CN111364446A - 深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法及其结构 - Google Patents

深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法及其结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及地下连续墙成槽及时领域，具体涉及深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法，包括步骤一、测量定位、修筑导墙；步骤二、先采用护壁套管对上部土层进行护壁，然后采用潜孔锤钻进护壁套管内并向岩层钻进至设计标高，重复上述步骤，钻多个相邻布置的一序引孔；步骤三、采用潜孔锤跟管钻进法在相邻两个一序引孔之间钻二序引孔，所述二序引孔与相邻两个一序引孔连通成槽；步骤四、采用液压抓斗修槽、清槽；步骤五、安装钢筋网片和灌注导管；步骤六、灌注混凝土。本发明的施工方法引孔速度快，且引孔后无需再采用冲击方锤修孔，减少了工序，施工效率更高。

Description

深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法及其结构
技术领域
本发明涉及地下连续墙成槽及时领域，具体涉及深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法及其结构。
背景技术
地下连续墙成槽施工遇到深厚岩层时，一般采用旋挖钻机分序取芯引孔，或采用冲孔桩机十字锤冲击引孔，再采用冲击方锤修孔。旋挖或冲击引孔存在二序孔垂直度控制难，偏孔处理时间长；引孔数量少或引孔偏斜，给方锤冲击修孔带来更大的困难，总体表现为施工进度慢，综合成本高；尤其冲击引孔速度慢，为保持施工进度，一般一幅槽内会开动两台冲击钻机同时引孔或修孔，交叉作业带来较大的安全隐患。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法及其结构，引孔速度快，且引孔后无需再采用冲击方锤修孔，减少了工序，施工效率更高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法，其包括如下步骤：
步骤一、测量定位、修筑导墙；
步骤二、先采用护壁套管对上部土层进行护壁，然后采用潜孔锤钻进护壁套管内并向岩层钻进至设计标高，重复上述步骤，钻多个相邻布置的一序引孔；
步骤三、采用潜孔锤跟管钻进法在相邻两个一序引孔之间钻二序引孔，所述二序引孔与相邻两个一序引孔连通成槽；
步骤四、采用液压抓斗修槽、清槽；
步骤五、安装钢筋网片和灌注导管；
步骤六、灌注混凝土。
其中，步骤二中，采用振动锤夹持护壁套管连续振动，使护壁套管沉入上部土层中进行护壁。
其中，步骤二中，护壁套管到位后，先将潜孔锤提入护壁套管内，再将潜孔锤的钻头向上提离20～30cm，然后开动空压机和钻具上方的回转电机，风压正常后将潜孔锤轻轻放至地面处，开始潜孔锤钻进作业。
其中，所述步骤三具体包括以下步骤：
步骤S3a、对二序引孔进行定位；
步骤S3b、将潜孔锤安装到跟管套管内；
步骤S3c、移动钻机使潜孔锤和跟管套管对准二序引孔的孔位，并再次对桩位、跟管套管的垂直度进行检验，合格后即可开始钻进作业；潜孔锤启动后，先将潜孔锤钻具提离导墙槽底20～30cm，开动空压机，待高风压正常后开始潜孔锤钻进作业；
步骤S3d、当潜孔锤钻进至设计墙底标高位置后，即停止钻进，提出潜孔锤钻具，再采用振动锤将跟管套管拔出。
其中，所述二序引孔的中心点为相邻两个一序引孔中心点连线的中点。
其中，跟管套管的底部直径小于潜孔锤的钻头的顶部直径。
其中，所述一序引孔的直径为810-820mm，所述二序引孔的直径为845-855mm，相邻两个所述一序引孔的间距为190-210mm。
本发明还公开了一种深厚硬岩地下连续墙成槽结构，其采用上述的施工方法施工成型。
本发明的有益效果是：
1、本发明的施工方法成槽速度快，针对现场土层出现的超厚硬岩，采用大直径潜孔锤钻进引孔成槽，根据施工现场应用，潜孔锤在风化岩层中单孔每小时可钻进3～6m，在微风化岩层中单孔每小时可钻进2～3m，是旋挖、冲击成孔的5～10倍速度；同时，采用本施工方法引孔后无需再采用冲击方锤修孔，减少了工序操作，大大提升施工进度；
