CN105821835B - 注水式旋挖钻孔灌注桩的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种注水式旋挖钻孔灌注桩的施工方法，包括以下步骤：施工前准备、场地平整、测量定位、钻进、成孔检测、吊放钢筋笼、预埋螺杆以及混凝土灌注。本发明的施工方法，适用于沙漠地区灌注桩的施工，其原理在于针对沙漠化的特殊地质结构，采用注水固结沙层，以解决沙漠地区沙砾层桩基施工中塌孔频繁、沉渣过厚的问题，提高桩基施工效率。本发明的施工方法，操作简单、施工便捷，实现了易塌孔的钻孔成形，能防止塌孔，无需沉渣清理，尤其适用于沙漠化地质的光伏支架基础灌注桩施工。

Description

注水式旋挖钻孔灌注桩的施工方法

技术领域

本发明涉及一种钻孔灌注桩的施工方法，具体的说是一种注水式旋挖钻孔灌注桩的施工方法。

背景技术

传统的螺旋钻机是一种螺旋叶片钻孔机，通过驱动装置实现钻杆的上下运动，钻进过程中土料沿叶片返到地面上。“齐鲁强力牌履带桩机”属于螺旋钻机的一种，主要适用于粘性土、粉质土等土层施工。施工方法为钻机就位→埋设护筒→旋转开钻→旋挖钻机旋回→关钻头活门锁钻机旋转体→放下钻头→钻孔完成→清孔并测深→放入钢筋笼和导管→进行混凝土灌注→拔出护筒并清理桩头。

巴基斯坦光伏电站项目位于沙漠边缘地区，光伏阵列区的支架桩基数量约440000根，设计桩径在￠250mm，桩长2.1m，施工初期我们采用“齐鲁强力牌履带桩机”成孔。虽然该桩机在光伏支架桩基领域比较专业，但是在沙漠区域风积沙的地质环境施工由于沙层稳定性差，随着钻杆的进入使土质无法有效维持孔壁自身的稳定性，容易造成经常塌孔、沉渣过厚、清理困难。导致扩孔及成孔困难，桩基础施工的难度很大，施工质量难以保障，浪费人工及资源，影响灌注桩的施工效率，维修成本高。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种注水式旋挖钻孔灌注桩的施工方法，该施工方法不仅成孔稳定、施工便利、操作高效、安全，而且具有较高经济效益，易保证桩基成型质量。

本发明的一种注水式旋挖钻孔灌注桩的施工方法，包含以下步骤：

(1)施工前准备：

①将传统的螺旋钻机进行改造：在螺旋钻杆的螺旋叶片上焊接多个护壁板，这些护臂板围绕螺旋叶片间断布置，护臂板由钢板制成；在钻杆的螺旋叶片上端增设一对清扫杆，每只清扫杆由固定连接的钢条与橡胶板构成，橡胶板通过钢条垂直固定于钻杆上；在钻杆的杆身扩孔作出水孔用，孔数为多个，孔径为10～15mm，这些孔围绕钻杆杆身交错布置；

②配备带压力泵的水车或水箱：将水车或水箱的出水端通过软管与改造后的螺旋钻机钻杆中心管上端连接；

(2)场地平整：用推土机设备将桩基场地进行平整、压实，且密实度达到设计要求94%；

(3)测量定位：根据设计图纸在地面标出桩基的中心位置，使用测量工具全站仪或经纬仪，对桩基位置进行测定并标识，允许误差应控制在20～25mm；

(4)钻孔：根据桩基的孔径、孔深，选用改造的螺旋钻机，钻孔时控制好钻孔垂直度，先将钻杆垂吊定位准确，然后匀速放至作业面。根据地质条件控制钻杆的进杆速度为0.05m/s～0.1m/s、拔杆速度0.3m/s～0.5m/s，黏土层的进杆、拔杆速度可以适当快些，尽量减少钻杆对孔壁的扰动，钻杆开始钻进时，启动水泵后，水从水箱流出通过钻杆中心管孔注入沙化层，同时将水压控制在0.5mpa～0.8mpa，利用钻杆的护壁板均匀旋转，在水固结沙层中起到护壁作用，施工成孔过程应当连续注水；

(5)成孔检测：根据图纸要求检查孔径、孔深是否满足设计要求，同时检查孔底浮土、渣土情况；

(6)吊放钢筋笼：为了减少孔壁暴露时间，降低塌孔风险，将钢筋笼居中轻放于孔内，减少钢筋笼对孔壁结构的破坏；

(7)预埋螺杆：采用扎丝将预埋螺杆牢固绑扎于钢筋笼顶部，预埋螺杆用于连接桩基础与上部结构，确保预埋螺杆的标高、轴线位置满足图纸要求；

(8)模板支护：将模板护筒放置于孔的外侧地面桩基位置上，调整模板护筒的位置，确保钢筋笼与模板护筒在同一中心轴线上，该模板护筒用厚度为0.5～1.2cm的钢板卷焊成上下两端为空心的圆柱形结构，其直径比桩基直径大2mm，长度高出地面标高30～50cm；模板护筒顶面标高为桩基顶面标高，模板护筒支护时应该控制好模板护筒顶面标高，标高误差应控制在0～10mm；

