一种应用全套管液压钻机施工岩溶地区桥梁桩基的方法与流程

本发明涉及一种应用全套管液压钻机施工岩溶地区桥梁桩基的方法，属于桥梁施工技术领域。

背景技术

在城市繁华街区桥梁工程建设中，为在有效的施工周期内完成施工任务，减少因施工机械设备对城市生活人群造成的噪音、环境污染，保障周围既有基础设施、建筑物以及人群的安全与稳定是风险控制的关键。尤其是当桥梁钻孔桩基础处于特殊的地质，如较厚富水砂层，基岩面起伏较大、岩石层较坚硬、且存在斜岩，岩溶发育强烈、溶沟溶槽发育、覆盖土层内土洞发育，溶洞非常大、埋深较深、呈串珠状发育、为未填充、半填充的溶洞，要保证桥梁桩基施工安全及周围建筑物的安全稳定是一项重大技术难题。

技术实现要素：

基于以上不足，本发明要解决的技术问题是提供一种应用全套管液压钻机施工岩溶地区桥梁桩基的方法，适用于岩溶等特殊地质情况桩基础施工，既保证了周围建筑物等基础设施及施工机械设备的安全与稳定，又缩短了施工周期。

为了解决以上技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种应用全套管液压钻机施工岩溶地区桥梁桩基的方法，包括以下步骤：

(1)桩位测量放样；

(2)钻机和钢套管就位；

(3)驱动钻机进行钻孔施工直至孔深达到预定设计深度；

(4)钢筋笼安装；

(5)混凝土浇筑；

(6)拔出套管。

所述步骤(1)具体包括以下步骤：

(11)将桩位平面坐标数据输入全站仪；

(12)使用全站仪测量设置定位桩基中心点；

(13)对桩基中心点采用钢钉进行标记；

(14)以中心点为中心做与桩径同尺寸的钻孔轮廓线。

所述步骤(2)中还包括调整套管的垂直度在1‰以内的步骤。

所述步骤(2)包括以下步骤：

(21)在地面将刀头节与标准节进行组装；

(22)起吊组装好的刀头节钢套管，刀头面向下，放入钻机回转驱动环内；

(23)启动钻机的液压抱紧装置，液压抱紧装置的楔形块与钢套管之间压紧固定。

在所述步骤(3)中，套管处于入土层或砂层阶段，套管利用自重压入，此时回转速度调至高速档或中速档，压力为0kn，回转扭矩为650-1550kn·m；套管进入一般土层或硬质土层过程中，回转速度设置为中速或低速，压力控制在500～1500kn，回转扭矩控制在650～1550kn·m；套管进入中风化、微风化岩层时，回转速度设置为低速档，压力控制在1500～2500kn，回转扭矩控制在1550～2000kn·m。根据地质岩性的变化，选择合理的钻进压力及钻进速度，钻透不同的地质构造层，防止造成钻机跳跃现象，影响桩基的垂直度，保证了成孔效率；

所述步骤(3)还包括在钻孔过程中通过抓斗将套管内的渣土取出的步骤。

钻进砂层地质时，孔内渣土清出在全套管钻过砂层后进行。避免超欠挖孔作业，保证钻孔不出现扩孔、坍孔问题。

所述步骤(5)中采用导管法进行浇筑。

保持灌注混凝土的导管始终在桩基中心位置区域，偏移量控制在100mm以内，控制导管的埋深量在2～6m，控制全套管埋深量在4～6m。桩基混凝土灌注过程中，严格控制导管、全套管埋入混凝土的高度，可以杜绝出现拔托管现象，保证混凝土灌注一次完成。

在所述步骤(6)中，在溶洞区域，全套管拆除前筒内混凝土面标高要高于套管底部标高。避免因为溶洞填充不密实，在压力作用下混凝土面下降，导致泥浆进入套管内的现象，造成断桩等质量问题的发生。

采用以上技术方案，本发明取得了以下技术效果：

(1)本发明提供的应用全套管液压钻机施工岩溶地区桥梁桩基的方法，利用全套管进行钻孔桩护壁，解决了岩溶发育地质条件溶洞处理难、富水砂层地质出现坍孔、扩径的技术难题；避免了浅层土洞地质钻孔桩施工时出现垮塌等安全隐患，保证了周围建筑物等基础设施及施工机械设备的安全与稳定；保证了钻孔桩施工质量，提高了钻孔桩成孔效率，加快了施工进度，节约了资金投入。

附图说明

图1为本发明应用全套管液压钻机施工岩溶地区桥梁桩基的方法的步骤图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种应用全套管液压钻机施工岩溶地区桥梁桩基的方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)桩位测量放样；具体包括以下步骤：

