1.本发明涉及灌注桩施工技术领域，具体涉及一种基于超长螺旋钻机的滩区灌注桩施工方法。
背景技术：
2.黄河流域生态保护和高质量发展受到愈来愈多的重视，其中采用透水桩坝控导黄河水流势具有显著的治理效果。该控导工程能有效的起到防洪抗灾作用，另一方面以透水桩坝为基础修建的绿化观光工程。
3.在某穿黄工程控导工程施工过程中发现，黄河滩区地质情况复杂，滩区地下存在3-6m不等的淤积粉细砂层以及存在不均匀分布有钙质结核层，且地下水位高，局部存在护滩工程抢险时的散抛石，再加上水中进占形成的桩基平台填筑层不稳定，致使在采用旋挖钻施工过程中出现较严重的扩孔、塌孔现象，个别桩位还出现孔口塌陷造成护筒下陷的情况，严重影响了施工进度和工程施工安全。
4.长螺旋钻孔泵送超流态混凝土后放置钢筋笼技术是由日本的cip工法演变而来的，它与普通钻孔桩不同，它采用专用长螺旋钻孔机钻至预定深度，通过钻头活门向孔内连续泵注超流态混凝土，至桩顶为止，然后插入钢筋笼而形成的桩体，是一种新型的桩基础施工手段；其中，长螺旋钻机适用于建（构）筑物基础桩和基坑、深井支护的支护桩，适用于填土层、淤泥土层、沙土层及卵石层，亦适用于有地下水的各类土层情况，可在软土层、流沙层等不良地质条件下成桩。
5.但经过发明人的调查研究后发现，目前应用的工程桩长普遍在15m左右，均未超过30m。此外黄河滩区设计的透水桩坝结构，其坝顶高程取穿黄工程整治流量4000m3/s对应的设计水位，灌注桩桩径为0.8m，桩长36m，钢筋笼长35.94m，桩位中心距1.1m，桩之间净距0.3m，现有施工技术无法适应于黄河滩区的灌注桩深度要求。
6.公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
7.鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种基于超长螺旋钻机的滩区灌注桩施工方法，依照特定的超长钻杆及钢筋笼的组装制作步骤，以解决了超长灌注桩钻孔和植筋困难的问题；通过对钻杆的处理以及特制的清钻装置，克服滩区特殊地质结构对施工的不利影响；通过导入杆及料斗解决钢筋笼吊装时弯曲度过大及难以准确定位下插的问题。
8.根据本公开的一个方面，提供一种基于超长螺旋钻机的滩区灌注桩施工方法，包括如下步骤：（1）分节组装超长钻机钻杆，根据平面坐标控制测设桩位中心，移动钻机就位，对位桩位中心并采用线锤吊线调整钻杆垂直度，且在钻机对应钻孔深度位置处设置深度标
记；（2）锥形头超长钢筋笼制作，采用环形加强筋模具制作环形加强箍筋后在其外侧垂直焊接主筋，再利用数控滚笼机进行盘圆箍筋的绕制焊接；（3）钻孔，检查钻头外径合格后开始钻孔，先慢后快进行钻进，并实时调整钻速并监测钻杆垂直度，保证钻机电流值不大于120a，直至钻进至所述钻机深度标记位置处；（4）混凝土浇筑，浇灌前先提钻20-30cm，再通过与混凝土输送泵对应连接的中空钻杆向孔内持续泵送混凝土一定时间后匀速提钻，同时采用自动清土装置清钻，且确保提钻速度v小于泵浆量s与孔截面积的比值，即v≤s/πr2，直至浇筑面高于计划桩顶50cm以上；（5）桩口对应位置处设置辊轴式防溢料斗，且使其中心与桩位中心重合；（6）钢筋笼起吊，利用穿杆槽在钢筋笼中穿设连接有振动锤的导入杆，用履带吊吊起与钢筋笼对应连接的振动锤，移动至桩位处，对准桩位中心后采用经纬仪校正钢筋笼双向垂直度，使钢筋笼底部对准桩位处辊轴式防溢料斗；（7）钢筋笼插装，履带吊缓慢落钩，直至钢筋笼插入速度减缓，启动振动锤下插至设计标高，断开振动锤与钢筋笼的连接，缓慢震动提出导入杆后关闭振动锤；（8）依据三序孔跳打方式施工其余灌注桩。
9.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（1）中，钻杆垂直度允许偏差不超过1%。
