CN104711975B - 一种长螺旋钻孔灌注桩施工工艺 - Google Patents
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Abstract
一种长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，利用专用护筒装置及取土器，在长螺旋钻孔并灌注混凝土后，能清空残留土体，避免残留土在钢筋笼下放过程中落入混凝土内，影响桩身质量。工艺步骤：1.施工准备，测量放点；2.桩机对孔，全站仪校正；3.下钻成孔；4.下放护筒至设计标高；5.钻进至设计要求深度；6.停止钻进上提投料；7.混凝土液面提升至标高后提升钻杆；8.使用取土器抓取桩顶沉渣；9.穿放钢筋笼；10.振沉钢筋笼；11.拔出杆型前端成桩结束；12.后压浆施工。该施工工艺适用于粘土、粉土、杂填土等各种土质，适合软土、流砂层、砂卵石层、地下水位高等容易产生坍控、缩颈的复杂地质条件。
Description
技术领域
本发明涉及一种土木工程的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，主要用于长螺旋桩施工领域。
背景技术
在桩基中长螺旋钻孔灌注桩中心压灌混凝土后插笼施工工艺，由于其泵送的超流态混凝土不受地下水位限制，摩擦系数低、骨料分散性好，不易产生离析的特点，无沉渣、无泥皮、有部分挤土效应，使其承载力相比一般泥浆护壁钻孔灌注桩承载力更高，加之其成孔成桩一机一次完成、操作简便；低噪音、无振动，施工成本与其他施工方法相比相对低廉，经济效应好。
后压浆施工技术已广泛的应用于旋挖钻、回转钻、冲击钻等水下钻孔灌注桩及人工挖孔等干作业成桩技术中，但在长螺旋钻孔灌注桩中应用还非常不成熟。
发展至今，长螺旋钻孔灌注桩工艺已在桩基工程得到了广泛应用，然而随着施工需求不断变化，许多地区使用长螺旋钻孔工艺需要进行空孔施工(施工面高于桩顶)。通常长螺旋灌注桩施工中，混凝土压灌至施工面再振插钢筋笼，但如果空孔较深，常规方法会浪费大量混凝土，并且增加钢筋笼振插难度；而保留空孔不压灌混凝土则易出现塌孔现象、桩顶沉渣不易清除、空钻部分残留土体随钢筋笼进入混凝土桩身致使桩身质量降低等一些列问题，这是现有技术所存在的不足之处。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的不足，提供了一种配合护筒及取土器装置的长螺旋钻孔灌注桩后插笼并可进行后压浆的桩基施工工艺。施工过程中针对桩顶空钻部分尤其是软土地层采用护筒进行护壁，避免了塌孔和扩径；同时灌注混凝土后采用取土器清除桩顶土体及过量混凝土填料，保证后插钢筋笼时，空钻部分残留土体不会进入混凝土桩身，导致桩身质量降低。视桩的不同用途和要求，可通过绑扎在钢筋笼主筋上注浆管和注浆阀在成桩进行桩端桩侧注浆，增加桩端、桩侧阻力，提高桩基承载力。
本发明的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺包括如下步骤：第一步，做好施工准备，测量放点；第二步，使桩机对孔并在全站仪校正；第三步，下钻成孔；第四，下放护筒至设计标高；第五步，钻进至设计要求深度，成孔完成；第六步，停止钻进上提投料，灌注混凝土；第七步，混凝土液面提升至标高后提升钻杆；第八步，使用取土器抓取桩顶沉渣；第九步，在钢筋笼上绑扎注浆管、穿放钢筋笼；第十步，振动导入装置杆型刚体前端与钢筋笼连接，振动导入装置、钢筋笼吊装就位；第十一步，依靠激振力对杆件产生的冲击力按压钢筋笼至预定深度；第十 二步，拔出振动导入装置前端，成桩；第十三步，起拔护筒；第十四步，通过在步骤九中预先设置的桩侧、桩端注浆管进行后压浆施工。其中，步骤四中下放护筒至致密土层的上表面，长螺旋钻机塔杆上设置滑轮与护筒连接对中器上设置的滑轮组成滑轮组，控制护筒连接对中器上下移动，调整护筒标高；步骤七、八中按设计桩顶标高超灌50厘米后采用取土器连同空钻部分土体一同取出，所用取土器包括油缸及油缸拉杆、取土筒、连接孔销、抓斗门，顶部液压油泵与取土器通过上部油缸连接；中部竖向拉杆通过上下两端小孔销分别连接油缸拉杆与抓斗门；底部抓斗门与取土筒通过大孔销相连，取土筒内部为取土器其他装置提供空间并容纳土体。
