CN108505935A - 矩形桩基成孔施工设备及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矩形桩基成孔施工设备及施工方法，属于桩基技术领域，用于解决目前矩形桩基成孔采用人工开挖，导致施工效率较低、存在安全隐患的问题。该矩形桩基成孔的方案主要采用分段钻孔，设计每段矩形桩基的钻孔深度，每段矩形桩基采用三种不同形式的钻头分三次依次完成钻孔施工，第一次采用长螺旋钻头在矩形桩基截面的四周钻孔形成四个圆孔，第二次采用大孔径圆形钻头，将四个圆孔之间的土体挖除，第三次以桩顶锁口梁内侧作为导向墙，采用矩形钻头对孔壁进行修整，切除剩余的土体，从而通过三次钻孔完成一段矩形桩基的钻孔施工，如此循环，直至完成所有段矩形桩基的钻孔施工。

Description

矩形桩基成孔施工设备及施工方法

技术领域

本发明涉及桩基技术领域，特别涉及一种矩形桩基成孔施工设备及施工方法。

背景技术

矩形桩比同截面积圆形桩的刚度大、抗弯能力高，因此可承受较大竖向荷载和水平向荷载。在高边坡防工程中，矩形桩应用较为广泛。矩形桩的应用关键是其成孔难，目前多采用人工挖孔的方式进行大尺寸矩形桩的施工。但人工挖孔多需采用单节护壁，施工效率较低，另人工挖孔超过一定深度后还需采取通风等安全措施，因此人工挖孔不能满足施工工期、安全等方面的要求。因此，如何提供一种施工高效便捷的矩形桩基成孔设备及施工方法，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矩形桩基成孔施工设备及施工方法，用于解决目前矩形桩基成孔采用人工开挖，导致施工效率较低、存在安全隐患的问题。该矩形桩基成孔的方案主要采用分段钻孔，设计每段矩形桩基的钻孔深度，每段矩形桩基采用三种不同形式的钻头分三次依次完成钻孔施工，第一次采用长螺旋钻头在矩形桩基截面的四周钻孔形成四个圆孔，第二次采用大孔径圆形钻头，将四个圆孔之间的土体挖除，第三次以桩顶锁口梁内侧作为导向墙，采用矩形钻头对孔壁进行修整，切除剩余的土体，从而通过三次钻孔完成一段矩形桩基的钻孔施工，如此循环，直至完成所有段矩形桩基的钻孔施工。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种矩形桩基成孔的施工方法，包括如下步骤：

步骤一、桩顶锁口施工；

步骤二、根据矩形桩基所处的地质情况，对矩形桩基分段钻孔，并设计每段矩形桩基的钻孔深度，提供矩形桩基成孔施工设备，所述施工设备包括长螺旋钻机、配套设置有长螺旋钻头，一个直径大于所述长螺旋钻头的矩形钻头和一个圆形钻头，所述圆形钻头的直径最大；

步骤三、选用所述长螺旋钻头，在首段矩形桩基截面的四个角均钻孔至该段矩形桩基的钻孔深度，形成与该段矩形桩基的钻孔深度等高的四个圆孔；

步骤四、选用所述圆形钻头，在首段矩形桩基截面的中心位置钻孔至该段矩形桩基的钻孔深度，从而将所述四个圆孔之间的土体挖除；

步骤五、利用所述桩顶锁口的锁口梁内侧作为导向墙，选用所述矩形钻头，对孔壁进行修整，切除该段矩形桩基剩余的土体，切削过程中确保垂直度小于1％；

步骤六、重复前述步骤三至步骤五，完成多段矩形桩基钻孔，直至所有段矩形桩基钻孔深度之和达到矩形桩基的设计深度。

与现有技术相比，本发明有益的技术效果在于：

(1)采用本发明的矩形桩基成孔施工设备进行矩形桩基成孔施工，孔深、孔径均符合设计要求，而且能保证垂直度不大于1％。

(2)与人工挖孔施工相比，能显著提高施工速度，成孔效率高。

(3)采用本发明的矩形桩基成孔施工设备进行矩形桩基成孔施工，与人工挖孔相比，可以减少护壁土石方开挖以及护壁混凝土浇筑，从而降低了施工成本。

(4)本发明提供的矩形桩基成孔施工方法，成孔质量稳定，施工安全系数高，具有较好地推广价值。

进一步地，所述步骤三中钻孔过程采用低速钻进，从而减少钻进过程中振动，尽可能避免坍孔，保证成孔的安全性。

进一步地，考虑到成孔施工工艺中需采用三种不同钻头形式进行取土，为避免成孔过深造成坍孔，划定每4m～5m为一段进行成孔，从而所述每段矩形桩基的钻孔深度约为4m～5m。

