CN107386282A - 一种可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒及其使用方法。该钢护筒包括中间段、驱动段，以及可嵌入岩土体中的钻头段和螺纹段。所述钻头段外圆周壁上设置有至少3块高强度合金块体。所述钻头段的外圆周壁上还设置有螺旋叶片Ⅰ。工作时，所述驱动段、中间段、螺纹段和钻头段从上到下依次布置。所述螺纹段的底面与钻头段的顶面固定连接。所述中间段的底面与螺纹段的顶面固定连接。所述驱动段的底面与中间段的顶面固定连接。该钢护筒的使用方法包括拼装钢护筒、定位钢护筒、下沉钢护筒、开挖桩孔和清孔等步骤。该钢护筒解决了钢护筒因入岩深度过浅引起的混凝土外溢、钢护筒底端处桩身应力集中等问题，具有广阔的应用前景。

Description

一种可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒及其使用方法
技术领域
本发明涉及嵌岩桩施工领域，具体涉及一种可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒。
背景技术
在水下钢筋混凝土嵌岩桩施工中，钢护筒常作为施工辅助设施使用，成桩后钢护筒因多种原因没有被拆除，而是作为嵌岩桩桩身的一部分被保留下来并与钢筋混凝土桩共同承担外荷载，这种嵌岩桩的桩身因为有钢护筒也被称为钢护筒嵌岩桩。
钢护筒在水下嵌岩桩施工中的使用方法通常是：先利用建设好的水上施工平台竖向定位钢护筒，使钢护筒对准拟施工的嵌岩桩桩位，且垂直度满足要求；然后竖向下沉钢护筒到地基表面；利用钢护筒自重、并在钢护筒顶端施加竖向静力或动力荷载，使钢护筒沉入地基一定深度；在钢护筒内开挖桩孔、出渣，直至桩孔深度达到设计要求；再在钢护筒内安装钢筋笼并灌注混凝土，完成嵌岩桩施工。钢护筒在嵌岩桩施工中的主要作用包括：定位、限制嵌岩桩施工区域(保护环境)、桩身混凝土浇筑模板等。
由此可见，钢护筒在水下嵌岩桩施工中的优点是突出的，但其缺点也是不容忽视的，其缺点主要体现在两个方面：第一，钢护筒沉入地基的驱动力是钢护筒自重和施加在钢护筒顶端的竖向静力或动力荷载，在此驱动力作用下，钢护筒通常可以穿透土质地基，但进入岩石地基的深度很有限，使得钢护筒的底端并不能有效进入嵌岩桩的嵌岩段岩层中。这对嵌岩桩的施工质量和成桩后的承载性能均可能产生不良影响，因为施工中灌注的混凝土有可能从钢护筒底端处外溢而影响施工质量；成桩后钢护筒底端处由于桩身模量突变可能出现应力集中，特别是在水平外荷载作用下可能在该处出现横向开裂甚至断桩的风险。第二，在钢护筒下沉过程中，当遇陡倾的基岩表面、基岩层面或结构面时，钢护筒可能出现侧滑现象。这不仅会影响施工质量，严重时也可能导致施工失败，因为钢护筒底端侧滑可能使得桩位发生偏移、钢护筒发生倾斜，严重时钢护筒也可能倾倒。
为了解决上述问题，目前常用的做法是，先在拟施工的桩位区填筑一定厚度的土体，然后进行钢护筒下沉及后序施工。只要填筑土体的厚度足够大，这种做法可以解决上述钢护筒侧滑和倾斜、混凝土外溢等问题，但不能有效降低或消除水平外荷载作用下因钢护筒进入基岩深度过浅引起的桩身横向开裂甚至断桩的风险，同时，当原始地面为斜坡时，新填筑土体的稳定性及其对嵌岩桩的不利影响又成为新的必须解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒及其使用方法，以解决现有技术中存在的问题。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒，包括：中间段、驱动段，以及可嵌入岩土体中的钻头段和螺纹段。
所述钻头段为上下端敞口的中空圆柱体。所述钻头段外圆周壁上设置有至少3块高强度合金块体。所述高强度合金块体布置在钻头段下段。所述钻头段的外圆周壁上还设置有螺旋叶片Ⅰ。