10.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，所述环形加强筋模具包括中心设有切割机的弯曲机、设于所述切割机和弯曲机间的加强筋模具，所述加强筋模具包括圆形底座以及垂直于该底座且对应环形均匀分布的折弯柱、设置在弯曲机一侧的应力柱。
11.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（2）中，所述数控滚笼机包括设置在轨道上的行走车、设置在所述行走车上高度和角度可调的调直器、设置在行走车上防止钢筋笼从滚笼机构上倾覆的限位撑杆、驱动件分别交错设置在两端且各滚轴连接处采用轴承架连接的滚笼机构。
12.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（3）中，所述钻头端部设有与中空钻杆对应铰接的封堵门。
13.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（3）中，所述钻机钻速在杂填土、黏性土砂卵石层为0.2～0.5m/min，在素填土、粉土、砂层为1.0～1.5m/min。
14.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（4）中，所述自动清土装置包括设置在钻架上的撑杆、与所述撑杆转动连接的转盘、与钻杆螺旋螺距对应圆周阵列分布于所述转盘四周的清土齿。
15.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（5）中，所述辊轴式防溢料斗包括用于插入桩孔的管型斗嘴、对应连接于所述斗嘴的方形斗槽、设置于斗嘴上边缘对应位置处的至少三组辊组。
16.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（6）中，所述穿杆槽包括垂直于主筋并用于穿设于钢筋笼中的转轴、固定于地面的转轴架。
17.在本公开的一些实施例中，在所述步骤（6）中，所述振动锤通过钢丝绳与钢筋笼对应连接，且使导入杆与钢筋笼锥形底相抵，所述导入杆采用无缝锰钢材质。
18.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：
1. 采用了从分段组装钻杆的方法，有效避免现有整体组装后再吊装所导致的同轴度偏差，且能在组装时同时调整钻杆同轴度。
19.2. 在钻机对应钻孔标高位置处设置深度标记，能直观方便的确定钻孔深度。
20.3. 超长钢筋笼绕制中采用的数控滚笼机的滚笼机构采用动力交错设置，且中间轴承支撑，有效避免了远离驱动端的跳动，保证了滚轴的同轴度，均匀了负荷。
21.4. 浇筑前先提钻的操作，使钻头端部封堵门在重力作用下打开，以达到平衡孔内气压的目的，避免因滩区黏土地质透气性差且直接注浆后导致孔底形成负压，影响混凝土灌注。
22.5. 通过对注浆提钻速度的限定，保证了混凝土充盈提钻所产生的空隙，避免因提钻速度过快或泵浆量不足导致桩体出现空隙，由此形成断桩的现象。
23.6. 因设置了辊轴式防溢料斗，一方面防止插入钢筋笼后浆液外溢，以及拔出导入杆后混凝土回流桩身携带泥土形成桩头夹泥，另一方面其与钢筋笼相切的辊轴能利用辊轴转动便于钢筋笼下插，同时对超长钢筋笼的入桩起到有效的限位，保证钢筋笼钢筋保护层厚度。
24.7. 振动锤开启后直至完全提出后才关断，通过振动一方面有效保证钢筋笼下插到位以及与之相连的导入杆的顺利拔出，另一方面，防止导入杆拔出过程中产生空洞，起到密实混凝土的作用。
25.8. 由于采用了三序孔跳打的方式进行施工，有效解决了本实施例中因透水桩体分布过密，桩间净间距仅为0.3m且依次施工所导致的塌孔、占孔以及前桩混凝土扰动等问题。
