CN107701109A - 含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，利用振动锤的振动原理，令振动锤连带钢护筒产生高速振动，使桩壁周围的土壤产生液化效果，从而减少桩壁的擦阻力，振动力加上锤身和钢护筒的重量，使钢护筒能穿越土层到达设计位置，将钢护筒打入地下块石层底部；再利用冲抓钻的冲击和抓取作用，抓出钢护筒内块石及土体；然后在钢护筒内回填土方，拔出钢护筒，最后则可继续采用回旋钻进行钻孔灌注桩正常施工。该处理方法解决了块石对钻孔施工产生的阻碍，简化施工难度，缩短施工时间，降低施工成本，且能够保证施工质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻孔预处理方法，尤其是涉及含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法。
背景技术
水利水电工程水闸泵站等结构建筑物一般在江河堤防处施工，大多数采用钻孔灌注桩进行基础处理，在地面以下难免会遇到多年前用于防冲加固的块石层，一旦遇到块石层的埋深较大后(甚至多达12米)，产生难以钻进、塌孔等问题将不可避免。以前的解决办法往往是在现有设备情况下，延长工作时间，增加工程投入，既增加了工期和施工成本，又难以保证工程质量。
发明内容
本发明的目的在于提供含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，针对现有技术中的缺陷，首先利用振动锤的振动原理，令振动锤连带钢护筒产生高速振动，使桩壁周围的土壤产生液化效果，从而减少桩壁的擦阻力，振动力加上锤身和钢护筒的重量，使钢护筒能穿越土层到达设计位置，将钢护筒打入地下块石层底部；再利用冲抓钻的冲击和抓取作用，抓出钢护筒内块石及土体；然后在钢护筒内回填土方，拔出钢护筒，最后则可继续采用回旋钻进行钻孔灌注桩正常施工。该处理方法解决了块石对钻孔施工产生的阻碍，简化施工难度，缩短施工时间，降低施工成本，且能够保证施工质量。
为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)土质勘察：经测量放样后绘制施工场地平面布置图，布置钻孔位置；对各个钻孔位置的土质进行勘察，记录勘察数据，根据勘察数据确定钢护筒结构参数；
(2)钢护筒制作：钢护筒采用卷板卷制，根据步骤(1)的钢护筒结构参数进行加工，两端设置开口，并在开口处设置2起吊孔，2起吊孔作为起吊点；制作完成后，进行磨边与清洗，清洗后对钢护筒的力学性能进行检测，检测合格后，钢护筒备用；反之，对钢护筒进行加固；
(3)振动锤打设钢护筒：a、首先根据钢护筒的外径大小，在钻孔位置开挖环形凹槽，该环形凹槽深度为0.5-0.9m；b、通过履带吊的吊钩起吊振动锤，再借助振动锤两侧的钢丝绳吊起钢护筒至环形凹槽中，钢护筒立直站立；c、将振动锤夹于钢护筒的上端口，开启振动锤并逐步放松履带起吊钢丝绳，每打入5m，关机休息5min；d、达到设计高程后，停止振动作业并卸下振动锤；
(4)冲抓钻施工：a、首先安装冲抓钻，经冲抓钻冲击后开启抓土提升作业，再将提升后的土方卸下，而后再次下方开启抓土提升作业，如此循环往复直至抓土作业完成；b、向钢护筒内注入少量水，静置20-30min后借助泥浆泵将钢护筒底部水泥浆抽出；
(5)土方回填
(6)钢护筒拔出：首先在履带吊上安装卡钳，将卡钳夹紧钢护筒的上端口，借助卡钳拔出钢护筒。
优选后，所述钢护筒的结构参数以如下方式确定：设孔深为H(单位为m)，孔直径为R(单位为cm)，则钢护筒长度L＝(H+0.7)m，钢护筒厚度s＝(L+2)cm，钢护筒直径r＝(R+10)cm。
优选后，所述步骤(2)中，在钢护筒的表面及内壁涂上防腐涂层，干燥5-6h，该防腐涂层为环氧树脂复合材料涂料。
优选后，所述步骤(3)c中，当钢护筒出现大幅度倾斜时，需要进行倾斜矫正：首先通过测量计算高低差值并确定偏高的位置，然后吊起千斤顶至偏高位置，借助千斤顶锤击偏高的位置，每锤击一次重新测量高低差值，当高低差值小于5cm时，倾斜矫正完成。
