CN109667266A - 自钻大直径管桩的施工方法、装置及其配套的专用管桩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自钻大直径管桩的施工方法、装置及其配套的专用管桩，涉及管桩打入技术领域，包括以下步骤：将环形管桩安装到钻机上，确定环形管桩的打入位置；在环形管桩旋转钻进地层形成环形破碎区的同时，泵送泥浆，使泥浆从环形管桩内腔的环形破碎区域注入后经环形管桩的钻齿流向环形管桩外壁的环形破碎区域并携带地层钻渣流出；环形管桩钻至目标深度后，停止泵送泥浆，注浆加固；将环形管桩和钻机分离。本发明的有益效果是，本发明能够可在松散小卵石层、密实砂层、黏土层，珊瑚礁等较硬地层中高效施工,具有高效率、高质量、高安全的实施大直径管桩；可有效避免静压、锤击等暴力施工造成的预制管桩损伤等。

Description

自钻大直径管桩的施工方法、装置及其配套的专用管桩
技术领域
本发明涉及管桩打入技术领域，特别是一种自钻大直径管桩的施工方法、装置及其配套的专用管桩。
背景技术
随着我国经济的快速发展，各类建筑物建设方兴未艾。预制管桩广泛应用于各类桩基及地基处理工程中。尤其近年来海洋岛礁工程的开展，大直径管桩对于岛礁基础具有显而易见的加固效果。随着桩型及施工环境的多样化，国内业内对预制管桩桩型改进及其施工工法的创新层出不穷。当前在实际工程中主要的桩基础施工方法有：
锤击法：桩基施工中采用最广泛的一种沉桩方法。以锤的冲击能量克服土对桩的阻力，使桩沉到预定深度。一般适用于硬塑、软塑粘性土。用于砂土或碎石土有困难时，可辅以钻孔法及水冲法。常用桩锤有蒸汽锤、柴油锤。
振动法：振动法沉桩是以大功率的电动激振器产生频率为700～900次/分钟的振动，克服土对桩的阻力,使桩沉入土中。一般适用于砂土中沉入钢板桩，亦可辅以水冲法沉入预制钢筋混凝土管桩。用于振动沉桩的振动机的常用规格为20吨及40吨。目前，使用高频率达10000次/分钟的沉桩机头，震动与噪声小，沉桩速度快。
压入法：压入法沉桩具有无噪声、无震动、成本低等优点,常用压桩机有80吨及120吨两种。压桩需借助设备自重及配重，经过传动机构加压把桩压入土中，故仅用于软土地基。
射水法：锤击、振动两种沉桩方法的辅助方法。施工时利用高压水泵，产生高速射流，破坏或减小土的阻力，使锤击或振动更易将桩沉入土中。射水法多适用于砂土或碎石土中，使用时需控制水冲深度。
随着工程的需要，大直径管桩越发适合实际工程需求，但当前各类大直径管桩的施工也存在多方面技术难题：
(1)现有管桩施工工艺不能完成大直径管桩的高效施工
现有静压、锤击等施工工艺在直径600mm以下预制桩施工中较为常见，限于设备体量、桩身强度、施工难度等原因，传统预制桩施工工艺不能有效完成直径800mm以上预制桩施工。
(2)在黏土、密实砂层等较硬地层施工难度较大
传统静压、锤击等施工工艺采用挤土施工工法，在黏土、密实砂层等较硬地层施工难度较大。
(3)随管钻进、旋喷搅拌加劲桩等预制桩植入工法工艺复杂、效率较低
现有预制桩植入工法多引进日本工艺，无论设备体量还是工艺复杂性上皆不适应国内施工，所以亟需一种新型的大直径管桩施工技术来填补当前工程上的空白。
发明内容
本发明的目的是为了提高大直径管桩的施工效率，降低在黏土、密实砂层等较硬地层施工难度，提高打桩效率，设计了一种自钻大直径管桩的施工方法、装置及其配套的专用管桩。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种自钻大直径管桩的施工方法，包括以下步骤：
A：将环形管桩安装到钻机上，确定环形管桩的打入位置；
B：在环形管桩旋转钻进地层形成环形破碎区的同时，泵送泥浆，使泥浆从环形管桩内腔的环形破碎区域注入后经环形管桩的钻齿流向环形管桩外壁的环形破碎区域并携带地层钻渣流出；
C：环形管桩钻至目标深度后，停止泵送泥浆，注浆加固；
D：将环形管桩和钻机分离。
进一步的，所述步骤C中注浆加固的步骤是：泵送水泥浆，其中，水泥浆泵送路径与泥浆相同，待环形破碎区域的外侧孔口溢出水泥浆后停止泵送水泥浆。
