CN104947654A - 一种复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩，主要包括钻孔平台、钢管桩、钢护筒、钻孔灌注桩，钢管桩设置于倾斜岩面上，顶部与钻孔平台连接，底部设置内、外囊袋及分离式压重钢板；钻孔平台上设有限位钢板及与钢护筒外径相同的圆形槽口，钢护筒穿过圆形槽口伸入倾斜岩面；钻孔平台通过工字型钢梁与下部钢管桩连接；钢护筒包括原护筒及二次跟进护筒，两者通过加劲钢板焊接固定，二次跟进护筒内壁设有限位块；钢护筒内部设置钢筋笼，通过灌注混凝土形成钻孔灌注桩。本发明有效解决了深水浅覆盖层倾斜岩面钻孔灌注桩的施工难题，且与钢套箱围堰施工相比大幅减少钢材使用量，节省施工成本和施工时间，安全系数高。

Description

一种复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩及施工方法

技术领域

本发明涉及一种复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩及施工方法。属于基础工程领域，适用于急流水域、倾斜岩面等复杂情况下建筑、桥梁等工程中的水下钻孔灌注桩施工。

背景技术

钻孔灌注桩是通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，是深基础中最常用的形式。与其他类基础相比它具有不受地域、地质条件、气候条件、地下水位的高低、桩径大小及桩身长度等条件的限制，承载力高、建筑费用低等优点，因而在工程中得到广泛的应用。

实际应用中，部分钻孔灌注桩身位于水位以下或在水流无法封闭的地方浇注混凝土，必须采用水下灌注法施工。水下混凝土灌注由于施工的隐蔽性、工艺的复杂性和连续性，容易出现钢筋笼浮起、堵管、断管、塌孔等灌注施工事故，若桩位处在急流水域、倾斜岩面上，钻孔平台钢管桩的施沉与稳定性是难题，钢护筒的施工更是一个难题，处理不当必将给工程带来了极大的经济损失与安全隐患。因此，在复杂水域的钻孔灌注桩施工质量问题，亟待探讨、研究和解决。

鉴于此，目前亟需发明一种在复杂水域能保证钻孔平台稳定性的同时，也便于钢护筒的安装，同时承载性能突出、经济技术效益好的复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩及施工方法。本发明在急流水域内的钻孔平台钢管桩内外设置混凝土袋及压重钢板，将钢管桩悬空未接触岩面的部位堵塞，增大钢管桩与岩面接触面积，提高平台支撑稳定性；并将钢护筒二次施沉入岩，有效防止因倾斜岩面导致护筒内外联通；同时在钻孔灌注桩桩身上部设置有永久性的钢套管，作为劲性钢骨架约束混凝土变形，改善了桩身上部混凝土的受力性能，提高了桩身承载能力，具有较好的经济技术效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在复杂水域能保证钻孔平台稳定性的同时，也便于钢护筒的安装，同时承载性能突出、经济技术效益好的复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩及施工方法。为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

一种复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩，主要包括钻孔平台、钢管桩、钢护筒和钻孔灌注桩，钢管桩设置于倾斜岩面上，顶部与钻孔平台连接，底部设置内、外囊袋及分离式压重钢板；钻孔平台上设有限位钢板及与钢护筒外径相同的圆形槽口，钢护筒穿过圆形槽口伸入倾斜岩面；钻孔平台通过工字型钢梁与下部钢管桩连接；钢护筒包括原护筒及二次跟进护筒，两者通过加劲钢板焊接固定，二次跟进护筒内壁设有限位块；钢护筒内部设置钢筋笼，通过灌注混凝土形成钻孔灌注桩。

所述的钢管桩底部的内、外囊袋通过出浆孔贯通，分离式压重钢板等弧长设置于外囊袋底部，且与钢管桩外壁铰接连接；钢管桩顶部预设调节螺栓，钢管桩之间设置有剪刀撑。

所述的钻孔平台设置有限位钢板，限位钢板下设置可调式底座。

所述的钻孔平台与工字型钢梁焊接连接，工字型钢梁通过连接套筒与钢管桩顶部的调节螺栓及锚固螺栓连接。

所述的原护筒与二次跟进护筒满焊连接，连接处侧壁等间距焊接加劲钢板，原护筒底部环向包裹防水橡胶垫圈，并嵌入倾斜岩面，二次跟进护筒内壁的限位块为可折叠式。

所述的钢筋笼顶部外围焊接永久性钢套管，钢套管表面均匀布设混凝土出气孔，钢套管顶部与限位块底面接触。

本发明还提供了所述复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩的施工方法，其主要施工步骤如下：

1）施工准备：采用全站仪直接从控制点按极坐标法测设每根桩的桩位，并及时引设好护桩；

2）钻孔平台搭设：先采用悬臂导向架对钢管桩进行定位，钢管桩每打设完成一根立即与就近的钢栈桥钢管桩或者平台钢管桩连接，再依次由下而上搭设钻孔平台；钻孔平台上设置限位钢板及与钢护筒外径相同的圆形槽口；限位钢板下设置可调式底座；

