CN107816324B - 一种斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法，涉及桩基施工领域，包括以下步骤：S1、使用反循环钻机钻孔，开启气举反循环系统清渣；S2、待排渣管流出清水后，从排渣管中取样，测定排出物的含砂率，当测定含砂率低于0.5％时，关闭气举反循环系统；S3、向斜钢管桩内加明矾或聚丙烯酰胺溶液，开启反循环钻机使加入的明矾或聚丙烯酰胺溶液循环流动；S4、静置2‑4h后，再次开启气举反循环系统彻底除渣。本发明的斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法能够克服粉细砂和中细砂地层结构条件下利用浑浊河水钻孔的影响，保障土塞面的良好平整度，有效提升桩端承载力。
Description
技术领域
本发明涉及桩基施工领域，具体涉及一种斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法。
背景技术
随着国际基础工程建设水平的日益提高，斜钢管桩基础在长大桥梁上得到越来越多的应用。在粉细砂和中细砂地层结构上施工时，斜钢管桩插打后，需采用反循环钻机钻孔取土、清孔，钻孔及清孔过程中不需要采用泥浆护壁，而是直接采用河水清洗。河水中含有的粉细颗粒，在水流动时短时间内不易沉淀，但只要一旦停止清孔，静置一段时间，粉细颗粒就会在混凝土浇注前沉淀到孔底，使清孔无法彻底，影响桩底承载力的充分发挥。
目前国际上，斜钢管桩清孔工艺大多是气举反循环清孔工艺，气举反循环清孔是利用空压机的压缩空气，通过安装在导管内的风管送至桩孔内，高压气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小而上升，在导管内混合器底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在气压动量的联合作用下，不断补浆，上升至混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成流动，因为导管的内断面积大大小于导管外壁与桩壁间的环状断面积，便形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，排出导管以外。
但这种清孔工艺常常受到水质、地质因素的影响，尤其是河水浑浊或在粉细砂和中细砂地层结构条件下，含有大量的粉细砂和中细砂颗粒，清孔时常常不容易被彻底清除，对于超长桩、大直径桩、斜桩，传统的清孔工艺难以满足施工要求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法，解决了浑浊河水、粉细砂和和中细砂地层结构条件下斜钢管桩内钻孔后清孔及减少沉渣厚度的难题，能够系统、快速、彻底的一次性清孔并减少桩底沉渣厚度。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法，该方法包括以下步骤：
S1、使用反循环钻机钻孔，同时开启气举反循环系统清渣；
S101、安放反循环钻机，按顺序安装并下放平底钻头、钻杆扶正器、钻杆；
S102、平底钻头下放接触到土塞后，向斜钢管桩内持续补水，开启空气压缩机和反循环钻机，正常钻进；
S103、钻进过程中间隔等距离复核土塞高程，接近设计高程后缓慢钻进，通过钻杆长度确认到达土塞设计高程后，在钻杆内部用测量绳复核无误，关闭空气压缩机；
S2、待排渣管流出清水后，从排渣管中取样，测定排出物的含砂率，当测定含砂率低于0.5％时，关闭气举反循环系统；
S3、向斜钢管桩内加明矾或聚丙烯酰胺溶液，开启反循环钻机使加入的明矾或聚丙烯酰胺溶液循环流动20-40min；
S4、静置1.5-4h后，再次开启气举反循环系统彻底除渣。
在上述技术方案的基础上，步骤S1中，在完成反循环钻机钻孔后，关闭气举反循环系统，使用平底钻头轻磨土塞面。
在上述技术方案的基础上，在施工过程中，通过补水泵向斜钢管桩内补水，控制桩内外水头差不小于3m。