进一步的，所述步骤D后还有一步，分离环形管桩和钻机，移动钻机，然后依次重复上述步骤。
进一步的，所述步骤B中，将带有钻渣的泥浆收集到沉淀池，经沉浆池沉淀净化后，再循环使用泥浆。
一种自钻大直径管桩专用钻机设备，包括运送支架，还包括：长螺旋装置，悬挂于所述运送支架上；动力钻头，上下旋转活动于所述长螺旋装置上，用于安装环形管桩并将其打入地层；泵送弯管，设置在所述动力钻头上，用于向安装在所述长螺旋装置上的环形管桩注浆。
进一步的，还包括设有内腔的管桩连接器，安装于所述动力钻头的下方，用于将环形管桩连接到所述动力钻头上，其内腔贯通所述泵送弯管和环形管桩的内腔。
一种自钻大直径管桩专用钻机设备的专用环形管桩，包括：带有贯通腔的桩体，其顶端安装于动力钻头上，其套设在所述长螺旋装置上，其内腔与所述泵送弯管连通；钻齿，设置在所述桩体的底端，用于破碎和钻进地层。
进一步的，所述钻齿为铣齿、截齿、斗齿中的一种。
本发明的有益效果：
(1)本发明能够可在松散小卵石层、密实砂层、黏土层，珊瑚礁等较硬地层中高效施工,具有高效率、高质量、高安全的实施大直径管桩。
(2)本发明为大直径管桩的非挤土桩施工工艺，环境污染低，具有明显的环境效益。
(3)本发明可有效避免静压、锤击等暴力施工造成的预制管桩损伤等。
(4)本发明结合注浆工艺，将土柱以及岩柱保留与管桩胶结，可以大幅度提高桩基础的各项承载力，通过相关试验数据表明其竖向承载力较普通管桩可提高300％-450％。
附图说明
图1是本申请自钻大直径管桩专用钻机设备的结构示意图；
图2是本申请钻机设备的使用状态图；
图3是本申请环形管桩的俯视结构示意图；
图4是本申请正循环清渣的泵送路径图。
以上各图中，1、运送支架；2、动力钻头；3、泵送弯管；4、管桩连接器；5、桩体；6、钻齿；7、长螺旋装置。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
本申请提供了一种自钻大直径管桩的施工方法，针对该方法提供了一种自钻大直径管桩专用钻机设备及其专用环形管桩。下面将分别进行描述。
一种自钻大直径管桩的施工方法，其主要思路是：确定打桩位置，将专用大直径环形管桩安装在钻机上，钻机定位后，钻机带动环形管桩钻进，钻机带动环形管桩旋转。由于环形管桩尖内外均设置钻齿，在环形管桩钻进的旋转过程中，钻齿会破碎管壁内外的土体或者岩体，在管壁内外均会形成环形破碎区，在环形破碎进桩过程中在管桩中心会形成土柱或岩柱，土柱或岩柱保留。该方法适应于沙砾、粘土、碎石等各种地基的岩土工程。具体包括以下步骤：
A：将环形管桩安装到钻机上，确定环形管桩的打入位置。
B：如图4所示，在环形管桩旋转钻进地层形成环形破碎区的同时，利用动力泵以高压从沉淀池中输进泥浆，使泥浆从环形管桩内腔的环形破碎区域注入后经环形管桩的钻齿流向环形管桩外壁的环形破碎区域并携带地层钻渣流出。本步骤为正循环清渣，钻齿7在旋转时将地层搅松成为钻渣，钻渣被泥浆悬浮，随泥浆上升而溢出，从而提高清渣效果和节省时间。另外，本步骤中，将带有钻渣的泥浆收集到沉淀池，经沉浆池沉淀净化后，再循环使用泥浆，提高泥浆的使用率，降低生产成本。
C：环形管桩钻至目标深度后，停止泵送泥浆，注浆加固。该注浆加固的步骤是泵送水泥浆，其中，水泥浆泵送路径与泥浆相同，待环形破碎区域的外侧孔口溢出水泥浆后停止泵送水泥浆。水泥浆将环形管桩和环形管桩内的土柱或者岩柱两者充分胶结加固，大幅度提高桩基础的各项承载力。
D：将环形管桩和钻机分离。
在上述步骤操作之后，分离环形管桩和钻机，移动钻机，然后依次重复上述步骤，进行下一根桩的施工。
针对上述方法，本申请提供了一种自钻大直径管桩专用钻机设备，如图1至图3所示，包括运送支架1，该运送支架1的作用是将对环形管桩进行定位和支撑其它各个部件。长螺旋装置7悬挂于运送支架1上，其长度大于环形管桩的打入深度，其主体部分为螺杆设计。