优选后，所述步骤(4)中冲击步骤具体为：首先控制冲抓钻向下冲击钢护筒的内孔，该冲击过程中通过刹车控制冲击速率；当冲抓钻的锥头离孔底2-3m时，完全松开刹车，使其以自由落体方式冲击到孔底，冲击完成后立刻刹住卷筒。
优选后，所述步骤(4)中抓土提升步骤为：首先扳动手柄，使卷筒正转，冲抓钻上的冲抓钢丝绳上升，带动锥头处的抓取叶片闭合，将锥头下方的土方抓取在抓取叶片内，最后抬升锥头，完成抓土提升作业。
优选后，抬升锥头至孔口以上，此时锥头碰到自动挂卸器，将挂卸器上的导向罩往上顶，促使三只挂钩自动进入挂架内，刹住刹车，锥头停住。
优选后，所述步骤(4)中卸料步骤为：首先在钢护筒周边位置设置一台自动卸料器，在锥头停于卸料位置时，自动卸料器上的卸料台板，移动至锥头下方，锥头放松刹车，土方卸到卸料台板上，卸料台板返回自动卸料器中；并将土方倾倒于卸料自动卸料器的卸料箱内。
优选后，所述步骤(5)回填土方过程中，首先在回填土中掺杂2.1-3.5％的粘性土，然后倾倒5-6m的土方，然后吊起千斤顶夯实土方；夯实后，再向孔中倾倒5-6m的土方，再次借助千斤顶夯实，如此循环往复直至回填土方至孔口。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明为含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，针对现有技术中的缺陷，首先利用振动锤的振动原理，令振动锤连带钢护筒产生高速振动，使桩壁周围的土壤产生液化效果，从而减少桩壁的擦阻力，振动力加上锤身和钢护筒的重量，使钢护筒能穿越土层到达设计位置，将钢护筒打入地下块石层底部；再利用冲抓钻的冲击和抓取作用，抓出钢护筒内块石及土体；然后在钢护筒内回填土方，拔出钢护筒，最后则可继续采用回旋钻进行钻孔灌注桩正常施工。该处理方法解决了块石对钻孔施工产生的阻碍，简化施工难度，缩短施工时间，降低施工成本，且能够保证施工质量。其具体有益效果表现为以下几点：
1、与以往施工方法比较，本方法先利用钢护筒以安全方式进行地下块石等杂物清除，再回填原状土后进行钻孔成桩，不仅解决了钻孔难以钻进的问题，节省了工期；同时减少了塌孔现象，降低了扩孔系数，减少了砼浪费；而且降低了扩径、缩径的程度和几率，保证了灌注桩桩身质量。
2、土质勘察过程用于探测钻孔位置的土质情况，使工人了解土质构造及性质，从而方便工人根据土质特点配备相应的设备、工具及其他施工准备工作。能够促进预处理过程顺利进行，加快施工进程。
3、采用振动锤打设钢护筒，可以适应不同深度的块石层，同时对灌注桩周围土体及块石层有一定的密实作用，可以有效提高后期钻孔时四周孔壁的稳定，减少塌孔几率。而且振动锤施工噪音小，不产生有害气体，环保效果较好，不会影响周边居民的正常生活。
4、冲抓钻既可以破碎较大块石，又可以抓取小块石，具有较强的通用性，降低了抓取土方的难度。
5、对块石层分布范围较大的灌注桩施工工程，不仅可以明显提高工程质量及进度，而且可以明显的节约施工成本。
6、钢护筒依据土质情况进行制作，其各项力学性能优异，使用寿命长，相比较现有技术，其施工过程中发生故障的概率较低。
7、钻孔位置设置有环形凹槽，环形凹槽能够临时固定钢护筒，保证钢护筒的就位偏差小于2-3cm，保证打设过程中的垂直度。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明的施工流程图；
图2为振动锤与钢护筒的连接示意图；
图3为冲抓钻的结构示意图；
图4为卷筒的结构示意图；
图5为卡钳的结构示意；
具体实施方式
如图1至图5所示，本发明为含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，包括如下步骤：
(1)土质勘察：
经测量放样后绘制施工场地平面布置图，布置钻孔位置；在各个钻孔位置采集100g土壤样品，干燥后放置于密封袋中，对各个土壤样品的土质进行勘察，检测其成分、强度、硬度等参数，记录勘察数据，根据勘察数据确定钢护筒1结构参数；