作为优选的方案，长螺旋钻机塔杆上设置倒梯形横梁，横梁左右两端分布设置1个滑轮。
作为优选的方案，长螺旋钻机塔杆上左右设置两道滑道，护筒连接对中器通过两边抱瓦与塔杆滑道相连。
作为优选的方案，护筒连接对中器通过护筒固定销与护筒固定。
作为优选的方案，护筒连接对中器上方四角设置4个耳板，护筒连接对中器左右两侧中间设置2个滑轮，与塔杆上方横梁端部滑轮共同控制护筒连接对中器的上下移动。
作为优选的方案，护筒连接对中器与支撑板通过护筒连接对中器的后侧耳板及连接板Ⅱ固定。
作为优选的方案，连接板Ⅱ两侧连接护筒连接对中器后侧及支撑板底端耳板，连接板Ⅱ中部为长方形杆状，长度为900～1100mm。
作为优选的方案，支撑板通过抱瓦、固定板和连接筋固定在塔杆滑道上。
作为优选的方案，上部油缸为液压油泵与取土器连接装置，直径为100～150mm，油泵为取土器提供动力。
作为优选的方案，油缸通过一块直径400～500mm的圆形法兰板与取土筒相连。
作为优选的方案，直径80mm，长200mm的油缸拉杆上下连接油缸及连接板Ⅰ。
作为优选的方案，连接板Ⅰ长200mm，宽200mm，高20mm，连接板Ⅰ中部偏下设置两个孔销，连接板Ⅰ与油缸拉杆采用嵌入式连接。
作为优选的方案，取土器中部为长条状竖向拉杆，上下两端通过孔销与连接板Ⅰ及抓斗门相连，共同构成取土器的传力装置。
作为优选的方案，下端设置抓斗门，抓斗开合缝两侧设置与连接板Ⅰ上相同的孔销，与竖向拉杆相连；抓斗门两侧设置较大孔销，用于与取土筒相连，控制抓斗开合，是取土器的 取土装置。
作为优选：第一步中：施工准备包括场地平整及测量放线，其中对施工场地进行平整后进行测量放线，测出场地内地面标高，以便确定桩顶埋深；并根据设计图纸的结构边线关系，对转角起始与结束桩位进行复核。
作为优选：第二步中：钻机就位后，用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，首次钻孔前用全站仪进行桩机垂直度校正，再移机使钻杆垂直对准桩位中心，使垂直偏差≤3‰，以确保桩身垂直度偏差在允许范围内。
作为优选：第三步中：钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头接触地面时，启动马达钻进；钻进速度先慢后快，直至钻进施工完成。
作为优选：第四步中：长螺旋钻机钻孔开始，随钻进深度增加，通过塔杆滑轮和护筒连接对中连接器滑轮控制护筒连接对中器和护筒下降，护筒通过护筒固定销固定在护筒连接对中器上，直至指定深度，护筒起护壁作用。
作为优选：第五步中：当钻头达到设计桩长预定标高时，在动力头底面停留位置做醒目标记，作为施工时控制孔深的依据。
作为优选：第六步中：成孔到设计标高后，开始泵送混凝土填料，当钻杆心充满混凝土填料后才能开始拔管，钻杆的提拔速度与泵送速度相匹配，施工中需保持每根桩的投料量大于设计灌注量，混凝土面高于桩顶设计标高不少于100cm。
作为优选：第七、八步中：长螺旋钻孔并灌注混凝土完成后，将整个取土器装置放入孔内，到达指定高度后，通过液压油泵提供动力，由通过法兰盘固定在取土筒上的油缸和固定在油缸拉杆的连接板起传力作用，再通过拉杆控制抓斗门闭合，将上部空钻部分残留土体和部分混凝土土装在取土筒内部，提升取土器，拔出至孔外后，打开抓斗门，并将取土筒内土体倒出。