26.9. 突破了技术偏见，在《jgj/t419-2018长螺旋钻孔压灌桩技术标准》第三章第三条中规定了长螺旋钻孔压灌桩桩径及桩长的设计应考虑设备施工能力，桩径宜为400mm～1000mm，桩长不宜大于30m。但本施工方法可施工长度超出现有技术中桩长，且能相应的保证灌注桩质量。
附图说明
27.图1为本技术一实施例中灌注桩施工方法的流程图。
28.图2为本技术一实施例中环形加强筋模具的结构示意图。
29.图3为本技术一实施例中超长绕筋机的滚笼机构结构示意图。
30.图4为本技术一实施例中超长绕筋机的绕筋机构结构示意图。
31.图5为本技术一实施例中超长螺旋钻机的钻头结构示意图。
32.图6为本技术一实施例中自动清钻装置的使用示意图。
33.图7为本技术一实施例中辊轴式防溢料斗的结构示意图。
34.图8为本技术一实施例中穿杆槽部分结构爆炸示意图。
35.图9为本技术一实施例中三序孔跳打施工示意图。
36.以上各图中，1为弯曲机，2为切割机，3为箍筋模具，4为折弯柱，5为应力柱，6为驱动件，7为滚轴，8为轴承架，9为调直器，10为限位撑杆，11为放线圆盘，12为行走车，13为封堵门，14为撑杆，15为转盘，16为清土齿，17为斗嘴，18为斗槽，19为料斗辊轴，20为转轴，21为转轴架。
具体实施方式
37.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。而本技术所涉及“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。
38.以下实施例中所涉及的零部件、结构、机构等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。
39.为了更好的理解本技术技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
40.本例公开一种基于超长螺旋钻机的滩区灌注桩施工方法，参见图1，包括如下步骤：（1）分节组装超长钻机钻杆，根据平面坐标控制测设桩位中心，移动钻机就位，对位桩位中心并采用线锤吊线调整钻杆垂直度，且在钻机对应钻孔深度位置处设置深度标记。
41.超长螺旋钻机由于钻杆长度过长，在安装其钻杆时从动力头开始，逐节往下安装，避免整体组装钻杆后再进行吊装所带来的钻杆同轴度变化，且在安装前需检查连接面平整度，保证连接平面处的平面平整度不超过1/1000，安装后钻杆与动力头的中心线垂直度偏差不超过1%。由此保证钻杆及钻孔的垂直度。
42.超长螺旋钻机安装完成后，依据平面坐标控制点通过全站仪将桩位投影至桩基平台，钻机初步就位，进而将初步就位的钻机用线锤吊线对中，精确调整桩机位置、水平度和钻杆垂直度，直到桩机水平、钻杆垂直、钻头中心与桩位中心重合为止。
43.此外，为了简单方便的控制钻孔深度至标高，避免使用过多复杂的监测装置，在钻机架上或机管上对应标高位置处采用油漆或标尺设置相应的深度标记，以便在施工中对钻孔深度进行观测、记录。
44.（2）锥形头超长钢筋笼制作，采用环形加强筋模具制作环形加强箍筋后在其外侧垂直焊接主筋，再利用数控滚笼机进行盘圆箍筋的绕制焊接。
45.超长钢筋笼为筒体锥头结构，其筒体以适应圆形钻孔，其锥头以达到减小后期插入钻孔中混凝土浆液所受到的流体阻力的目的。
46.环形加强筋模具能一体实现下料、弯曲钢筋、模具校正的功能，避免了多台设备间的转换操作。参见图2，其包括中心设有切割机的弯曲机、设于所述切割机和弯曲机间的加强筋模具，所述加强筋模具包括圆形底座以及垂直于该底座且对应环形均匀分布的折弯柱、设置在弯曲机一侧的应力柱。使用时，首先将钢筋插入箍筋制作模具的折弯柱间，并与应力柱相抵，随后启动钢筋弯曲机，钢筋沿圆形阵列的折弯柱且在应力柱提供支撑点下，随着圆形底座的转动，钢筋折弯成型，进而启动切割机切断钢筋，完成加强钢筋的弯曲工作。
