CN104947652A - 长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工装置及方法，该装置包括桩架、动力头、钻杆、常压注浆泵、常压注浆管、高压注浆泵、高压注浆管、钢套筒(6)、吸浆泵(7)和储液池(8)，钢套筒(6)的下部埋入土体而上部高于地面，吸浆泵(7)位于钢套筒(6)内，吸浆泵(7)的出口与储液池(8)连接；该方法的关键步骤为在扩底段先旋喷下钻，再不喷空转上拔，然后下钻再上拔并在该下钻、上拔的来回中保持旋喷，且沉桩时将溢出的常规段水泥浆输送至储液池(8)储存。该装置及方法使桩基承载力强、成桩质量好、对周围土体环境无破坏影响、不污染环境。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域中的桩基施工技术，具体讲是一种长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工装置及施工方法。
背景技术
随着国家经济建设的发展及桩基施工技术的不断研发和应用，软土地基的桩基应用越来越广泛。现有技术的桩基类型主要有泥浆护壁钻孔灌注桩、普通长螺旋钻孔压灌桩、预应力混凝土管桩(简称管桩)、普通静钻根植预应力管桩等。
上述桩基类型均存在各自的问题。泥浆护壁钻孔灌注桩会形成大量护壁泥浆，污染环境，难于处理，而且该桩基的抗拔承载力不理想，其深度也容易受到土层限制，如在很硬的砾石层和风化基岩层时钻进效率低。而普通的长螺旋钻孔压灌桩钻孔到位并常压泵送混凝土后用插筋器插入钢筋笼，但后插钢筋笼时，钢筋笼细长，使得钢筋笼容易插偏位，导致钢筋笼的混凝土保护层厚度偏差大，影响桩基的整体质量。而预应力混凝土管桩沉桩时，会产生很强的挤土效应，容易对周围土体环境造成影响和破坏，管桩自身受到的土体挤压作用力也大，先沉入的管桩容易被挤倾斜甚至断裂。普通静钻根植预应力管桩采用注入水泥浆并将水泥浆与孔中土体搅拌形成水泥土护壁，而后植入管桩的侧摩阻力依靠水泥土传递给桩孔周边的土层，溢出的水泥土浆液浪费且污染现场，而且水泥土硬化后强度不理想，导致整个桩体的强度也不理想。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能使桩基承载力强、成桩质量好、对周围土体环境无破坏影响、不污染环境的长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工装置。
本发明的一个技术解决方案是，提供一种长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工装置，它包括桩架、动力头、钻杆和常压注浆泵，动力头安装在桩架上，钻杆安装在动力头下方，钻杆底端为钻尖，钻杆的外圆周面从上到下设有螺旋叶片，钻杆内设有常压注浆管，常压注浆管顶端与常压注浆泵连接，常压注浆管的底端经钻杆底端的钻尖的第一通孔伸出钻尖；它还包括高压注浆泵、设在钻杆内的高压注浆管、钢套筒、吸浆泵和储液池，高压注浆泵与高压注浆管的上端连接，高压注浆管底端经钻杆底端的钻尖的第二通孔伸出钻尖；钢套筒与钻杆同心，且钢套筒的下部埋入土体而上部高于地面，吸浆泵位于钢套筒内，吸浆泵的出口与储液池连接。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种桩基承载力强、成桩质量好、对周围土体环境无破坏影响、不污染环境的长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工方法。
本发明的另一个技术解决方案是，提供一种长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工方法，其步骤如下：
a、制备出水灰比为1:1的常规段水泥浆和水灰比为0.6:1的扩底段水泥浆；且向常规段水泥浆内添加缓凝剂；
b、钻杆的钻尖在预定桩位上向下钻孔，钻到2～3米后拔出钻杆，将钢套筒下部沉入土体且保证钢套筒顶部高于地面；
c、继续下钻土体，在钻孔过程中，钻碎的土体随着旋转的螺旋叶片从孔顶排出；
d、当钻杆底部的钻尖下钻到扩底段顶设计标高时，启动高压注浆泵，使得高浓度的扩底段水泥浆经高压注浆管向外喷射；
e、一边喷射扩底段水泥浆一边继续下钻钻杆，高压旋喷的过程中，高浓度的扩底段水泥浆会不断切割、破碎扩底段的孔侧壁的土体使该扩底段的孔径不断变大，直至钻杆底端的钻尖到达扩底段底设计标高；
