CN111594041A - 一种岩溶地质下大直径深孔桩基的快速成孔施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩溶地质下大直径深孔桩基的快速成孔施工方法，由“旋挖钻+反循环冲击钻”组合接力钻孔，由旋挖钻快速进行覆盖层的钻孔施工，当钻至溶岩地质层时换用反循环冲击钻进行接力施工。这种组合施工工艺充分发挥了2种钻机在不同地质和孔深情况下的优势，进行了优势互补，提高了岩溶地质下的大直径深孔桩基的施工效率和经济效益。本发明将单一钻孔设备钻孔转化为两种不同钻孔设备组合式钻孔，在保证桩基成孔质量情况下，大大加快了桩基础的施工进度，同时更加环保，有利于文明施工，减少了人员、机械设备的投入，产生了较好的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程桩基结构的施工方法，尤其是涉及一种岩溶地质下大直径深孔桩基的快速成孔施工方法。
背景技术
随着我国经济和社会的快速发展，基础设施建设规模也在不断增大。作为桥梁工程的重要基础结构，桩基的施工显得尤为重要，传统的岩溶地质下大直径深孔桩基的成孔施工是采用正循环冲击钻成孔工艺，但由于正循环冲击钻通过泥浆正循环排渣，排渣效率低下，加之是利用单根钢丝绳提引钻头作上下冲击运动的成孔方式，在以粘土淤泥为主的覆盖层中钻进困难、效率低下。当在岩溶地质层中钻进时遇到溶洞容易出现斜孔、掉钻、卡钻等事故，严重影响工程进度，且正循环冲击钻有效钻进孔深不宜大于70m，存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能极大提高岩溶地质下大直径深孔桩基的成孔施工效率和安全性的快速成孔施工方法。
本发明的目是这样实现的：
一种岩溶地质下大直径深孔桩基的快速成孔施工方法，特征是：“旋挖钻+反循环冲击钻”组合接力钻孔，由旋挖钻快速进行覆盖层的钻孔施工，当钻至溶岩地质层时换用反循环冲击钻进行接力施工。具体步骤如下：
A.旋挖钻开钻前检查；
开始前检查：旋挖钻就位前，所有零部件须检查及整修，旋挖钻的钻头直径必须满足钻孔要求，底座平整牢固保证安装后稳定可靠；由于旋挖钻自重大，工作时荷载较大，要求旋挖钻就位时尽量避开平台受力薄弱点，加大施工安全系数；旋挖钻就位后根据测量放样中心点对旋挖钻的钻头位置进行校正；
B.旋挖钻覆盖层钻进：
先由旋挖钻就位到桩位，下放钻杆将桶式钻头置放到桩基孔内，钻机旋转动力装置为钻杆提供扭矩，加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆、钻头，钻头回转破碎覆盖层的土类地质，采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，直接将破碎土装入钻头内，然后再由钻机提升装置和钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度；
C. 更换成反循环冲击钻：
旋挖钻移位：旋挖钻行走机动、灵活，在完成覆盖层钻进后，自动快速移至下一根桩进行覆盖层施工；
反循环冲击钻就位：用85T履带吊吊运反循环冲击钻至已完成覆盖层施工的桩基孔的孔位，进行岩溶地质层的钻进；复钻前，反循环冲击钻要保持平稳，不发生倾斜、位移，反循环冲击钻的下部要用方木垫平，塞牢；
D、反循环冲击钻钻进成孔：
反循环冲击钻由机架、传动机构、走行系统、冲击机构、反循环排渣系统构成，其中冲击机构由钢丝绳和冲击钻头构成；通过传动机构驱动冲击机构上下冲击运动，形成瞬时冲击力破碎岩土，同时在冲击机构做上下冲击运动时，反循环排渣系统利用空气的抽吸作用，在大气压力做功下，将泥浆与岩土钻渣吸入反循环排渣系统的导管内，排入泥浆池内；
①、在钻进过程中扶正锤头用小冲程低锤密击，同时保证泥浆的供给，使孔内浆液稳定,当钻基岩时应低锤密击或间断冲击，以免偏斜；如发现钻孔偏斜，立即回填片石至片孔处上0.3～0.5m，重新钻进；