作为优选：第八步中，若混凝土面以上泥水较多时，可采用吸泥泵先将绝大部分泥水吸出，在适用取土器将空孔内部分残留土体和部分混凝土取出、倒掉。
作为优选：第九步中：将制作好的钢筋笼与振动导入装置杆型前端相连接，并在钢筋笼主筋上绑扎桩侧注浆管、桩端注浆管和注浆阀相连一同吊装至桩顶上端。注浆管需绑扎在钢筋笼骨架上(一般安置在钢筋笼内侧)，注浆管端部安装注浆阀，桩侧注浆管安装在设计标高处，桩端注浆阀安装后应较钢筋笼底部短150～350mm，且注浆阀上应套上有孔眼的保护套(一般采用尼龙带)，此目的是为了保护桩端注浆管及注浆阀，同时保证注浆质量，避免后插钢筋笼过程中受到破坏。
作为优选：第十一步中，启动振动导入装置，钢筋笼吊放就位、振动导入装置杆型前端在激振力的作用下，与钢筋笼一起下沉至素砼桩身内，直至设计标高停。
作为优选：第十二步中：拔出振动导入装置杆型前端过程中应保持振动器振动，在杆型前端端部接近桩头3m位置后，宜减缓提升速度，以保证桩头混凝土密实度。完全拔出振动导入装置前端，成桩完成。
作为优选：第十三中：长螺旋钻机就位，调整钻机位置使护筒连接对中器使之与护筒对中，通过护筒固定销固定在护筒连接对中器上，通过塔杆滑轮组提升护筒直至全部提出地面，准备下一根桩钻孔施工。
作为优选：第十四步中：成桩1～2天后，通过桩端桩侧注浆管进行后压浆劈水施工，即通过高压水将注浆管外混凝土内的注浆通道打通。注浆顺序宜为自上而下、先桩侧后桩端。后压浆采用水泥浆，水泥浆水灰比0.5-0.7，注浆压力根据设计确定，一般为2～6MPa。
本发明的第四步的进一步有益效果是：下放护筒由另外一台长螺旋完成，或其他设备其他方法完成，能有效地提高施工效率。
本发明的第十三步的进一步有益效果是：提护筒由另外一台长螺旋完成，或其他设备其他方法完成，能有效地提高施工效率。
本发明施工成桩质量好，单桩承载力高，泥浆排放量少，具有较好的社会效益和推广价值。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
图2为取土器结构图。
图3为取土器总图。
图4为护筒结构图。
图5为护筒总图。
图6为注浆结构图。
附图编号：
(1)取土器：1.油缸、2.法兰板、3.油缸拉杆、4.连接板Ⅰ、5.孔销(1)、6.拉杆、7.取土筒、8.孔销(2)、9.孔销(3)、10.抓斗门。
(2)护筒：11.塔杆滑轮、12.抱瓦、13.连接筋、14.固定板、15.支撑板、16.耳板、17.连接板Ⅱ、18.护筒连接对中器、19.护筒固定销、20.护筒连接对中器滑轮，21.护筒、22.塔杆、23.滑道。
(3)注浆装置：24.主筋、25.加强圈、26.箍筋、27.端部箍筋、28.桩端注浆管、29.注浆阀、30.注浆阀保护套、31.注浆阀保护套上的孔眼、32.加强纵筋。
具体实施方式
一种长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，主要包括如下步骤：
第一步、场地平整及测量放线
施工准备包括场地平整及测量放线，其中对施工场地进行平整后进行测量放线，测出场地内地面标高，以便确定桩顶埋深；并根据设计图纸的结构边线关系，对转角起始与结束桩位进行复核。
第二步、钻机就位
钻机就位后，用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，首次钻孔前用全站仪进行桩机垂直度校正，再移机使钻杆垂直对准桩位中心，使垂直偏差≤3‰，以确保桩身垂直度容许偏差在允许范围内。
第三步、钻进成孔
钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头接触地面时，启动马达钻进；钻进速度先慢后快，直至钻进施工完成。
