一种可用于易塌孔地质且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置

本发明涉及钻孔灌注桩开孔以及防塌孔领域，具体是指一种可用于易塌孔地区且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置。

背景技术：

1、钻孔灌注桩是目前桥梁施工中应用频率极高的一项施工技术，主要指通过钻孔灌注构建桩基基础，优化地基结构，提高其整体承载能力。该项技术的适应性 较强，有助于提高施工效率，且不易受外界环境因素影响，有助于改善现场的土壤结构，提高施工现场的地基质量，对于解决桥梁基础承载差、结构不合理等问题具有重要作用，其次还具有施工噪音小、具有较强的适应性和承载力、桩径易明确以及配筋简单等优点。是今后桥梁地基改良的很好选择。这一观点得到了包括包聪所写文章《钻孔灌注桩技术在桥梁施工中的应用分析》等在内的多篇文章的支持。目前钻孔灌注桩施工主要以测量放样、护筒埋设、钻机成孔、终孔的方法进行施工，且在易塌孔区域护筒的抽取回收将是一大难题，关于可回收开孔及孔径维持设备的开发设计还处于初级阶段，因此开发一种易回收开孔及孔径维持装置对于施工的进度以及质量具有很好的正向效应，可以推动我国钻孔灌注桩在土质不好的易塌孔区域的利用效率发展。

2、传统的钻孔灌注桩都采用泥浆护壁的方法对钻孔进行保护，一般用2-4m的节段钢护筒并采用泥浆护壁进行施工，待到混凝土浇筑完毕等混凝土完成初凝后拔出钢护筒，但是在一些特殊领域在规范上为了提高承载力和防止塌孔要求加长护筒长度且不允许钢护筒拔出。例如在层深比较大的流塑状淤泥地区施工大直径钻孔灌注桩采用泥浆护壁会有一定的风险，有可能会造成塌孔、扩孔或缩孔的危险。目前施工中采用的都是单一的标准节段钢护筒，与本发明中的组合钢护筒外管（5）构造一致，该构造的护壁结构简单、施工方便、安全可靠，但是如果作为一次性消耗品造价太高，占一根桩成本的1/3左右。因此开发一种在易塌孔地区可回收组合钢护筒具有重要意义。

3、近年来，我国正在积极推进极地开发、“冰上丝绸之路”以及青藏高原区域可持续发展等国家战略，极地（南北极）冰原、高原（青藏高原）多年冻土等在内的极端复杂环境地区基础设施建设包括道路工程、输电线路、输油输气管道等将会迎来跨越式发展。在多年冻土或者极地冰原地区进行工程构筑物修筑过程中，为了防止冰原、冻土融化通常采用高架形式，桩基础将会是各类工程构筑物首先选的基础形式。但是在高含冰量地层多年冻土退化或者施工过程中的热量扰动都会使冰层融化使冻土变成流塑状软黏土状态极难成孔。根据中国科学院西北生态环境资源研究院关于青藏高原多年冻土的研究得出目前随着全球气温变暖，青藏高原地区平均地温逐年上升，冻土退化问题十分严重。冻土退化会导致冰层融化使多年冻土层变成流塑状土层导致施工过程中钻孔灌注桩难以成孔以及成孔极易坍塌，因此开发一种适用于冻土退化过程中的高寒、高原地区钻孔灌注桩成孔及防塌孔装置在提升冻土区施工效率、施工经济性等方面具有重要意义。