土质勘察过程用于探测钻孔位置的土质情况，使工人了解土质构造及性质，从而方便工人根据土质特点配备相应的设备、工具及其他施工准备工作。能够促进预处理过程顺利进行，加快施工进程。
(2)钢护筒1制作：
根据灌注桩钻孔施工要求确定钻孔深度为13m，钻孔直径为65cm，则根据上述土质勘察结果确定钢护筒1长度为13.7m，钢护筒1厚度为15.7cm，钢护筒1直接为75cm。
钢护筒1为圆筒状，钢护筒1采用卷板卷制，两端设置开口，上开口作为振动锤夹具加紧部位，并焊接有钢板对钢护筒1进行加固，上开口处设置2起吊孔2，2起吊孔2作为起吊点；制作完成后，进行磨边与清洗，清洗后对钢护筒1的力学性能进行检测，检测合格后，钢护筒1备用；反之，对钢护筒1进行加固；钢护筒1制作完成后，在钢护筒1的表面及内壁涂上防腐涂层，干燥5-6h，该防腐涂层为环氧树脂复合材料涂料。
(3)振动锤3打设钢护筒1：
振动锤3采用液压振动锤3，50T履带吊起吊。
a、首先根据钢护筒1的外径大小，在钻孔位置开挖环形凹槽，该环形凹槽深度为0.8m；
b、通过履带吊的吊钩起吊振动锤3，再借助振动锤3两侧的钢丝绳4吊起钢护筒1至环形凹槽中，钢护筒1立直站立；
c、将振动锤3夹于钢护筒1的上端口，开启振动锤3并逐步放松履带起吊钢丝绳4，每打入5m，关机休息5min；
d、达到设计高程后，停止振动作业并卸下振动锤3；
施工过程中，必须控制好钢护筒1中心与钻孔位中心偏差及钢护筒1垂直度。控制孔位偏差，首先应保证钢护筒1就位误差小于规范规定的5cm，其次应保证打设过程中的垂直度。控制钢护筒1垂直度，主要在于控制打设过程中的垂直度。因地下土体分布的差异性，造成钢护筒1四周受力并不均匀，容易产生倾斜，故必须随时控制好履带吊钢丝绳4的松紧度，以确保钢护筒1垂直打入。若出现倾斜，需要进行倾斜矫正：首先通过测量计算高低差值并确定偏高的位置，然后吊起千斤顶至偏高位置，借助千斤顶锤击偏高的位置，每锤击一次重新测量高低差值，当高低差值小于5cm时，倾斜矫正完成。
采用振动锤打设钢护筒，可以适应不同深度的块石层，同时对灌注桩周围土体及块石层有一定的密实作用，可以有效提高后期钻孔时四周孔壁的稳定，减少塌孔几率。而且振动锤施工噪音小，不产生有害气体，环保效果较好，不会影响周边居民的正常生活。
(4)冲抓钻施工：
a、安装冲抓钻5；
b、向下冲击：首先控制冲抓钻5向下冲击钢护筒1的内孔，该冲击过程中通过刹车控制冲击速率；当冲抓钻5的锥头离孔底2-3m时，完全松开刹车，使其以自由落体方式冲击到孔底，冲击完成后立刻刹住卷筒8。
c、抓土提升：首先扳动手柄9，使卷筒8正转，冲抓钻5上的冲抓钢丝绳10上升，带动锥头6处的抓取叶片7闭合，将锥头6下方的土方抓取在抓取叶片7内，最后抬升锥头6，完成抓土提升作业。
d、卸土：抬升锥头6至孔口以上，此时锥头6碰到自动挂卸器，将挂卸器上的导向罩往上顶，促使三只挂钩自动进入挂架内，刹住刹车，锥头6停住。在锥头6停于卸料位置时，自动卸料器上的卸料台板，移动至锥头6下方，锥头6放松刹车，土方卸到卸料台板上，卸料台板返回自动卸料器中；并将土方倾倒于卸料自动卸料器的卸料箱内。
如此循环步骤a-d直至抓土作业完成；待抓土作业完成后，向钢护筒1内注入少量水，静置20-30min后借助泥浆泵将钢护筒1底部水泥浆抽出；
(5)土方回填：首先在回填土中掺杂2.1-3.5％的粘性土，然后倾倒5-6m的土方，然后吊起千斤顶夯实土方；夯实后，再向孔中倾倒5-6m的土方，再次借助千斤顶夯实，如此循环往复直至回填土方至孔口。
(6)钢护筒1拔出：首先在履带吊上安装卡钳11，将卡钳11夹紧钢护筒1的上端口，借助卡钳11拔出钢护筒1。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)土质勘察：经测量放样后绘制施工场地平面布置图，布置钻孔位置；对各个钻孔位置的土质进行勘察，记录勘察数据，根据勘察数据确定钢护筒结构参数；
(2)钢护筒制作：钢护筒采用卷板卷制，根据步骤(1)的钢护筒结构参数进行加工，两端设置开口，并在开口处设置2起吊孔，2起吊孔作为起吊点；制作完成后，进行磨边与清洗，清洗后对钢护筒的力学性能进行检测，检测合格后，钢护筒备用；反之，对钢护筒进行加固；