2、本发明的施工方法成槽质量更好，采用超设计桩径、分序孔小间距、全套管跟管、咬合式引孔，引孔后直径与设计桩径基本一致，跟管钻进确保了钻孔的垂直度，二序引孔采用咬合引孔使得孔壁残留的锯齿状硬岩较少，采用抓斗直接清槽即可满足成槽技术要求，相比旋挖取芯和冲击破岩引孔成槽质量更有保证；
3、本发明的施工方法更加安全可靠，采用潜孔锤钻进引孔作业，无需泥浆循环系统布置、泥浆制作和外运，现场临时道路、设备摆放更加有序，减少了大量的冲孔桩机作业，相应的现场管理环节得到极大的简化，避免了安全隐患，提升了现场安全文明水平；
4、本发明的施工方法综合成本低，本工法采用新颖的超设计桩径、小间距大咬合、套管跟管潜孔锤钻进引孔，一是破岩效率高、引孔速度快，加快了成槽进度；二是相比其它引孔方法减少了大量机械设备投入，无需再配置泥浆循环系统，减少了泥浆制作和废弃泥渣的外运，总体施工综合成本低。
5、本发明的护壁套管采用振动锤夹持振动沉入，利用共振原理，使护壁套管的强迫振动频率与土层颗粒的振动频率一致，土层颗粒产生共振，足够的振动速度和加速度迅速破坏桩和土层间的粘合力，使桩身与土层从压紧状态过渡到瞬间分离状态，沉桩阻力尤其侧面阻力迅速减小，使护壁套管在自重作用下得以下沉到位。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的流程图；
图2是本发明实施例的一序引孔内护壁护筒的示意图；
图3是本发明实施例的一序引孔的分布示意图；
图4是本发明实施例的一序引孔和二序引孔的分布示意图；
图5是本发明实施例的二序引孔终孔后的示意图；
图6是本发明实施例的液压抓斗的示意图。
附图标记说明：1、导墙槽；2、一序引孔；3、二序引孔；4、护壁套管。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法，如图1所示，包括以下施工步骤：
步骤S1、测量定位、修筑导墙；
步骤S2、如图2所示，先采用护壁套管4对上部土层进行护壁，然后采用潜孔锤钻进护壁套管4内并向岩层钻进至设计标高，重复上述步骤，如图3所示，钻多个相邻布置的一序引孔2。
步骤S3、如图4和5所示，采用潜孔锤跟管钻进法在相邻两个一序引孔2之间钻二序引孔3，所述二序引孔3与相邻两个一序引孔2连通成槽；
步骤S4、采用液压抓斗修槽、清槽；
步骤S5、安装钢筋网片和灌注导管；
步骤S6、清理槽底沉渣；
步骤S7、浇灌混凝土。
其中，步骤S1具体包括如下操作步骤：
步骤S1a、根据业主提供的基点、导线和水准点，在场地内设立施工用的测量控制网和水准点；测量工程师按施工图设计对地下连续墙的轴线进行测量定位，使两侧导墙净距中心线与地下连续墙中心线重合。
步骤S1b、采用机械和人工配合，沿地下连续墙的轴线开挖导墙槽1，导墙槽1的宽度为850mm，然后验槽后绑扎钢筋并支模，最后浇筑混凝土。
其中，两侧的导墙的横截面呈“┓┍”型，修筑后的导墙厚度为150～200mm，宽度为0.85m，深度为1.5～2.0m，导墙顶面高出施工地面100mm。
其中，步骤S2具体包括如下操作步骤：
步骤S2a、根据一序引孔2的中心点对护壁套管4的中心点进行定位，使护壁套管4的中心点与一序引孔2的中心点重合；
步骤S2b、采用振动锤夹持护壁套管4连续振动，使护壁套管4沉入上部土层中，直至护壁套管4的底部下沉至岩层顶部，振动锤停止振动；
其中，护壁套管4在下沉时，每一根套管需要连续振动下沉至岩层顶面，不可中途停顿或较长时间的间歇；
步骤S2c、待护壁套管4到位后，先将潜孔锤提入护壁套管4内，再将潜孔锤的钻头向上提离20～30cm，然后开动空压机和钻具上方的回转电机，风压正常后将潜孔锤轻轻放至地面处，开始潜孔锤钻进作业，所述潜孔锤向岩层方向钻进至孔深24m；
步骤S2d、待潜孔锤钻进至设计深度后，提出潜孔锤钻具，移动钻机至下一孔位进行成孔作业；待该幅槽段所有一序孔成孔完毕后，用振动锤将套管拔出。
其中，步骤S2c中，配备3台大风量空压机，每台空压机压力调至1.8MPa，3台空压机总排气量达82m3/min，以有效保证稳定、持续的气压和足够的供风量，为潜孔锤的钻头提供稳定的动力。
其中，潜孔锤在钻进的过程中，应注意在操作平台控制面板进行垂直度自动调节，确保引孔效果；潜孔锤引孔钻进过程中，空压机超大风压将钻渣携出。