所述螺纹段为上下端敞口的中空圆柱体。所述螺纹段的外圆周壁上设置有螺旋叶片Ⅱ。所述螺纹段和钻头段的总长度≥嵌岩桩的入土岩长度。
所述中间段为上下端敞口的中空圆柱体。所述中间段长度＞地基表面到施工平台的竖直距离。
所述驱动段为上下端敞口的中空圆柱体。
工作时，所述驱动段、中间段、螺纹段和钻头段从上到下依次布置。所述螺纹段的底面与钻头段的顶面固定连接。所述中间段的底面与螺纹段的顶面固定连接。所述驱动段的底面与中间段的顶面固定连接。
进一步，所述钻头段、螺纹段、中间段和驱动段的内径相同，为嵌岩桩的直径。所述钻头段和螺纹段的外径相同，且螺旋叶片Ⅰ和螺旋叶片Ⅱ的特征相同。
进一步，所述高强度合金块体斜向布置，且沿环向均匀分布。
本发明还公开一种关于上述可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒的使用方法，包括以下步骤：
1)将钻头段、螺纹段、中间段和驱动段拼装在一起。其中，所述中间段和驱动段可根据需要采用可拆装方式。
2)使用施工平台和吊装设备将拼装好的钢护筒垂直定位于桩位处。
3)下沉钢护筒,使钢护筒竖直向下穿过土质地基并钻入岩石地基至设计深度。
4)在已下沉的钢护筒内开挖地基并出渣，形成桩孔。
5)当步骤4)中开挖的桩孔深度尚未达到设计深度且桩孔底面低于钢护筒底端时，继续下沉钢护筒。
6)重复步骤4)和步骤5)，直至达到设计要求。
7)清孔并在桩孔内浇筑钢筋混凝土桩。
本发明的技术效果是毋庸置疑的：
A.钢护筒在穿过土质地基后，可以通过旋转钻进的方式继续进入岩石地基，解决了钢护筒因入岩深度过浅引起的混凝土外溢、钢护筒底端处桩身应力集中等问题；
B.由于钢护筒入岩的驱动力中增加了旋转力矩，有效解决了钢护筒底端可能出现的侧滑问题；
C.钢护筒与地基岩土体接触的钻头段和螺纹段的外表面为螺纹状，可显著提高嵌岩桩的桩侧摩阻力，有利于提高嵌岩桩的承载能力。
附图说明
图1为钢护筒结构示意图；
图2为钻头段结构示意图；
图3为A-A剖视图；
图4为钢护筒使用方法流程图。
图中：钻头段1、高强度合金块体101、螺旋叶片Ⅰ102、螺纹段2、螺旋叶片Ⅱ201、中间段3、驱动段4。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
本实施例公开一种可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒，包括：中间段3、驱动段4，以及可嵌入岩土体中的钻头段1和螺纹段2。
参见图2和图3，所述钻头段1为上下端敞口的中空圆柱体。所述钻头段1外圆周壁上设置有4块高强度合金块体101。所述高强度合金块体101布置在钻头段1下段。所述高强度合金块体101斜向布置，且沿环向均匀分布。所述4块高强度合金块体101向同一方向偏转。所述高强度合金块体101用于钻进中切割地基岩体，斜向布置有利于钻进中产生的岩石碎屑堆积在桩孔内。所述钻头段1的外圆周壁上还设置有螺旋叶片Ⅰ102。
参见图1，所述螺纹段2为上下端敞口的中空圆柱体。所述螺纹段2的外圆周壁上设置有螺旋叶片Ⅱ201。所述螺纹段2和钻头段1的总长度≥嵌岩桩的入土岩长度。
所述中间段3为上下端敞口的中空圆柱体。所述中间段3长度＞地基表面到施工平台的竖直距离。
所述驱动段4为上下端敞口的中空圆柱体。
所述钻头段1、螺纹段2、中间段3和驱动段4的内径相同，为嵌岩桩的直径。所述钻头段1和螺纹段2的外径相同，且螺旋叶片Ⅰ102和螺旋叶片Ⅱ201的特征相同。工作时，所述驱动段4、中间段3、螺纹段2和钻头段1从上到下依次布置。所述螺纹段2的底面与钻头段1的顶面固定连接。所述中间段3的底面与螺纹段2的顶面固定连接。所述驱动段4的底面与中间段3的顶面固定连接。当中间段3需要接长或者驱动段4需要回收时，驱动段4与中间段3的连接采用可拆装的方式。