技术实现思路

1、为减小在特殊易塌孔区域钻孔时可以将护壁重复利用以节约成本、提升施工效率，本发明提供了一种可用于易塌孔地区且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置。解决了传统钻孔灌注桩施工时采用2-4m临时钢护筒加固且在易塌孔区域钢护筒不易拔出造成钢护筒重复利用率低、施工成本较高、资源浪费的问题。本发明所采用的技术方案是：为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种可用于易塌孔地区且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置，包括钻孔机（1）、组合钢护筒（2）、储浆池（3）、液压控制系统（4）四大部分。其中钻孔机（1）、储浆池（3）和液压控制系统（4）为施工过程中的基本设备机具和设施，组合钢护筒（2）由以下部分组成：组合钢护筒外管（5）、组合钢护筒内管（6）、护筒外管焊接节点板（7）、节点连接螺栓（8）、护筒加固螺杆（9）、护筒节段连接螺栓（10）、千斤顶（11）、排浆管（12）、注水管（13）、阶段末挡泥板（14）和钻头（15）。其中组合钢护筒（2）长度采用传统钻孔桩中的标准节段长度即2-4m具体根据不同施工内容而定。该组合钢护筒（2）为预制场预制施工过程中根据施工阶段加长护筒长度，两节段钢护筒之间使用护筒节段连接螺栓（10）连接。钻头（15）根据不同桩的直径换相应的钻头。

2、本发明进一步设置为，所述内外管均为等壁厚钢管，钻孔结束采用泥浆护壁支护完成后内外管均可回收。

3、采用上述方案可以增加钻孔过程中护壁的稳定性。

4、本发明进一步设置为，上述组合钢护筒外管（5）将圆钢管分为三段圆弧壁，之间采用“台阶式”卡扣（16）连接，卡扣中填充防水胶条（17）。其次上述组合钢护筒外管（5）和组合钢护筒内管（6）之间使用千斤顶（11）组合连接。

5、采用上述方案可以利用液压式千斤顶（11）控制三块圆弧钢板开合，施工过程中千斤顶推出将三块圆弧钢板合并成一个完整的圆钢管利于成孔，施工完成后千斤顶退回三块钢板分离收缩，钢板外壁从孔壁分离利于钢护筒回收。

6、本发明进一步设置为，组合钢护筒外管（5）和组合钢护筒内管（6）之间使用护筒外管焊接节点板（7）、节点连接螺栓（8）、护筒加固螺杆（9）对1/3钢护筒外管进行加固。

7、采用上述方案可以增加1/3外管稳定性。通过设置三根护筒加固螺栓增加单片1/3钢护筒外管局部稳定性。

8、本发明进一步设置为，标准节段两端焊接预留节点板并开孔。

9、采用上述方案可以适应不同桩深的施工工况，在施工过程中可以随时根据具体情况增加标准节段的段数，且两段之间通过焊接预留节点板和螺栓连接。

10、本发明进一步设置为，在组合钢护筒外管（5）和组合钢护筒内管（6）之间放置排浆管（12）、注水管（13）和节段末挡泥板（14）。

11、采用上述方案可以在施工过程中及时排除钻孔过程中的矿渣以及泥土，并利于成孔过程中进行泥浆护壁加固的工序。

12、本发明的优点和产生的有益效果是：1.本发明通过将传统钢护筒设计为内外管的模式，外护管主要提供支护，内护管主要负责千斤顶的放置和钻机钻杆的固定，在施工过程中通过千斤顶的作用完成传统钢护筒的支护作用，成孔后千斤顶复位外管管壁与孔壁分离实现钢护筒整体的回收。减少了施工成本提升资源利用率。2.本发明内外管之间通过加固螺杆进行加固增加了钢护筒的整体稳定性和局部稳定性，使施工更加安全。3.本发明的标准护筒节段在工厂预制安装完成，运送至施工现场后根据孔深增加节段数量，有效提高了施工灵活性。4.本发明结构简单、易于操作、对工作环境条件要求低、工作稳定。