动力钻头2采用后插筋工艺长螺旋主机，主要为专用大直径管桩入桩过程提供旋转动力，动力钻头2设置在长螺旋装置7上，当动力钻头2在长螺旋装置7上旋转时，其会产生上下运动，从而产生将环形管桩打入地层的钻地力。
泵送弯管3设置在动力钻头2上，该泵送弯管3的内腔与安装在长螺旋装置7上环形管桩的内腔连通，从而实现向环形管桩注浆的功能。
为了将便于将环形管桩安装到动力钻头2上，设计了有内腔的管桩连接器4，该管桩连接器4为一外螺纹装置，便于与专用大直径环形管桩相连接，以便传递钻机扭矩；该管桩连接器4焊接于动力钻头2底部，可随动力钻头2一同旋转。该管桩连接器4的内腔贯通泵送弯管3和环形管桩的内腔。
为实现本申请环形固定的方法，上述自钻大直径管桩专用钻机设备需要配备专用的环形管桩，该环形管桩包括桩体5，该桩体5具有贯通腔，其顶端安装于动力钻头2上，其套设在长螺旋装置7上，即桩体5的贯通腔和长螺旋装置7有一定的间隙，用于注浆。此处，动力钻头2的旋转方向应和专用大直径环形管桩与专用管桩连接器4的螺纹拧紧方向相同，以防专用大直径环形管桩脱落。该贯通腔与泵送弯管3连通，方便浆液注入。泵送弯管3和泵送设备连接，该泵送设备是为满足钻进过程中正循环泵送泥浆及钻进完成后泵送水泥浆的泵送的要求。
在桩体5的底端设有钻齿6，钻齿6为铣齿、截齿、斗齿中的一种，用于破碎和钻进地层。另外，钻齿6外齿应有一定的外撇角度，以便环形管桩可在钻机扭矩作用下钻进地层。
以上参考了优选实施例对本发明进行了描述，但本发明的保护范围并不限制于此，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，且不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。因此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自钻大直径管桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A：将环形管桩安装到钻机上，确定环形管桩的打入位置；
B：在环形管桩旋转钻进地层形成环形破碎区的同时，泵送泥浆，使泥浆从环形管桩内腔的环形破碎区域注入后经环形管桩的钻齿流向环形管桩外壁的环形破碎区域并携带地层钻渣流出；
C：环形管桩钻至目标深度后，停止泵送泥浆，注浆加固；
D：将环形管桩和钻机分离。
2.根据权利要求1所述的自钻大直径管桩的施工方法，其特征在于，所述步骤C中注浆加固的步骤是：泵送水泥浆，其中，水泥浆泵送路径与泥浆相同，待环形破碎区域的外侧孔口溢出水泥浆后停止泵送水泥浆。
3.根据权利要求1所述的自钻大直径管桩的施工方法，其特征在于，所述步骤D后还有一步，分离环形管桩和钻机，移动钻机，然后依次重复上述步骤。
4.根据权利要求1所述的自钻大直径管桩的施工方法，其特征在于，所述步骤B中，将带有钻渣的泥浆收集到沉淀池，经沉浆池沉淀净化后，再循环使用泥浆。
5.一种自钻大直径管桩专用钻机设备，包括运送支架(1)，其特征在于，还包括：
长螺旋装置(7)，悬挂于所述运送支架(1)上；
动力钻头(2)，上下旋转活动于所述长螺旋装置(7)上，用于安装环形管桩并将其打入地层；
泵送弯管(3)，设置在所述动力钻头(2)上，用于向安装在所述长螺旋装置(7)上的环形管桩注浆。
6.根据权利要求5所述的自钻大直径管桩专用钻机设备，还包括：
设有内腔的管桩连接器(4)，安装于所述动力钻头(2)的下方，用于将环形管桩连接到所述动力钻头(2)上，其内腔贯通所述泵送弯管(3)和环形管桩的内腔。
7.一种权利要求5所述的自钻大直径管桩专用钻机设备的专用环形管桩，其特征在于，包括：
带有贯通腔的桩体(5)，其顶端安装于动力钻头(2)上，其套设在所述长螺旋装置(7)上，其内腔与所述泵送弯管(3)连通；
钻齿(6)，设置在所述桩体(5)的底端，用于破碎和钻进地层。
8.根据权利要求7所述的专用环形管桩，其特征在于，所述钻齿(6)为铣齿、截齿、斗齿中的一种。
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