复杂地层同一灌注桩孔内超长灌注桩成孔施工方法与流程

本发明涉及桥梁桩基施工，特别地，涉及一种复杂地层同一灌注桩孔内超长灌注桩成孔施工方法。

背景技术：

1、灌注桩作为常见的桩基础，灌注桩倾斜度是指灌注桩在竖直方向上的偏差程度，这对建筑结构的稳定性至关重要。国家现行标准规范规定：钻孔灌注桩的倾斜度偏差不得超过1％桩长且≤500mm。如果灌注桩的倾斜度偏差过大会导致整个建筑结构的不稳定，从而影响建筑物的使用寿命和安全性。

2、对于地处抗震设防烈度为8度(0.20g)强震区、6～10月受强台风影响、埋深超110m高强度且发育强烈的孤石或孤石群、粉质黏土层与透水砂砾层交替沉积层、强风化花岗岩斜基岩的河海冲积相地层的广东三角洲平原的某桥梁工程a形独塔斜拉桥主桥墩30根灌注桩，进行深超135m灌注桩成孔施工，钻进遇孤石或孤石群率达41％。传统的灌注桩成孔施工方法有冲击钻进、冲抓钻进和正、反循环钻进及旋挖钻进。冲击钻进的地形适应性好，能满足卵石、砾石、块石、基岩等各类地质条件，能够较好的处理埋深超110m孤石或孤石群钻进施工，但又根据当地政策规定：靠近水源地河堤的桥梁桥墩桩基施工禁止采用冲击、锤击等震动大的施工工艺，故该桥梁桥墩灌注桩钻进施工难度加大。

3、为了抵抗强地震力工况，该独塔斜拉桥设置有25m永久钢护筒与灌注桩混凝土共同受力参与抗震。在河海冲积相地层、孤石或孤石群发育强烈、粉质黏土层与透水砂砾层交替沉积层、永久钢护筒参与抗震设计的复杂环境和当地政策限制下，进行深超135m灌注桩成孔施工，上述传统的灌注桩钻进施工方法，根本无法满足灌注桩的成孔施工要求。

4、在深超135m灌注桩成孔施工时，常因粉质黏土层与透水砂砾层交替沉积层中隐伏孤石或孤石群影响，使灌注桩倾斜度出现较大偏差超出国家现行标准规范规定而判定为不合格桩。在灌注桩钻进中，钻头遇黏土层时发生糊钻，钻头突遇隐伏孤石或孤石群时发生卡钻和埋钻，均导致灌注桩钻进效率低；然而，隐伏孤石或孤石群对灌注桩的钻进施工影响也很大，容易出现误判，将孤石或孤石群当作基岩，人为缩短灌注桩桩长，严重影响灌注桩的桩身承载力。

技术实现思路

1、本发明提供了一种复杂地层同一灌注桩孔内超长灌注桩成孔施工方法，以解决超长灌注桩倾斜度出现较大偏差，钻头发生糊钻、卡钻和埋钻而降低灌注桩钻进效率，人为误判孤石或孤石群为基岩进而缩短灌注桩桩长、降低灌注桩桩身承载力等质量事故的技术问题。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种复杂地层同一灌注桩孔内超长灌注桩成孔施工方法，包括以下步骤：s1：根据《工程地质勘察报告》采用三维建模软件建立用于直观显示竖直方向上各灌注桩遇地层类型状况的灌注桩-地层三维模型；s2：根据不同地层类型选择和加工制作不同钻进设备，包括钢护筒、导向架装置、用于对软质地层进行钻进并防止糊钻的三翼钻头组装件、用于对硬质地层进行磨削钻进并防止卡钻和埋钻的牙轮滚刀钻头组装件；s3：对加工制作出的钢护筒进行插打施工；s4：采用钻进设备进行同一灌注桩孔内复杂地层超长灌注桩桩孔钻进施工。

4、进一步地，步骤s2具体包括以下步骤：s201：振动锤选择与激振力验算；s202：钢护筒加工制作及运输；s203：钻机选择；s204：导向架装置制作；s205：软质地层用三翼钻头组装件加工制作；s206：硬质地层用牙轮滚刀钻头组装件加工制作。

5、进一步地，三翼钻头组装件包括：用于与钻机的钻杆导管相连的第一钻头连接装置、用于增加三翼钻头组装件重量并控制灌注桩桩孔直径和垂直度的第一导向径轮装置、用于增加三翼钻头组装件重量的第一配重装置、用于钻进地层的三翼钻头装置、用于供钻进过程中产生的渣浆吸排出桩孔外的第一泥浆导管；第一钻头连接装置、第一导向径轮装置、第一配重装置及三翼钻头装置四者沿轴向依次设置且可拆卸式固定；第一泥浆导管沿轴向依次穿设连接第一钻头连接装置、第一导向径轮装置、第一配重装置及三翼钻头装置，且第一泥浆导管的顶端还连通钻杆导管，其相对的底端伸出三翼钻头装置中的三翼支架底端。

6、进一步地，三翼钻头装置包括起安装支撑作用的三翼支架、固定于三翼支架顶端的第一顶部法兰盘、起连接紧固作用的法兰盘连接件、起钻进作用的导向钻头；三翼支架固定套装于第一泥浆导管的外圆上，且通过其顶端的第一顶部法兰盘及法兰盘连接件与第一配重装置的底端可拆卸式固定，三翼支架镂空设置以供泥浆通过，且其上还设有起切削钻进作用的切削齿；导向钻头位于三翼支架的底端且固定套装于第一泥浆导管的外圆上，第一泥浆导管的底端伸入导向钻头内。

