CN113404043A - 一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，该方法包括：场地平整步骤；标记桩位中心，将全回转全套管钻机就位对中；将套管吊放至全回转全套管钻机的夹紧装置中，并利用夹紧装置夹紧所述套管；利用全回转全套管钻机带动套管向桩位土层钻进形成钻孔并利用抓斗从钻孔内取土；当钻孔达到设定深度时，向钻孔内装入钢筋笼；装入钢筋笼后，向钻孔内浇筑混凝土至要求深度；拔出套管。本方法在利用全回转全套管钻机施工之前，先抽除场地的积水，并做好场地的排水沟；清除场地被水浸泡过的泥层，一直清除到硬土层；在砖渣层上方铺一层路基箱；能够提升施工场地平整度，以及提升施工场地地基对钻机设备的承载能力。

Description

一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，特别涉及一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法。

背景技术

利用液压全套管钻机施工的灌注桩在国外习惯上名为贝诺特(Benote)桩，原始的贝诺特钻机于五十年代初期出现于法国，随后日本、德、英、意等国引进和研制，机种和施工方法均有很大发展，产品不断更新换代。截止1997年12月，日本已生产摇动式全套管机770台，全回转式全套管钻机433台。据日本基础建设协会1993年对31家施工单位的10.1万根灌注桩的调查，全套管工法占26％。目前在香港，各基础施工公司已拥有全套管钻机不少于300台，成桩数的市场份额约占45％。全回转(SRD)工法已在世界多个国家及地区如：新加坡、日本、香港地区、上海、杭州、北京、天津等地成功的完成了5000多个项目的施工任务。

全回转全套管钻机是集全液压动力和传动，机电液联合控制于一体的新型钻机。全套管钻成桩工艺是目前国际上最为流行的钻孔灌注桩施工技术，也是目前世界上钻孔灌注桩三大主要施工工法(贝诺特、反循环法、阿司特利法)中最为先进的一种。其施工速度是同条件下其它施工方面的8－10倍，成桩质量高于国家现行施工验收规范标准，已经显示出了贝诺特施工技术卓越的科学性和先进性，应用前景十分广阔。

全回转是集全液压动力和传动，机电液联合控制于一体的新型钻机。这是一种新型、环保、高效的钻进技术，近年来在城市地铁、深基坑围护咬合桩、废桩(地下障碍)的清理、高铁、道桥、城建桩的施工、水库水坝的加固等项目中得到了广泛的应用。

申请公布号为CN104372798A的中国发明专利公开了一种全套管全回转钻机的施工工法，本发明的全套管全回转钻机的施工工法采用全套管全回转钻机垂直插入钢管柱，无需人工下孔作业，降低了安全风险，而且可以保证钢管柱的垂直度，质量可靠。然而，上述现有技术提供的施工工法在实际施工过程中，如果施工场地属于含溶洞地质，场地地下水丰富，场地泥泞，因桩机设备对场地要求较高，既有地基土承载力的要求，也有场地平整度的要求，若不进行相关处理无法进行桩基施工。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，能够提升施工场地平整度，以及提升施工场地地基对钻机设备的承载能力。

为了实现上述目的，提供如下技术方案：

一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，在利用全回转全套管钻机施工之前，所述方法包括场地平整步骤，所述场地平整步骤具体包括：

