CN106988302B - 一种大倾角坚硬岩层旋挖桩施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大倾角坚硬岩层旋挖桩施工工法，包括以下步骤：步骤S1，场地整平；步骤S2，测放桩位，根据控制点坐标及高程点，做好场内桩位测放工作；步骤S3，旋挖钻机就位；步骤S4，埋置护筒，校核桩位与护筒中心位是否一致，校正后在护筒外围填土压实；步骤S5，旋挖钻进成孔；步骤S6，清孔并测量成孔直径和深度；步骤S7，在成孔内安放钢筋笼；步骤S8，在成孔内安装用于二次清孔的导管；步骤S9，灌注混凝土并进行桩基检验；其中，步骤S5旋挖钻进成孔步骤中，钻进至大倾角坚硬岩层时，选用合金钻头的嵌岩长筒钻，从接触岩面开始，以低档钻进，稳住操纵杆不晃动，钻头慢慢进入岩层，待钻头钻进的垂直距离不小于200mm后，再换档正常钻进。

Description

一种大倾角坚硬岩层旋挖桩施工工法

技术领域

本发明属于建筑领域，涉及施工工法，具体涉及一种大倾角坚硬岩层旋挖桩施工工法。

背景技术

旋挖钻机在国际上的发展已经有几十年的历史，随着我国大力倡导的保护环境行动，旋挖机施工在最近几年才被逐渐认识和应用，先是在道路、桥梁、高铁施工中被普遍使用，后来逐渐也向房建市场推广应用，成为近年来发展最快的一种新型桩孔施工方法，因其移动灵活、工作效率高、施工质量好、泥浆污染少的特点，旋挖钻孔灌注桩施工技术被誉为“绿色施工工艺”。随着房屋建筑高度的不断增加，高层及超高层建筑的不断涌现，桩基作为建筑物、构筑物的承重结构，其桩身有效长度也在不断增加，钻孔深度也随之增加，而伴随着建筑业的迅猛发展和国家的经济建设，对复杂地质条件下的旋挖桩施工，也成了大家关注的难题。

大倾角坚硬岩层具有坚硬且倾角大的特点，目前的施工工法极易出现钻孔倾斜现象，施工效率低、成本高、质量差，难以满足大倾角坚硬岩层旋挖桩施工需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大倾角坚硬岩层旋挖桩施工工法，以避免出现钻孔倾斜现象，提高施工效率和施工质量，降低施工成本。

本发明的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：

一种大倾角坚硬岩层旋挖桩施工工法，包括以下步骤：步骤S1，施工前进行场地整平，对作业区进行杂物清理并布置场地；步骤S2，测放桩位，根据控制点坐标及高程点，做好场内桩位测放工作；步骤S3，旋挖钻机就位；步骤S4，埋置护筒，校核桩位与护筒中心位是否一致，校正后在护筒外围填土压实；步骤S5，旋挖钻进成孔；步骤S6，清孔并测量成孔直径和深度，至成孔验收合格；步骤S7，在成孔内安放钢筋笼；步骤S8，在成孔内安装用于二次清孔的导管；步骤S9，灌注混凝土并进行桩基检验；

其中，步骤S5旋挖钻进成孔步骤中，钻进至大倾角坚硬岩层时，选用合金钻头的嵌岩长筒钻，从接触岩面开始，以低档钻进，稳住操纵杆不晃动，钻头慢慢进入岩层，待钻头钻进的垂直距离不小于200mm后，再换档正常钻进。

优选地，所述大倾角指坚硬岩层的岩面与水平面之间的夹角为56°-65°。

优选地，所述嵌岩长筒钻钻斗的长度为2-2.5m。

优选地，合金钻头以螺纹方式连接于钻斗。

优选地，步骤S4埋置护筒时，开孔到可下护筒深度时，用副卷扬吊装护筒到孔内，然后用十字标尺校核桩位与护筒中心位是否一致；如不一致，校正护筒与钻斗对正桩位，护筒直径较桩直径不小于20cm，护筒中心偏差与桩中心不得大于20mm，埋设护筒地面上高度为0.2-0.3米，以防地表松散土掉入孔内；校正后在护筒外围填土压实；将钻尖下落至与护筒上平面桩位中心点时，深度仪设零。