②、遇溶腔里的弧石时，适当抛填硬度相似的片石，采用重锤冲击，或中低冲程交替冲击，将大弧石击碎挤入孔壁；遇起伏不平的岩面和溶洞底板时，不可盲目采用大冲程穿过，需回填黄土和片石，将孔底填平，用小冲程反复冲捣，慢慢穿过，待穿过该层后，再进行正常冲击；
③、在穿透溶洞顶板时，要用小冲程反复冲击，慢慢击穿岩层，不可猛冲快进；如遇漏浆，可回填片石和黄土并立即加水利用钻头冲击将粘土块和片石挤入溶洞及其裂隙中形成一个封闭的环形壁，继续冲击钻进；若遇溶洞规模较大，可采用添加了速凝剂的C20混凝土或水泥砂浆封堵；封堵时向导管灌注混凝土到溶洞顶板以上1.0 m处，上部回填黄土并注入冲洗液至孔口，待混凝土初凝后继续钻进；或采用内护筒跟进的办法穿过溶洞继续钻进成孔；
④、准确控制松绳长度，避免打空锤和钢丝绳承受过大的意外荷载而遭受破坏；不宜用高冲程，以免扰动孔壁，引起坍孔、扩孔或卡钻事故；经常检查钢丝绳和冲击钻头的磨损情况卡扣松紧程度、转向装置是否灵活，以提高钻进效率和防止卡钻等事故；如磨损较大，切削角不符合要求时要及时更换修理。
本发明采用“旋挖钻+反循环冲击钻”组合接力成孔工艺进行岩溶地质下大直径深孔桩基钻孔施工，首先由旋挖钻快速进行覆盖层（淤泥和土类地质）的钻孔施工，当钻至岩溶区域时换用反循环冲击钻进行接力施工，这样充分发挥了两种钻机在不同地质和孔深情况下的优势，进行了优势互补，即：旋挖钻在粉质粘土、淤泥等土层钻进速度快和效率高、成孔精度好且钻机移动方便等优势，同时避开了旋挖钻在岩层以及孔深超过80m的时钻进困难，效率低下等问题，而反循环冲击钻是一种将传统钢丝绳冲击钻进方法和反循环连续排渣技术相结合的新型大口径钻孔施工设备，在深岩溶地质下相对于别的钻机，具有成孔效率高、安全系数高等优势。本发明将单一钻孔设备钻孔转化为两种不同钻孔设备组合式钻孔，在保证桩基成孔质量情况下，大大加快了桩基础的施工进度，同时更加环保，有利于文明施工，减少了人员、机械设备的投入，提高了施工效率和经济效益。在旋挖钻和正循环冲击钻钻孔施工具有较大局限性的深岩溶地质区域可以较好的适用。
本发明的有益效果在于：
1.成桩速度快、效率高：旋挖钻在覆盖层中每天钻孔深度可达60m~70m左右，相对于别的钻机在覆盖层中具有成孔速度快、成孔质量好等优势，且泥浆用量比较少，有利于环保和快速化施工；在旋挖钻钻进困难的深岩溶地质换用反循环冲击钻进行接力施工，由于反循环冲击钻带有回旋的功能，能在冲击处形成小平面，同时泵吸反循环排渣效率更高效，冲击机构每次能冲击到新鲜岩面，加之反循环冲击钻操作简便，提升速度快，处理溶洞漏浆事故时效率高，可以大大减少漏浆处理时间，在深岩溶地质的钻孔效率比别的钻机更高效；
2.更经济、更环保：由于旋挖钻采用的是桶式钻头钻孔施工时直接将钻渣整桶提出，钻渣中泥浆少，可减少制备泥浆的损失、减少钻渣运输过程中对周边环境的污染，加上旋挖钻自动化程度高，施工人员投入少，在完成一根桩基覆盖层钻进施工后可自行移动至下一根桩基，不需要吊机等机械的配合，减少了其他机械设备的占用时间，减少了施工成本；旋挖钻在桩基覆盖层钻进较别的钻机具有显著的环保及经济效果；
3.有利于判断地层变化位置，校正地质情况：钻孔桩覆盖层用旋挖钻钻孔，可以通过钻取的渣样准确的判断地质情况，特别是不同地层的变化位置；为控制钻进速度提供了依据，可以较好地避免因地层变化位置判断不准确，造成的桩基扩孔、缩径等情况；同时可以与勘探地质图进行比对，校正地质情况，为后续反循环冲击钻施工提供参考；