f、关闭高压注浆泵停止喷浆，继续旋转钻杆同时上拔钻杆，直至钻杆底端的钻尖到达扩底段顶设计标高；
g、重新启动高压注浆泵，并再次下钻钻杆直至钻尖到达孔底，然后上拔钻杆直至钻尖到达扩底段顶设计标高，下钻再上拔的过程中，高压注浆泵一直启动，对扩底段进行二次旋喷，使得高浓度的扩底段水泥浆将扩底段填实；
h、关闭高压注浆泵，启动常压注浆泵，旋转并上拔钻杆，向常规段注入常规段水泥浆以护壁，直至钻杆的钻尖从钢套筒顶退出；
i、撤走钻杆，将管桩吊运至孔位上方，再将管桩沉入桩孔，并用打桩机敲击管桩桩顶，使得管桩底端到达设计的硬土或风化基岩；沉桩过程中，将吸浆泵放入钢套筒内，吸浆泵将沉桩溢出的常规段水泥浆输送至储液池储存，以备循环利用。
本发明长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工装置及施工方法与现有技术相比，具有以下优点和效果：
首先，本发明不会产生污染环境难以处理的护壁泥浆，而且沉桩时溢出的常规段水泥浆被回收到储液池，避免了无序排放，且常规段水泥浆内还渗入了缓凝剂，能在施工下一个桩基时再次循环利用，节省了成本，经济效应好；其次，由于缓凝剂的作用，护壁的常规段水泥浆未凝固，沉入管桩时阻力小，沉桩打桩过程方便，便于管桩沉入到达设计的硬土或风化基岩，还不会产生挤土效应，而且管桩比细长的钢筋笼垂直度和对中度均更好控制，使得混凝土保护层厚度均匀；再次，钢套筒的存在，增大了溢出的护壁水泥浆的暂时存储的空间，加上吸浆泵不断地输出水泥浆，避免了护壁浆液满溢到工地的状况；况且，最重要的一点，也是本发明最大的亮点如下：扩底段第一次高压旋喷扩孔后，会产生一部分碎土，故第一次到达孔底后，钻杆没有直接上拔，而是一边上拔一边继续旋转，使得螺旋叶片在第一次上拔的过程中将混合了碎土的水泥浆向上旋转排出，实质上就起到了清孔的作用，在清孔后，再次下钻旋喷到孔底，然后上拔旋喷到扩底段的顶部，向扩底段填充高浓度的扩底段水泥浆，这样，就极大程度的降低了残留在扩底段的碎土量，同理，在继续上拔并向常规段填充常规段水泥浆的过程中，钻杆仍然保持旋转，这样，就最大程度的排出了残留在常规段的土体，上述做法最大的好处，是使得整个桩基中残留土体极少，不会和水泥浆混合搅拌形成低强度的水泥土浆液，也就是说，该技术方案实现了纯水泥浆而不是水泥土护壁，故最后成桩后，高强度的水泥浆与土体的侧摩擦阻力明显更大，整个桩基的承载力得到显著增强。
附图说明
图1是本发明长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工方法钻孔时的结构示意图。
图2是本发明长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工方法沉桩时的结构示意图。
图3是本发明长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工装置的钻杆的截面剖视示意图。
图中所示1、动力头，2、钻杆，3、螺旋叶片，4、常压注浆管，5、高压注浆管，6、钢套筒，7、吸浆泵，8、储液池，9、管桩，10、送桩器，11、桩锤，12、钻尖。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3所示，本发明长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工装置，它包括桩架、动力头1、钻杆2、常压注浆泵、高压注浆泵、设在钻杆2内的高压注浆管5、钢套筒6、吸浆泵7和储液池8。
动力头1安装在桩架上，钻杆2安装在动力头1下方，钻杆2底端为钻尖12，钻杆2的外圆周面从上到下设有螺旋叶片3。钻杆2内设有常压注浆管4，常压注浆管4顶端经胶皮管与常压注浆泵连接，常压注浆管4的底端经钻杆2底端的钻尖12的第一通孔伸出钻尖12。高压注浆泵经胶皮管与高压注浆管5的上端连接，高压注浆管5底端经钻杆2底端的钻尖12的第二通孔伸出钻尖12。钢套筒6与钻杆2同心，且钢套筒6的下部埋入土体而上部高于地面。吸浆泵7放入钢套筒6的水泥浆内，吸浆泵7的出口经胶皮管与储液池8连接。
如图1、图2、图3所示，本发明长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工方法，其步骤如下。
a、制备出水灰比为1:1、浆液浓度为1.2的常规段水泥浆和水灰比为0.6:1、浆液浓度不小于1.35的扩底段水泥浆；且向常规段水泥浆内添加缓凝剂。
b、钻杆2的钻尖12在预定桩位上向下钻孔，钻到2～3米后拔出钻杆2，将钢套筒6下部沉入土体且保证钢套筒6顶部高于地面1米左右。