3）钢管桩灌注混凝土：灌注混凝土填充内外土工布袋，利用混凝土袋将钢管桩悬空未接触岩面的部位堵塞，结合压重钢板使钢管桩与岩面接触面积增大形成稳定的支撑；

4）钢护筒安装及二次跟进施工：加大钻锤直径在圆形槽口内进行扩孔施工，利用平台导向架临时固定原护筒，施沉到位后焊接二次跟进护筒，并设置加劲钢板；

5）泥浆循环钻进成孔：使用反循环钻机在倾斜岩层内进行钻孔施工，直至达到设计标高；

6）钢筋笼制作：钢筋笼采用现场焊接，制作完成后，在钢筋笼顶端套接钢套管，钢套管直径大于钢筋笼直径，小于钢护筒的内径；

7）吊放钢筋笼：钢筋笼连接好后运到施工现场，用汽车吊缓缓竖立吊起钢筋笼放入孔内，完成后穿两根横担将骨架临时支撑于钻机平台上；

8）水下混凝土灌注：桩基混凝土采用罐车运输配合导管灌注，直至钻孔灌注桩达到设计标高；

9）拆除护筒、泥浆处理：护筒拆除时，先通过钻孔平台上的可调式限位钢板固定钢护筒，减小钢护筒的晃动，并使其保持竖直状态拔出；泥浆经泥浆分离器处理后排放。

本发明具有以下的特点和有益效果：

（1）在复杂急流水域先采用悬臂导向架对钻孔平台钢管桩进行定位，并在钢管桩内外设置混凝土袋及压重钢板，利用混凝土袋将钢管桩悬空未接触岩面的部位堵塞，结合压重钢板使钢管桩与岩面接触面积增大，有效提高钻孔平台的稳定性。

（2）在倾斜岩面处采用加大钻锤扩孔施工，使桩孔与钢护筒的直径相同，将钢护筒施沉入岩，并在钢护筒底部包裹橡胶垫片，有效防止因倾斜岩面导致护筒内外联通，孔内泥浆被河水稀释而达不到悬浮钻渣的要求。

（3）在钻孔平台顶部安装可滑移式限位钢板，有效防止在钻孔灌注桩浇筑完成回拔钢护筒时，钢护筒出现偏移、晃动，影响成桩质量。

（4）在钻孔灌注桩桩身上部设置有永久性的钢套管，钢套管焊接在钢筋笼上形成劲性钢骨架，并随钢筋笼一体安装浇筑在桩身内部，同时表面均匀布设混凝土出气孔，钢套管的设置为水中混凝土浇筑起到模板作用，而且作为劲性钢骨架约束混凝土变形，改善了桩身上部混凝土的受力性能，提高了桩身承载能力。

附图说明

图1是本发明复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩结构示意图；

图2是本发明中钻孔平台上限位钢板布置示意图；

图3是本发明中分离式压重钢板结构示意图；

图4是本发明中工字型钢梁与钢管桩连接示意图。

图中：1-倾斜岩层，2-防水橡胶垫圈，3-浅覆盖层，4-出浆孔，5-原护筒，6-剪刀撑锚固螺栓，7-水域，8-调节螺栓，9-加筋钢板，10-钻孔平台，11-限位钢板底座，12-限位钢板，13-钢筋笼，14-二次跟进护筒，15-限位块，16-工字型钢梁，17-连接套筒，18-出气孔，19-剪刀撑，20-钢套管，21-钢管桩，22-混凝土囊袋，23-压重钢板，24-橡胶垫片，25-限位板调节螺栓，26-限位板滑槽，27-压重钢板铰接杆，28-锚固螺栓。

具体实施方式

本实施方式中钢管桩、钢套管以及钢梁等材料的生产工艺要求，注浆施工技术要求，钻孔施工工艺要求等不再赘述，重点阐述本发明的涉及的复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩的实施方式。