第四步、下放护筒
长螺旋钻机钻孔开始，随钻进深度增加，通过塔杆滑轮11和护筒连接对中器滑轮20控制护筒对中连接器18和护筒21下降，护筒通过护筒固定销19固定在护筒连接对中器18上，直至指定深度，护筒起护壁作用。
第五步、成孔完成
当钻头达到设计桩长预定标高时，在动力头底面停留位置做醒目标记，做为施工时控制孔深的依据。
第六步、灌注混凝土
成孔到设计标高后，开始泵送混凝土填料，当钻杆心充满混凝土填料后才能开始拔管，钻杆的提拔速度与泵送速度相匹配，施工中需保持每根桩的投料量大于设计灌注量，桩顶标高高于设计标高50cm。
第七，八步、上提钻杆，取土器取土
长螺旋钻孔，并灌注混凝土完成后，将整个取土器装置放入孔内，到达指定高度后，通过液压油泵提供动力，由通过法兰盘2固定在取土筒7上的油缸1和固定在油缸拉杆3的连接板Ⅰ4起传力作用，再通过拉杆6控制抓斗门10闭合，将上部空钻部分残留土体装在取土筒7内部，提升取土器，拔出至孔外后，打开抓斗门10，并将取土筒7内土体倒出。
若混凝土面以上泥水较多时，可采用吸泥泵先将绝大部分泥水吸出，再适用取土器将空孔内部分残留土体和部分混凝土取出、倒掉。
第九步、绑扎注浆管、穿放钢筋笼
桩端注浆管28安装注浆阀29后应较钢筋笼底部短150～350mm，各注浆阀29上均应用铁丝绑上带有孔眼31的注浆阀保护套30(一般采用尼龙带)，此目的是为了保护后插钢筋笼过程中桩端注浆管及注浆阀不受到破坏，且能满足桩端、桩侧的注浆技术要求。
在地面上加工好钢筋笼后与振动导入装置杆型刚体前端相连后，采用汽车一次起吊，并将整幅钢筋笼一次连续地插入取土后的混凝土素桩内。
第十步、振动导入装置与钢筋笼吊放就位
通过多点起吊，将穿有钢筋笼并与之可靠连接的振动导入装置由水平位置吊起至孔口正上方悬垂位置，要求钢筋笼自然垂直悬垂，振动导入装置杆型前端自然垂直悬垂并位于钢筋笼中心，振动导入装置前端顶部与端部箍筋27及固定于其上的对中支架紧密贴合。
第十一步、振沉钢筋笼
启动振动器向下激振杆型前端，使杆型前端和钢筋笼共同下沉，并控制钢筋笼下沉速度在4-7m/min，在插入过程中需确保钢筋笼的垂直度，钢筋笼全部插入后，检查孔口钢筋笼顶部标高。
第十二步、拔出杆型前端成桩完成
拔出振动导入装置杆型前端过程中应保持振动器振动，在杆型前端端部接近桩头3m位置后，宜减缓提升速度至1-3m/min，以保证桩头混凝土密实度。完全拔出振动导入装置杆型前端，成桩完成。
第十三步、起拔护筒
长螺旋钻机就位，调整钻机位置使护筒连接对中器使之与护筒对中，通过护筒固定销固定在护筒连接对中器上，通过塔杆滑轮组提升护筒直至全部提出地面，准备下一根桩钻孔施工。
第十四步中：成桩后，进行后压浆的劈水和压浆施工。劈水工作在成桩1～2天后进行，通过桩端桩侧注浆管进行后压浆劈水施工，以确保注浆通道畅通，然后再进行注浆施工，注浆顺序宜为自上而下、先桩侧后桩端。后压浆采用水泥浆，水泥浆水灰比0.5-0.7，注浆压力根据设计确定，一般为2～6MPa。
长螺旋钻机护筒装置包括滑轮、滑道23、抱瓦12、固定板14、支撑板15、耳板16、护筒连接对中器18，长螺旋钻机塔杆上设置的滑轮11与护筒连接对中器18上设置的滑轮20组成滑轮组，控制护筒连接对中器18上下移动；支撑板通过抱瓦12、固定板14、连接筋13 固定在塔杆22上；护筒连接对中器与支撑板通过耳板连接，护筒通过护筒固定销固定在护筒连接对中器18内。长螺旋钻机塔杆上设置倒梯形横梁，横梁左右两端分布设置1个滑轮。长螺旋钻机塔杆上左右设置两道滑道，护筒连接对中器通过两边抱瓦与塔杆滑道相连。护筒连接对中器通过护筒固定销与护筒固定。护筒连接对中器上方四角设置4个耳板，护筒连接对中器左右两侧中间设置2个滑轮，与塔杆上方横梁端部滑轮共同控制护筒连接对中器的上下移动。护筒连接对中器与支撑板通过护筒连接对中器的后侧耳板及连接板Ⅱ固定。连接板Ⅱ两侧连接护筒连接对中器后侧及支撑板底端耳板，连接板Ⅱ中部为长方形杆状，长度为900～1100mm。支撑板通过抱瓦、固定板、连接筋固定在塔杆滑道上。