47.采用人工的焊接的方式按照设计标准将钢筋笼主筋焊接于对应圆形箍筋外侧后，使用数控滚笼机进行盘圆箍筋的绕制焊接。参见图3-图4，数控滚笼机包括设置在轨道上的行走车、设置在所述行走车上高度和角度可调的调直器、设置在行走车上防止钢筋笼从滚笼机构上倾覆的限位撑杆、驱动件分别交错设置在两端且各滚轴连接处采用轴承架连接的
滚笼机构。圆形箍筋与主筋焊接成型后置于滚笼机构滚轴间，盘圆箍筋整盘放在放线圆盘上，并与调直器对应连接，通过调直器实现钢筋的调直和持续送出；同时行走车沿轨道行走进而带动调直器移动，实现等间距绕筋，人工配合点焊完成钢丝与主钢筋连接，完成钢筋笼制作。
48.（3）钻孔，检查钻头外径合格后开始钻孔，先慢后快进行钻进，并实时调整钻速并监测钻杆垂直度，保证钻机电流值不大于120a，直至钻进至所述钻机深度标记位置处。
49.钻孔开始前，先检查钻头外径是否符合设计孔径要求，参见图5，并检查钻头中空钻杆处封堵门的铰接情况，是否可以顺畅的开合，以便于后期灌注混凝土浆液时封堵门能顺利打开。
50.超长螺旋钻机钻孔过程中钻进速度先慢后快，其中，在杂填土、黏性土砂卵石层的转速为0.2～0.5m/min；在素填土、粉土、砂层的钻速为1.0～1.5m/min，在钻进过程中，需要时刻监测钻速及钻机电流值的大小，确保施工过程中电流值不大于120a，还需时刻监测钻杆的垂直度，及时做出相应调整，直至钻进至所述钻机深度标记位置处。
51.（4）混凝土浇筑，浇灌前先提钻20-30cm，再通过与混凝土输送泵对应连接的中空钻杆向孔内持续泵送混凝土一定时间后匀速提钻，同时采用自动清土装置清钻，且确保提钻速度v小于泵浆量s与孔截面积的比值，即v≤s/πr2，直至浇筑面高于计划桩顶50cm以上。
52.灌注桩成孔前需提前准备混凝土的制备，保证成孔后能立即注浆，避免超长螺旋钻机长时间静止于土体内，因沙土淤积致使钻进或提钻困难。
53.混凝土坍落度控制在180～220mm内，以保证其较好的流动性。注浆时采用混凝土输送泵通过中空钻杆泵送混凝土至孔内，混凝土浇灌前先将钻杆提升20～30cm，一方面保证钻头封堵门能在重力作用下顺利打开，另一方面能平衡孔内气压，避免由于黏土的不透气性且直接灌注浆液所导致的孔底负压，影响注浆。然后持续向孔内泵送混凝土，同时正转提升钻杆。提升钻杆的速度需与混凝土泵送量相匹配，以确保钻杆不被拔空，造成断桩。其中，提钻速度v需小于泵浆量s与孔截面积的比值，即v≤s/πr2，r为桩孔半径，由此保证混凝土浆液量能满足提钻时钻头处产生空隙所需的浆液量。
54.混凝土持续浇筑过程中，混凝土输送泵料斗中混凝土量需高出出料口40cm，保证混凝土浆液的泵送连续性。此外，混凝土浇筑面必须高于桩顶设计标高50cm以上，并确定混凝土面标高不再下沉为止，方可停止混凝土的泵送，并详细记载每根桩混凝土浇筑量，换算出充盈系数，验证充盈系数是否大于1，否则，需查找原因，及时纠正。
55.提钻时，孔内土体一部分被带出至孔口，另一部分会嵌入钻杆上的叶片间。叶片间的土体需及时处理，以避免土体从高处跌落造成安全事故，也方便下次使用。由于滩区的特殊地质环境，具有大量的黏土等不易清理的土质，为了提高现有人工清钻的效率且避免挖掘机清钻时斗齿破坏钻杆，采用自动清钻装置进行钻杆上土体的清理。参见图6，该自动清钻装置包括设置在钻机上的撑杆、与所述撑杆转动连接的转盘、与钻杆旋刀螺距对应圆周阵列分布于所述转盘四周的清土齿。清土齿的长度略短于钻杆叶片间的间距，位置处于叶片间。当钻杆提升时，钻杆叶片连续螺旋上升，推动转盘转动，进而带动清土齿轮流进入叶片间隙清理叶片间的泥土。
56.提升钻杆接近地面时，放慢提升速度同时将孔口渣土清理干净，并且混凝土应灌至孔口，高于地面高程，避免混凝土与渣土掺合，影响桩头混凝土质量。
