CN103526747B - 潮汐环境冲击成孔灌注桩施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了潮汐环境冲击成孔灌注桩施工工法，包括如下步骤：（a）施工准备；（b）孔心定位；（c）钻机就位；（d）灌注桩造孔；（e）永久性钢护筒护壁；（f）钻孔验收；（g）钢筋笼制作与安放；（h）灌注桩浇筑；（i）清扫整理。本发明解决灌注桩施工在较厚水下块石层钱塘江内块石层厚，地质复杂的丁坝与多次抛石抢险塘段，能较大程度的缩短施工工期，通过采用钢壁套筒，对桩基起永久性的保护作用，减少因坝体受侵蚀的产生的维修费用，并采用先进的潜孔锤偏心跟管钻进技术提高钻机的钻杆和跟进套管的单根长度，使用永久性套筒护壁，不存在塌孔及断桩的缺点，改进了钻孔的工艺，经济效益和技术效果十分可观。

Description

潮汐环境冲击成孔灌注桩施工工法

技术领域

本发明涉及潮汐环境冲击成孔灌注桩施工工法。

背景技术

随着科技水平的不断提高，人们对工程建设领域遇到的大部分复杂地层钻进难题的解决有了较好、可靠的技术支撑，潜孔锤偏心跟管钻进技术的进步，给灌注桩施工的技术工作者、给社会带来了福音。

潮汐环境下较厚块石层(＞2m)、混凝垢中的灌注桩造孔一直是施工的难题，快速冲击成孔灌注桩施工工法是我们建立在潜孔锤偏心跟管钻进技术的基础上，具有的一种具有设备轻便、快捷、经济、高效等特点的施工工法。在潮汐环境，丁坝施工过程中采用传统的施工钻孔工艺大都采用跟管、冲抓成孔等方法，存在施工速度慢、效率低、施工质量难以保证等难题，不能很好满足工程需要，且具有不同程度上的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供潮汐环境冲击成孔灌注桩施工工法。

本发明采用如下技术方案：

潮汐环境冲击成孔灌注桩施工工法，其特征在于包括如下步骤：

(a)准备工作：施工人员掌握设计意图，进行施工准备；施工准备包括熟悉相关技术设计资料、施工图纸及潜孔锤偏心跟管钻进技术标准规范工作；施工前由相关技术人员对工程项目所在地的水文气象、潮位特征进行调查；根据调查报告确定工作时间；

(b)孔心定位：测量员根据对图纸和实地的详细观察和分析，利用业主提供的测量控制点与本工程坐标之间的相互关系，计算出测量控制点对工程坐标之间的角度和距离，然后采用经纬仪控制，进行本工程控制桩设置；

(c)钻机就位：钻机通过轨道移动至孔心定位点附近，再通过悬吊铅垂线进行精确定位；

(d)灌注桩造孔：首先根据工程设计图纸定位出孔位，然后移动钻机到位，利用水平尺调整钻机，钻机稳固后，在作业面表层用潜孔锤偏心跟管钻具，钻进直至1m为止，钻进过程风压根据情况随时调整，维持在0.8MPa，跟管两节后可调整风压至1.1MPa，随着地层变化可调整钻压；冲击成孔，钢套管按1.5m一节事先准备，并安装在钻机上，随成孔进度同时跟进，套管与套管接管采用丝口套接，保证其连接强度，当成孔至设计深度后，提出钻具，钻孔结束，并马上进行后续钢筋笼安装和砼浇灌；

(e)永久性钢护筒护壁：通过起吊设备，首根套管放置开孔位置，其余套管起吊至首根套管顶部，套管之间的连接为丝口连接，人工配合链钳安装；

(f)钻孔验收：待钻机钻孔至设计标高时，工作人员自检合格后，书面通知监理及业主进行终孔验收；

(g)钢筋笼制作与安放：钢筋笼的制作前，技术人员应根据图纸要求对桩的钢筋进行配料，写配料单，工人在核对钢筋规格、数量确认无误后再对钢筋进行加工制作；钢筋的连接采用电弧焊接，焊接长度符合规范要求，钢筋笼主筋接头要错开，每一截面上接头数量不超过50％，按设计要求的钢筋位置布置好箍筋，箍筋与主筋连接缠绕紧密，将箍筋点焊在主筋上；成型后的钢筋笼自检合格后报监理验收，验收合格后挂牌置于专用场地处采用下垫上盖存放，妥善保护；根据现场实际情况确定钢筋笼的每节长度，在加工场地分节制作，其分段长度为4.5m，待安放钢筋笼时，用吊机先将一段钢筋笼吊入孔中，在高于工作面50cm的位置，用两根钢管穿过钢筋笼横截面，搁在永久性套管顶面上，起到支撑的作用，再用吊车将另一分段钢筋笼吊起适宜高度与前一钢筋笼进行电弧焊接，依此方式对于分段钢筋笼进行安放；