长螺旋钻机取土器包括油缸1及油缸拉杆3、取土筒7、连接孔销、抓斗门10，顶部液压油泵与取土器通过上部油缸连接；中部竖向拉杆通过上下两端小孔销分别连接油缸拉杆与抓斗门；底部抓斗门与取土筒通过大孔销相连，取土筒内部为取土器其他装置提供空间并容纳土体。上部油缸为液压油泵与取土器连接装置，直径大小100～150mm，油泵为取土器提供动力。油缸通过一块直径400～500mm的圆形法兰板与取土筒相连。直径80mm，长200mm的油缸拉杆上下连接油缸及连接板Ⅰ。连接板Ⅰ长200mm，宽200mm，高20mm，连接板Ⅰ中部偏下设置两个孔销，连接板Ⅰ与油缸拉杆采用嵌入式连接。取土器中部为长条状拉杆，上下两端通过孔销与连接板Ⅰ及抓斗门相连，共同构成取土器的传力装置。下端设置抓斗门，抓斗开合缝两侧设置与连接板Ⅰ相同孔销，与竖向拉杆相连；抓斗门两侧设置较大孔销，用于与取土筒相连，控制抓斗开合，是取土器的取土装置。
Claims (18)
1.一种长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，包括如下步骤：(1)施工前准备；(2)桩机对孔校正；(3)开始下钻成孔；(4)下放护筒至设计高度；(5)钻进至设计要求深度；(6)停止钻进上提投料；(7)混凝土液面提升至标高后提升钻杆；(8)使用取土器抓取桩顶沉渣；(9)在钢筋笼上绑扎注浆管、穿放钢筋笼；(10)将振动导入装置前端的杆状刚体与钢筋笼连接并吊装就位；(11)依靠激振力对杆状刚体产生的冲击力按压钢筋笼至预定深度；(12)拔出振动导入装置杆型前端，成桩；(13)起拔护筒；(14)通过在步骤(9)中预先设置的桩侧注浆管和桩端注浆管进行后压浆施工；其特征是：步骤(4)中下放护筒至致密土层的上表面，长螺旋钻机塔杆上设置滑轮与护筒连接对中器上设置的滑轮组成滑轮组，控制护筒连接对中器上下移动，调整护筒标高；步骤(7)和(8)中按设计桩顶标高超灌50厘米后采用取土器连同空钻部分土体一同取出，所用取土器包括油缸及油缸拉杆、取土筒、连接孔销、活动抓斗门，顶部液压油泵与取土器通过上部油缸连接；取土器中部长条状竖向拉杆通过上下两端小孔销分别连接油缸拉杆与活动抓斗门；底部活动抓斗门与取土筒通过大孔销相连，取土筒内部为取土器的其他装置提供空间并容纳土体。
2.根据权利要求1所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，第一步中：施工准备包括场地平整及测量放线，其中对施工场地进行平整后进行测量放线，测出场地内地面标高，以便确定桩顶埋深。
3.根据权利要求1所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，第二步中：钻机就位后，用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，首次钻孔前用全站仪进行桩机垂直度校正，再移机使钻杆垂直对准桩位中心，使垂直偏差≤3‰，以确保桩身垂直度偏差在允许范围内。
4.根据权利要求1所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，第三步中：钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头接触地面时，启动马达钻进；钻进速度先慢后快，直至钻进施工完成。