57.（5）插入钢筋笼前，应在桩口位置处设置辊轴式防溢料斗，且使其中心与桩心重合。
58.为了防止插入钢筋笼的过程中，桩口泥土混入混凝土造成桩头夹泥，影响成桩质量，故在插入钢筋笼前在桩口设辊轴式防溢料斗，且使料斗中心与桩位中心重合，参见图7，辊轴式防溢料斗包括用于插入桩孔的管型斗嘴、对应连接于所述斗嘴的方形斗槽、设置于斗嘴上边缘对应位置处的三组辊组。其中斗嘴的直径小于灌注桩直径，以便于插入桩孔内；三组辊组各包括三个弧形分布的辊轮，在钢筋笼下插时实现对钢筋笼体的夹持，防止钢筋笼来回摆动，触碰孔壁，保证桩身钢筋保护层厚度。另一方面，料斗还可用于收集因下插钢筋笼和震动导入杆时占用桩身体积所溢出的混凝土，并防止下钢筋笼后提出震动杆造成桩口混凝土回流时渣土混入混凝土中，造成桩头夹泥现象。
59.在超长螺旋钻机压灌混凝土并旋转提出钻头后，立即用吊车调运辊轴式防溢料斗就位，料斗管型斗嘴部分插入压灌好的混凝土中，调整料斗位置，使料斗中心与桩位中心重合，吊运钢筋笼缓缓通过防溢料斗插入孔位内，可有效控制钢筋笼的插入位置，确保钢筋笼与孔壁间的一定距离，即保证桩体钢筋保护层厚度。
60.（6）钢筋笼起吊，利用穿杆槽在钢筋笼中穿设连接有振动锤的导入杆，用履带吊吊起与钢筋笼对应连接的振动锤，移动至桩位处，对准桩位中心后采用经纬仪校正钢筋笼双向垂直度，使钢筋笼底部对准桩位处辊轴式防溢料斗。
61.注浆完毕后安装钢筋笼，由于超长钢筋笼在吊起时会产生一定的弯曲，影响其垂直度，造成下穿困难；其次在下插进桩孔内时，仅依靠自身重力无法下插至底，所以为了保证钢筋笼吊起时不过分弯曲，以及确保其能插入至孔底，故在钢筋笼中穿设一根直径33cm，壁厚20mm的无缝锰钢钢管制导入杆，由于钢筋笼为超长结构，难以直接穿入，故采用穿杆槽辅助穿杆。参见图8，穿杆槽包括垂直于主筋并用于穿设于钢筋笼中的转轴、固定于地面的转轴架。转轴架相对固定于混凝土地面上，再将加工好的钢筋笼置于两排轴架间，然后从钢筋笼中间穿过转轴分别置于对应轴架上，由履带吊将导入杆吊放于转轴上，然后用推动导入杆借助转轴转动可轻松将导入杆穿入钢筋笼中。
62.导入杆插入钢筋笼后，用钢丝绳将钢筋笼与连接导入杆的振动锤连接，履带吊吊起振动锤进而吊起钢筋笼，而后采用经纬仪校正钢筋笼双向垂直度，使钢筋笼底部对准桩位。
63.（7）钢筋笼插装，履带吊缓慢落钩，直至钢筋笼插入速度减缓，启动振动锤下插至设计标高，断开振动锤与钢筋笼的连接，缓慢震动提出导入杆后关闭振动锤。
64.钢筋笼对准桩心后，吊车缓慢落钩，先利用导入杆及钢筋笼自重使钢筋笼插入混凝土内，当插入速度变缓时，启动振动锤边振边下插。钢筋笼下插到设计标高后，断开振动装置与钢筋笼的连接，缓慢连续振动并拔出导入杆。导入杆拔出过程中，全程开启振动锤，以保证混凝土密实。
65.（8）依据三序孔跳打方式施工其余灌注桩。
66.本实施例中为沿河段的治导线一字布置的单排钢筋混凝土灌注桩群，在单桩施工中，桩间距较小，桩之间净距仅为0.3m。为了有效地保持桩间隔离土体的稳定性以及不扰动先施工的桩体混凝土，采用隔桩三序孔跳打的方式进行施工，即每间隔两个孔作为一个施工作业面，参见图9，钻孔顺序为147...258...369...由此避免依次施工所造成的塌孔等不
利影响。
67.灌注桩施工完七天以后进行基桩低应变反射波法桩身完整性检测，检测结果显示，已完成的352颗桩中ⅰ类桩343颗，达到检测总数的97.4%，ⅱ类桩9颗，达到检测总数的2.6%，即说明该施工方法成桩质量能够满足相应的设计及规范要求。
68.尽管已描述了本发明的一些优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
69.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。