CN110939161A - 一种大直径嵌岩抗浮锚杆的施工方法及用于该方法中的钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于大直径嵌岩抗浮锚杆的施工方法及用于该方法的钻具。所述施工方法采用深层搅拌桩机，其钻头采用空气潜孔锤，钻杆内着钻杆长度方向将钻杆内腔分隔成输气通道和注浆通道；利用高压缩的空气带动潜孔锤进行钻孔，当钻至孔底的时，保持潜孔锤持续工作，在孔底停留2～4分钟，并通过钻杆内的注浆通道注入化学泥浆，然后向上提升钻杆，并持续注入化学泥浆，待钻杆提升到地面后，将锚杆快速下放进钻孔，然后注入水泥浆将大部分化学泥浆置换出来，待水泥浆初凝后，进行二次劈裂注浆，完成锚杆的嵌入过程。本发明施工简单，并可以解决富水的花岗岩地区大直径嵌岩抗浮锚杆的施工，且施工效率高，成本低，经理合理。
Description
技术领域
本发明涉及工程技术领域，具体是一种用于富水花岗岩地区的直径为220mm的大直径嵌岩抗浮锚杆施工方法及用于该方法中的钻具。
背景技术
随着越来越多的深基坑工程出现，为满足抗浮要求，抗浮锚杆的应用越来越普遍。在地下水丰富的花岗岩地区，施工直径较大
的嵌岩抗浮锚杆，就目前的施工技术而言，难度很大，效率很低，成本很高。原因如下：1、地下水丰富，再加上碎块状强风化花岗岩内基岩裂隙丰富，故在施工过程地下水补给充足，孔内持续有水；2、抗浮锚杆要入中风化基岩，一般采用潜孔锤破岩，但在潜孔锤的气流削切基岩的同时，也会返回来带动地下水扰动孔壁，使得孔壁不稳，产生沉渣过厚，甚至塌孔现象，且钻杆极易被埋；3、要解决2中孔壁扰动情况，目前通常采用全套管钻进，但因钻孔直径较大
需采用宇通或德国宝峨系列锚杆钻机，且需定做套管和夹具；这样虽然能解决塌孔的问题，但因定做的单节套管重量很重，工人操作起来很费力，效率低下，不能满足生产及经济要求。为解决地下水丰富的花岗岩地区施工大直径
抗浮锚杆嵌岩的问题，且经济、高效，发明一种新型的施工技术是很有必要的。
发明内容
本发明根据现有技术的不足提供一种用于富水花岗岩地区的直径220mm的嵌岩大直径抗浮锚杆施工方法及用于该方法中的钻具，该方法可以在基岩中快速成孔，并能够将钻孔底部的沉渣大部分排到孔外，满足抗浮锚杆对抗拔力的要求。
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供的技术方案为：所述一种大直径嵌岩抗浮锚杆施工方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)选用市场上现有的大直径深层搅拌桩机作为大直径抗浮锚杆施工机械，桩机钻杆的直径与待施工的抗浮锚杆直径相匹配，并采用钢板沿着钻杆长度方向将钻杆内腔分隔成两个密封腔体，分别形成输气通道和注浆通道；将搅拌钻头替换为空气潜孔锤，空气潜孔锤与钻杆的输气通道连通，并在钻杆的注浆通道底部设有注浆孔；空气潜孔锤的接头直径与钻杆相匹配，可以直接安装到钻杆上；
(2)采用改性的高分子聚合物为基料的速溶型高分子造浆剂在后台造浆池内配制黏度为25～30s的化学泥浆；并准备好空气压缩机，将空气压缩机与钻杆的压缩气流通道连通，空气压缩机通过软管可以直接连接钻杆顶部的接头上；并将注浆管道与钻杆的注浆通道连通；
(3)场地整理平整后，大直径深层搅拌桩机按照设计要求的位置就位，开启空气压缩机，利用高压缩的空气带动潜孔锤进行钻孔，当钻至孔底的时，保持潜孔锤持续工作，在孔底停留2～4分钟，此时通过钻杆内的注浆通道将步骤(2)中配制好的化学泥浆注入孔中，并在潜孔锤的气流搅动下注入孔内的化学泥浆将孔底沉渣悬浮起来；