(11)将桩位平面坐标数据输入全站仪；

(12)使用全站仪测设定位桩基中心点；

(13)对桩基中心点采用钢钉进行标记；

(14)以中心点为中心做与桩径同尺寸的钻孔轮廓线；钻孔轮廓线便于全套管对准桩位，节约桩机就位对准时间。

(2)钻机和钢套管就位；

首先将100t履带吊将钻机的型钢垫板呈井字型铺设在以桩基为中心周围地面上；调平后将钻机吊装至垫板上就位，对位核准桩基的中心线，偏差应不大于30mm。钻机就位后将钻机一侧的平衡装置落地，平衡装置的端头使用履带吊的履带进行紧靠固定，防止因套管扭力矩引起钻机自身反向转动，杜绝钻机转动产生的安全风险。

然后，进行套管安装，在地面将刀头节与一个6m长的标准节进行组装；然后使用履带吊起吊组装好的刀头节钢套管，刀头面向下，缓慢放入钻机回转驱动环内；启动钻机液压抱紧装置，利用楔形块与钢套管之间接触面的摩擦力将楔形块与钢套管之间压紧固定，实现钻机回转驱动环与钢套管之间力矩的有效传递。夹紧结构与钢套管的抱紧与松开，由夹紧油缸以及回转驱动环上的楔形块调节，夹紧油缸上下升降时，楔形块也随之升降，有效的将回转驱动系统和钢套管相咬合为整体结构，保证钢套管不会掉落，并提供驱动力。钻机夹紧装置楔形快的曲率要与钢套管的曲率相一致，保证楔形快与钢套管之间的接触面积，为钢套管传递扭矩提供可靠保障。刀口对准桩位后，利用钻机的竖向液压缸调整钢套管的垂直度，套管的垂直度控制在1‰以内。

(3)驱动钻机进行钻孔施工直至孔深达到预定设计深度；

启动液压钻机，液压马达驱动钢套管进行转动，使钢套管端部的刀头与土壤产生切削，将桩基芯部土与桩周地基土分离，边旋转边压入，达到钻孔的目的。转动速度根据地质情况分为三个档位，分别为高速档0.9rpm，中速档1.5rpm，低速挡2.5rpm。

初始时竖向液压系统不施加压力，靠套管自重作为压力，待进尺速度减慢时，启动竖向液压系统加压，实现正常施工。根据地质岩性的变化下压力也随之改变，为钻机提供充足的动力，钻透不同的地质构造层，保证了成孔效率。具体为：套管进入土层或砂层阶段，套管利用自重压入，此时回转速度调至高速档或中速档，压力为0kn，回转扭矩为650-1550kn·m。套管进入一般土层或硬质土层过程中，回转速度设置为中速或低速，压力控制在500～1500kn，回转扭矩控制在650～1550kn·m。套管下入至中风化、微风化岩层时，应将回转速度设置为低速档，此时压力应根据岩层情况控制在1500～2500kn，回转扭矩控制在1550～2000kn·m之间，一般情况下回转扭矩最大不超过2000kn·m。选择合理的钻进压力及钻进速度，防止造成钻机跳跃现象，影响桩基的垂直度。

在钻孔的同时，使用履带吊吊装机械式冲击抓斗将套管内的渣土取出。抓斗取土端由两片带刀刃的圆弧形钢板构成，圆形抓斗身内部设置滑轮组，通过钢丝绳连接滑轮、抓斗及吊环，抓斗随钢丝绳的升降的变化完成开启与关闭。钻进砂层地质时，孔内渣土清出要在全套管钻过砂层后进行，避免超欠挖孔作业，保证钻孔不出现扩孔、坍孔问题。

待首节套管顶端高出钻机作业平台1m高时，需要连接第二节套管。套管间连接方式采用承插式机械连接，承插口连接宽度为400mm，厚度为25mm，沿圆周方向固定间距位置设置连接孔洞和限位槽，插口管壁内设置螺纹丝扣，螺栓从外侧承口环向插口旋转紧固连接。限位槽能够提高安装的精度及安装作业效率，有效保证套管之间衔接紧密。将套管进行承插对接安装后，连接螺栓孔位置对正，安装连接螺栓，螺栓全部安装上以后，再用扳手施加扭矩旋紧螺栓，将套管连接紧密牢固，以此往复连接钢套管。全套管刀头节长度为1.5m，标准节长度分为3m、6m，套管材质采用锰钢制作而成。刀头节采用50mm厚钢板；标准节的身部采用25mm厚钢板；套管的连接端0.53m长范围采用50mm厚钢板。套管柱由多根套管通过机械螺栓接头连接，根据钻进的深度逐根串接至设计桩长。改善了钻孔桩施工护壁的工艺条件，保证了桩基工程的施工质量。刀头部分由板齿、焊齿、蝴蝶齿三种型号的刀齿组成。板齿与蝴蝶齿安装在套管端部，主要作用是完成摩擦钻进施工作业；焊齿焊接在套管内壁或外壁上，主要是完成管壁扩尺作业，减少套管与土壤之间的摩檫力，保证钻机动力。