7、进一步地，牙轮滚刀钻头组装件包括：用于与钻机的钻杆导管相连的第二钻头连接装置、用于增加牙轮滚刀钻头组装件重量并控制灌注桩桩孔直径和垂直度的第二导向径轮装置、用于增加牙轮滚刀钻头组装件重量的第二配重装置、用于磨削钻进的牙轮滚刀钻头装置、用于供钻进过程中产生的渣浆吸排出桩孔外的第二泥浆导管；第二钻头连接装置、第二导向径轮装置、第二配重装置及牙轮滚刀钻头装置四者沿轴向依次设置且可拆卸式固定；第二泥浆导管沿轴向依次穿设连接第二钻头连接装置、第二导向径轮装置、第二配重装置及牙轮滚刀钻头装置，且第二泥浆导管的顶端还连通钻杆导管，其相对的底端伸出牙轮滚刀钻头装置。

8、进一步地，牙轮滚刀钻头装置包括实心设置且固定套装于第二泥浆导管外圆上的第六圆环柱体、固定于第六圆环柱体顶端的第二顶部法兰盘、起连接紧固作用的法兰盘连接件、多块凸块筒体、用于磨削钻进的刀盘；第六圆环柱体通过其顶端的第二顶部法兰盘和法兰盘连接件与第二配重装置的底端可拆卸式固定；多块凸块筒体沿第六圆环柱体的周向依次间隔固定于第六圆环柱体的外圆上；刀盘固定于第六圆环柱体和多块凸块筒体的底端。

9、进一步地，步骤s3具体包括以下步骤：s301：在灌注桩桩心位置埋设顶端高于地面的临时圆形钢管；s302：在临时圆形钢管内进行灌注桩桩孔引孔施工；s303：在紧靠临时圆形钢管的地面上固定安装导向架装置，并使导向架装置与临时圆形钢管同轴且固定；s304：钢护筒插打施工。

10、进一步地，步骤s4具体包括以下步骤：s401：泥浆制备；s402：同一灌注桩孔内软质地层间灌注桩桩孔钻进施工；s403：同一灌注桩孔内硬质地层间灌注桩桩孔钻进施工。

11、进一步地，进行步骤s402时：穿越素填土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土软质地层的灌注桩桩孔钻进施工时，采用三翼钻头组装件高速旋转和泥浆反循环钻进方法；钻进过程中，根据气举反循环吸排出的钻渣渣样和钻进深度，采用三维建模软件绘制出钻渣渣样-钻进深度三维图；将绘制出的钻渣渣样-钻进深度三维图与灌注桩-地层三维模型进行对比，以对灌注桩桩孔钻进进行动态调控分析。

12、进一步地，进行步骤s403时：穿越细砂、中砂、砂砾、孤石或孤石群、花岗岩硬质地层的灌注桩桩孔钻进施工时，采用牙轮滚刀钻头组装件减压、低速旋转和泥浆反循环钻进方法；钻进过程中，根据气举反循环吸排出的钻渣渣样和钻进深度，采用三维建模软件绘制出钻渣渣样-钻进深度三维图；将绘制出的钻渣渣样-钻进深度三维图与灌注桩-地层三维模型进行对比，以对灌注桩桩孔钻进进行动态调控分析。

13、本发明具有以下有益效果：

14、本发明的复杂地层同一灌注桩孔内超长灌注桩成孔施工方法中，(1)根据《工程地质勘察报告》采用rhinoceros三维建模软件建立用于直观显示竖直方向上各灌注桩遇地层类型状况的灌注桩-地层三维模型；(2)采用导向架装置、坐标拟合圆心、全站仪联机技术，以及吊锤和全站仪双重控制的校验方法，插打钢护筒时控制钢护筒的平面位置；采用两台经纬仪沿相互垂直两个方向控制钢护筒的插打垂直度，实现钢护筒段灌注桩倾斜度控制，从而控制超长灌注桩钻进倾斜度；(3)在穿越素填土、淤泥质粉质黏土、粉质黏土等软质地层的灌注桩桩孔钻进施工时，采用加工制作的三翼钻头组装件高速旋转和泥浆反循环钻进方法；在穿越细砂、中砂、砂砾、孤石或孤石群、花岗岩等硬质地层的灌注桩桩孔钻进施工时，采用加工制作的的牙轮滚刀钻头组装件减压、低速旋转和泥浆反循环钻进方法；(4)在灌注桩钻进过程中，将气举反循环吸排出的钻渣渣样和钻进深度，采用rhinoceros三维建模软件，绘制出钻渣渣样-钻进深度三维图，再次与灌注桩-地层三维模型进行灌注桩钻进动态调控分析，快速判断灌注桩钻进是否继续或停止，避免了钻头发生糊钻、卡钻和埋钻，避免了人为误判孤石或孤石群为基岩，人为缩短灌注桩桩长，降低灌注桩的桩身承载力的质量事故。本发明的复杂地层同一灌注桩孔内超长灌注桩成孔施工方法，能有效地解决超长灌注桩倾斜度出现较大偏差，钻头发生糊钻、卡钻和埋钻而降低灌注桩钻进效率，人为误判孤石或孤石群为基岩而人为缩短灌注桩桩长、降低灌注桩桩身承载力等质量事故的技术问题，且该施工方法操作简便、便于广泛使用。

15、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。