4.可以有效减少孔内事故的发生：旋挖钻自动化程度高，在孔壁较脆弱的覆盖层可以较均匀的速度进行钻进取渣，相比回旋钻机和冲击钻，旋挖钻的振动小，对桩基孔壁的扰动小，对泥浆的性能要求低于回转钻和冲击钻，可以极大减少塌孔的风险，为后续反循环冲击钻的施工提供了较好的条件；而在岩溶地质钻孔时由于反循环冲击钻采用2根钢丝绳牵引钻头，即使遇到溶洞孤石或半岩半虚的情况卡钻时，磨损钢丝绳，导致钢丝绳断裂，而此时仅仅是一根绳先断，反循环冲击钻的自动控制系统将会停止冲孔，可以有效地避免溶洞地质的掉钻和卡钻问题；且反循环冲击钻可以通过传动机构的自动调整使2根钢丝绳受力相等，面对溶洞倾斜岩面和孤石比传统的单根钢丝绳提引的冲击钻更能保持冲锤平衡，可以有效地避免斜孔问题；
5. 成桩质量高：在覆盖层中旋挖钻由于钻头的结构特点可以整体取钻渣，减少了细小颗粒物的产生，泥浆中悬浮的钻渣和含沙量少，对泥浆性能影响较小，减少了后续清孔的时间，从而加快了成孔速度和质量；而在岩溶地质下反循环冲击钻采用反循环排渣系统，排渣和清孔效率高，可以有效保证桩基成桩质量。
附图说明
图1为“旋挖钻+反循环冲击钻”组合施工工艺流程图；
图2为旋挖钻的结构示意图；
图3为反循环冲击钻的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
一种岩溶地质下大直径深孔桩基的快速成孔施工方法，采用“旋挖钻+反循环冲击钻”组合施工工艺进行岩溶地质下的大直径深孔桩基施工，在覆盖层用旋挖钻进行快速化施工；旋挖钻施工完成，自行移至下一根桩进行覆盖层钻进，然后采用85t履带吊吊运反循环冲击钻接力进行岩溶地质层的钻进直至成孔。
A.旋挖钻开钻前检查；
开始前检查：旋挖钻就位前，所有零部件须检查及整修，旋挖钻的钻头直径必须满足钻孔要求，底座平整牢固保证安装后稳定可靠；由于旋挖钻自重大，工作时荷载较大，要求旋挖钻就位时尽量避开平台受力薄弱点，加大施工安全系数；旋挖钻就位后根据测量放样中心点对旋挖钻的钻头位置进行校正；
B.旋挖钻覆盖层钻进：
先由旋挖钻就位到桩位，下放钻杆1将桶式钻头2置放到桩基孔内，钻机旋转动力装置3为钻杆提供扭矩、加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆1、钻头2，钻头回转破碎覆盖层的土类地质，采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，直接将破碎土装入钻头2内，然后再由钻机提升装置和钻杆1将钻头2提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度；
C. 更换成反循环冲击钻：
旋挖钻移位：旋挖钻行走机动、灵活，在完成覆盖层钻进后，自动快速移至下一根桩进行覆盖层施工；
反循环冲击钻就位：用85T履带吊吊运反循环冲击钻至已完成覆盖层施工的桩基孔的孔位，进行岩溶地质层的钻进；复钻前，反循环冲击钻要保持平稳，不发生倾斜、位移，反循环冲击钻的下部要用方木垫平，塞牢；
D、反循环冲击钻钻进成孔：
反循环冲击钻由机架4、传动机构5、走行系统6、冲击机构7、反循环排渣系统8构成，其中冲击机构5由钢丝绳和冲击钻头构成；通过传动机构5驱动冲击机构7上下冲击运动，形成瞬时冲击力破碎岩土，同时在冲击机构7做上下冲击运动时，反循环排渣系统8利用空气的抽吸作用，在大气压力做功下，将泥浆与岩土钻渣吸入反循环排渣系统的导管内，排入泥浆池内；
①、在钻进过程中扶正锤头用小冲程低锤密击，同时保证泥浆的供给，使孔内浆液稳定,当钻基岩时应低锤密击或间断冲击，以免偏斜；如发现钻孔偏斜，立即回填片石至片孔处上0.3～0.5m，重新钻进；
②、遇溶腔里的弧石时，适当抛填硬度相似的片石，采用重锤冲击，或中低冲程交替冲击，将大弧石击碎挤入孔壁；遇起伏不平的岩面和溶洞底板时，不可盲目采用大冲程穿过，需回填黄土和片石，将孔底填平，用小冲程反复冲捣，慢慢穿过，待穿过该层后，再进行正常冲击；
③、在穿透溶洞顶板时，要用小冲程反复冲击，慢慢击穿岩层，不可猛冲快进；如遇漏浆，可回填片石和黄土并立即加水利用钻头冲击将粘土块和片石挤入溶洞及其裂隙中形成一个封闭的环形壁，继续冲击钻进；若遇溶洞规模较大，可采用添加了速凝剂的C20混凝土或水泥砂浆封堵；封堵时向导管灌注混凝土到溶洞顶板以上1.0 m处，上部回填黄土并注入冲洗液至孔口，待混凝土初凝后继续钻进；或采用内护筒跟进的办法穿过溶洞继续钻进成孔；