优选地，步骤S8安装导管时，导管采用丝扣式导管，使用前应对其作试拼装、试压、试水压力试验，压力可取为0.6-1.0MPa，合格后方可使用；下导管前应根据孔深，准确配备导管长度；下放导管时，节与节连接的凹槽处放置密封圈，确保导管不漏气、水；导管应安放于桩孔中心，导管底口距孔底100mm，开通循环泵进行二次清孔，孔底沉渣满足设计要求后方可停止清孔。

优选地，步骤S9灌注混凝土时，使导管埋入混凝土的深度不小于1.5m，混凝土的初灌量按下式计算：

V_f＝(H+t)×π×(d/2)²×1.2；

其中，V_f为混凝土的初灌量，m³；d为桩孔直径，m；H为导管埋入混凝土的深度，m；t为灌注前桩底沉渣厚度，m。

与常规的旋挖桩施工比较，本工法具有以下特点：

1、入岩效率高：选用合金钻头的嵌岩长筒钻，合理布齿，辅以合理钻进工艺，高效钻岩，特别适用于大倾角坚硬岩层；

2、成孔垂直度好：在软硬岩层交界面或大倾角坚硬岩面时，通过合金钻头的嵌岩长筒钻辅以合理钻进工艺，可有效保证成孔垂直度；

3、效益显著：旋挖嵌岩钻进时，通过高强度合金钻头的嵌岩长筒钻应用和合理钻进工艺，使得钻岩效率高，钻头磨损少，施工进度快，大大节约了大倾角坚硬岩层地质的施工成本。

附图说明

图1为本发明施工工法流程图；

图2-4为在大倾角坚硬岩层处旋挖钻进成孔步骤示意图；其中，图2为第一步，嵌岩长筒钻的合金钻头刚接触岩面；图3为第二步，嵌岩长筒钻的合金钻头开始切削岩层并进入岩面，低档慢速钻进，稳住操纵杆不晃动，确保不发生钻头滑移；图4为第三步，钻头完全进入岩层，变档加速钻进，钻进至目标岩面深度。

具体实施方式

下面结合实施例具体介绍本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。实验中未详述的试验操作均为本领域技术人员所熟知的常规试验操作。

实施例1施工工艺流程和操作要点

图1为本发明施工工法流程图。具体工艺流程和操作要点如下：

一、施工准备

(1)分析土岩层工程地质情况：

施工前对工程地质、水文情况进行研究，认真分析地质勘察报告，对工程地质进行全面剖析。对于土层中施工，分析时应了解水文地质结构参数等土性指标；对于岩层中施工，需了解岩石的成因和种类，岩石颗粒的大小和产状、岩石构造及裂隙发育情况等。

(2)配置施工机械设备：

针对工程不同地质情况，对旋挖钻机的钻杆、钻斗、钻头(斗齿)、护筒、泥浆、清孔工具等施工机械设备进行选择和优化。对于坚硬岩层的嵌岩桩基施工，根据不同岩石强度的坚硬岩层，选择扭矩有针对性的旋挖钻机，而且一台旋挖钻机至少要配置若干数量的不同种类和规格的钻斗、钻头，以适应不同土层及岩层地质强度的施工。

(3)确定施工参数：

①施工中根据不同土岩层地质情况，选用合适的钻杆、钻斗及施工工艺。在坚硬岩层施工时，必须用机锁钻杆，配置高强度合金钻头、牙轮钻斗和嵌岩筒钻及取芯等嵌岩钻斗；在软弱土层施工时，选用磨阻钻杆即可，配置长螺旋钻斗、截齿钻斗(单底土斗和双底捞砂斗)。

②有针对性的确定施工参数及质量控制措施，比如切削土层及岩层的加压方式、钻杆的钻进扭矩，钻进速度等。通过合理布齿，使齿间相互为对方创造自由面，为高效入岩创造条件。从岩石破碎理论可知，自由面有利于岩石破碎，而自由面又要根据岩石硬度、脆性、产状等综合考虑。对于相同地层使用同一钻进扭矩，采用不同的斗齿刃前角度，其钻进效率也是不同的。因此，选用合适的刃前角，才能提高进尺效率。对于硬度较小强风化层，比较松软的地层时斗齿刃前角应稍大些，选取45-65°；钻比较硬的地层时，斗齿刃前角要稍小些，选取25-45°。

