CN110410001A - 一种超硬岩层桩基成孔的施工方法 - Google Patents

一种超硬岩层桩基成孔的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超硬岩层桩基成孔的施工方法，针对大直径、超长基桩上部地质中含有片石、岩层、混凝土、钢排桩等特殊物质，而下部地质主要是砂土的情况，使用回旋钻机无法有效钻进，单独使用冲击钻机功效又特别低下，采用冲击钻与回旋钻搭配使用的方法可以有效解决这些特殊地质的施工难题，功效可以提高几倍甚至十几倍，有效缩短了施工时间，施工方案简单便捷，可操作性强，具有很高的时效性和便捷性。

Description

一种超硬岩层桩基成孔的施工方法
技术领域
本发明涉及一种特殊地质条件下大直径超长钻孔灌注桩的施工方法，属于路桥施工技术领域。
背景技术
随着我国交通事业的快速发展，桥梁工程越来越成为国家基础设施建设的重要一环，钻孔灌注桩的应用也越来越普遍，技术也日趋成熟。但是，公路施工的特殊性决定了遇到的地质结构不可能是简单地重复，不同的地区、不同的地段有着不同的特点，实际的的操作方法也有很多，回旋钻、冲击钻、旋挖钻就是有针对性地分别适用于不同的地质结构的工具。但是，一些特殊地区或工程单纯使用一种钻孔工艺，效率非常低下，例如在一些旧桥拆除重建项目上，急需探索一种有效的方法，以解决施工中遇到的特殊问题。八十年代前后，我国跨铁路营运线等干线公路上修建了大量的跨线桥，但是，这些铁路立交桥修建时没有充分预见到我国三十多年改革开放取得的巨大成就以及经济高速发展带来的交通压力，以至于设计等级较低，加上目前公路交通量较大，重载、超载车辆的屡禁不止，对铁路桥梁结构影响较大，给当年修建的跨线桥留下了巨大的安全隐患。结合以人为本、安全第一的国策，我国公路跨线桥势必要进入全面升级改造阶段，拆除重建势在必行。由于是旧桥拆除重建，而且这些旧桥往往跨越我国的部分干线铁路，桥梁位置相对固定，桩基位置也相对位移有限，因此新桥的桩基施工过程中可能会遇到多种复杂的地质情况，给桩基施工带来新的课题。
发明内容
针对上述的问题，本发明的目的在于提供一种超硬岩层桩基成孔的施工方法，能够大大提高特殊地质条件下的钻孔工作效率。现有技术中，在砂土地质中冲击钻进尺相当缓慢，有时一天进尺只有一两米，五十米以上的长桩使用冲击钻往往需要半月甚至二十多天，而使用回旋钻机利用反循环施工工艺钻进在砂土地质中每小时进尺可达五六米甚至更多，五十多米的长桩十小时左右即可完成，工效相差十几倍以上，回旋钻的钻孔费用大大降低，工期大大缩短，更带来了巨大的隐性经济效益，但是在一些特殊地质条件下回旋钻又不能完全解决问题，例如上述提到的几种情况，因此，在上部地质中含有回旋钻无法钻进物质的超长桩基中，利用回旋钻与冲击钻搭配使用，把握好冲击锤砸碎孔内的辅助石块的时机，适时更换为回旋钻，是一种对特殊地质钻孔的行之有效的方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下所描述：
一种超硬岩层桩基成孔的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：用挖掘机挖出护筒基坑，对中埋入钢护筒并加固；
步骤2：用冲击钻机在特殊地层中进行冲击钻进；
步骤3：当完成特殊地层的钻进且辅助钻进的片石或鹅卵石已彻底被击碎后提出钻头，更换回旋钻机，利用反循环施工工艺继续进尺直至成孔。
进一步，步骤1中对中埋入钢护筒时，在钢护筒四周用黏土分层回填并夯实；在软弱地质情况下可以采用水泥土或素混凝土进行加固。
进一步，步骤1和步骤2中遇到钢轨排架时的处理方法如下：
