CN108755662B - 近海地区灌注桩成孔施工方法与伸缩钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近海地区灌注桩成孔施工方法与伸缩钻头，解决了近海区灌注桩成孔易塌孔的问题，其技术方案要点是包括如下步骤，在抛石区用伸缩钻头进行打钻形成初级孔；在初级孔内填满粘性介质以形成回填区；在回填区以打钻方式开设以粘性介质为孔壁的二级孔，初级孔孔径大于二级孔孔径。伸缩钻头解决了在小孔中难以开大孔的问题，其技术方案要点是利用切刀的伸缩控制钻头的外径。

Description

近海地区灌注桩成孔施工方法与伸缩钻头

技术领域

本发明涉及一种灌注桩成孔方法钻头,更具体地说，它涉及一种近海地区灌注桩成孔施工方法与伸缩钻头。

背景技术

由于航道整治工程抛石，许多近海钻孔灌注桩需穿越抛石层。受施工作业面和地质条件限制，一般选用冲击钻进行钻孔灌注桩成孔。抛石层结构松散，缝隙大，与江水形成连通性极强的含水通道，钻成的孔容易塌孔和漏浆。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种近海地区灌注桩成孔施工方法，通过对钻孔的回填，利用粘性介质封合抛石层中的缝隙，在二次钻孔形成孔壁牢固的灌注桩成孔。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种近海地区灌注桩成孔施工方法，包括如下A步骤：

①在抛石区用伸缩钻头进行打钻形成初级孔；

②在初级孔内填满粘性介质以形成回填区；

③在回填区以打钻方式开设以粘性介质为孔壁的二级孔，初级孔孔径大于二级孔孔径。

通过采用上述技术方案，当初级孔钻成后，直接向初级孔内回填粘性介质，粘性介质可以是(1)粘土，粘粒含量大于30％；(2)亚粘土(亦称“粉质粘土”)，粘粒含量在10％～30％之间；(3)亚砂土，牯粒含量3％～10％。利用粘性介质将初级孔中的缝隙填实，然后在回填区进行对粘性介质的开孔，得到的二级孔孔径比初级孔小，故二级孔的孔壁均是粘性介质；也是这些粘性介质的支撑与保护，对抛石中的缝隙进行了封堵，减少抛石区塌孔的情况发生。

较佳的，②中，对伸缩钻头设备的钻入深度进行设定，以实现初级孔的深度范围为大于0m且小于8m。

通过采用上述技术方案，将初级孔单次钻孔深度定位8m最深，目的在于，初级孔由于没有粘性介质的保护，深度大于8米的深度易导致塌孔，故需要缩短初级孔的打孔深度，对于一些碎石比较多的抛石区可缩短初级孔深度至6m或7m，以保证打孔施工的正常进行。

较佳的，③中，二级孔成形后，在二级孔的基础上继续向下进行钻成孔，并重复A步骤以实现二级孔的向下逐步延伸。

通过采用上述技术方案，若成孔的深度需要10几米乃至更深时，为了保证初级孔成型的，需要分多段加深开孔；如向开设8m的二级孔后，在往二级孔内继续向下开设初级孔，已进行开孔的加深操作，由于上方二级孔通过粘性介质进行了保护，故塌孔的可能性较小。

较佳的，①中，形成初级孔后，在初级孔中伸入声波探测器； 若声波探测器数据显示初级孔空间大于等于1.2倍的预设空间，②中则选用强粘性的粘性介质进行回填；若声波探测器数据显示初级孔空间小于1.2倍的预设空间，②中则选用弱粘性的粘性介质的进行回填。

通过采用上述技术方案，通过声波探测器检测钻孔所形成的空间，若因为碎石较多而导致初级孔的开孔过大，需要强粘性的粘性介质来保证初级孔孔壁的牢固性，避免塌孔的情况发生；而初级孔开孔正常，则采用弱粘性的粘性介质。由于强粘性的粘性介质中会在粘土等原介质中添加水泥，其成本更高；故采用声波探测的方式，可以大大节省施工成本。强粘性的粘性介质可加入8%-25%的水泥。

较佳的，在③中，所有的二级孔成形后，在二级孔内灌入泥浆养护。

通过采用上述技术方案，当二级孔成形后，后期需要加入钢筋笼，然后进行混凝土的灌注；而在此之前在二级孔内灌入泥浆，可以通过泥浆的支护作用对二级孔进行保护，而且此泥浆可以用混凝土的水下灌浆使用。