图1是本发明复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩结构示意图，图2是本发明中钻孔平台上限位钢板布置示意图，图3是本发明中分离式压重钢板结构示意图，图4是本发明中工字型钢梁与钢管桩连接示意图。参照图1所示的复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩，主要由钻孔平台10、钢管桩21、原护筒5、二次跟进护筒14、钢套管20等组成，实施例以Φ=1000mm的钻孔灌注桩为例进行说明：

施工前先采用全站仪直接从控制点按极坐标法测设每根桩的桩位，并及时引设好护桩。钻架就位调平后测量桩架平台标高以控制桩深和桩长，开钻前报监理验收桩位。

钢管桩21规格为630mm×10mm，底部内、外依次绑扎混凝土囊袋22，并等间距留设4个直径为40mm的出浆孔4，同时在外壁距管底30mm处等间距铰接4块厚15mm，强度等级为Q345的压重钢板23，距管顶200mm处对称设置2个直径为10mm的调节螺栓8。钢管桩21先采用悬臂导向架进行定位，垂直下沉接触岩面后灌注混凝土填充内外土工布袋，利用混凝土囊袋22将钢管桩21悬空未接触岩面的部位堵塞，钢管桩21每打设完成一根立即与就近的钢栈桥钢管桩或者平台钢管桩连接，并利用剪刀撑19锚固。

钻孔平台10设计最大荷载设为75t（50t履带吊+25t吊重），同时考虑承台钢围堰施工的影响。钻孔平台10搭设主要采用规格为H400mm×150mm的宽面工字钢、40#B工字钢以及[20槽钢。顶面预留直径为1000mm的钢护筒槽口，并安装长2000mm、宽1500mm的限位钢板底座11，限位钢板底座11设置宽12mm的限位板滑槽26，上部通过限位板调节螺栓25连接限位钢板12，限位钢板12端部设置5mm厚的橡胶垫片24。

原护筒5直径为1050mm，壁厚为10mm，原护筒5下沉至倾斜岩层1后，将冲击钻头经过加焊锤牙，使钻锤直径加大到比钢护筒尺寸小8 cm，开始扩孔施工，钻进到岩面最低侧以下0.5~1 m后停止钻进，提出冲击钻头，移走钻机。二次跟进护筒14与原护筒5规格相同，二次跟进前应在二次跟进护筒14桩位处设置导向装置，以避免护筒跟进过程中桩位倾斜，导向装置高1.5 m，采用[20型钢和40#B工字钢制作而成，其下部通过支撑梁与平台的分配梁相连接使其固定。二次跟进护筒14与原护筒5满焊连接，外贴规格为150mm×150mm×10mm的加劲钢板9。

钢护筒安装完成后使用反循环钻机在倾斜岩层内进行钻孔施工，孔径为1000mm，直至达到设计标高。

钢筋笼13采用现场焊接，顶部焊接长3000mm，厚6mm，直径800mm的钢套管20，钢套管20表面均匀设置直径为15mm的出气孔18，并通过竖向п型附加筋和环形箍筋与钢筋笼13焊接固定。钢筋笼13制作完成后采用汽车吊缓缓竖立吊起放入孔内，并穿两根横担将骨架临时支撑于钻孔平台10上。

钻孔灌注桩采用C25混凝土浇筑，混凝土采用罐车运输配合导管灌注，灌注开始后，应紧凑连续地进行，直至设计标高。

护筒拆除时，先通过钻孔平台10上的可调式限位钢板12固定钢护筒，减小钢护筒的晃动，并使其保持竖直状态拔出。泥浆经泥浆分离器处理后排放。

复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩的施工步骤如下：

1）施工准备：采用全站仪直接从控制点按极坐标法测设每根桩的桩位，并及时引设好护桩；

2）钻孔平台10搭设：先采用悬臂导向架对钢管桩21进行定位，钢管桩21每打设完成一根立即与就近的钢栈桥钢管桩或者平台钢管桩连接，再依次由下而上搭设钻孔平台10；

3）钢管桩21灌注混凝土：灌注混凝土填充内外土工布袋，利用混凝土囊袋22将钢管桩21悬空未接触岩面的部位堵塞，结合压重钢板23使钢管桩与岩面接触面积增大形成稳定的支撑；