c、继续下钻土体，在钻孔过程中，钻碎的土体随着旋转的螺旋叶片3从孔顶排出。
d、当钻杆2底部的钻尖12下钻到扩底段顶设计标高时，启动高压注浆泵，使得高浓度的扩底段水泥浆经高压注浆管5向外喷射。扩底段顶设计标高就是指，设计的扩底段的顶部的高度。
e、一边喷射扩底段水泥浆一边继续下钻钻杆2，高压旋喷的过程中，高浓度的扩底段水泥浆会不断切割、破碎扩底段的孔侧壁的土体使该扩底段的孔径不断变大，直至钻杆2底端的钻尖12到达扩底段底设计标高；扩底段底设计标高即孔底的高度，也就是整个桩基的底的高度。
f、关闭高压注浆泵停止喷浆，继续旋转钻杆2同时上拔钻杆2，直至钻杆2底端的钻尖12到达扩底段顶设计标高。
g、重新启动高压注浆泵，并再次下钻钻杆2直至钻尖12到达孔底，然后上拔钻杆2直至钻尖12到达扩底段顶设计标高，下钻到孔底再上拔到扩底段顶标高的过程中，高压注浆泵一直启动，对扩底段进行二次旋喷，使得高浓度的扩底段水泥浆将扩底段填实。
h、关闭高压注浆泵，启动常压注浆泵，旋转并上拔钻杆2，经常压注浆管4向常规段注入常规段水泥浆以护壁，直至钻杆2的钻尖12从钢套筒6顶退出。
i、撤走钻杆2，将管桩9用吊机吊运至孔位上方，该管桩9一般是由多根分段的管桩9在专用的焊接平台首尾焊接而成。再将管桩9沉入桩孔，再用打桩机的桩锤11通过套管状的送桩器10敲击管桩9的顶部，使得管桩9底端到达设计的硬土或风化基岩。
沉桩过程中，将吸浆泵7放入钢套筒6的水泥浆内，吸浆泵7将沉桩溢出的常规段水泥浆经胶皮管输送至储液池8储存，以备循环利用。
Claims (2)
1.一种长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工装置，它包括桩架、动力头(1)、钻杆(2)和常压注浆泵，动力头(1)安装在桩架上，钻杆(2)安装在动力头(1)下方，钻杆(2)底端为钻尖(12)，钻杆(2)的外圆周面从上到下设有螺旋叶片(3)，钻杆(2)内设有常压注浆管(4)，常压注浆管(4)顶端与常压注浆泵连接，常压注浆管(4)的底端经钻杆(2)底端的钻尖(12)的第一通孔伸出钻尖(12)；其特征在于：它还包括高压注浆泵、设在钻杆(2)内的高压注浆管(5)、钢套筒(6)、吸浆泵(7)和储液池(8)，高压注浆泵与高压注浆管(5)的上端连接，高压注浆管(5)底端经钻杆(2)底端的钻尖(12)的第二通孔伸出钻尖(12)；钢套筒(6)与钻杆(2)同心，且钢套筒(6)的下部埋入土体而上部高于地面，吸浆泵(7)位于钢套筒(6)内，吸浆泵(7)的出口与储液池(8)连接。
2.一种长螺旋钻孔水泥浆护壁式植入管桩的施工方法，其特征在于：其步骤如下：
a、制备出水灰比为1:1的常规段水泥浆和水灰比为0.6:1的扩底段水泥浆；且向常规段水泥浆内添加缓凝剂；
b、钻杆(2)的钻尖(12)在预定桩位上向下钻孔，钻到2～3米后拔出钻杆(2)，将钢套筒(6)下部沉入土体且保证钢套筒(6)顶部高于地面；
c、继续下钻土体，在钻孔过程中，钻碎的土体随着旋转的螺旋叶片(3)从孔顶排出；
d、当钻杆(2)底部的钻尖(12)下钻到扩底段顶设计标高时，启动高压注浆泵，使得高浓度的扩底段水泥浆经高压注浆管(5)向外喷射；
e、一边喷射扩底段水泥浆一边继续下钻钻杆(2)，高压旋喷的过程中，高浓度的扩底段水泥浆会不断切割、破碎扩底段的孔侧壁的土体使该扩底段的孔径不断变大，直至钻杆(2)底端的钻尖(12)到达扩底段底设计标高；
f、关闭高压注浆泵停止喷浆，继续旋转钻杆(2)同时上拔钻杆(2)，直至钻杆(2)底端的钻尖(12)到达扩底段顶设计标高；
g、重新启动高压注浆泵，并再次下钻钻杆(2)直至钻尖(12)到达孔底，然后上拔钻杆(2)直至钻尖(12)到达扩底段顶设计标高，下钻再上拔的过程中，高压注浆泵一直启动，对扩底段进行二次旋喷，使得高浓度的扩底段水泥浆将扩底段填实；
h、关闭高压注浆泵，启动常压注浆泵，旋转并上拔钻杆(2)，向常规段注入常规段水泥浆以护壁，直至钻杆(2)的钻尖(12)从钢套筒(6)顶退出；
i、撤走钻杆(2)，将管桩(9)吊运至孔位上方，再将管桩(9)沉入桩孔，并用打桩机敲击管桩(9)桩顶，使得管桩(9)底端到达设计的硬土或风化基岩；沉桩过程中，将吸浆泵(7)放入钢套筒(6)内，吸浆泵(7)将沉桩溢出的常规段水泥浆输送至储液池(8)储存，以备循环利用。
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