本发明的第二目的是提供一种伸缩钻头，利用钻头外径可以伸缩改变的特点，可以在小孔的基础上向下开设更大孔径的孔。

一种用于近海地区灌注桩成孔施工方法中的伸缩钻头，包括齿套、开设于齿套的容置腔、由上方插入容置腔并带动齿套旋转的主轴，主轴可轴向往复滑移于容置腔，且齿套设有限制主轴轴向滑脱容置腔的挡块；

齿套上表面固定有滑套，滑套内滑移有切刀，齿套设有拉动切刀向主轴中心移动的弹性组件；切刀朝向邻近主轴的一端设有第一斜块，主轴设有贴合与第一斜块的第二斜块，当主轴向下挤压时，第二斜块推动所述第一斜块朝背离主轴的方向移动以实现切刀外径大于齿套外径。

通过采用上述技术方案，主轴插入在容置腔内，使得齿套悬挂在主轴上；主轴下压到下方的开采层时，通过第一斜块与第二斜块的横向对推动作用，使得切刀沿着主轴的径向方形伸出，切刀外边沿所形成的圆周大于齿套的最大圆周；

而当主轴向上提起时此时第一斜块与第二斜块之间没有推动力关系，在弹性组件的作用下，切刀沿着主轴的径向回拉，切刀外边沿所形成的圆周小于齿套的最大圆周；此设计的优点在于，齿套在上升或下降时，齿套悬挂在主轴上，此时齿套与主轴的可以在较小的初级孔内移动；当齿套向下挖掘时，由于切刀被展开，在初级孔下方打钻孔径比较大的二级孔。

较佳的，齿套与切刀的外边沿均采用钨钢。

通过采用上述技术方案，钨钢的硬度比较大，可以较为轻松的碾碎石块，有利于在石块层开孔。

较佳的，弹性组件包括弹簧，弹簧一端连接于切刀，弹簧另一端连接于齿套。通过采用上述技术方案，弹簧的弹性回复性较好，可以反复的拉动切刀复位。

较佳的，容置腔内设有若干个竖向开设的挡槽，齿轴固定有推块，推块竖向插入挡槽并推动挡槽槽壁以带动齿套旋转。

通过采用上述技术方案，推块与挡槽在主轴的圆周方向进行抵触，故主轴旋转时，可带动齿套旋转。

较佳的，推块绕主轴的圆周方向均匀布置。

通过采用上述技术方案，推块在圆周方向均匀布置，有利于齿套受到的旋转力更加均匀，齿套不易发生应力集中的现象。

综上所述，本发明具有以下有益效果：对于灌注桩成孔施工方法：利用回填粘性介质与分段挖掘的方式，有效减少了孔发生坍塌的几率，提高了近海地区开口的成功率与安全率。

对于伸缩钻头：其钻头的圆周外边沿可以在其旋转时扩大；在非钻动的状态下，钻头在上下升降移动时钻头的圆周外边沿部分回缩。该设计可以在小孔的基础上进一步向下旋转开设更大孔径的孔。

附图说明

图1是实施例1海地区灌注桩成孔施工方法中初级孔、回填区与二级孔在施工流程中的截面图；

图2是实施例2海地区灌注桩成孔施工方法中初级孔、回填区与二级孔在施工流程中的截面图；

图3是实施例3中齿套纵向剖开后的结构示意图；

图4是实施例3中右侧的切刀在纵向切口后的结构示意图；

图5是实施例中切刀伸出齿套时的纵向剖视图。

图中：1、护筒；2、抛石层；3、粘土；4、初级孔；5、二级孔；6、齿套；61、容置腔；7、主轴；81、滑套；82、切刀；83、第一斜块；84、第二斜块；85、弹簧；91、挡槽；92、推块；93、挡块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1，海地区灌注桩成孔施工方法，如图1所示，步骤1：近海地区的表面选着开孔点，在开孔点人工挖掘3-4米的基孔，在基内放置护筒1，护筒1的防护作用可减少开孔点发生坍塌。

在护筒1的正上方放置钻机，钻机的伸缩钻头正对护筒1的中心，两者的中心偏距不可大于10cm。

步骤2：利用伸缩式钻头向下钻孔，钻孔的深度控制在8m,在护筒1的下方形成一个由石块围成的初级孔4，由于抛石层2中碎石较多，初级孔4周边的碎石以向初级孔4中心滑落，故所形成的初级孔4一般均比预设的初级孔4空间大。