(4)在停留时间到达后，向上提升钻杆，并在提升钻杆的过程中持续注入化学泥浆，直到钻杆提升至孔口；
(5)待步骤(4)中的钻杆提升到地面后，利用吊车或者塔吊将制作好的锚杆快速下放进钻孔，然后将后台输浆管换至水泥浆池内进行锚杆的一次注浆，并通过锚杆的一次注浆将大部分化学泥浆置换出来，待水泥浆初凝后，进行二次劈裂注浆，完成锚杆的嵌入过程。
本发明较优的技术方案：所述步骤(1)中使用的大直径深层搅拌桩机的功率55KW，方形钻杆边长为145～155mm，对角边长为210～215mm，钻杆长度根据钻孔深度焊接，确保其钻孔深度达到设计要求；所述大直径深层搅拌桩机具体可以采用型号SP-10A25或5B25的深层搅拌桩机。
本发明较优的技术方案：所述化学泥浆采用市面上直接购买的聚合物化学泥浆，具体可以采用以下品牌的聚合物化学泥浆：可利尔聚合物化学泥浆或奈普顿聚合物化学泥浆；化学泥浆的选取采用可以将孔底的沉渣绝大部分悬浮起来，以保证钻孔底部沉渣满足设计要求的化学泥浆。
本发明较优的技术方案：所述空气压缩机采用21立方的空气压缩机，气压大，可以保证能顺利的切割坚硬的花岗岩。
本发明较优的技术方案：对于在步骤(3)的钻孔过程中和步骤(5)下锚杆过程中顺着钻孔返回地表大量泥浆要及时清理，避免堵塞孔口或再次落入孔内。
本发明较优的技术方案：所述步骤(5)中通过锚杆的一次注浆和二次劈裂注浆均采用水灰比0.49:1的纯水泥浆。
本发明提供的一种用于大直径嵌岩抗浮锚杆施工方法中的钻具，其特征在于：包括钻杆和空气潜孔锤，在钻杆的底部设有空气潜孔锤连接口，空气潜孔锤通过空气潜孔锤连接口与钻杆连接；所述钻杆内腔通过钢板沿着钻杆轴向分隔形成输气通道和注浆通道，且空气潜孔锤连接口置于输气通道的下方；在钻杆的顶部分别设有与输气通道和注浆通道连通的输气管道接口和注浆管道接口，在钻杆底部对应输气通道的位置设有注浆口。
本发明较优的技术方案：所述空气潜孔锤连接口置于钻杆底部中心位置，所述钢板置于偏向注浆通道的一侧，形成的输气通道截面积大于注浆通道的截面积。
本发明较优的技术方案：所述钻杆是由多节中空圆柱形钻杆通过丝扣连接而成，每节中空圆柱形钻杆内腔由隔板沿着轴向分割成两个大小不同的两个腔体，多节中空圆柱形钻杆连接后，每节中空圆柱形钻杆内的钢板位置相同，且每节中空圆柱形钻杆内较小的腔体相互连通形成注浆通道，较大的腔体相同连通形成输气通道。
本发明对对钻杆内部进行改造，将钻杆内部用钢板沿着钻杆长度方向通长分割成两个密封的区域，一个区域作为压缩气流的通道，提供压缩空气。另一个区域作为化学泥浆的通道，当钻至孔底时，通过钻杆内此通道将化学泥浆送至孔内，利用潜孔锤的气流搅动，化学泥浆可以将孔底沉渣悬浮起来。化学泥浆是一种改性的高分子聚合物为基料的速溶型高分子造浆剂，市场上已广泛应用
本发明的有益效果：
(1)本发明采用大直径深层搅拌桩机，在钻进过程中，因钻杆对角边长和钻孔直径接近，故不会发生钻杆被卡，钻孔塌孔的现象；
(2)本发明将搅拌桩钻头替换为空气潜孔锤，使其可以在基岩中快速成孔。
(3)将钻杆进行改造，使其可以同时输气和输浆，可以将钻孔底部的沉渣大部分排到孔外，满足抗浮锚杆对抗拔力的要求。
(4)选用化学泥浆，其化学泥浆不会凝固，化学泥浆的黏度保持在30s左右，对锚杆与孔壁间的摩擦力无副作用，不会降低抗浮锚杆的抗拔力；而且化学泥浆密度小，一次注浆时可以将绝大部分化学泥浆置换出来。
本发明施工简单，并可以解决富水的花岗岩地区大直径嵌岩抗浮锚杆的施工，且施工效率高，成本低，经理合理。
附图说明
图1是本发明钻杆剖面图；
图2是本发明钻杆与潜孔锤连接示意图
图3是本发明的钻杆顶部示意图。