其中，所述一序引孔2的直径为816mm，相邻两个一序引孔2的间距为200mm，在本实施例中，需要钻七个一序引孔2。
其中，所述护壁套管4的外径为816mm，壁厚14mm，长12～14m。
其中，所述潜孔锤的钻头采用高频直锤，所述潜孔锤的钻头直径为760mm。
其中，步骤S3包括如下操作步骤：
步骤S3a、对二序引孔3进行定位，二序引孔3的中心点为相邻两个一序引孔2中心点连线的中点；
步骤S3b、将潜孔锤安装到跟管套管内；
步骤S3c、移动钻机使潜孔锤和跟管套管对准二序引孔3的孔位，并再次对桩位、跟管套管的垂直度进行检验，合格后即可开始钻进作业；潜孔锤启动后，先将潜孔锤钻具提离导墙槽1底20～30cm，开动空压机，待高风压正常后开始潜孔锤钻进作业；
步骤S3d、当潜孔锤钻进至设计墙底标高位置后，即停止钻进，提出潜孔锤钻具，再采用振动锤将跟管套管拔出。
其中，所述跟管套管的的外径为816mm，长24m，由两节长度为12m长的套管首尾焊接而成。具体工作时，先将潜孔锤安装到一节12m长的套管内进行钻进作业，待潜孔锤钻进下沉至离孔口1m时，将钻杆和套管接长；此时，将钻机与潜孔锤的钻杆分离，钻机稍稍让出孔口，先将钻杆接长，钻杆接头采用六方键槽套接连接，当上下两节钻杆套接到位后，再插入定位销固定；钻杆接长后，将下一节套管吊起套于已接长的钻杆外，并将上下两节套管对接平齐、焊接好，并加焊加强块进行加强固定。
其中，跟管套管的底部直径小于潜孔锤的钻头的顶部直径，确保潜孔锤钻头引孔时与跟管套管同步钻进。
其中，将潜孔锤吊放入跟管套管内前先对钻头的表面进行清理，确保跟管套管底部与钻头的有效作用。
其中，潜孔锤钻头采用滑块式跟管钻头，在步骤S3c中，当潜孔锤进行钻进作业时，潜孔锤钻头底部的四个均布的钻齿滑块外扩使钻头的直径超出跟管护筒的直径，使最终钻出的二序引孔3的直径为850mm，随着破碎的渣土或岩屑吹出孔外，跟套管紧随潜孔锤下沉，并进行有效护壁。
其中，步骤S3d中，当跟管套管拔出至两节套管对接的位置时，采用氧焊切割焊缝，使跟管套管的两节套管分离开，再采用振动锤起拔孔内的套管。
其中，在本实施例中，需要钻六个二序引孔3。
其中，在步骤S4中，由于一序引孔2和二序引孔3采用的是大直径的潜孔锤钻头、小间距咬合引孔，因此如图5所示，在设计幅宽的槽壁上残留的硬岩齿边少，无需采用冲击方锤修槽，此时采用带截齿的液压抓斗修整槽壁残留齿边，使全断面达到设计尺寸成槽要求，确保槽段钢筋网片顺利安放到位。
其中，如图6所示，带截齿的液压抓斗是将旋挖钻具切割硬岩的截齿镶嵌在液压抓斗四周，截齿的镶嵌角度为36°，发挥其截齿破岩的能力，通过镶嵌在抓斗上的截齿对槽壁的残留齿边进行破除和抓取，大大提升了修槽效率，取得显著的清槽效果。在抓斗抓槽、修槽过程中，控制好压力，当遇到槽壁硬岩齿边时，通过反复张合抓斗，使得硬岩齿边清除。
其中，步骤S5包括如下操作步骤：
采用吊车将钢筋网片吊放入槽内，然后及时下入灌注导管；灌注按要求下入两套导管同时灌注，以满足水下混凝土扩散要求，保证灌注质量；灌注导管下放前，对其进行泌水性试验，确保导管不发生渗漏；导管安装下入密封圈，严格控制底部位置。
其中，步骤S6包括如下操作步骤：
在灌注混凝土前，测量槽底沉渣，如沉渣厚度超过设计要求，则采用气举反循环进行二次清孔，如沉渣厚度未超过设计要求，则直接进行步骤S7。具体的，将导管下放至距沉渣面300～400mm，高压风管下放至深度以气浆混合器至泥浆面距离与孔深之比的0.55～0.65来确定；开始送风时先向孔内送浆，清孔过程中注意补浆量，严防因补浆不足(水头损失)而造成塌孔；当孔底沉渣较厚、块度较大，或沉淀板结时，可适当加大送风量，并摇动导管，以利排渣；随着沉渣的排出，槽底沉渣较少，导管同步下沉跟进，控制好管底口与沉渣面的距离，提高清渣效果。在清渣过程中，同时进行槽段换浆工作，保证泥浆的指标和沉渣满足设计要求；清渣完成后，检测槽段深度、厚度、槽底沉渣硬度、泥浆性能等，并报监理工程师现场验收。
其中，步骤S7包括如下操作步骤：
为保证做好初始灌注达到0.5～1.0m的埋管深度，开始灌注前在导管内放置隔水球胆，并在灌注料斗底口设置隔水盖板；当料斗内混凝土放满时，打开盖板，通过砼自重和隔水球胆将导管内泥浆排净，同时连续浇筑砼。灌注时，两根导管同时下料，并保证导管处的混凝土表面高差不大于0.3m。灌注混凝土过程中，始终保持连续进行；每次导管拆除提升前，采用测绳测量砼面高度，确保导管在混凝土的最小埋深不小于2m。