实施例2：
本实施例公开一种关于上述可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒的使用方法，包括以下步骤：
1)将钻头段1、螺纹段2、中间段3和驱动段4拼装在一起。其中，所述中间段3和驱动段4可根据需要采用可拆装方式。
2)使用施工平台和吊装设备将拼装好的钢护筒垂直定位于桩位处。
3)下沉钢护筒,利用钢护筒自重，并在钢护筒顶端施加竖直向下的静力或动力荷载，或同时施加竖直向下荷载和旋转力矩，使钢护筒竖直向下穿过土质地基并钻入岩石地基一定深度。
4)在已下沉的钢护筒内使用挖土、挖岩设备开挖地基并出渣，形成桩孔。
5)当步骤4)中开挖的桩孔深度尚未达到设计深度且桩孔底面低于钢护筒底端时，在钢护筒顶端同时施加竖直向下荷载和旋转力矩，使钢护筒继续竖直向下钻入岩石地基。
6)重复步骤4)和步骤5)，直至达到设计要求。
7)清除桩孔内的全部岩土碎屑。在完成清孔的钢护筒和桩孔内浇筑钢筋混凝土桩。

Claims (4)

1.一种可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒，其特征在于，包括：中间段(3)、驱动段(4)，以及可嵌入岩土体中的钻头段(1)和螺纹段(2)；
所述钻头段(1)为上下端敞口的中空圆柱体；所述钻头段(1)外圆周壁上设置有至少3块高强度合金块体(101)；所述高强度合金块体(101)布置在钻头段(1)下段；所述钻头段(1)的外圆周壁上还设置有螺旋叶片Ⅰ(102)；
所述螺纹段(2)为上下端敞口的中空圆柱体；所述螺纹段(2)的外圆周壁上设置有螺旋叶片Ⅱ(201)；所述螺纹段(2)和钻头段(1)的总长度≥嵌岩桩的入土岩长度；
所述中间段(3)为上下端敞口的中空圆柱体；所述中间段(3)长度＞地基表面到施工平台的竖直距离；
所述驱动段(4)为上下端敞口的中空圆柱体；
工作时，所述驱动段(4)、中间段(3)、螺纹段(2)和钻头段(1)从上到下依次布置；所述螺纹段(2)的底面与钻头段(1)的顶面固定连接；所述中间段(3)的底面与螺纹段(2)的顶面固定连接；所述驱动段(4)的底面与中间段(3)的顶面固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒，其特征在于：所述钻头段(1)、螺纹段(2)、中间段(3)和驱动段(4)的内径相同，为嵌岩桩的直径；所述钻头段(1)和螺纹段(2)的外径相同，且螺旋叶片Ⅰ(102)和螺旋叶片Ⅱ(201)的特征相同。
3.根据权利要求1所述的一种可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒，其特征在于：所述高强度合金块体(101)斜向布置，且沿环向均匀分布。
4.一种关于权利要求1所述可钻进的嵌岩桩螺纹状钢护筒的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将钻头段(1)、螺纹段(2)、中间段(3)和驱动段(4)拼装在一起；其中，所述中间段(3)和驱动段(4)可根据需要采用可拆装方式；
2)使用施工平台和吊装设备将拼装好的钢护筒垂直定位于桩位处；
3)下沉钢护筒,使钢护筒竖直向下穿过土质地基并钻入岩石地基至设计深度；
4)在已下沉的钢护筒内开挖地基并出渣，形成桩孔；
5)当步骤4)中开挖的桩孔深度尚未达到设计深度且桩孔底面低于钢护筒底端时，继续下沉钢护筒；
6)重复步骤4)和步骤5)，直至达到设计要求；
7)清孔并在桩孔内浇筑钢筋混凝土桩。
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