(h)灌注桩浇筑：待安放钢筋笼完毕后，尽可能在最短的时间内进行砼浇灌，砼采用商品混凝土，经泻槽运至坝面坝根处，经人工二次翻拌后通过双胶轮车运至灌注桩孔位处，人工浇灌，插入式振捣器振捣，人工抹面整平桩顶面，采用钢管作为浇筑混凝土的导管，使用前在地面进行拼装连接，接头用法兰盘加橡胶垫连接；导管在使用前进行必要的水密性、水压力试验、接头抗拉和隔水栓通过试验，确保无漏水、渗水现象，经验收合格后方能使用；待导管下完后，在混凝土浇筑前须再用测绳量测孔深、孔底沉渣厚度，沉渣厚度等于冲孔的深度与孔的深度差值，直至沉渣厚度符合设计要求后才能允许浇灌混凝土；混凝土开始浇筑时间应控制在1小时之内，不宜超过2小时；时间过长，导致孔底沉渣过多，应重新清孔；混凝土浇灌时应检查隔水栓是否放置；在混凝土浇灌过程中，卸管时须在适宜混凝土面高度时进行，导管根据混凝土的浇筑速度均匀提升；在混凝土浇筑过程中，必须抽样检测混凝土的坍落度，宜控制在180-200mm之间，并在现场对混凝土试块进行见证取样；

(i)清扫整理：在灌注完成后，对坝面及桩顶进行清理，以及桩头的保养。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

该潮汐环境冲击成孔灌注桩施工工法采用潜孔锤偏心跟管钻进技术改变了传统的成孔作业机理，大大提高了钻进的效率，为后续工作安放钢筋笼、灌注桩的浇筑赢得了宝贵的时间。解决灌注桩施工在较厚水下块石层(＞2m)钱塘江内块石层厚，地质复杂的丁坝与多次抛石抢险塘段，能较大程度的缩短施工工期，通过采用钢壁套筒，对桩基起永久性的保护作用，减少因坝体受侵蚀的产生的维修费用。整个实施过程进行了统一的规划、设计、施工和协调管理，采用先进的潜孔锤偏心跟管钻进技术提高钻机的钻杆和跟进套管的单根长度，使用永久性套筒护壁，不存在塌孔及断桩的缺点，改进了钻孔的工艺，经济效益和技术效果十分可观。本施工工法简单容易实现，实用性强，具有较强的适用性，适用于各种环境中，对于埋深较大的块石层、混凝垢卵砾石层、坡积层、流砂层等无法有效采用常规办法处理的地质条件下，进行灌注桩造孔等基础处理项目的工程建设行业的桩基施工工程。

具体实施方式

本发明潮汐环境冲击成孔灌注桩施工工法，包括如下步骤：

(a)准备工作：施工人员掌握设计意图，进行施工准备。施工准备包括熟悉相关技术设计资料、施工图纸及潜孔锤偏心跟管钻进技术标准规范工作。施工前由相关技术人员对工程项目所在地的水文气象、潮位特征进行调查。根据调查报告确定适宜的工作时间。

(b)孔心定位：测量员根据对图纸和实地的详细观察和分析，利用业主提供的测量控制点与本工程坐标之间的相互关系，计算出测量控制点对工程坐标之间的角度和距离，然后采用经纬仪控制，进行本工程控制桩设置。

(c)钻机就位：钻机通过轨道移动至孔心定位点附近，再通过悬吊铅垂线进行精确定位。

(d)灌注桩造孔：首先根据工程设计图纸定位出孔位，然后移动钻机到位，利用水平尺调整钻机，钻机稳固后，在作业面表层用潜孔锤偏心跟管钻具，钻进直至1m为止，钻进过程风压根据情况随时调整，基本维持在0.8MPa，一般跟管两节后可调整风压至1.1MPa左右，随着地层变化可调整钻压。冲击成孔，钢套管按1.5m左右一节事先准备，并安装在钻机上，随成孔进度同时跟进，套管与套管接管采用丝口套接，保证其连接强度，当成孔至设计深度后，提出钻具，钻孔结束，并马上进行后续钢筋笼安装和砼浇灌。