抽除场地的积水，并做好场地的排水沟；

清除场地被水浸泡过的泥层，一直清除到硬土层；

在硬土层上铺填设定厚度的砖渣层，并碾压整平；

在砖渣层上方铺一层路基箱。

作为进一步改进，所述利用全回转全套管钻机施工的具体过程为：

标记桩位中心，将全回转全套管钻机就位对中；

将套管吊放至全回转全套管钻机的夹紧装置中，并利用夹紧装置夹紧所述套管；

利用全回转全套管钻机带动套管向桩位土层钻进形成钻孔并利用抓斗从钻孔内取土；

当钻孔达到设定深度时，向钻孔内装入钢筋笼；

装入钢筋笼后，向钻孔内浇筑混凝土至要求深度；

拔出套管。

作为进一步改进，所述利用全回转全套管钻机带动套管向桩位土层钻进形成钻孔并利用抓斗从钻孔内取土的具体过程为：

钻进时先通过全回转全套管钻机将套管压入桩位土层，每一次压入设计深度的行程，每钻进一个行程后，利用抓斗从钻孔内进行一次取土作业，交替循环，直至钻孔达到设定深度。

作为进一步改进，当套管在土层钻进遇到石块时，钻进过程中用冲击锤和锤式冲抓斗对石块进行砸碎形成钻渣，利用抓斗取出钻渣。

作为进一步改进，所述套管的下端带有刃口，当套管在土层钻进遇到石块时，且套管行进轨迹刚好通过石块，则利用套管前端的刃口一边回转切削，并一边配合冲锤对石块进行砸碎形成钻渣，钻渣用抓斗取出，直至穿过石块。

作为进一步改进，向钻孔内装入钢筋笼的具体过程为：

采用四点起吊法将钢筋笼吊起至竖直状态并吊放至钻孔正上方；

保持钢筋笼处于竖直状态装入到钻孔中。

作为进一步改进，在向钻孔内装入钢筋笼之后，并在向钻孔内浇筑混凝土之前，所述方法还包括：

利用捞渣设备清理钻孔底部的沉渣。

作为进一步改进，装入钢筋笼后，向钻孔内浇筑混凝土至要求深度的具体过程为：

将导管伸入到钻孔内，利用导管向钻孔内浇筑混凝土至要求深度。

相较于现有技术，本发明提供的一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法至少具有如下的有益效果：

本方法在利用全回转全套管钻机施工之前，先抽除场地的积水，并做好场地的排水沟；清除场地被水浸泡过的泥层，一直清除到硬土层；在硬土层上铺填设定厚度的砖渣层，并碾压整平；在砖渣层上方铺一层路基箱；能够提升施工场地平整度，以及提升施工场地地基对钻机设备的承载能力。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1为一个实施例中一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法的流程示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，在一个实施例中，提供一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，该方法包括如下步骤：

步骤S101：场地平整步骤。

具体的，场地平整步骤具体包括如下子步骤：

步骤S1011：抽除场地的积水，并做好场地的排水沟；

步骤S1012：清除场地被水浸泡过的泥层，一直清除到硬土层；

步骤S1013：在硬土层上铺填设定厚度的砖渣层，并碾压整平；

步骤S1014：履带吊行走时，需要在砖渣层上方铺一层路基箱。

需要说明的是，施工范围确定后，需要用机械对场地进行平整(即执行上述场地平整步骤)，便于全套管全回转钻机施工，另外还要有不小于200㎡的场地做套管堆场。全回转全套管钻机的施工因其主机和配重的重量，易使强度不够的松软地面下陷，造成套管倾斜，无法作业。通过执行上述步骤S101，在一个实施例中采用在原土上回填砖渣法进行场地处理，处理后场地能达到100KN/m2的承载力即可满足机械设备的行走要求，能够提升施工场地平整度，以及提升施工场地地基对钻机设备的承载能力。

在将场地进行平整之后，可以利用全回转全套管钻机进行施工。

除全回转主钻机(即全回转全套管钻机)外，施工时尚需配备下列机械：

(1)第一节套管：第一节套管下口带有刃脚，便于下沉钻进，上端有固定销孔，便于同标准连接；

(2)标准节套管：上、下端均有固定销孔，便于加长与拆卸(需要说明的是，为了匹配钻孔的深度要求，本发明实施例中所称的套管为由第一节套管和多个标准节套管组成的构件)；

(3)引拔机：为加快施工速度，当钻挖到设计深度时，可将钻机移到下一桩位，利用引拔机液压装置，随着砼的灌注，将套管逐节提出孔外；

(4)汽车吊(或履带吊)：用于移动引投机，吊放钢筋笼及套管就位连接；

(5)装载机：将落锤抓斗卸于孔外的泥土装入翻斗车内运出场外；

(6)翻斗车：运土；

(7)砼输送设备；

(8)砼浇注导管；

(9)真空泵：清孔用；

(10)钢筋成型加工机械。

在准备上上述设备之后，施工的方法如下：

步骤S102：标记桩位中心，将全回转全套管钻机就位对中。

本步骤中，由专业测量人员用全站仪测定桩位，打好木桩，做好标记。DTR系列全回转全套管钻机采用履带式行走装置，其液压横向伸缩性能，可使设备在场地上方便自行移动及桩心定位。钻机就位后，调整其水平并保证4个支腿油缸均匀受力。