图中：1—钻杆，2—隔板，3—输气通道，4—注浆通道，5—注浆管，6—输气管，7-空气潜孔锤，8-空气潜孔锤接口，9—注浆口。
具体实施方法
下面结合附图对本发明作进一步说明。如图1至图3所示，本发明中所述用于大直径嵌岩抗浮锚杆施工方法中的钻具，具体包括钻杆1和空气潜孔锤7，在钻杆1的底部设有空气潜孔锤连接口8，空气潜孔锤7通过空气潜孔锤连接口8与钻杆1连接；所述钻杆1内腔通过钢板2沿着钻杆轴向分隔形成输气通道3和注浆通道4，且空气潜孔锤连接口8置于输气通道3的下方；在钻杆1的顶部分别设有与输气通道3和注浆通道4连通的输气管道接口3-1和注浆管道接口4-1，在钻杆1底部对应输气通道3的位置设有注浆口9。所述空气潜孔锤连接口8置于钻杆1底部中心位置，所述钢板2置于偏向注浆通道4的一侧，形成的输气通道3截面积大于注浆通道4的截面积。所述钻杆1是由多节中空圆柱形钻杆通过丝扣连接而成，每节中空圆柱形钻杆内腔由隔板沿着轴向分割成两个大小不同的两个腔体，多节中空圆柱形钻杆连接后，每节中空圆柱形钻杆内的钢板位置相同，且每节中空圆柱形钻杆内较小的腔体相互连通形成注浆通道4，较大的腔体相同连通形成输气通道3。
下面结合实施例对本发明作进一步说明，将本发明中方法用于富水花岗岩地区，其具体实施例为平潭太谷城项目地下室抗浮锚杆工程实践案例，该项目占地约37亩，有地下室三层，只有两个塔楼，其他全部是裙房，地下水水位很高，约为0.5m。基坑底部向下的地层为：残积土厚约10m；砂土状强风化厚约5m，碎块状强风化厚约3m，以下为基岩。一般的方法无法施工抗浮锚杆，于是采用本发明中所述的抗浮锚杆施工方法进行施工直径220mm的嵌岩大直径抗浮锚杆；
(1)选用市场上型号SP-10A25或5B25的深层搅拌桩机作为大直径抗浮锚杆施工机械，该施工中使用功率55KW的大直径深层搅拌桩机，钻杆采用改进后的方形钻杆，去方形钻杆的方形边长为145～155mm，对角边长为210～215mm，钻杆长度根据钻孔深度焊接，确保其钻孔深度达到设计要求，并采用钢板沿着钻杆长度方向将钻杆内腔分隔成两个腔体，分别形成输气通道和注浆通道；将搅拌钻头替换为空气潜孔锤，空气潜孔锤与钻杆的输气通道连通，并在钻杆的注浆通道底部设有注浆孔；
(2)采用可利尔聚合物化学泥浆或奈普顿聚合物化学泥浆在后台造浆池内配制黏度为30s的化学泥浆；并配21立方的空气压缩机，将空气压缩机的输气管与钻杆的输气通道连通，并将注浆管道与钻杆的注浆通道连通；
(3)场地整理平整后，大直径深层搅拌桩机按照设计要求的位置就位，开启空气压缩机，利用高压缩的空气带动潜孔锤进行钻孔，钻探过程中，会有大量的泥浆顺着钻孔返回地表，要进行及时清理，以免堵塞孔口或再次落入孔内，当钻至孔底的时，保持潜孔锤持续工作，在孔底停留3分钟，此时通过钻杆内的注浆通道将步骤(2)中配制好的化学泥浆注入钻孔中，并在潜孔锤的气流搅动下注入孔内的化学泥浆将钻孔底沉渣悬浮起来；
(4)在停留时间到达后，向上提升钻杆，并在提升钻杆的过程中持续注入化学泥浆，直到钻杆提升至孔口；
(5)待步骤(4)中的钻杆提升到地面后，利用吊车或者塔吊将制作好的锚杆快速下放进钻孔，然后将后台输浆管换至水泥浆池内进行锚杆的一次注浆，并通过锚杆的一次注浆将大部分化学泥浆置换出来，待水泥浆初凝后，进行二次劈裂注浆，完成锚杆的嵌入过程；所述一次注浆和二次劈裂注浆均采用水灰比0.49:1的纯水泥浆。
平潭太谷城项目地下室抗浮锚杆工程按此施工技术施工，非常成功，通过后期的抽检试验，抗拔承载力均满足设计要求。
Claims (9)