(9)混凝土灌注：利用泵车灌注混凝土，浇筑时灌注高度应与模板护筒顶面相平，振捣密实，砼灌注时控制好混凝土的和易性，同时将混凝土振捣密实，在混凝土初凝后终凝前，对桩基端面用抹子进行反复的搓压，消除混凝土表面缺陷，防止桩基产生塑性收缩裂缝；同时控制桩顶的预埋螺杆位置精度，位置精度指预埋螺杆的标高偏差和轴线偏差，其中标高偏差范围为0～20mm、轴线偏差范围为2mm，为了保证位置精度采用水准仪和经纬仪进行测量。

上述步骤中，钻孔、吊放钢筋笼、模板支护和混凝土灌注应该连续施工，减少停顿时间，如果停顿时间过长，孔壁结构破坏，易造成塌孔、沉渣过厚。

本发明施工方法的优点：

1. 本发明施工方法，增设的护臂板在钻杆遇到疏松的流沙的情况下能够减少塌孔的发生；增加的清扫杆不仅可以起到限位作用（当清扫杆与地面接触后，说明钻孔达到钻进的深度），而且能够避免螺旋出孔的渣土重新聚积进入孔内；增设出水孔以及水箱或水车的目的在于，当钻杆在螺旋钻进时水车或水箱内的水通过钻杆中心管从钻杆的前段出水孔流出，使得钻杆四周水量均匀注入孔壁，最后与沙化层固结成稳定体。

2. 本发明施工方法针对沙漠化的特殊地质结构，采用注水固结沙层，利用水使沙层稳定性增强，而钻机在钻进过程中水化固结的沙渣沿螺旋叶片返到地面上；本发明施工方法用注水取代传统的注浆，具有取材方便、绿色环保等诸多特点，能取得显著地经济效益；本发明施工方法能在水固结沙及护臂板的作用下有效维持孔壁自身的稳定性，不易出现塌孔、沉渣过厚的问题。

3. 本发明施工方法对于沙漠化地质，相对于现有的“齐鲁强力牌履带桩机”的施工方法，很少出现孔壁坍塌，塌孔风险大大降低，节省了施工时间，因此加快了工程进度。

4. 本发明所述的改造后螺旋钻机成孔质量高，稳定性强，从源头上保证了桩基的施工质量。

附图说明

图1为本发明所述的注水式旋挖钻孔灌注桩施工工艺流程图；

图2为本发明所述的注水式旋挖钻孔灌注桩成桩的钻孔工序简图；

图3为本发明所述的注水式旋挖钻孔灌注桩成桩的成桩工序简图；

图4为传统的螺旋钻机的钻杆结构示意图；

图5为本发明经改造的钻杆结构示意图；

图6为图5的A－A剖视图；

图7为本发明所述的注水式旋挖钻孔灌注桩现场施工图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步说明。

实施例1

本发明的一种注水式旋挖钻孔灌注桩的施工方法，参见图1至图3，包含以下步骤：

（1）首先使用全站仪或经纬仪对桩基位置进行测定并标识，同时控制误差应在20～25mm范围内；

（2）完成标识后，将钻机行驶到指定位置，将传统的螺旋钻机进行改造，参见图，将改造后的钻机钻杆准确垂吊定位到标识点上，同时检查水箱、水泵，确保水压在0.5mpa～0.8mpa范围内，启动钻机和水泵，匀速控制进杆速度，在0.05m/s～0.1m/s范围内，观察钻杆的钻进及水从水箱流出通过钻杆中心管孔注入沙化层情况。当钻杆钻进时，清扫杆到达地面位置，即开始控制桩机拔杆，拔杆速度控制在0.3m/s～0.5m/s，拔杆过程尽量减少钻杆对孔壁的扰动；

（3）完成后检查孔底的浮土、渣土情况，考虑到桩基施工的钢筋笼重量轻、高度短，可以人工放置。将钢筋笼人工居中吊放置孔内，速度平缓，减少钢筋笼对孔壁的破坏。

（4）钢筋笼成功放置后进行模板护筒的支护。首先在准备阶段制作模板护筒，该模板护筒用厚度为0.5～1.2cm的钢板卷焊成上下两端为空心的圆柱形结构，其直径比桩基直径大2mm，长度高出地面标高30～50cm。作为优选，上述钢板卷的厚度为1cm。将制作好的护筒放置于孔的外侧地面桩基位置上，保证钢筋笼在模板护筒的中心位置，为了保证桩基础与上部的结构通过螺栓连接，预埋螺杆与钢筋笼用扎丝必须牢固绑扎，确保预埋螺杆的标高、轴线位置满足图纸要求，其中标高偏差范围为0~20mm、轴线偏差范围为2mm，同时保证支护的模板顶面标高等于桩基顶面标高。模板护筒支护时高度误差应控制在0~10mm。测量仪器采用水准仪和经纬仪。

（5）模板护筒和预埋螺杆安装检查合格后，利用泵车灌注混凝土，浇筑时灌注高度应与模板顶面相平，振捣密实，砼灌注时控制好混凝土的和易性，同时将混凝土振捣密实，在混凝土初凝后终凝前，对桩基端面用抹子进行反复的搓压，消除混凝土表面缺陷，防止桩基产生塑性收缩裂缝。