步骤S103：将套管吊放至全回转全套管钻机的夹紧装置中，并利用夹紧装置夹紧所述套管。

在主副夹具完全打开的情况下，放入带刃口的套管，在吊放套管的过程中，应平稳缓慢，避免其与主机机体碰撞。安置套管后使其刃尖与地面之间留有作业空间(150mm左右)，抱紧套管后测定垂直度情况，可做微量调整，并随时用经纬仪或测锤监测。借助于钻机上的楔形夹紧装置使无论在什么位置都能夹紧套管，并使套管保持较高的垂直精度。另外，钻机上还设有孔径变更装置，使得设备适用于各种直径的变径要求。此外，还需要校核钻孔垂直度，相应技术为现有技术，此处不赘述。

步骤S104：利用全回转全套管钻机带动套管向桩位土层钻进形成钻孔并利用抓斗从钻孔内取土。

本步骤的具体过程为：钻进时先通过全回转全套管钻机将套管压入桩位土层，每一次压入设计深度(本实施例中为0.75米)的行程，每钻进一个行程后，利用抓斗从钻孔内进行一次取土作业，交替循环，直至钻孔达到设定深度。需要说明的是，由于溶洞土层的岩溶为串珠状溶洞，主要为可见间夹状块或饼状中/微风化岩，且风化程度不均，风化孤石较多，溶洞内充满粘性土，且漏水，即溶洞土层不适用反循环钻进方法。所以本方法采用抓斗来取土，提高施工效率。

具体的，在钻机过程中需要注意以下几点：

1)钻机回转钻进的同时观察扭矩，压力及垂直精度的情况，并做好记录。当钻进3m时，用抓斗取土，取土前套管上吊装保护套管接头的套管帽；回转钻进的同时进行取土作业，并监测取土深度，不能超挖，管底留有两倍直径的土。

2)钻机平台上留有1m的套管没有钻进时，测量取土深度，处理套管接口，准备接套管。管口要进行防锈处理，涂抹油脂，并加一层保护膜，便于拆装。

3)吊装6m的套管进行连接，保养过的连接螺栓要对称均匀加力并紧固。连接套管后继续钻进。

4)作业时遇有不均匀地层或填石层，应采用蠕动式作业，要多回转少压入，缓慢穿过。

在一个可选的实施例中，当套管在土层钻进遇到石块时，钻进过程中用冲击锤和锤式冲抓斗对石块进行砸碎形成钻渣，利用抓斗取出钻渣。

在一个可选的实施例中，所述套管的下端带有刃口，当套管在土层钻进遇到石块时，且套管行进轨迹刚好通过石块，则利用套管前端的刃口一边回转切削，并一边配合冲锤对石块进行砸碎形成钻渣，钻渣用抓斗取出，直至穿过石块。

在步骤S104之后，在步骤S105之前，进行第一次清孔操作：

钻进至孔底设计标高后，及时用冲抓斗细心地掏底，进行孔底处理，做到平整，无松渣、污泥及沉淀等软层；嵌入岩层深度应符合设计要求；并及时向驻地监理工程师报检。

步骤S105：当钻孔达到设定深度时，向钻孔内装入钢筋笼。

本步骤中，向钻孔内装入钢筋笼的具体过程为：

采用四点起吊法将钢筋笼吊起至竖直状态并吊放至钻孔正上方；

保持钢筋笼处于竖直状态装入到钻孔中。

具体的，吊装钢筋笼可采用三点或四点吊装法，操作安全灵活，钢筋笼不易变形、弯曲，保证其顺制度；桩长度较长时，钢筋笼应分节制作、安装，采用焊接连接；若需加钢套筒，则其焊接一定要准确、牢固；钢筋笼主筋分布要匀称，焊点要牢固，扎丝不能外漏，以防止灌注桩身混凝土后，在提拔套管时将钢筋笼上浮。