在上述技术方案的基础上，在步骤S4后，下放钢筋笼或压浆管架，灌注水下混凝土。
在上述技术方案的基础上，所述明矾或聚丙烯酰胺溶液中明矾或聚丙烯酰胺和水的质量比为1：5000。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明的斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法能够克服粉细砂和中细砂地层结构条件下利用浑浊河水钻孔的影响，保障土塞面的良好平整度，有效并彻底地清除粉细砂和中细砂地层结构条件下斜钢管桩桩底的沉渣，使土塞与混凝土接触紧密，经过桩底压浆后，混凝土与土塞之间被填充密实，从而提升桩端承载力。
(2)本发明的斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法可系统、快速、彻底的一次性清孔并减少斜钢管桩桩底沉渣厚度，解决了浑浊河水及粉细砂和中细砂地层结构条件下斜钢管桩内钻孔后清孔及减少沉渣厚度的难题。
(3)本发明的斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法安全可靠、操作简单、作用明显、清孔干净彻底、施工效率高。
附图说明
图1为本发明实施例中气举反循环系统的工作示意图；
图2为本发明实施例中平底钻头的立面示意图；
图3为本发明实施例中斜钢管桩的立面示意图；
图中：1-反循环钻机，2-施工平台，3-钻机主机，4-钻机操作平台，5-钻杆，6-钻杆扶正器，7-平底钻头，8-补水泵，9-排渣管，10-弃渣船，11-斜钢管桩，12-土塞，13-空气压缩机，14-送气管，15-河床面，16-河水面，17-混凝土，71-斜排渣管，72-直排渣管，73-护圈，74-钢丝刷。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法，该方法包括以下步骤：
S1、使用反循环钻机钻孔，同时开启气举反循环系统清渣；
具体而言，步骤S1可分为以下步骤：
S101、安放反循环钻机，加固反循环钻机1与施工平台2的锚固点，校核操作平台4的倾斜度，测定施工平台2高程及操作平台4参考点高程，随后按顺序安装并下放平底钻头7、钻杆扶正器6、钻杆5，在下放过程中可给各节钻杆5编号，并进行详细下放记录；
S102、平底钻头7下放接触到土塞12后，向斜钢管桩11内持续补水，开启空气压缩机13和反循环钻机的钻机主机3，正常钻进；反循环钻机1正常运转期间，平底钻头7持续回转，同时不断破坏土塞12，空气压缩机13压缩空气经送气管14接入反循环钻机，压缩空气经钻杆内的送气管被输送至钻头加强杆顶部，输入钻杆的气体在钻杆内快速上升，并从排渣管9释放出来。气体的存在导致钻杆5内的水压力远小于斜钢管桩11内的水压力，于是斜钢管桩内的钻渣和水的混合物便连续的经钻杆5和排渣管9排出到弃渣船10；平底钻头7持续破坏土塞12，钻渣持续排出，反循环钻机从而持续钻进；
S103、钻进过程中间隔等距离复核土塞12高程，接近设计高程后缓慢钻进，通过钻杆5长度确认到达土塞12设计高程后，在钻杆5内部用测量绳复核无误，关闭空气压缩机13；随后可使用平底钻头7在土塞12顶面轻磨10圈左右，以保障土塞面良好的平整度。
S2、待排渣管9流出清水后，从排渣管取样，测定排渣管中排出物的含砂率，当测定含砂率低于0.5％时，关闭气举反循环系统。
S3、按照明矾或聚丙烯酰胺：水＝1：5000配比向斜钢管桩12内水中加明矾或聚丙烯酰胺溶液，将排渣管9出口置于斜钢管桩内，开启反循环钻机使加入的明矾或聚丙烯酰胺溶液循环流动30min；反循环钻机的开启时间可根据实际需求在20-40min内进行调整，以达到使加入的明矾或聚丙烯酰胺溶液与原渣液混合均匀为准。
S4、待溶液搅拌均匀并静置3h后，将平底钻头7提升至距离土塞12不少于40cm，再次开启气举反循环系统彻底除渣，从排渣管9取样，测定含砂率，至测定的含砂率低于0.5％后，关闭气举反循环系统，清除沉渣完毕。根据实际采取水质及温度的区别，溶液的静置时间可在1.5-4h内调整，只要保证溶液中悬浊物质全部沉降到底部即可。