本发明还提供了一种矩形桩基成孔施工设备，该施工设备包括机架、塔架、驱动系统、钻杆、混凝土输送装置、钻头和护筒，所述塔架通过设置于机架上的塔架托架固定设置，所述驱动系统设置于塔架托架上，所述钻杆设置于塔架上，所述钻杆一端设有动力头，所述钻杆另一端设置所述钻头，所述混凝土输送装置与所述动力头固定连接，所述护筒设置于所述钻杆外侧，所述钻头为三个，其中两个钻头的截面形状为圆形，一个钻头的截面形状为矩形，所述三个钻头能够交替更换使用，三个钻头的直径均不相同，所述矩形钻头的直径大小位于其余两个圆形钻头的直径之间，所述矩形钻头包括切土刀头和切土刀片。该矩形钻头主要用于对孔壁进行修整，切除圆形钻头尚未切除的部分土体，从而形成矩形桩孔。

进一步地，为了成功挖除两种不同直径的圆形钻头取土至规定深度之后的土体，所述矩形钻头的护筒为方形。

进一步地，为了适应不同的土体切削施工，保证矩形钻头的刚度和抗弯能力，所述护筒与所述切土刀片之间还设有加劲肋。

进一步地，为了取材方便，所述加劲肋为钢棒或者钢板。

进一步地，所述钻头设置于所述钻杆的钻杆芯管上。

进一步地，为了对孔壁进行修整，切除圆形钻头尚未切除的部分土体，所述矩形钻头的切土刀片上还设有切土刀口。

附图说明

图1是本发明实施例中矩形钻头的示意图；

图2至图4是本发明实施例中步骤三～步骤五的施工流程图。

图中：

1-长螺旋钻头钻孔；2-圆形钻头钻孔；3-矩形钻头钻孔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的矩形桩基成孔施工设备及施工方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

本发明以某改扩建工程为例进行说明，该改扩建工程核心区高边坡支挡结构，部分采用桩板式挡墙支护，桩基尺寸为2.0×2.5m，桩间距3.0m，桩长24～31m。根据勘察工程资料揭露，场地主要地层为填土(杂填土、素填土)、耕土、粉土和圆砾。圆砾中密～密实状态，局部有砂透镜体及夹层，中密。根据场地地质条件，成桩深度最大的为圆砾层，该土层人工开挖难度较大。若采用人工挖孔，每挖深1m左右即放入一个截锥形模板，在模板与孔壁之间浇筑混凝土护壁，每挖一段护一段，形成一个梯套护壁，直至达到设计深度，然后下放钢筋笼，浇筑桩身混凝土。该人工挖孔方案需要每一段进行护壁，在混凝土达到一定强度后方可对护壁进行拆模，降低了施工效率，并且人工挖孔劳动强度较大，安全性较差。

实施例一

针对人工挖孔的问题，本实施例采用机械成孔的施工方法。具体包括：定位放样→桩顶锁口浇筑→成孔→清孔→下放钢筋笼→混凝土浇筑，其中成孔工艺需采用三种不同钻头形式进行取土，为避免成孔过深造成坍孔，划定每3～4m为一段进行成孔。以25m桩长为例，需进行7～8段成孔。每段成孔施工流程：φ800长螺旋钻钻进→φ1800大孔径旋挖钻(即圆形钻头)钻进→1.2m矩形旋挖钻修整，在每段成孔施工过程中，要确保第三次矩形钻头钻孔切土量少，从而防止坍孔。

请参考图1，一种矩形桩基成孔施工设备，包括机架、塔架、驱动系统、钻杆、混凝土输送装置、钻头和护筒，塔架通过设置于机架上的塔架托架固定设置，驱动系统设置于塔架托架上，钻杆设置于塔架上，钻杆一端设有动力头，钻杆另一端设置钻头，当然，钻头设置于钻杆的钻杆芯管4上；混凝土输送装置与动力头固定连接，护筒设置于钻杆外侧，钻头为三个，其中两个钻头的截面形状为圆形，一个钻头的截面形状为矩形，三个钻头能够交替更换使用，三个钻头的直径均不相同，直径最小的钻头和直径最大的钻头均为圆形钻头，矩形钻头的直径大小位于其余两个圆形钻头的直径之间，矩形钻头包括切土刀头5和切土刀片6。为了对孔壁进行修整，切除圆形钻头尚未切除的部分土体，矩形钻头的切土刀片5上还设有切土刀口。

具体来说，待圆形钻头取土至规定深度后，在钻杆一端的钻杆芯管4上替换上矩形钻头，并利用锁口梁内侧作为导向墙，利用矩形钻头对孔壁进行修整，切除剩余的土体，从而采用圆形钻头与矩形钻头相结合的方式进行矩形桩成孔施工，大大提高了施工效率，节省了施工成本。

在本实施例中，较佳地，为了适应不同的土体切削施工，保证矩形钻头的刚度和抗弯能力，圆形框架与矩形中空切削板之间还设有加劲肋。为了取材方便，所述加劲肋为钢棒或者钢板。