在一个实施例中，在向钻孔内装入钢筋笼之后，并在向钻孔内浇筑混凝土之前，所述方法还包括第二次清孔的步骤，该步骤为：利用捞渣设备清理钻孔底部的沉渣。

采用捞渣设备进行清孔作业，即采用高压空气，将沉渣吹入捞渣桶中再清除出套管的清渣工艺。其原理是利用空压机的高压空气，通过安装在捞渣斗两边的风管送至桩孔内，高压空气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，该混合物因其密度小而上升，停止送风后，沉渣下降，大部沉渣沉入捞渣桶中，用吊车将捞渣桶吊出从而达到清渣的目的。捞渣设备排渣的设备主要是13m³/h空压机、风管、捞渣桶、排渣金属管、排渣软管及接头等。

步骤S106：装入钢筋笼后，向钻孔内浇筑混凝土至要求深度。

向钻孔内浇筑混凝土至要求深度的具体过程为：将导管伸入到钻孔内，利用导管向钻孔内浇筑混凝土至要求深度。

由于全回转全套管钻机的操作平台高度约为3米，混凝土罐车无法对接浇灌，需采用汽车泵或大料斗进行混凝土的浇筑。综合考虑成本及施工便利等因素，本工程采用大料斗进行桩基混凝土灌注作业。

大料斗的体积应满足初灌量的要求，混凝土浇筑时，要注意第一斗的初灌量，要求初灌量的混凝土应让导管埋深大于2m，在计算砼的初灌量时，不能只计算2m桩长所需的砼量，漏算导管内积存的砼量，初灌量不足造成埋管深度达不到规范值。另一方面，准备的导管长度规格太少，安装导管时配管困难，有时导管低至孔底的距离偏大，而导管安装人员没有及时把实际距离通知砼灌注班，形成初灌量不足导致埋管深度达不到规范值。初灌砼量V应根据设计桩径、导管管径、导管安装长度、孔内泥浆密度进行计算，且V≥V₀+V₁。V₀为2m桩长的砼量，V₀＝1.5×2πD²/4(单位：m³)；1.5－桩的理论充盈系数；D－设计桩径(m)。V₁为初灌时导管内积存的砼量，V₁＝(hπd²/4)(ρ+0.55πd)/2.4(单位：m³)；h－导管安装长度(m)；d－导管直径(m)；ρ－孔内泥浆密度(t/m³)，本工程取1.3；0.55－导管内壁的摩阻力系数；2.4－砼的密度(t/m³)。经计算，对于桩径为1.5m时，初灌量应不小于8.51m³；对于桩径为2.0m时，初灌量应不小于12.63m³；。

桩径为1.5m时，V₀＝1.5×2πD²/4＝1.5×2π×1.5²/4＝5.30；V₁＝(hπd²/4)(ρ+0.55πd)/2.4＝60×3.14×0.3²/4×(1.3+0.55×3.14×0.3)/2.4＝3.21；V＝5.3+3.21＝8.51m³。

1)导管法灌注混凝土施工程序如下：

①沉放钢筋笼。

②安设导管，将导管缓慢的沉入到距孔底300～500mm的深度处。

③悬挂隔水塞，并将其放在导管内的水面之上。

④灌入首批混凝土。

⑤剪断悬挂隔水塞的铁丝，使其和混凝土拌合物顺导管而下，将管内的水挤出来，隔水塞脱落留在孔底混凝土中。

⑥连续灌注混凝土，随着灌注量的增大，慢慢同步提拔导管和套管，并同步拆除套管和导管。

⑦灌注结束后，应立即对每节套管螺丝连接和导管进行清洗。

2)导管法施工注意事项

①根据桩径、桩长和灌注量，合理选择导管、隔水塞、混凝土泵车及起吊运输等机具具备的规格型号。

②导管吊放入孔时，应将橡胶圈或胶皮垫安放周整、严密，确保密封良好。导管在桩孔内的位置应保持居中，防止跑管、撞坏钢筋笼并损坏导管。导管底部距孔底(或孔底沉渣面)高度，以能放出隔水塞及首批混凝土为度。导管全部入孔后，计算导管柱总长和导管底部位置，并再次测定孔底沉渣厚度，若超出规定，应再次清孔。

③首批混凝土埋管深度为1.0～2.0m,灌注混凝土必须连续进行，混凝土质量应满足有关灌注和泵送混凝土的规范要求。设专人负责测量孔内混凝土面的高度，导管和套管在混凝土的埋深应保证在2.0～4.0m的范围内。每次提拔导管和套管的高度不宜过大，约为500mm即可。