本工程钻机进尺3m/h左右(包括拆除钻杆及人工接管时间)，根据设计孔深，大潮汛每根桩需分二潮完成。小潮汛可连续作业，基本可以一潮施打一根。

(e)永久性钢护筒护壁：通过起吊设备，首根套管(含套靴)放置开孔位置，其余套管起吊至首根套管顶部，套管之间的连接为丝口连接，人工配合链钳安装。

(f)钻孔验收：待钻机钻孔至设计标高时，工作人员自检合格后，书面通知监理及业主进行终孔验收。

(g)钢筋笼制作与安放：钢筋笼的制作前，技术人员应根据图纸要求对桩的钢筋进行配料，写配料单，工人在核对钢筋规格、数量确认无误后再对钢筋进行加工制作。钢筋的连接采用电弧焊接，焊接长度符合规范要求，钢筋笼主筋接头要错开，每一截面上接头数量不超过50％，按设计要求的钢筋位置布置好箍筋，箍筋与主筋连接缠绕紧密，将箍筋点焊在主筋上。成型后的钢筋笼自检合格后报监理验收，验收合格后挂牌置于专用场地处采用下垫上盖存放，妥善保护。

根据现场实际情况确定钢筋笼的每节长度，在加工场地分节制作，其分段长度为4.5m，待安放钢筋笼时，用吊机先将一段钢筋笼吊入孔中，在高于工作面50cm的位置，用两根钢管穿过钢筋笼横截面，搁在永久性套管顶面上，起到支撑的作用，再用吊车将另一分段钢筋笼吊起适宜高度与前一钢筋笼进行电弧焊接，依此方式对于分段钢筋笼进行安放。

(h)灌注桩浇筑：待安放钢筋笼完毕后，尽可能在最短的时间内进行砼浇灌。砼采用商品混凝土，经泻槽运至坝面坝根处，经人工二次翻拌后通过双胶轮车运至灌注桩孔位处，人工浇灌，插入式振捣器振捣，人工抹面整平桩顶面。

本工程桩径为426的冲击灌注桩，钢筋笼内径为290，可采用直径250的钢管作为浇筑混凝土的导管，使用前在地面进行拼装连接，接头用法兰盘加橡胶垫连接。导管在使用前进行必要的水密性、水压力试验、接头抗拉和隔水栓通过试验，确保无漏水、渗水现象，经验收合格后方能使用。

待导管下完后，在混凝土浇筑前须再用测绳量测孔深、孔底沉渣厚度，沉渣厚度等于冲孔的深度与孔的深度差值。直至沉渣厚度符合设计要求后才能允许浇灌混凝土。

混凝土开始浇筑时间应控制在1小时之内，不宜超过2小时。时间过长，导致孔底沉渣过多，应重新清孔。混凝土浇灌时应检查隔水栓是否放置。

在混凝土浇灌过程中，卸管时须在适宜混凝土面高度时进行，导管根据混凝土的浇筑速度均匀提升。

在混凝土浇筑过程中，必须抽样检测混凝土的坍落度，宜控制在180-200mm之间，并在现场对混凝土试块进行见证取样。

(i)清扫整理：在灌注完成后，对坝面及桩顶进行清理，以及桩头的保养，防止潮水对桩头的侵蚀破坏。

本施工工法的材料和设备：

1、支架材料

本工程钻机支架采用φ48×3.5钢管，扣件式钢管脚手架，由扣件、立杆、横杆、支座组成。钢管纵横1.2m双向布置，两侧立有斜撑和剪刀撑用于抵挡潮水的侧向冲击力。

2、商品混凝土

本工程由于在一个潮汛期浇筑的砼量不大，考虑产品的经济性，故采用商品混凝土，强度等级为C30，具有和易性，其配合比应通过实验确定，坍落度宜为180-220mm，水泥的用量不应少于360kg/m3。水下灌注混凝土的含砂率宜为40％-50％，并选用中粗砂，粗骨料的最大粒径应小于40mm。

3、导管

导管的壁厚不小于3mm，直径宜为220-260mm，直径制作的偏差不应超过2mm，导管的分节长度可视工艺要求确定，底管长度不宜小于4m，接头宜采用双螺纹方扣快速接头。导管使用前要应试拼装、试压、试水压力可取为0.6-1.0Mpa。每次灌注后对导管内外进行清洗。