步骤3：利用挖机设备往初级孔4中回填粘性介质，粘性介质也就是常用的粘土3；粘土3填满初级孔4后，采用压实机进行向下压实，减少初级孔4中的粘土3存在空隙的可能性。

步骤4：在粘土压实之后1个小时，观看回填区是否有出现明显下沉，若有下沉，继续采用压实机进行压实工作；若没有下沉，则利用普通钻头由回填区的正上方向下钻孔。普通钻头依旧以护筒1为中心，两者的中心偏距不可大于10cm。

步骤5：在二级孔5内灌入泥浆养护，等待下一步灌入混凝土的工序。

普通钻头的圆周外径小于等于初级孔4，故开设的二级孔5的孔径小于初级孔4，一般二级孔5的半径应小于初级孔4的半径10-20cm，本实施例中两者半径差采用13cm。而伸缩钻头在外径在为扩长前，可在二级孔5内自由上下移动。

工作原理，先开设孔径较大的初级孔4，然后在初级孔4的基础上回填粘土3，然后在粘土3上开设孔径较小的二级孔5，此时二级孔5的孔壁上利用粘土3作为孔壁，不易发生塌孔现象。

实施例2，海地区灌注桩成孔施工方法，如图2所示，其与实施例1的不同之处，在于当钻孔深度较大时，需要分段进行钻孔。

在完成第一个二级孔5开孔后，继续往重复实施例1中的施工步骤。即在伸缩钻头伸入到二级孔5的底部，伸缩钻头向下挤压时，伸缩钻头的下方再次在二级孔5的下方开设初级孔4。

下方的初级孔4开设完成后，将声波探测器伸入到下方的初级孔4内，利用声波探测器探测初级孔4的空间；因为伸缩钻头的孔径以及初级孔4的深度均可以控制，故可以计算出初级孔4的空间数据，将声波探测对初级孔4的空间显示数据与计算数据相对比，若探测出的显示数据大于计算数据的1.2倍，则在初级孔4内回填强性的粘性介质，强性的粘性介质是指常有粘性物质的粘土；本实施例中强性粘性介质是指在粘土中添加重量比例高达5%-8%的水泥所形成的粘性介质，其相对于单纯的粘土3而言成本较高，但是其粘性更优，可以更好的封堵石块之间的缝隙。而弱性的粘性介质，则采用普通的粘土3。

在初级孔4内更具空间大小回填粘性介质后，将普通钻头伸入回填区进行二级孔5的开孔。等待所有二级孔5开设完毕后，在一起灌入泥浆进行保护。

本实施例的优点在于，其对于在抛石区开设较深的孔时，利用伸缩钻头的分段开孔，逐级加固的方式，使得开孔不易坍塌，大大提高了在抛石区开设的深孔（即孔深大于30m的孔，例如40m、150m等的孔深）。

实施例3，如图3与图4所示，伸缩钻头：包括齿套6，齿套6为圆锥状，且齿套6由上至下开设有一个容置腔61，主轴7可插入容置腔61内，并且主轴7在容置腔61的深度方向上下移动；容置腔61上开口处固定有挡块93，而主轴7的下端部固定有推块92，推块92的上方被挡块93隔挡，故主轴7的下端部难以滑出容置腔61，在主轴7上下升降时，齿套6基本成悬挂状态置于主轴7上。

而容置腔61内开设有四个挡槽91，挡槽91均匀分布在主轴7的圆周方向，且推块92竖向滑移在挡槽91内，并且推块92与挡槽91的侧壁抵触，当主轴7绕自己的中心轴线旋转时，推块92将推向挡槽91的槽壁从而使得齿套6进行旋转。

齿套6上表面固定有滑套81，滑套81为倒置的U形钢。滑套81内滑移有切刀82，切刀82为长条状，并切刀82沿着的主轴7的径向布置，切刀82可以沿着主轴7的径向来回滑移。齿套6的锥形外壁以及切刀82伸出齿套6的一端均固定有钨钢。

主轴7上固定有一个圆锥状的第二斜块84，该第二斜块84固定在推块92的上方，而切刀82的一端抵触在第二斜块84的斜面上，并且切刀82抵触第二斜块84的一端固定有与第二斜块84贴合的第一斜块83，该设计的目的在于，当齿套6下方抵触石块或粘土3时，主轴7继续下降，由于容置腔61内仍具有一定的下降空间，此时，主轴7相对齿套6进行向下的相对运动，而第二斜块84将推动第一斜块83，使得切刀82向齿套6的圆周外边沿伸出。