5.根据权利要求1所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，第五步中：当钻头达到设计桩长预定标高时，在动力头底面停留位置做醒目标记，作为施工时控制孔深的依据。
6.根据权利要求1所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，第四步中，长螺旋钻机塔杆上设置倒梯形横梁，横梁左右两端分别设置1个滑轮，上述2个滑轮与护筒连接对中器上的2个滑轮组成滑轮组，控制护筒连接对中器上下移动，调整护筒标高。
7.根据权利要求6所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，长螺旋钻机塔杆上左右设置两道滑道，护筒连接对中器通过两边抱瓦与塔杆滑道相连。
8.根据权利要求7所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，护筒连接对中器通过护筒固定销与护筒固定。
9.根据权利要求6所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，护筒连接对中器与支撑板通过两者之间的连接板Ⅱ及护筒连接对中器的后侧耳板固定。
10.根据权利要求9所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，支撑板通过抱瓦、固定板和连接筋固定在塔杆滑道上。
11.根据权利要求1所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，上部油缸为液压油泵与取土器的连接装置，直径为100～150mm，液压油泵为取土器提供动力。
12.根据权利要求11所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，油缸通过一块直径400～500mm圆形法兰板与取土筒相连。
13.根据权利要求11所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，直径80mm，长200mm的油缸拉杆上下分别连接油缸及连接板Ⅰ。
14.根据权利要求13所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，连接板Ⅰ长200mm，宽200mm，高20mm，连接板Ⅰ中部偏下设置两个小孔销，连接板Ⅰ与油缸拉杆采用嵌入式连接。
15.根据权利要求14所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，取土器中部为长条状竖向拉杆，长条状竖向拉杆上下两端通过所述小孔销分别与连接板Ⅰ及活动抓斗门相连，共同构成取土器的传力装置。
16.根据权利要求14所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，取土器下端设置活动抓斗门，抓斗开合缝两侧设置与连接板Ⅰ上相同的小孔销，与取土器中部长条状竖向拉杆相连；活动抓斗门两侧设置大孔销，用于与取土筒相连，控制抓斗开合，是取土器的取土装置。
17.根据权利要求1所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，第十一步中：启动振动导入装置，振动导入装置杆型前端在激振力的作用下，与钢筋笼一起下沉至素砼桩身内，直至设计标高停止。
18.根据权利要求1所述的长螺旋钻孔灌注桩施工工艺，其特征在于，第十四步中：成桩1～2天后，通过桩侧注浆管、桩端注浆管进行后压浆施工，注浆顺序为自上而下、先桩侧后桩端，后压浆采用水泥浆，水泥浆水灰比为0.5-0.7，注浆压力根据设计确定，为2～6MPa。
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