4、永久性套管

套管的选择一般遵循耐冲击和轻便、经济等特点，同时需满足屈服强度，抗压强度等要求。普通地质套管(如：DZ40)的屈服强度≥390Mpa，抗拉强度≥680Mpa，且孔径基本在168左右，广泛应用于地质勘探中。本施工工法中孔径为426，远大于普通的地质套管168孔径，因此对套管材质及热处理性能要求较高，尤其是管靴的材质，普通地质套管(如168)采用40CrMnMo(DZ40)高强度材料，选取材质为R780定做地质套管(屈服≥520Mpa、抗拉≥780Mpa)，壁厚为10mm,且丝口经过高质量的淬火热处理，以防钻孔过程中由于受到外部地层摩擦阻力及钻头受力不均发生斜孔从而导致套管断裂，因一旦发生断管事故，需将底部套管全数拔出并重新开孔，浪费人力物力。

5、钻杆

钻杆的选择相对简单，主要是考虑其强度，目前市场主要有两种φ73和φ89，先采用φ89钻杆作为试验，经试验施打时钻杆断裂(断裂原因主要是冲击器及偏心钻头重量较大，长时间工作后在钻杆薄弱环节发生断裂)；后选用φ127钻杆，该杆体材料也为R780(屈服≥520Mpa、抗拉≥780Mpa)，为防止钻杆与钻机结合部位因旋转产生扭力发生断裂，施工时在该部位加上得当的焊接，基本能满足使用需要。

6、机具设备

本施工工法的质量控制：

1、施工质量验收依据

2、钢筋工程质量保证措施

钢筋进场应按规定抽取试件作力学性能检验。钢筋质量必须满足以下要求：(1)外观平直、无损伤、表面不得有裂纹、油污和绣纹；(2)具备出厂合格证、标牌；(3)屈服强度、冷弯性能、抗拉强度等满足要求。

钢筋安装时，受力钢筋的品种、级别、规格和数量必须符合施工图要求。

3、钻孔质量控制

3.1、人员控制

钻机操作人员在实际操作过程面对复杂地理环境能及时作出调整，避免出现卡钻、断孔、斜孔等事故，因此对机械操作人员的作业素质要求较高。

3.2、材料控制

工前认真检查冲击器工作是否正常，偏心钻具张开、收拢是否灵活。连接销和锁紧机构是否牢靠，管靴和偏心钻具的尺寸是否匹配，各连接部位是否可靠。

3.3、机械控制

开钻时先不带套管钻进1-2m(为跟管钻进提供定位和导向作用)，然后提出钻具，再将首根带套靴的套管放入孔内，钻具放入套靴内，检查各部位工作正常后进行跟管钻进。

钻进过程中，根据地层情况每钻进一定深度要提钻进行排渣，待孔内畅通后方能继续钻进，严禁长时间钻进不提钻排渣，这样会导致钻孔堵塞，又会发生钻具的伸缩部分和偏心的回转部分被岩渣卡住而工作不正常。一旦发生卡钻事故需根据实际情况可继续往下施打并加大风压吹渣，如果仍然卡钻只能将套管及钻具一同拔出。钻进过程切不可强行反转钻具，以免偏心钻头收拢，起不到扩孔作用。

随着钻孔加深，要边加钻杆边加套管，此过程中要检查丝扣的连接是否可靠，以免在钻进时由于冲击而产生脱节。

对于地质结构复杂，上部结构为块石层，下部为土层结构时，该钻具在土层钻进过程中也发生堵塞现象，遇此情况可将孔内注入一定量的水后在开风压，在风压和水的冲击作用下将泥吹出，继续施工。

4、灌注桩浇筑质量控制

混凝土浇筑前，应详细检查有关准备工作，如基础处理情况、钢筋是否符合设计要求，并应做好记录，检验合格后才能浇筑。选择混凝土的运输设备和运输能力，应与拌合、浇筑能力、仓面的具体情况相适应，充分发挥设备效率，所用的运输设备应使混凝土在运输过程中不致发生分离、漏浆、严重泌水及过多降低坍落度等情况，在运输过程中，尽量缩短运输时间及减少转运次数，按规范要求对混凝土的运输时间应不超过如下规定：气温5～10℃时，运输时间为60分钟；10～20℃时，运输时间为45分钟；20～30℃时，运输时间为30分钟；因故停歇过久，混凝土产生初凝时，应作废料处理，在任何情况下，严禁在中途加水后运入仓内；不论采用何种运输设备，混凝土自由下落高度应不大于2m，超过此界时应采取溜槽等缓降措施。本工程混凝土自由下落高度大于2m，故采用溜槽将混凝土卸至坝面，再用人工搬运至浇筑地点。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.潮汐环境冲击成孔灌注桩施工工法，适用于地质复杂的丁坝与多次抛石抢险塘段，其特征在于包括如下步骤：