实施例二

下面结合图2～图4详细说明利用本发明的矩形桩基成孔施工设备进行成孔施工的施工方法。

一种矩形桩基成孔的施工方法，包括如下步骤：

步骤一、桩顶锁口施工；

步骤二、根据矩形桩基所处的地质情况，对矩形桩基分段钻孔，并设计每段矩形桩基的钻孔深度，提供矩形桩基成孔施工设备，施工设备包括长螺旋钻机、配套设置有长螺旋钻头，一个直径大于长螺旋钻头的矩形钻头和一个圆形钻头，圆形钻头的直径最大；特别地，考虑到成孔施工工艺中需采用三种不同钻头形式进行取土，为避免成孔过深造成坍孔，划定每4m～5m为一段进行成孔，从而每段矩形桩基的钻孔深度约为4m～5m。

步骤三、选用长螺旋钻头钻孔1，在首段矩形桩基截面的四个角均钻孔至该段矩形桩基的钻孔深度，形成与该段矩形桩基的钻孔深度等高的四个圆孔；当然，钻孔过程采用低速钻进，从而减少钻进过程中振动，尽可能避免坍孔，保证成孔的安全性。

步骤四、选用圆形钻头钻孔2，在首段矩形桩基截面的中心位置钻孔至该段矩形桩基的钻孔深度，从而将四个圆孔之间的土体挖除；整个过程应注意不能超挖，以免对下次长螺旋钻机取土造成影响。

步骤五、利用桩顶锁口的锁口梁内侧作为导向墙，选用矩形钻头钻孔3，对孔壁进行修整，切除该段矩形桩基剩余的土体，切削过程中确保垂直度小于1％；

步骤六、重复前述步骤三至步骤五，完成多段矩形桩基钻孔，直至所有段矩形桩基钻孔深度之和达到矩形桩基的设计深度。

综上所述，采用本发明提供的矩形桩基成孔施工设备进行矩形桩基成孔施工，孔深、孔径均符合设计要求，而且能保证垂直度不大于1％。此外，以桩长24m矩形桩为测算对象，采用矩形桩基成孔设备进行成孔需进行约7段施工，成孔时间2天。而人工挖孔，24m桩长需进行24段施工，考虑护壁拆模时间，每段需1天时间，在无天气等因素影响下，需施工24天。可见，与人工挖孔施工相比，采用矩形桩基成孔设备进行成孔施工，能显著提高施工速度，成孔效率高。而且采用本发明的矩形桩基成孔施工设备进行矩形桩基成孔施工，与人工挖孔相比，可以减少护壁土石方开挖以及护壁混凝土浇筑，从而降低了施工成本。成孔质施工效率高、使用成本低。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种矩形桩基成孔的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、桩顶锁口施工；

步骤二、根据矩形桩基所处的地质情况，对矩形桩基分段钻孔，并设计每段矩形桩基的钻孔深度，提供矩形桩基成孔施工设备，所述施工设备包括长螺旋钻机、配套设置有长螺旋钻头，一个直径大于所述长螺旋钻头的矩形钻头和一个圆形钻头，所述圆形钻头的直径最大；

步骤三、选用所述长螺旋钻头，在首段矩形桩基截面的四个角均钻孔至该段矩形桩基的钻孔深度，形成与该段矩形桩基的钻孔深度等高的四个圆孔；

步骤四、选用所述圆形钻头，在首段矩形桩基截面的中心位置钻孔至该段矩形桩基的钻孔深度，从而将所述四个圆孔之间的土体挖除；

步骤五、利用所述桩顶锁口的锁口梁内侧作为导向墙，选用所述矩形钻头，对孔壁进行修整，切除该段矩形桩基剩余的土体，切削过程中确保垂直度小于1％；

步骤六、重复前述步骤三至步骤五，完成多段矩形桩基钻孔，直至所有段矩形桩基钻孔深度之和达到矩形桩基的设计深度。

2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述步骤三中钻孔过程采用低速钻进。

3.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述每段矩形桩基的钻孔深度约为4m～5m。

4.矩形桩基成孔施工设备，其特征在于，包括机架、塔架、驱动系统、钻杆、混凝土输送装置、钻头和护筒，所述塔架通过设置于机架上的塔架托架固定设置，所述驱动系统设置于塔架托架上，所述钻杆设置于塔架上，所述钻杆一端设有动力头，所述钻杆另一端设置所述钻头，所述混凝土输送装置与所述动力头固定连接，所述护筒设置于所述钻杆外侧，所述钻头为三个，其中两个钻头的截面形状为圆形，一个钻头的截面形状为矩形，所述三个钻头能够交替更换使用，三个钻头的直径均不相同，所述矩形钻头的直径大小位于其余两个圆形钻头的直径之间，所述矩形钻头包括切土刀头和切土刀片。

5.如权利要求4所述的矩形桩基成孔施工设备，其特征在于，所述矩形钻头的护筒为方形。

6.如权利要求4所述的矩形桩基成孔施工设备，其特征在于，所述护筒与所述切土刀片之间还设有加劲肋。

7.如权利要求4所述的矩形桩基成孔施工设备，其特征在于，所述加劲肋为钢棒或者钢板。

8.如权利要求4所述的矩形桩基成孔施工设备，其特征在于，所述钻头设置于所述钻杆的钻杆芯管上。

9.如权利要求4所述的矩形桩基成孔施工设备，其特征在于，所述切土刀片上还设有切土刀口。