④、准确控制松绳长度，避免打空锤和钢丝绳承受过大的意外荷载而遭受破坏；不宜用高冲程，以免扰动孔壁，引起坍孔、扩孔或卡钻事故；经常检查钢丝绳和冲击钻头的磨损情况卡扣松紧程度、转向装置是否灵活，以提高钻进效率和防止卡钻等事故；如磨损较大，切削角不符合要求时要及时更换修理。
Claims (1)
1.一种岩溶地质下大直径深孔桩基的快速成孔施工方法，其特征在于：“旋挖钻+反循环冲击钻”组合接力钻孔，由旋挖钻快速进行覆盖层的钻孔施工，当钻至溶岩地质层时换用反循环冲击钻进行接力施工；
具体步骤如下：
A.旋转钻开钻前检查；
开始前检查：旋挖钻就位前，所有零部件须检查及整修，旋挖钻的钻头直径必须满足钻孔要求，底座平整牢固保证安装后稳定可靠；由于旋挖钻自重大，工作时荷载较大，要求旋挖钻就位时尽量避开平台受力薄弱点，加大施工安全系数；旋挖钻就位后根据测量放样中心点对旋挖钻的钻头位置进行校正；
B.旋挖钻覆盖层钻进：
先由旋挖钻就位到桩位，下放钻杆将桶式钻头置放到桩基孔内，钻机旋转动力装置为钻杆提供扭矩，加压装置通过加压动力头的方式将加压力传递给钻杆、钻头，钻头回转破碎覆盖层的土类地质，采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，直接将破碎土装入钻头内，然后再由钻机提升装置和钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度；
C. 更换成反循环冲击钻：
旋挖钻移位：旋挖钻行走机动、灵活，在完成覆盖层钻进后，自动快速移至下一根桩进行覆盖层施工；
反循环冲击钻就位：用85T履带吊吊运反循环冲击钻至已完成覆盖层施工的桩基孔的孔位，进行岩溶地质层的钻进；复钻前，反循环冲击钻要保持平稳，不发生倾斜、位移，反循环冲击钻的下部要用方木垫平，塞牢；
D、反循环冲击钻钻进成孔：
反循环冲击钻由机架、传动机构、走行系统、冲击机构、反循环排渣系统构成，其中冲击机构由钢丝绳和冲击钻头构成；通过传动机构驱动冲击机构上下冲击运动，形成瞬时冲击力破碎岩土，同时在冲击机构做上下冲击运动时，反循环排渣系统利用空气的抽吸作用，在大气压力做功下，将泥浆与岩土钻渣吸入反循环排渣系统的导管内，排入泥浆池内；
①、在钻进过程中扶正锤头用小冲程低锤密击，同时保证泥浆的供给，使孔内浆液稳定,当钻基岩时应低锤密击或间断冲击，以免偏斜；如发现钻孔偏斜，立即回填片石至片孔处上0.3～0.5m，重新钻进；
②、遇溶腔里的弧石时，适当抛填硬度相似的片石，采用重锤冲击，或中低冲程交替冲击，将大弧石击碎挤入孔壁；遇起伏不平的岩面和溶洞底板时，不可盲目采用大冲程穿过，需回填黄土和片石，将孔底填平，用小冲程反复冲捣，慢慢穿过，待穿过该层后，再进行正常冲击；
③、在穿透溶洞顶板时，要用小冲程反复冲击，慢慢击穿岩层，不可猛冲快进；如遇漏浆，可回填片石和黄土并立即加水利用钻头冲击将粘土块和片石挤入溶洞及其裂隙中形成一个封闭的环形壁，继续冲击钻进；若遇溶洞规模较大，可采用添加了速凝剂的C20混凝土或水泥砂浆封堵；封堵时向导管灌注混凝土到溶洞顶板以上1.0 m处，上部回填黄土并注入冲洗液至孔口，待混凝土初凝后继续钻进；或采用内护筒跟进的办法穿过溶洞继续钻进成孔；
④、准确控制松绳长度，避免打空锤和钢丝绳承受过大的意外荷载而遭受破坏；不宜用高冲程，以免扰动孔壁，引起坍孔、扩孔或卡钻事故；经常检查钢丝绳和冲击钻头的磨损情况卡扣松紧程度、转向装置是否灵活，以提高钻进效率和防止卡钻等事故；如磨损较大，切削角不符合要求时要及时更换修理。
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