驱动插筋器连同钢筋笼一并边振动边插入已灌注好的混凝土中；钢筋笼到达预定位置以后，拔出插筋器，小振动锤的振动频率为950r/min，激振力为140KN；

6）、将长螺旋钻机重新移至桩位，启动液压夹具，连接护筒，边振动边将护筒完全拔出，灌注桩凝固成型。

综上所述和实践得知，采用长螺旋钻机动力头驱动钻杆，同时采用中孔振动锤驱动护筒施工，首先，钻孔和护壁同时进行，简化了泥浆护壁钻孔灌注桩的施工，节省了时间、劳力和运输泥浆成本；其次，采用长螺旋钻杆钻进外套管护壁施工，保证了灌注桩的施工质量，确保不会扩径、缩径、断桩，提高了钻进速度，实现高效率成孔；再次，钻机的螺纹钻杆与护筒轴向中心线相同，且同时向下钻进，故钻孔形状规整，成孔质量可以得到保障；另一方面，护筒随着钻杆跟进，可以起到护壁作用，并且能够保证在基坑未开挖条件下，空桩部分也能利用护筒进行护壁，故而避免了传统灌注桩的塌孔事故，而且取代了泥浆，节省运输泥浆费用成本，避免环境污染；最后，中孔振动锤边振动边拔护筒，振动的过程增加了混凝土的密实度，因此，灌注桩的成桩质量更有保证，对桩的竖向承载力和水平抗剪能力都得到加强提高。本发明成桩的质量更有保证、施工更安全、成本更经济、速度更快、更加环保、结果更实用以及简化了传统灌注桩的施工步骤。

上述实例仅为本发明的优选实例而已，并不用以限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法，包括如下步骤：

步骤1)、测量放线定桩位，长螺旋钻机连接并驱动螺旋钻杆和钻头，中孔振动锤连接振动护筒，长螺旋钻机设置在中孔振动锤上方，所述的长螺旋钻机、螺旋钻杆、中孔振动锤和护筒轴向重合；移动并调平长螺旋钻机，使长螺旋钻机对准桩位；

步骤2）、长螺旋钻机对准桩位后，启动长螺旋钻机驱动螺旋钻杆和钻头垂直向下旋转钻进；在长螺旋钻机向下钻进的同时，启动中孔振动锤驱动护筒垂直向下振动跟进，长螺旋钻机、中孔振动锤和护筒在轴向重合，跟进至预定桩端深度；

步骤3）、钻至预定设计孔深，螺旋钻杆空转排出底部渣土；

步骤4）、提升钻杆，通过螺旋钻杆向桩孔内压灌注入混凝土，边提螺旋钻杆边压灌混凝土，提螺旋钻杆至预定高度后，停止灌注混凝土；

步骤5）、灌注完成后，中孔振动锤脱开液压夹具连接，使护筒留在桩中，将长螺旋钻机移出桩孔位置，使用清理器清理钻头，用挖掘机清理桩位周围渣土，用吊车将小振动锤衔接的插筋器连同钢筋笼一并边振动边插入已灌注好的混凝土中；钢筋笼插至预定深度后，将插筋器边振动边完全拔出；

步骤6）、将长螺旋钻机重新移至桩位，启动液压夹具，夹紧护筒，边振动边将护筒完全拔出，灌注桩凝固成型。

2.根据权利要求1所述的中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法，其特征在于：所述的长螺旋钻机设置有清理器，清理器包括清理杆和设置在清理杆上的清理刷头，清理杆的一端设置在长螺旋钻机上，清理杆可以水平摆动0°—180°。

3.根据权利要求1所述的中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法，其特征在于：所述的步骤4中边提螺旋钻杆边压灌混凝土时，钻头的高度始终低于已灌入混凝土的高度。

4.根据权利要求1所述的中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法，其特征在于：所述的振动均为免共振。

5.根据权利要求1所述的中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法，其特征在于：所述的中孔振动锤的振动频率为800r/min~1200r/min，激振力为600KN~800KN。

6.根据权利要求1所述的中孔振动套管护壁长螺旋钻孔压灌桩的施工方法，其特征在于：所述的小振动锤的振动频率为700r/min~1000r/min，激振力为100KN~200KN。