步骤（2）中，对传统的螺旋钻机的改造包括：

①将传统的螺旋钻机进行改造：在螺旋钻杆的螺旋叶片上焊接多个护壁板，这些护臂板围绕螺旋叶片间断布置，护臂板由高度为40-60mm、厚度为5-10mm的钢板制成，作为优选，护臂板的高度为50mm、厚度为6mm；在钻杆的螺旋叶片上端增设一对清扫杆，每只清扫杆由固定连接的钢条与橡胶板构成，橡胶板通过钢条垂直固定于钻杆上，两只清扫杆呈对称状固定于钻杆；在钻杆的杆身扩孔作出水孔用，孔数为多个，孔径为10～15mm，这些孔围绕钻杆杆身交错布置；

②配备带压力泵的水车或水箱：将水车或水箱的出水端通过软管与改造后的螺旋钻机钻杆中心管上端的进水口连接；

传统的螺旋钻机的钻杆如图4所示，改造后的螺旋钻机的钻杆如图5及如6所示。图7为本发明所述的注水式旋挖钻孔灌注桩现场施工图，图7所示的旋挖机钻杆原本有两只对称设置的清扫杆，但其中一只清扫杆在施工过程中被磨掉了，图7的目的在于帮助理解本发明。

对实施例1与现有强力履带桩基施工方法的孔壁沙层粘度、沉渣厚度、孔壁坍塌率、施工时间分别进行测量，测量结果如表1所示。

表1

备注：上表中的两种施工方法均按照桩长2.3m、桩径250mm计算。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种注水式旋挖钻孔灌注桩的施工方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)施工前准备：

①将传统的螺旋钻机进行改造：在螺旋钻杆的螺旋叶片上焊接多个护壁板，这些护臂板围绕螺旋叶片间断布置，护臂板由钢板制成；在钻杆的螺旋叶片上端增设一对清扫杆，每只清扫杆由固定连接的钢条与橡胶板构成，橡胶板通过钢条垂直固定于钻杆上；在钻杆的杆身扩孔作出水孔用，孔数为多个，孔径为10～15mm，这些孔围绕钻杆杆身交错布置；

②配备带压力泵的水车或水箱：将水车或水箱的出水端通过软管与改造后的螺旋钻机钻杆中心管上端连接；

(2)场地平整：用推土机设备将桩基场地进行平整、压实，且密实度达到设计要求94%；

(3)测量定位：根据设计图纸在地面标出桩基的中心位置，使用测量工具全站仪或经纬仪，对桩基位置进行测定并标识，允许误差应控制在20～25mm；

(4)钻孔：根据桩基的孔径、孔深，选用改造的螺旋钻机，钻孔时控制好钻孔垂直度，先将钻杆垂吊定位准确，然后匀速放至作业面；根据地质条件控制钻杆的进杆速度为0.05m/s～0.1m/s、拔杆速度0.3m/s～0.5m/s，黏土层的进杆、拔杆速度适当快些，尽量减少钻杆对孔壁的扰动，钻杆开始钻进时，启动水泵后，水从水箱流出通过钻杆中心管孔注入沙化层，同时将水压控制在0.5mpa～0.8mpa，利用钻杆的护壁板均匀旋转，在水固结沙层中起到护壁作用，施工成孔过程应当连续注水；

(5)成孔检测：根据图纸要求检查孔径、孔深是否满足设计要求，同时检查孔底浮土、渣土情况；

(6)吊放钢筋笼：为了减少孔壁暴露时间，降低塌孔风险，将钢筋笼居中轻放于孔内，减少钢筋笼对孔壁结构的破坏；

(7)预埋螺杆：采用扎丝将预埋螺杆牢固绑扎于钢筋笼顶部，预埋螺杆用于连接桩基础与上部结构，确保预埋螺杆的标高、轴线位置满足图纸要求；

(8)模板支护：将模板护筒放置于孔的外侧地面桩基位置上，调整模板护筒的位置，确保钢筋笼与模板护筒在同一中心轴线上，该模板护筒用厚度为0.5～1.2cm的钢板卷焊成上下两端为空心的圆柱形结构，其直径比桩基直径大2mm，长度高出地面标高30～50cm；模板护筒顶面标高为桩基顶面标高，模板护筒支护时应该控制好模板护筒顶面标高，标高误差应控制在0～10mm；

(9)混凝土灌注：利用泵车灌注混凝土，浇筑时灌注高度应与模板护筒顶面相平，振捣密实，砼灌注时控制好混凝土的和易性，同时将混凝土振捣密实，在混凝土初凝后终凝前，对桩基端面用抹子进行反复的搓压，消除混凝土表面缺陷，防止桩基产生塑性收缩裂缝；同时控制桩顶的预埋螺杆位置精度，位置精度指预埋螺杆的标高偏差和轴线偏差，其中标高偏差范围为0～20mm、轴线偏差范围为2mm，为了保证位置精度采用水准仪和经纬仪进行测量。