二、平整场地

根据设计的桩位分布情况，合理布置施工场地，由于旋挖钻机自重很大，所以对地基地耐力的要求很高。对于软土地基，应将软土换填并碾压密实，避免旋挖钻机在施工时发生倾覆的危险。

三、测放桩位及埋设护筒

(1)测放桩位：

根据业主移交的控制点坐标及高程点，做好场内桩位测放工作，要求桩位测放准确，在监理复核验收后，及时做好钻机就位及十字护桩辅助定位工作。

(2)埋设护筒：

开孔到可下护筒深度时，用副卷扬吊装护筒到孔内，土层采用压入法至较好土层，然后用十字标尺校核桩位与护筒中心位是否一致。如不一致，校正护筒与钻斗对正桩位，护筒直径较桩直径不小于20cm，护筒中心偏差与桩中心不得大于20mm，埋设护筒地面上高度为0.2-0.3米，以防地表松散土掉入孔内。校正后在护筒外围填土压实。将钻尖下落至与护筒上平面桩位中心点时，深度仪设零。

四、旋挖钻进成孔

(1)在操纵动力头作旋挖钻孔的同时，将钻杆放至孔底，按下主卷扬浮动按钮，即可进行加压钻进工作。在钻渣达到一定装斗容量时，即可提钻。

(2)提钻时将钻杆反转1-2圈，使钻斗门关闭。再将动力头抬高的同时，操纵主卷扬将钻杆、钻具提出孔口，操纵机身转至卸土位置，操作动力头下行顶开斗门，倒出渣土。操纵机身回转至桩位，通过触摸屏将回轧角度清零，继续下一轮钻进作业。

(3)钻进时连续加压，一次进尺量由钻斗高度和直径决定，一般直径在800mm以上可装斗容量的60％-90％；800mm以下钻斗的渣土不得超过斗容的60％。如果粘土的吸附力太强，导致钻渣不能倒出，可快速正反转钻杆利用惯性使渣土脱离钻斗。

(4)钻进至大倾角坚硬岩层时，选用高强度合金嵌岩长筒钻，合理布齿数量及角度，接近岩面时，低档轻压慢速钻进，稳住操纵杆不晃动，合金磨损采用螺纹合金头拆装，提高钻效。使钻头慢慢进入岩层，待钻头钻进的垂直距离不小于200mm后，再换档正常钻进。具体钻孔步骤见图2-4。

(5)取样岩芯

①根据现场工勘岩样及桩孔岩样，鼓楼区大庙村地块经济适用房三期桩基坚硬岩层砾岩均由各类硬度较高的砾石钙质胶结而成，其强度在60-80MPa以上，如桩孔钻进，这对于一般的普通钻头是达不到钻进目的的，施工中采取高强度合金取芯钻头钻岩，合金磨损采用螺纹拆装来提高钻孔时间，并成功地钻取出完整的大直径岩芯。

②对于小口径钻岩取芯是比较容易的，但对于大直径钻岩取芯是比较困难的，取芯主要采用卡条法，也有破碎岩石卡死直接取芯。

五、清孔

当钻进至设计深度及入岩深度要求时，旋挖机钻进不可避免有部分残留土留在孔中，钻孔结束后及时更换双层底的旋挖清渣钻斗清理，待沉渣厚度符合设计要求，并报验验收合格后进入下道工序。

六、安放钢筋笼

(1)钢筋进场后对原材料及焊接接头送专门检测机构进行检测，经检测合格后方能投入使用。钢筋笼制作前应将钢筋笼主筋调直；加强筋按钢筋笼设计参数制作，接头采用单面搭接焊(搭接长度≥10d)、双面焊接(搭接长度≥5d)或直螺纹套筒连接，用粉笔在其上标出主筋间距；箍筋与主筋之间采用梅花点焊，有特殊要求是采用满焊焊接，加强筋与主筋应点焊牢固、对称，防止因钢筋收缩引起主筋间距变化；每节钢筋笼顶部两侧应加焊吊耳，以方便起吊。钢筋笼外形应圆直，焊接过程中严禁咬筋搭接；按设计要求设置保护块，防止钢筋笼下放时碰撞孔壁，也起到钢筋笼保护层的作用。