a.拔除上层钢轨排架，对中后埋入钢护筒，用素混凝土对钢护筒四周进行回填加固，将钢护筒和混凝土进行连接处理；
b.在冲击钻头正锥四周加固四根成45°角的合金高碳钢棒，在混凝土强度达到C20后，用冲击钻进行抛石冲击施工，当抛石冲击至钢护筒向上拱起2㎝后，确认桩基外围的淤泥抛石填实加固完成，取出冲击钻头，用气割将45°角的合金高碳钢棒割去，恢复冲击钻头正常状态；
c.当冲击钻进尺到接触第二层钢轨排架时，将直径为20㎝的坚硬鹅卵石投入孔内，利用冲击钻冲击鹅卵石所产生的横向分力向四周冲挤钢轨排架，直至冲击钻将钢轨排架冲击挤压至桩基四周孔壁内。
进一步，步骤1和步骤2中遇到扩孔混凝土或山体岩层侵入桩位上部时的处理方法如下：用20m3强度大于75MPa的坚石作为销刀对侵入桩径内的混凝土或岩层进行冲击切割，当冲击钻进尺到扩孔混凝土侵入层面或山体岩石侵入层面时，填入40㎝厚的坚石，冲击钻冲击进尺。
进一步，步骤2中在钢护筒外侧设立竖直度观测架，发现冲击钻偏位后再次回填40㎝厚的坚石，每个循环进尺小于或等于10㎝，直至冲击锤冲过扩径处。
进一步，步骤3中提出冲击钻钻头更换回旋钻机时，用探孔器进行桩基竖直度检测。
进一步，步骤3中利用回旋钻机进尺遇到板结砂层时，减慢回旋钻进尺速度，利用氢氧化钠作为添加剂投入泥浆池，使得泥浆的PH值达到9～10。
再进一步，步骤3中利用回旋钻机进尺时，在泥浆池中加入膨润土、纤维素，使泥浆的比重保持在1.18～1.2之间，黏度达到24S以上。
本发明的有益效果如下：本发明针对特殊地质条件下的桥梁桩基施工方法，利用冲钻机与回旋钻机的配合使用，明显提高了施工效率，大大缩短了工期，尤其针对跨越铁路营业线的桥梁建设，直接和间接的经济效益非常显著，时效性强，操作简单。
附图说明
图1为原有抛石挤淤处理过的软弱路基上桩基地质剖面图；
图2为桩基中钢轨排架布置图；
图3为铁路道轨示意图；
图4为扩孔混凝土侵入桩基剖面图。
各图附图标记说明：1为鱼塘，2为稻田，3为砂土，4为片石，5为铁路路基，6为铁路道轨，7为板结砂层，8为混凝土，9为新桩位，10为扩孔的旧桩基。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
一种超硬岩层桩基成孔的施工方法，包括以下步骤：
步骤1：用挖掘机挖出护筒基坑，对中埋入钢护筒并加固；
步骤2：用冲击钻机在特殊地层中进行冲击钻进；
步骤3：当完成特殊地层的钻进且辅助钻进的片石或鹅卵石已彻底被击碎后提出钻头，更换回旋钻机，利用反循环施工工艺继续进尺直至成孔。
步骤1中对中埋入钢护筒时，必须保证孔位准确、护筒安装牢固，在钢护筒四周用黏土分层回填并夯实；在软弱地质情况下用水泥土或素混凝土进行加固。
本发明附图中，图1为原有抛石挤淤处理过的软弱路基上桩基地质剖面图，图3为铁路道轨示意图。
如图2所示，步骤1和步骤2中遇到钢轨排架时的处理方法如下：
a.拔除上层钢轨排架，对中后埋入钢护筒，用素混凝土对钢护筒四周进行回填加固，将钢护筒和混凝土进行连接处理；
b.在冲击钻头正锥四周加固四根成45°角的合金高碳钢棒，用于向四周挤压片石，正锥下沿用合金高碳钢棒加固以保证接触到钢轨排桩时不损坏钻头。在混凝土强度达到C20后，用冲击钻进行抛石冲击施工，当抛石冲击至钢护筒向上拱起2㎝后，确认桩基外围的淤泥抛石填实加固完成，取出冲击钻头，用气割将45°角的合金高碳钢棒割去，恢复冲击钻头正常状态；
c.当冲击钻进尺到接触第二层钢轨排架时，将直径为20㎝的坚硬鹅卵石投入孔内，利用冲击钻冲击鹅卵石所产生的横向分力向四周冲挤钢轨排架，直至冲击钻将钢轨排架冲击挤压至桩基四周孔壁内。