(3)振动锤打设钢护筒：a、首先根据钢护筒的外径大小，在钻孔位置开挖环形凹槽，该环形凹槽深度为0.5-0.9m；b、通过履带吊的吊钩起吊振动锤，再借助振动锤两侧的钢丝绳吊起钢护筒至环形凹槽中，钢护筒立直站立；c、将振动锤夹于钢护筒的上端口，开启振动锤并逐步放松履带起吊钢丝绳，每打入5m，关机休息5min；d、达到设计高程后，停止振动作业并卸下振动锤；
(4)冲抓钻施工：a、首先安装冲抓钻，经冲抓钻冲击后开启抓土提升作业，再将提升后的土方卸下，而后再次下方开启抓土提升作业，如此循环往复直至抓土作业完成；b、向钢护筒内注入少量水，静置20-30min后借助泥浆泵将钢护筒底部水泥浆抽出；
(5)土方回填
(6)钢护筒拔出：首先在履带吊上安装卡钳，将卡钳夹紧钢护筒的上端口，借助卡钳拔出钢护筒。
2.根据权利要求1所述含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，其特征在于：所述钢护筒的结构参数以如下方式确定：设孔深为H(单位为m)，孔直径为R(单位为cm)，则钢护筒长度L＝(H+0.7)m，钢护筒厚度s＝(L+2)cm，钢护筒直径r＝(R+10)cm。
3.根据权利要求1所述含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在钢护筒的表面及内壁涂上防腐涂层，干燥5-6h，该防腐涂层为环氧树脂复合材料涂料。
4.根据权利要求1所述含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，其特征在于：所述步骤(3)c中，当钢护筒出现大幅度倾斜时，需要进行倾斜矫正：首先通过测量计算高低差值并确定偏高的位置，然后吊起千斤顶至偏高位置，借助千斤顶锤击偏高的位置，每锤击一次重新测量高低差值，当高低差值小于5cm时，倾斜矫正完成。
5.根据权利要求1所述含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中冲击步骤具体为：首先控制冲抓钻向下冲击钢护筒的内孔，该冲击过程中通过刹车控制冲击速率；当冲抓钻的锥头离孔底2-3m时，完全松开刹车，使其以自由落体方式冲击到孔底，冲击完成后立刻刹住卷筒。
6.根据权利要求5所述含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中抓土提升步骤为：首先扳动手柄，使卷筒正转，冲抓钻上的冲抓钢丝绳上升，带动锥头处的抓取叶片闭合，将锥头下方的土方抓取在抓取叶片内，最后抬升锥头，完成抓土提升作业。
7.根据权利要求6所述含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，其特征在于：抬升锥头至孔口以上，此时锥头碰到自动挂卸器，将挂卸器上的导向罩往上顶，促使三只挂钩自动进入挂架内，刹住刹车，锥头停住。
8.根据权利要求7所述含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，其特征在于：所述步骤(4)中卸料步骤为：首先在钢护筒周边位置设置一台自动卸料器，在锥头停于卸料位置时，自动卸料器上的卸料台板，移动至锥头下方，锥头放松刹车，土方卸到卸料台板上，卸料台板返回自动卸料器中；并将土方倾倒于卸料自动卸料器的卸料箱内。
9.根据权利要求1所述含块石粉砂土地基灌注桩钻孔预处理方法，其特征在于：所述步骤(5)回填土方过程中，首先在回填土中掺杂2.1-3.5％的粘性土，然后倾倒5-6m的土方，然后吊起千斤顶夯实土方；夯实后，再向孔中倾倒5-6m的土方，再次借助千斤顶夯实，如此循环往复直至回填土方至孔口。
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2017
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