步骤S107：拔出套管。

综上所述，本发明提供的实施例利用DTR全回转全套管钻机的回转装置的回转，使钢套管与土层间的摩阻力大大减少，边回转边压入，同时利用冲抓斗、冲击锤挖掘取土，直至套管下到桩端持力层为止。挖掘完毕后立即进行挖掘深度的测定，并且确认桩端持力层，然后清除虚土。成孔后将钢筋笼放入，接着将导管竖立在钻孔中心，最后灌注混凝土成桩。

本发明实施例提供的施工方法具有如下优势：

(1)噪音小，振动小；

(2)不使用泥浆，避免了泥浆的加工和储运，作业面干净；

(3)挖掘时可以很直观地判别土壤及岩性特征，对于端承桩，便于现场确定桩长；

(4)挖掘速度快，对于一般土质，可达14m/小时左右；

(5)钻进深度大，根据土层情况，最深已达143.8m；

(6)成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精确到1/500；

(7)由于是全套管钻机，所以孔壁不会产生坍落现象，成孔质量高；

(8)钢筋周围不会象泥浆护壁法施工那样附粘一层泥浆，有利于提高砼对钢筋的握裹力；

(9)由于不使用泥浆，避免了泥浆进入砼中的可能性，成桩质量高；

(10)成孔直径标准，充盈系数很小，与其它成孔方法相比，可节约13％的砼；

(11)清孔彻底，速度快，孔底钻渣可清至3.0cm左右；

(12)钻机是自行式，便于现场移动。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (8)

1.一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，其特征在于，在利用全回转全套管钻机施工之前，所述方法包括场地平整步骤，所述场地平整步骤具体包括：

抽除场地的积水，并做好场地的排水沟；

清除场地被水浸泡过的泥层，一直清除到硬土层；

在硬土层上铺填设定厚度的砖渣层，并碾压整平；

在砖渣层上方铺一层路基箱。

2.根据权利要求1所述的一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，其特征在于，所述利用全回转全套管钻机施工的具体过程为：

标记桩位中心，将全回转全套管钻机就位对中；

将套管吊放至全回转全套管钻机的夹紧装置中，并利用夹紧装置夹紧所述套管；

利用全回转全套管钻机带动套管向桩位土层钻进形成钻孔并利用抓斗从钻孔内取土；

当钻孔达到设定深度时，向钻孔内装入钢筋笼；

装入钢筋笼后，向钻孔内浇筑混凝土至要求深度；

拔出套管。

3.根据权利要求2所述的一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，其特征在于，所述利用全回转全套管钻机带动套管向桩位土层钻进形成钻孔并利用抓斗从钻孔内取土的具体过程为：

钻进时先通过全回转全套管钻机将套管压入桩位土层，每一次压入设计深度的行程，每钻进一个行程后，利用抓斗从钻孔内进行一次取土作业，交替循环，直至钻孔达到设定深度。

4.根据权利要求3所述的一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，其特征在于，当套管在土层钻进遇到石块时，钻进过程中用冲击锤和锤式冲抓斗对石块进行砸碎形成钻渣，利用抓斗取出钻渣。

5.根据权利要求3所述的一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，其特征在于，所述套管的下端带有刃口，当套管在土层钻进遇到石块时，且套管行进轨迹刚好通过石块，则利用套管前端的刃口一边回转切削，并一边配合冲锤对石块进行砸碎形成钻渣，钻渣用抓斗取出，直至穿过石块。

6.根据权利要求2所述的一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，其特征在于，向钻孔内装入钢筋笼的具体过程为：

采用四点起吊法将钢筋笼吊起至竖直状态并吊放至钻孔正上方；

保持钢筋笼处于竖直状态装入到钻孔中。

7.根据权利要求2所述的一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，其特征在于，在向钻孔内装入钢筋笼之后，并在向钻孔内浇筑混凝土之前，所述方法还包括：

利用捞渣设备清理钻孔底部的沉渣。

8.根据权利要求2所述的一种适用于溶洞地质的全回转全套管钻机施工方法，其特征在于，装入钢筋笼后，向钻孔内浇筑混凝土至要求深度的具体过程为：

将导管伸入到钻孔内，利用导管向钻孔内浇筑混凝土至要求深度。

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