在步骤S1前，还可进行如下操作：
测量人员将对应的斜钢管桩实际位置(中心十字线)放样到施工平台上，现场技术人员根据测量放样的十字线引导出反循环钻机的摆放位置，对反循环钻机进行精确定位。
在步骤S2前，还可进行如下操作：
将平底钻头7提升至距离孔底40cm，继续向斜钢管桩11内持续补水，平底钻头在距离土塞12顶面0.4m～3m范围内缓慢上下移动，开启气举反循环系统继续清渣。
本发明实施例中还提供一种在上述斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法中使用的气举反循环系统，包括：
设于施工平台2上的反循环钻机1，包括钻机主机3和钻杆5，钻杆5伸入斜钢管桩11内，其一端与所述钻机主机3相连，所述钻杆5另一端设有平底钻头7，平底钻头7和反循环钻机1均设在一可调节倾斜度的钻机操作平台4上；用于将外部清水泵入斜钢管桩11内的补水泵8；通过送气管14与反循环钻机1连接的空气压缩机13；排渣装置，包括与反循环钻机1排渣口相连的排渣管9，排渣管9的另一端设于弃渣船10上。
可在钻杆5上设置钻杆扶正器6，钻杆扶正器6沿垂直于钻杆5方向设置，其中心固定在所述钻杆5上，钻杆扶正器6的工作外径可自由调整，使其两端抵持在所述斜钢管桩11内壁上。
如图2所示，本发明实施例中使用的平底钻头7包括增设的斜排渣管71，端头开缺口的直排渣管72，护圈73，分两层均匀布置的16个钢丝刷74。平底钻头7制式及各部件作用如下：
a.护圈73加强并保护平底钻头7。
b.钻头7直径为Φ2700，斜钢管桩底部剪力环区域斜钢管桩内径Φ2840，护圈73上钢丝刷74长10-15cm，可有效清除斜钢管桩内剪力环区沉渣。
c.直排渣管72端头开缺口，扩大排渣管进口，加速沉渣排出。
d.增设斜排渣管71，斜排渣管71管口靠近平底钻头7护圈73，平底钻头7旋转过程中可将斜钢管桩11内土塞12周边不宜清除的沉渣清除干净。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (5)
1.一种斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、使用反循环钻机钻孔，同时开启气举反循环系统清渣，具体包括以步骤：
S101、安放反循环钻机，按顺序安装并下放平底钻头、钻杆扶正器、钻杆；
S102、平底钻头下放接触到土塞后，向斜钢管桩内持续补水，开启空气压缩机和反循环钻机，正常钻进；
S103、钻进过程中间隔等距离复核土塞高程，接近设计高程后缓慢钻进，通过钻杆长度确认到达土塞设计高程后，在钻杆内部用测量绳复核无误，关闭空气压缩机；
S2、待排渣管流出清水后，从排渣管中取样，测定排出物的含砂率，当测定含砂率低于0.5％时，关闭气举反循环系统；
S3、向斜钢管桩内加明矾或聚丙烯酰胺溶液，开启反循环钻机使加入的明矾或聚丙烯酰胺溶液循环流动20-40min；
S4、静置1.5-4h后，再次开启气举反循环系统彻底除渣。
2.如权利要求1所述的斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法，其特征在于：步骤S1中，在完成反循环钻机钻孔后，关闭气举反循环系统，使用平底钻头轻磨土塞面。
3.如权利要求1所述的斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法，其特征在于：在施工过程中，通过补水泵向斜钢管桩内补水，控制桩内外水头差不小于3m。
4.如权利要求1所述的斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法，其特征在于：在步骤S4后，下放钢筋笼或压浆管架，灌注水下混凝土。
5.如权利要求1所述的斜钢管桩清孔及减少沉渣厚度的施工方法，其特征在于：所述明矾或聚丙烯酰胺溶液中明矾或聚丙烯酰胺和水的质量比为1：5000。
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