如图4所示，步骤1和步骤2中当冲击钻进尺遇到扩孔混凝土或山体岩层侵入桩位上部时的处理方法如下：用20m3强度大于75MPa的坚石作为销刀对侵入桩径内的混凝土或岩层进行冲击切割，当冲击钻进尺到扩孔混凝土侵入层面或山体岩石侵入层面时，填入40㎝厚的坚石，冲击钻冲击进尺。
步骤2中在钢护筒外侧设立竖直度观测架，发现冲击钻偏位后再次回填40㎝厚的坚石，每个循环进尺小于或等于10㎝，直至冲击锤冲过扩径处。
步骤3中提出冲击钻钻头更换回旋钻机时，用探孔器进行桩基竖直度检测。
步骤3中利用回旋钻机进尺遇到板结砂层时，减慢回旋钻进尺速度，利用氢氧化钠作为添加剂投入泥浆池，使得泥浆的PH值达到9～10。
步骤3中利用回旋钻机进尺时，在泥浆池中加入膨润土、纤维素，使泥浆的比重保持在1.18～1.2之间，黏度达到24S以上。
本发明所指的特殊地质条件是指桥梁超长桩基桩位上部地质中含有片石、鹅卵石、扩孔侵入混凝土、山体侵入岩层或其他回旋钻机无法钻进的地质。
在一个实施例中，本发明的施工方法为：
(1)用挖掘机挖出深4米，直径3.5米的护筒基坑，对中埋入长3.0米的钢护筒；
(2)用冲击钻机进行冲击钻进；
(3)当片石已彻底在砂土层中被砸碎后提出钻头，更换回旋钻机，利用回旋钻反循环施工工艺进行进尺直至成孔。
在另一个实施例中，本发明的施工方法如下：
(1)用挖掘机挖出深4.5米，直径3.5米的护筒基坑，拔除上层钢轨排桩，对中后埋入长3.0米的钢护筒，用素混凝土对钢护筒四周进行回填加固，将钢护筒和混凝土进行连接处理；
(2)在混凝土强度达到C20后，用冲击钻进行抛石冲击施工；
(3)为保证片石将桩基外围的淤泥抛石挤密填实，可对冲击钻头进行技术改造，在冲击钻头正锥四周加固四根成45°角的合金高碳钢棒，用于向四周挤压片石，正锥下檐用合金高碳钢棒加固，以保证接触到钢轨排桩时不损坏钻头；
(4)当抛石冲击至钢护筒向上拱起2㎝后，确认抛石挤淤层得到了加固；
(5)取出冲击钻头，用气割将45°角的合金高碳钢棒割去，恢复冲击钻头正常状态；
(6)当冲击钻进尺到6米接触到第二层钢轨排架时，将已备置的直径为20㎝的坚硬鹅卵石投入孔内，利用冲击钻冲击卵石所产生的横向分力向四周冲挤钢轨排架；
(7)利用钢护筒外侧设立的竖直度观测架，随时对冲击过程中的桩径偏位情况进行观测，发现冲击钻偏位后再次回填40㎝厚的鹅卵石，每个循环进尺不超过10㎝，确保桩基的竖直度，周而复始，直至冲击钻将钢轨排架冲击挤压至桩基四周孔壁内；
(8)当冲击钻施工不再有钢音时，钻头基本通过了钢轨排架地层，冲击钻继续进尺，当回填的卵石已在砂层中彻底被击碎，不存在大块儿的石头影响回旋钻施工时，更换为回旋钻机进尺直至成孔。
在另一个实施例中，本发明的施工方法为：
(1)对埋入的钢护筒进行加固；
(2)准备20m3强度超过75MPa的坚石作为销刀对侵入桩径内的混凝土进行冲击切割；
(3)当冲击钻进尺到6m时，填入坚石40㎝，冲击钻冲击进尺；
(4)在钢护筒外侧设立竖直度观测架，随时对冲击过程中的桩径偏位情况进行观测，发现冲击钻偏位后再次回填40㎝厚的坚石，每个循环进尺不超过10㎝，确保桩基的竖直度，周而复始，直至冲击锤冲过扩径处；
(5)当冲击钻能够顺利进尺时，作为扩径混凝土已完全击破的标准；
(6)提出冲击钻用探孔器进行桩基竖直度检测，观测桩径是否放生变化；
(7)冲击锤继续进尺，当片石已彻底在砂土层中被砸碎后，改用回旋钻继续钻进；
(8)在35～43米遇到板结砂层时，减慢回旋钻进尺速度，利用氢氧化钠作为添加剂投入泥浆池，改变泥浆PH值，使得泥浆PH值达到9～10的范围，即可保证水化膜的厚度，提高泥浆的浆体率和稳定性，降低失水量，又可用于软化板结砂层；