当钻机下部地表局部发生沉降，钻机应停止施工，利用全套管做支撑将钻机升起，撤出钻机底部垫板，将沉陷部位使用中砂进行回填密实后，将钻机复位后重新开始钻进施工。

在钻孔的同时，使用测绳加吊锤的方法量测钻孔深度，吊锤的重量满足坠入孔底，保证钻孔深度量测的准确性。钻孔深度达到设计标高后，用冲击抓斗清除孔内底部的松散渣土。套管内石块较大，冲击抓斗不能取出时，采用冲击锤在套管内进行数次冲击破碎，碎成小块后再用冲击抓斗进行取渣，缩短钻孔周期。在清理孔内渣土时，冲击抓斗直接下落至钻孔底部进行抓取，将直径大于30mm的块体清理干净。不施加自由落体高度冲击力，杜绝钻孔桩超挖现象。

孔内沉渣采用气举反循环清孔工艺，在导管内安装输送压缩空气管道，输气管道底部高于导管底部0.5m的高度，导管上部封头设置进气管和排浆管，空压机产生的压缩空气通过连接在导管封头上的输气管加压输送至桩孔底部，将沉渣与浆液进行充分混合，伴随气泡向上升起，导管内、外的浆液产生密度差为动力源，气泡托举含有沉渣的泥浆通过导管向导管外喷出，同时携带孔内沉渣颗粒排除。清孔的同时向孔内补充比重小泥浆或清水，保持孔底部具有恒定的水位压力。

(4)钢筋笼安装；

桩基钢筋笼验收合格后分节运输至桩位处，使用100t履带吊进行起吊安装，钢筋连接采用单面焊接连接的方式，同一连接区域接头面积为50％，钢筋笼外侧安装钢筋保护层垫块，杜绝提升全套管过程中刮碰钢筋笼，引起钢筋笼上浮现象。

(5)混凝土浇筑；

桩基混凝土浇筑采用导管法进行灌注，导管安放前进行严密性试验，使导管具有良好的密封性能，保证混凝土的灌注质量。混凝土坍落度控制在180～220mm，桩基混凝土进行连续灌注，并在混凝土初凝前完成所有灌注工作。灌注混凝土的导管始终控制在桩基中心位置区域，偏移量控制在100mm以内，避免导管法兰与钢筋笼接触，避免提升导管时引起钢筋笼上浮现象。及时量测混凝土上升的标高位置，控制导管的埋深量在2～6m，同时计算全套管埋入混凝土部分的长度，控制全套管埋深量在4～6m，及时拆卸孔内全套管。桩基混凝土灌注过程中，严格控制导管、全套管埋入混凝土的深度，可以杜绝出现拔托管现象，保证混凝土灌注一次完成。

(6)拔出套管。

在溶洞区域，全套管拆除前筒内混凝土面标高要高于套管底部标高，范围控制在8m左右，避免因为溶洞填充不密实，在压力作用下混凝土面下降，导致泥浆进入套管内的现象，造成断桩等质量问题的发生。

全套管的拔出是将钻机驱动环与钻进方向相反方向旋转，同时使用液压缸缓慢提升全套管。连接部位高出操作平台1m高位置进行拆卸连接螺母，逐根将全套管进行拆卸拔出，拆卸下来的套管使用高压水枪进行冲洗，并将连接环上的螺栓孔涂油保护。

本方法利用全套管进行钻孔桩护壁，解决了岩溶发育地质条件溶洞处理难、富水砂层地质出现坍孔、扩径等技术难题；避免了浅层土洞地质钻孔桩施工时出现垮塌等安全隐患，保证了施工环境的安全与稳定。保证了钻孔桩施工质量，提高了钻孔桩成孔效率，加快了施工进度，节约了资金投入。

本施工方法与旋挖钻机施工方法相比，设备结构高度低，采用全套管护壁效果好，成孔效率高，全套管周转使用次数多，提高了各种资源的有效利用率，降低了安全风险。同类地质条件缩短了施工周期约5个工作日，节约了泥浆制备及较厚砂层预注浆加固处理费用，形成了良好的经济效益。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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。