(2)钢筋笼制作偏差见下表：

钢筋笼制作允许偏差

项目	允许偏差(mm)
		主筋间距	±10
箍筋间距	±20
		钢筋笼直径	±10
钢筋笼长度	±100

(3)分段制作的钢筋笼，其接头宜采用焊接或机械式接头(钢筋直径大于20mm)，并应遵守国家现行标准《钢筋机械连接通用技术规程》，《钢筋焊接机验收规程》和《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定。

(4)加强筋宜设在主筋外侧，当因施工工艺有特殊要求时，也可置于内侧。

(5)钢筋笼制作完毕后，吊放钢筋笼时，吊点应对称，使钢筋笼吊起时呈铅垂状，以免其受力不均匀而产生变形。钢筋笼入孔时要扶稳、吊直，缓慢下放，以防碰坏孔壁，钢筋笼制作采取一次成型的方式，主筋连接采取搭接电弧焊，主筋接头需相互错开，同一断面接头不得超过主筋数的50％，错开距离不宜小于40d。主筋焊接完成后将接头处螺旋筋补齐，隔点点焊牢固、无焊渣。每节钢筋笼的焊接均需经验收后方可下入孔内，钢筋笼必须自由下放，不得强行压入孔内。吊放时利用吊筋控制好笼顶标高，使其偏差在±50以内，吊筋应以安全可靠为原则或根据图纸会审指定的规格型号。

七、安放导管

导管采用丝扣式导管，使用前应对其作试拼装、试压、试水压力试验，压力可取为0.6-1.0MPa，合格后方可使用。下导管前应根据孔深，准确配备导管长度。下放导管时，节与节连接的凹槽处放置密封圈，确保导管不漏气、水。导管应安放于桩孔中心，导管底口距孔底100mm，开通循环泵进行二次清孔，孔底沉渣满足设计要求后方可停止清孔。

八、浇注水下混凝土

(1)计算首盘砼灌注量

由于旋挖桩孔底的几何尺寸为平底，所以工法要求灌注首批混凝土量较大，加大砼量冲击力，冲清沉渣，使导管埋入混凝土的深度不小于1.5-2.0m，混凝土的初灌量按下式计算：

V_f＝(H+t)×π×(d/2)²×1.2

式中V_f—混凝土的初灌量(m³)；

d—桩孔直径(m)；

H—导管埋入混凝土的深度(m)，取1.5-2.0m；

t—灌注前桩底沉渣厚度(m)。

(2)待清孔验收合格后立即进行砼灌注，间隔时间不得过长，否则须进行再次清孔。砼灌注前将导管提离孔底30-50cm后固定好，安放隔水板。

(3)商品混凝土坍落度控制：孔内无水时控制14-16cm；有水时按水下灌注，控制在18-20cm之间。砼灌注过程中，导管埋深宜控制在2-6m，严禁超提，灌注时防止堵管。起拔导管前由专人负责测量砼面高度，以防导管底端拔出砼面而发生断桩。首批混凝土灌注后，砼灌注必须连续施工，不得中断。

(4)在该阶段上下提降导管的作用显得尤为突出，提降导管有利于后续混凝土的顺利下落，否则混凝土在导管中存留时间稍长，其流动性能变差，与导管间摩擦阻力随之增强，造成水泥浆缓缓流坠，而骨料都滞留在导管中，使混凝土与管壁摩擦阻力增强，灌注混凝土下落困难，导致断桩；由于粗骨料间有大量空隙，后续混凝土加入后形成的高压气囊，会挤破管节间的密封胶垫而导致漏水，有时还会形成蜂窝状混凝土，严重影响成桩质量，上下提降导管可以增强混凝土向周边扩散，加强桩身与周边地层的有效结合，增大桩体摩擦阻力，同时加大混凝土与钢筋笼的结合力，从而提高桩身承载力。当砼面接近设计桩顶标高时，施工人员应勤测标高，将砼超灌量控制在设计要求，以使桩顶砼凿除后，能保证设计的桩身砼质量。提拔导管时严禁碰撞钢筋笼，如出现钢筋笼上浮应及时采取措施处理。