(a)准备工作：施工人员掌握设计意图，进行施工准备；施工准备包括熟悉相关技术设计资料、施工图纸及潜孔锤偏心跟管钻进技术标准规范工作；施工前由相关技术人员对工程项目所在地的水文气象、潮位特征进行调查；根据调查报告确定工作时间；

(b)孔心定位：测量员根据对图纸和实地的详细观察和分析，利用业主提供的测量控制点与本工程坐标之间的相互关系，计算出测量控制点对工程坐标之间的角度和距离，然后采用经纬仪控制，进行本工程控制桩设置；

(c)钻机就位：钻机通过轨道移动至孔心定位点附近，再通过悬吊铅垂线进行精确定位；

(d)灌注桩造孔：首先根据工程设计图纸定位出孔位，然后移动钻机到位，利用水平尺调整钻机，钻机稳固后，在作业面表层用潜孔锤偏心跟管钻具，钻进直至1m为止，钻进过程风压根据情况随时调整，维持在0.8MPa，跟管两节后调整风压至1.1MPa，随着地层变化调整钻压；冲击成孔，钢套管按1.5m一节事先准备，并安装在钻机上，随成孔进度同时跟进，套管与套管接管采用丝口套接，保证其连接强度，当成孔至设计深度后，提出钻具，钻孔结束，并马上进行后续钢筋笼安装和砼浇灌；

(e)永久性钢护筒护壁：通过起吊设备，首根套管放置开孔位置，其余套管起吊至首根套管顶部，套管之间的连接为丝口连接，人工配合链钳安装；

(f)钻孔验收：待钻机钻孔至设计标高时，工作人员自检合格后，书面通知监理及业主进行终孔验收；

(g)钢筋笼制作与安放：钢筋笼的制作前，技术人员应根据图纸要求对桩的钢筋进行配料，写配料单，工人在核对钢筋规格、数量确认无误后再对钢筋进行加工制作；钢筋的连接采用电弧焊接，焊接长度符合规范要求，钢筋笼主筋接头要错开，每一截面上接头数量不超过50％，按设计要求的钢筋位置布置好箍筋，箍筋与主筋连接缠绕紧密，将箍筋点焊在主筋上；成型后的钢筋笼自检合格后报监理验收，验收合格后挂牌置于专用场地处采用下垫上盖存放，妥善保护；根据现场实际情况确定钢筋笼的每节长度，在加工场地分节制作，其分段长度为4.5m，待安放钢筋笼时，用吊机先将一段钢筋笼吊入孔中，在高于工作面50cm的位置，用两根钢管穿过钢筋笼横截面，搁在永久性钢护筒顶面上，起到支撑的作用，再用吊车将另一分段钢筋笼吊起适宜高度与前一段钢筋笼进行电弧焊接，依此方式对分段钢筋笼进行安放；

(h)灌注桩浇筑：待安放钢筋笼完毕后，尽可能在最短的时间内进行砼浇灌，砼采用商品混凝土，经泻槽运至坝面坝根处，经人工二次翻拌后通过双胶轮车运至灌注桩孔位处，人工浇灌，插入式振捣器振捣，人工抹面整平桩顶面，采用钢管作为浇筑混凝土的导管，使用前在地面进行拼装连接，接头用法兰盘加橡胶垫连接；导管在使用前进行必要的水密性、水压力试验、接头抗拉和隔水栓通过试验，确保无漏水、渗水现象，经验收合格后方能使用；待导管下完后，在混凝土浇筑前须再用测绳量测孔深、孔底沉渣厚度，沉渣厚度等于冲孔的深度与孔的深度差值，直至沉渣厚度符合设计要求后才能允许浇灌混凝土；混凝土开始浇筑时间控制在1小时之内；时间过长，导致孔底沉渣过多，应重新清孔；混凝土浇灌时应检查隔水栓是否放置；在混凝土浇灌过程中，卸管时须在适宜混凝土面高度时进行，导管根据混凝土的浇筑速度均匀提升；在混凝土浇筑过程中，必须抽样检测混凝土的坍落度，控制在180-200mm之间，并在现场对混凝土试块进行见证取样；

(i)清扫整理：在灌注完成后，对坝面及桩顶进行清理，以及桩头的保养。