(9)调整泥浆稠度，在原有泥浆基础上改善泥浆的性质，在泥浆池中加大膨润土、纤维素投入，使泥浆比重保持在1.18～1.2之间，黏度达到24S以上，提高泥浆的胶体率和稳定性，使砂土层表面形成薄膜而防护孔壁剥落，降低失水量，提高钻孔效率；
(10)当回旋钻进入正常进尺状态后确认已通过板结砂土层，恢复正常钻进至成孔。
本发明的意义及效益：
本发明的意义在于:针对特殊地质条件下的桥梁桩基的施工，利用冲钻机与回旋钻机的配合使用，大大提高了特殊地质情况下的钻孔工作效率。以往在砂土地质中冲击钻进尺相当缓慢，有时一天进尺只有一两米，五十米以上的长桩使用冲击钻往往需要半月甚至二十多天。而使用回旋钻反循环钻进在砂土地质中每小时可达五六米甚至更多，五十多米的长桩十小时左右即可完成，工效相差十几倍以上，回旋钻的钻孔费用大大降低，工期大大缩短，更带来了巨大的隐性经济效益，但是在一些特殊地质条件下回旋钻又不能完全解决问题，例如上述提到的几种情况，因此，在上部地质中含有回旋钻无法钻进的物质的超长桩基中，利用回旋钻与冲击钻搭配使用，把握好冲击锤砸碎孔内的辅助石块的时机，适时更换为回旋钻，是对特殊地质钻孔的一种行之有效的方法。
以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种超硬岩层桩基成孔的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：用挖掘机挖出护筒基坑，对中埋入钢护筒并加固；
步骤2：用冲击钻机在特殊地层中进行冲击钻进；
步骤3：当完成特殊地层的钻进且辅助钻进的片石或鹅卵石已彻底被击碎后提出钻头，更换回旋钻机，利用反循环施工工艺继续进尺直至成孔；步骤1中对中埋入钢护筒时，在钢护筒四周用黏土分层回填并夯实；在软弱地质情况下采用水泥土或素混凝土进行加固。
2.如权利要求1所述的超硬岩层桩基成孔的施工方法，其特征在于,步骤1和步骤2中遇到钢轨排架时的处理方法如下：
a.拔除上层钢轨排架，对中后埋入钢护筒，用素混凝土对钢护筒四周进行回填加固，将钢护筒和混凝土进行连接处理；
b.在冲击钻头正锥四周加固四根成45°角的合金高碳钢棒，在混凝土强度达到C20后，用冲击钻进行抛石冲击施工，当抛石冲击至钢护筒向上拱起2㎝后，确认桩基外围的淤泥抛石填实加固完成，取出冲击钻头，用气割将45°角的合金高碳钢棒割去，恢复冲击钻头正常状态；
c.当冲击钻进尺到接触第二层钢轨排架时，将直径为20㎝的坚硬鹅卵石投入孔内，利用冲击钻冲击鹅卵石所产生的横向分力向四周冲挤钢轨排架，直至冲击钻将钢轨排架冲击挤压至桩基四周孔壁内。
3.如权利要求1所述的超硬岩层桩基成孔的施工方法，其特征在于,步骤1和步骤2中遇到扩孔混凝土或山体岩层侵入桩位上部时的处理方法如下：用20m3强度大于75MPa的坚石作为销刀对侵入桩径内的混凝土或岩层进行冲击切割，当冲击钻进尺到扩孔混凝土侵入层面或山体岩石侵入层面时，填入40㎝厚的坚石，冲击钻冲击进尺。
4.如权利要求3所述的超硬岩层桩基成孔的施工方法，其特征在于,步骤2中在钢护筒外侧设立竖直度观测架，发现冲击钻偏位后再次回填40㎝厚的坚石，每个循环进尺小于或等于10㎝，直至冲击锤冲过扩径处；步骤3中提出冲击钻钻头更换回旋钻机时，用探孔器进行桩基竖直度检测。
5.如权利要求4所述的超硬岩层桩基成孔的施工方法，其特征在于,步骤3中利用回旋钻机进尺遇到板结砂层时，减慢回旋钻进尺速度，利用氢氧化钠作为添加剂投入泥浆池，使得泥浆的PH值达到9～10；步骤3中利用回旋钻机进尺时，在泥浆池中加入膨润土、纤维素，使泥浆的比重保持在1.18～1.2之间，黏度达到24S以上。
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