本发明还公开了一种深厚硬岩地下连续墙成槽结构，其采用上述的施工方法施工成型。
本发明的施工方法具有以下优点：
1、本发明的施工方法成槽速度快，针对现场土层出现的超厚硬岩，采用大直径潜孔锤钻进引孔成槽，根据施工现场应用，潜孔锤在风化岩层中单孔每小时可钻进3～6m，在微风化岩层中单孔每小时可钻进2～3m，是旋挖、冲击成孔的5～10倍速度；同时，采用本施工方法引孔后无需再采用冲击方锤修孔，减少了工序操作，大大提升施工进度；
2、本发明的施工方法成槽质量更好，采用超设计桩径、分序孔小间距、全套管跟管、咬合式引孔，引孔后直径与设计桩径基本一致，跟管钻进确保了钻孔的垂直度，二序引孔3采用咬合引孔使得孔壁残留的锯齿状硬岩较少，采用抓斗直接清槽即可满足成槽技术要求，相比旋挖取芯和冲击破岩引孔成槽质量更有保证；
3、本发明的施工方法更加安全可靠，采用潜孔锤钻进引孔作业，无需泥浆循环系统布置、泥浆制作和外运，现场临时道路、设备摆放更加有序，减少了大量的冲孔桩机作业，相应的现场管理环节得到极大的简化，避免了安全隐患，提升了现场安全文明水平；
4、本发明的施工方法综合成本低，本工法采用新颖的超设计桩径、小间距大咬合、套管跟管潜孔锤钻进引孔，一是破岩效率高、引孔速度快，加快了成槽进度；二是相比其它引孔方法减少了大量机械设备投入，无需再配置泥浆循环系统，减少了泥浆制作和废弃泥渣的外运，总体施工综合成本低。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、测量定位、修筑导墙；
步骤二、先采用护壁套管对上部土层进行护壁，然后采用潜孔锤钻进护壁套管内并向岩层钻进至设计标高，重复上述步骤，钻多个相邻布置的一序引孔；
步骤三、采用潜孔锤跟管钻进法在相邻两个一序引孔之间钻二序引孔，所述二序引孔与相邻两个一序引孔连通成槽；
步骤四、采用液压抓斗修槽、清槽；
步骤五、安装钢筋网片和灌注导管；
步骤六、灌注混凝土。
2.根据权利要求1所述的一种深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法，其特征在于：步骤二中，采用振动锤夹持护壁套管连续振动，使护壁套管沉入上部土层中进行护壁。
3.根据权利要求1所述的一种深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法，其特征在于：步骤二中，护壁套管到位后，先将潜孔锤提入护壁套管内，再将潜孔锤的钻头向上提离20～30cm，然后开动空压机和钻具上方的回转电机，风压正常后将潜孔锤轻轻放至地面处，开始潜孔锤钻进作业。
4.根据权利要求1所述的一种深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法，其特征在于：所述步骤三具体包括以下步骤：
步骤S3a、对二序引孔进行定位；
步骤S3b、将潜孔锤安装到跟管套管内；
步骤S3c、移动钻机使潜孔锤和跟管套管对准二序引孔的孔位，并再次对桩位、跟管套管的垂直度进行检验，合格后即可开始钻进作业；潜孔锤启动后，先将潜孔锤钻具提离导墙槽底20～30cm，开动空压机，待高风压正常后开始潜孔锤钻进作业；
步骤S3d、当潜孔锤钻进至设计墙底标高位置后，即停止钻进，提出潜孔锤钻具，再采用振动锤将跟管套管拔出。
5.根据权利要求4所述的一种深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法，其特征在于：所述二序引孔的中心点为相邻两个一序引孔中心点连线的中点。
6.根据权利要求4所述的一种深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法，其特征在于：跟管套管的底部直径小于潜孔锤的钻头的顶部直径。
7.根据权利要求1所述的一种深厚硬岩地下连续墙成槽施工方法，其特征在于：所述一序引孔的直径为810-820mm，所述二序引孔的直径为845-855mm，相邻两个所述一序引孔的间距为190-210mm。
8.一种深厚硬岩地下连续墙成槽结构，其特征在于：所述深厚硬岩地下连续墙成槽结构采用权利要求1-7任一项所述的施工方法施工成型。
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