4）钢护筒安装及二次跟进施工：加大钻锤直径进行扩孔施工，利用平台导向架临时固定原护筒5，施沉到位后焊接二次跟进护筒14，并设置加劲钢板9；

5）泥浆循环钻进成孔：使用反循环钻机在倾斜岩层1内进行钻孔施工，直至达到设计标高；

6）钢筋笼13制作：钢筋笼13采用现场焊接，制作完成后，在钢筋笼13顶端套接长3000mm、厚6mm、直径800mm的钢套管20。

7）吊放钢筋笼13：钢筋笼13连接好后运到施工现场，用汽车吊缓缓竖立吊起钢筋笼13放入孔内，完成后穿两根横担将骨架临时支撑于钻孔平台10上；

8）水下混凝土灌注：桩基混凝土采用罐车运输配合导管灌注，灌注开始后，应紧凑连续地进行，直至设计标高；

9）拆除护筒、泥浆处理：护筒拆除时，先通过钻孔平台10上的可调式限位钢板12固定钢护筒，减小钢护筒的晃动，并使其保持竖直状态拔出；泥浆经泥浆分离器处理后排放。

Claims (7)

1.一种复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩，主要包括钻孔平台、钢管桩、钢护筒和钻孔灌注桩，钢管桩设置于倾斜岩面上，顶部与钻孔平台连接，底部设置内、外囊袋及分离式压重钢板；钻孔平台上设有限位钢板及与钢护筒外径相同的圆形槽口，钢护筒穿过圆形槽口伸入倾斜岩面；钻孔平台通过工字型钢梁与下部钢管桩连接；钢护筒包括原护筒及二次跟进护筒，两者通过加劲钢板焊接固定，二次跟进护筒内壁设有限位块；钢护筒内部设置钢筋笼，通过灌注混凝土形成钻孔灌注桩。

2.根据权利要求1所述的复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩，其特征在于所述的钢管桩底部的内、外囊袋通过出浆孔贯通，分离式压重钢板等弧长设置于外囊袋底部，且与钢管桩外壁铰接连接；钢管桩顶部预设调节螺栓，钢管桩之间设置有剪刀撑。

3.根据权利要求1所述的复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩，其特征在于所述的钻孔平台设置有限位钢板，限位钢板下设置可调式底座。

4.根据权利要求1所述的复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩，其特征在于所述的钻孔平台与工字型钢梁焊接连接，工字型钢梁通过连接套筒与钢管桩顶部的调节螺栓及锚固螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩，其特征在于所述的原护筒与二次跟进护筒满焊连接，连接处侧壁等间距焊接加劲钢板，原护筒底部环向包裹防水橡胶垫圈，并嵌入倾斜岩面，二次跟进护筒内壁的限位块为可折叠式。

6.根据权利要求1所述的复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩，其特征在于所述的钢筋笼顶部外围焊接永久性钢套管，钢套管表面均匀布设混凝土出气孔，钢套管顶部与限位块底面接触。

7.权利要求1~6之一所述复杂水域倾斜岩面大直径钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于，主要步骤如下：

1）施工准备：采用全站仪直接从控制点按极坐标法测设每根桩的桩位，并及时引设好护桩；

2）钻孔平台搭设：先采用悬臂导向架对钢管桩进行定位，钢管桩每打设完成一根立即与就近的钢栈桥钢管桩或者平台钢管桩连接，再依次由下而上搭设钻孔平台；钻孔平台上设置限位钢板及与钢护筒外径相同的圆形槽口；限位钢板下设置可调式底座；

3）钢管桩灌注混凝土：灌注混凝土填充内外土工布袋，利用混凝土袋将钢管桩悬空未接触岩面的部位堵塞，结合压重钢板使钢管桩与岩面接触面积增大形成稳定的支撑；

4）钢护筒安装及二次跟进施工：加大钻锤直径在圆形槽口内进行扩孔施工，利用平台导向架临时固定原护筒，施沉到位后焊接二次跟进护筒，并设置加劲钢板；

5）泥浆循环钻进成孔：使用反循环钻机在倾斜岩层内进行钻孔施工，直至达到设计标高；

6）钢筋笼制作：钢筋笼采用现场焊接，制作完成后，在钢筋笼顶端套接钢套管，钢套管直径大于钢筋笼直径，小于钢护筒的内径；

7）吊放钢筋笼：钢筋笼连接好后运到施工现场，用汽车吊缓缓竖立吊起钢筋笼放入孔内，完成后穿两根横担将骨架临时支撑于钻机平台上；

8）水下混凝土灌注：桩基混凝土采用罐车运输配合导管灌注，直至钻孔灌注桩达到设计标高；

9）拆除护筒、泥浆处理：护筒拆除时，先通过钻孔平台上的可调式限位钢板固定钢护筒，减小钢护筒的晃动，并使其保持竖直状态拔出；泥浆经泥浆分离器处理后排放。