1.一种大直径嵌岩抗浮锚杆的施工方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)选用市场上现有的大直径深层搅拌桩机作为大直径抗浮锚杆施工机械，桩机钻杆的直径与待施工的抗浮锚杆直径相匹配，并采用钢板沿着钻杆长度方向将钻杆内腔分隔成两个腔体，分别形成输气通道和注浆通道；将搅拌钻头替换为空气潜孔锤，空气潜孔锤与钻杆的输气通道连通，并在钻杆的注浆通道底部设有注浆孔；
(2)采用改性的高分子聚合物为基料的速溶型高分子造浆剂在后台造浆池内配制黏度为25～30s的化学泥浆；并准备好空气压缩机，将空气压缩机的输气管与钻杆的输气通道连通，并将注浆管道与钻杆的注浆通道连通；
(3)场地整理平整后，大直径深层搅拌桩机按照设计要求的位置就位，开启空气压缩机，利用高压缩的空气带动潜孔锤进行钻孔，当钻至孔底的时，保持潜孔锤持续工作，在孔底停留2～4分钟，此时通过钻杆内的注浆通道将步骤(2)中配制好的化学泥浆注入钻孔中，并在潜孔锤的气流搅动下注入孔内的化学泥浆将钻孔底沉渣悬浮起来；
(4)在停留时间到达后，向上提升钻杆，并在提升钻杆的过程中持续注入化学泥浆，直到钻杆提升至孔口；
(5)待步骤(4)中的钻杆提升到地面后，利用吊车或者塔吊将制作好的锚杆快速下放进钻孔，然后将后台输浆管换至水泥浆池内进行锚杆的一次注浆，并通过锚杆的一次注浆将大部分化学泥浆置换出来，待水泥浆初凝后，进行二次劈裂注浆，完成锚杆的嵌入过程。
2.根据权利要求1所述一种大直径嵌岩抗浮锚杆的施工方法，其特征在于：所述步骤(1)中使用的大直径深层搅拌桩机的功率55KW，方形钻杆边长为145～155mm，对角边长为210～215mm，钻杆长度根据钻孔深度焊接，确保其钻孔深度达到设计要求。
3.根据权利要求1所述一种大直径嵌岩抗浮锚杆的施工方法，其特征在于：所述化学泥浆采用可利尔聚合物化学泥浆或奈普顿聚合物化学泥浆。
4.根据权利要求1所述一种大直径嵌岩抗浮锚杆的施工方法，其特征在于：所述空气压缩机采用21立方的空气压缩机。
5.根据权利要求1所述一种大直径嵌岩抗浮锚杆的施工方法，其特征在于：对于在步骤(3)的钻孔过程中和步骤(5)下锚杆过程中顺着钻孔返回地表大量泥浆要及时清理，避免堵塞孔口或再次落入孔内。
6.根据权利要求1所述一种大直径嵌岩抗浮锚杆的施工方法，其特征在于：所述步骤(5)中通过锚杆的一次注浆和二次劈裂注浆均采用水灰比0.49:1的纯水泥浆。
7.一种用于权利要求1至6任意一项中的大直径嵌岩抗浮锚杆施工方法中的钻具，其特征在于：包括钻杆(1)和空气潜孔锤(7)，在钻杆(1)的底部设有空气潜孔锤连接口(8)，空气潜孔锤(7)通过空气潜孔锤连接口(8)与钻杆(1)连接；所述钻杆(1)内腔通过钢板(2)沿着钻杆轴向分隔形成输气通道(3)和注浆通道(4)，且空气潜孔锤连接口(8)置于输气通道(3)的下方；在钻杆(1)的顶部分别设有与输气通道(3)和注浆通道(4)连通的输气管道接口(3-1)和注浆管道接口(4-1)，在钻杆(1)底部对应输气通道(3)的位置设有注浆口(9)。
8.一种用于大直径嵌岩抗浮锚杆施工方法中的钻具，其特征在于：所述空气潜孔锤连接口(8)置于钻杆(1)底部中心位置，所述钢板(2)置于偏向注浆通道(4)的一侧，形成的输气通道(3)截面积大于注浆通道(4)的截面积。
9.一种用于大直径嵌岩抗浮锚杆施工方法中的钻具，其特征在于：所述钻杆(1)是由多节中空圆柱形钻杆通过丝扣连接而成，每节中空圆柱形钻杆内腔由隔板沿着轴向分割成两个大小不同的两个腔体，多节中空圆柱形钻杆连接后，每节中空圆柱形钻杆内的钢板位置相同，且每节中空圆柱形钻杆内较小的腔体相互连通形成注浆通道(4)，较大的腔体相同连通形成输气通道(3)。
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