而当钻孔结束后，主轴7将上升，此时切刀82在弹性组件的作用下将会向齿套6的内部回缩。

弹性组件包括弹簧85，弹簧85置于在切刀82的一个凹槽中，该凹槽的开口处面向齿套6的上表面，而齿套6上焊接有一个凸板，该凸板也正好插入到凹槽，弹簧的两端钩固在凸板上；当切刀82滑出齿套6时，弹簧85拉伸，而当切刀82失去主轴7的顶持力时，在拉伸的弹簧85的拉力作用下，切刀82回到回缩状态。

工作原理阐述：图5所示，伸缩钻头的优点在于，其钻孔时的钻头截面大于其升降时钻头的截面，此时切刀82伸出齿套6，故可以在通过较小的孔径后，进行大孔的开设。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于近海地区灌注桩成孔施工方法中的伸缩钻头，其特征是，所述近海地区灌注桩成孔施工方法包括如下步骤：

步骤1）在抛石区用伸缩钻头进行打钻形成初级孔(4)；

步骤2）在初级孔(4)内填满粘性介质以形成回填区；

步骤3）在回填区以打钻方式开设以粘性介质为孔壁的二级孔(5)，初级孔(4)孔径大于二级孔(5)孔径；

所述伸缩钻头包括齿套(6)、开设于齿套(6)的容置腔(61)、由上方插入容置腔(61)并带动齿套(6)旋转的主轴(7)，主轴(7)可轴向往复滑移于容置腔(61)，且齿套(6)设有限制主轴(7)轴向滑脱容置腔(61)的挡块(93)；

齿套(6)上表面固定有滑套(81)，滑套(81)内滑移有切刀(82)，齿套(6)设有拉动切刀(82)向主轴(7)中心移动的弹性组件；

切刀(82)朝向邻近主轴(7)的一端设有第一斜块(83)，主轴(7)设有贴合与第一斜块(83)的第二斜块(84)，当主轴(7)向下挤压时，第二斜块(84)推动所述第一斜块(83)朝背离主轴(7)的方向移动以实现切刀(82)外径大于齿套(6)外径。

2.根据权利要求1所述的用于近海地区灌注桩成孔施工方法中的伸缩钻头，其特征是，步骤1）中，对伸缩钻头设备的钻入深度进行设定，以实现初级孔(4)的深度范围为大于0m且小于8m。

3.根据权利要求1或2所述的用于近海地区灌注桩成孔施工方法中的伸缩钻头，其特征是，步骤3）中，二级孔(5)成形后，在二级孔(5)的基础上继续向下进行钻成孔，并重复步骤1）至步骤3）以实现二级孔(5)的向下逐步延伸。

4.根据权利要求1所述的用于近海地区灌注桩成孔施工方法中的伸缩钻头，其特征是，步骤1）中，形成初级孔(4)后，在初级孔(4)中伸入声波探测器；

若声波探测器数据显示初级孔(4)空间大于等于1.2倍的预设空间，步骤2）中则选用强粘性的粘性介质进行回填；

若声波探测器数据显示初级孔(4)空间小于1.2倍的预设空间，步骤2）中则选用弱粘性的粘性介质的进行回填。

5.根据权利要求4所述的用于近海地区灌注桩成孔施工方法中的伸缩钻头，其特征是，在步骤3）中，所有的二级孔(5)成形后，在二级孔(5)内灌入泥浆养护。

6.根据权利要求1所述的用于近海地区灌注桩成孔施工方法中的伸缩钻头，其特征是，齿套(6)与切刀(82)的外边沿均采用钨钢。

7.根据权利要求1或6所述的用于近海地区灌注桩成孔施工方法中的伸缩钻头，其特征是，弹性组件包括弹簧(85)，弹簧(85)一端连接于切刀(82)，弹簧(85)另一端连接于齿套(6)。

8.根据权利要求7所述的用于近海地区灌注桩成孔施工方法中的伸缩钻头，其特征是，容置腔(61)内设有若干个竖向开设的挡槽(91)，齿轴固定有推块(92)，推块(92)竖向插入挡槽(91)并推动挡槽(91)槽壁以带动齿套(6)旋转。

9.根据权利要求8所述的用于近海地区灌注桩成孔施工方法中的伸缩钻头，其特征是，推块(92)绕主轴(7)的圆周方向均匀布置。

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