技术特征：

1.一种可用于易塌孔地区且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置。包括钻孔机（1）、组合钢护筒（2）、储浆池（3）、液压控制系统（4）四大部分。组合钢护筒（2）由以下部分组成：组合钢护筒外管（5）、组合钢护筒内管（6）、护筒外管焊接节点板（7）、节点连接螺栓（8）、护筒加固螺杆（9）、护筒节段连接螺栓（10）、千斤顶（11）、排浆管（12）、注水管（13）、阶段末挡泥板（14）和钻头（15）。组合钢护筒外管（5）将完整钢护筒分为三等分两两之间设置“台阶式”卡扣（16）在卡扣缝隙中填充防水胶条（17）。其中钻孔机（1）、储浆池（3）和液压控制系统（4）为施工过程中的基本设备机具和设施。标准节段组合钢护筒顶端设置护筒节段连接螺栓（10）以完成节段间的拼接，护筒内管（6）和护筒外管（5）之间设置护筒外管焊接节点板（7）、节点连接螺栓（8）、护筒加固螺杆（9）和千斤顶（11）。在竖向左半剖面上从左到右依次为：组合钢护筒外管（5）、护筒外管焊接节点板（7）、节点连接螺栓（8）、护筒加固螺杆（9）、千斤顶（11）、排浆管（12）和注水管（13），右半剖面按左半剖面镜像设置。其中排浆管（12）和注水管（13）位于组合钢护筒内管（6）中。在钻头（15）连接的标准节段钢护筒末设置阶段末挡泥板（14），钻头（15）在最下方标准组合钢护筒（2）的位置且可随不同地质条件更换钻头。

2.根据权利1要求的一种可用于易塌孔地区且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置，其特征在于：组合钢护筒内外管管壁为了便于预制采用相同的壁厚。

3.根据权利1要求的一种可用于易塌孔地区且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置，其特征在于：组合钢护筒（2）内外管之间每层之间的节点连接螺栓（8）、护筒加固螺杆（9）、护筒节段连接螺栓（10）、千斤顶（11）间距设置在1m之内，且环向每1/3外圆弧板等间距设置3根护筒加固螺杆（9）和1个千斤顶（11），组合钢护筒每层设置9根护筒加固螺杆（9）和3个千斤顶（11）。

4.根据权利1要求的一种可用于易塌孔地区且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置，其特征在于：在内外管之间放置排浆管（12）和注水管（13），能够及时排出挖孔过程中的矿渣和泥土并易于回收过程中孔壁的泥浆支护。

5.根据权利1要求的一种可用于易塌孔地区且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置，其特征在于：在挖孔阶段千斤顶在液压装置的控制下推出，保持钢护筒的完整性，在回收阶段千斤顶复位带动组合钢护筒外管与孔壁分离易于回收。

6.根据权利1要求的一种可用于易塌孔地区且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置，其特征在于：在预制标准组合钢护筒两端设置连接节点板，两节段护筒之间采用螺栓连接。

技术总结
本发明是一种可用于易塌孔地区且易回收钻孔灌注桩开孔及防塌孔装置。包括钻孔机（1）、组合钢护筒（2）、储浆池（3）和液压控制系统（4）四大部分。其中钻孔机（1）、储浆池（3）和液压控制系统（4）为施工过程中的基本设备机具和设施，组合钢护筒（2）由组合钢护筒外管（5）、组合钢护筒内管（6）、护筒外管焊接节点板（7）、节点连接螺栓（8）、护筒加固螺杆（9）、护筒节段连接螺栓（10）、千斤顶（11）、排浆管（12）、注水管（13）、阶段末挡泥板（14）和钻头（15）组成。其次还包括细部构造：“台阶式”卡扣（16），防水胶条（17）。其特征是：①本发明通过将传统钢护筒设计为内外管的模式，外护管主要提供支护，内护管主要负责千斤顶的放置和钻机钻杆的固定，在施工过程中通过千斤顶的作用完成传统钢护筒的支护作用，成孔后千斤顶复位外管管壁与孔壁分离实现钢护筒整体的回收。减少了施工成本提升资源利用率。②本发明内外管之间通过加固螺杆进行加固增加了钢护筒的整体稳定性和局部稳定性，使施工更加安全。③本发明的标准护筒节段在工厂预制安装完成，运送至施工现场后根据孔深增加节段数量，有效提高了施工灵活性。④本发明结构简单、易于操作、对工作环境条件要求低、工作稳定。

技术研发人员：张熙胤,吕旭浩,王万平,左森虎,罗乾,刘宁宁,朱奎源,文海荣
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16