(5)起拔的导管及灌注结束后料斗应立即清洗，以便下一次使用。

本发明工艺原理：

旋挖钻机是一种多功能、高效率的桩机钻孔成孔设备，可以实现桅杆垂直度的自动调节和钻孔深度的自行计量。旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重和钻机液压作为钻进动力，在倾角较大的坚硬岩层区域施工，刚入岩顶端时，换长钢筒钻斗轻压低档慢速钻进，先将钻头慢慢嵌入岩层中，待钻头钻进的垂直距离不小于200mm后，随即加大档位，较快速正常钻进施工。在切削坚硬岩石斜面的过程中，密切观察桅杆及较长钢筒钻斗的垂直度，一旦发现偏差，提钻至原点上下重新扫孔，保证垂直度符合要求。

本发明提供的施工工法适用于基坑支护桩及桩基工程桩施工，用于土岩层成孔、成桩，特别适用于大倾角坚硬岩层。

与常规的旋挖桩施工比较，本工法具有以下特点：

1、入岩效率高：选用合金钻头的嵌岩长筒钻，合理布齿，辅以合理钻进工艺，高效钻岩，特别适用于大倾角坚硬岩层；

2、成孔垂直度好：在软硬岩层交界面或大倾角坚硬岩面时，通过合金钻头的嵌岩长筒钻辅以合理钻进工艺，可有效保证成孔垂直度；

3、效益显著：旋挖嵌岩钻进时，通过高强度合金钻头的嵌岩长筒钻应用和合理钻进工艺，使得钻岩效率高，钻头磨损少，施工进度快，大大节约了大倾角坚硬岩层地质的施工成本。

上述实施例的作用在于具体介绍本发明的实质性内容，但本领域技术人员应当知道，不应将本发明的保护范围局限于该具体实施例。

Claims (6)

1.一种大倾角坚硬岩层旋挖桩施工工法，包括以下步骤：步骤S1，施工前进行场地整平，对作业区进行杂物清理并布置场地；步骤S2，测放桩位，根据控制点坐标及高程点，做好场内桩位测放工作；步骤S3，旋挖钻机就位；步骤S4，埋置护筒，校核桩位与护筒中心位是否一致，校正后在护筒外围填土压实；步骤S5，旋挖钻进成孔；步骤S6，清孔并测量成孔直径和深度，至成孔验收合格；步骤S7，在成孔内安放钢筋笼；步骤S8，在成孔内安装用于二次清孔的导管；步骤S9，灌注混凝土并进行桩基检验；

其特征在于：步骤S5旋挖钻进成孔步骤中，钻进至大倾角坚硬岩层时，选用合金钻头的嵌岩长筒钻，从接触岩面开始，以低档钻进，稳住操纵杆不晃动，钻头进入岩层，待钻头钻进的垂直距离不小于200mm后，再换档正常钻进；

步骤S9灌注混凝土时，使导管埋入混凝土的深度不小于1.5m，混凝土的初灌量按下式计算：V_f＝(H+t)×π×(d/2)²×1.2；

其中，V_f为混凝土的初灌量，m³；d为桩孔直径，m；H为导管埋入混凝土的深度，m；t为灌注前桩底沉渣厚度，m。

2.根据权利要求1所述的施工工法，其特征在于：所述大倾角指坚硬岩层的岩面与水平面之间的夹角为56°-65°。

3.根据权利要求1所述的施工工法，其特征在于：所述嵌岩长筒钻钻斗的长度为2-2.5m。

4.根据权利要求1所述的施工工法，其特征在于：合金钻头以螺纹方式连接于钻斗。

5.根据权利要求1-4任一所述的施工工法，其特征在于：步骤S4埋置护筒时，开孔到可下护筒深度时，用副卷扬吊装护筒到孔内，然后用十字标尺校核桩位与护筒中心位是否一致；如不一致，校正护筒与钻斗对正桩位，护筒直径较桩直径不小于20cm，护筒中心偏差与桩中心不得大于20mm，埋设护筒地面上高度为0.2-0.3米，以防地表松散土掉入孔内；校正后在护筒外围填土压实；将钻尖下落至与护筒上平面桩位中心点时，深度仪设零。

6.根据权利要求1-4任一所述的施工工法，其特征在于：步骤S8安装导管时，导管采用丝扣式导管，使用前应对其作试拼装、试压、试水压力试验，压力可取为0.6-1.0MPa，合格后方可使用；下导管前应根据孔深，准确配备导管长度；下放导管时，节与节连接的凹槽处放置密封圈，确保导管不漏气、水；导管应安放于桩孔中心，导管底口距孔底100mm，开通循环泵进行二次清孔，孔底沉渣满足设计要求后方可停止清孔。