CN113669003B - 深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灌注桩成孔施工的技术领域，公开了深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，具体包括以下步骤：S1：采用履带式起重机起吊振动锤，振动锤夹持铅笔钢管上端在设计桩位向下振动插入；S2：铅笔钢管振动沉入填石层过程中，铅笔钢管底部的钻头部将填石向外侧挤密振动，铅笔钢管在振动锤激振力作用下边冲击碎裂块石边向下振动下沉；S3：当铅笔钢管振动下沉到达填石层底部时，静止10‑20min，之后振动锤开始振动起拔铅笔钢管，直至提升至孔口以外。本发明施工效率极高，平均一天可以施工钢护筒8‑10根以上，相比传统的旋挖钻机下钢护筒的方法提高了15倍以上，同时因为缩短工期有效降低了柴油用量，降低了工程造价。

Description

深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法

技术领域

本发明专利涉及灌注桩成孔施工的技术领域，具体而言，涉及深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法。

背景技术

目前在沿海的深厚填石+淤泥地区的工程桩成孔施工始终是一大难题。填石层基本由较大粒径的块石组成，一般粒径在0.2～2m，个别粒径在2m以上，几乎不含任何粘土或砂土，属于纯填石，因此极度松散。工程桩在采用旋挖钻机钻进过程中，极易塌孔，传统工艺所配置的泥浆根本无法有效护壁，无论将泥浆的比重或粘度无论如何加大，也难以达到防止孔壁坍塌的目的。而且由于填石层的块石较为坚硬，采用常规的振动下沉钢护筒的方式无法破碎岩石，因此无法实现振动下沉钢护筒进行桩孔护壁的目的。另外在淤泥层施工工程桩时，由于淤泥强度较低，性质较差，一般呈流塑至软塑状态，在该地层成孔，极易发生塌孔，缩颈事故，传统泥浆也无法防止塌孔、缩颈等事故，因此无法达到有效护壁的目的。因此无论是填石层还是淤泥层，仅仅依靠膨润土调制的泥浆灌入桩孔内，是很难达到防止孔壁坍塌、缩颈的目的。对于上部深厚填石和下部淤泥组成的地层结构则更为复杂(见图1所示)，在该地层施工更容易发生塌孔等事故，因为一旦钻穿填石层，淤泥顶部的填石会因为淤泥向桩孔内缩颈或流动而坍塌，局部的填石坍塌因此上部更大规模的坍塌，进而引起地面塌陷，极易影响桩机的正常施工。

正是由于上部深厚填石和下部淤泥组成的复杂地层极易塌孔，因此在该地层的桩基成孔始终是一大难题。常用的施工工艺是对于浅表层4m深度以内的填石在成孔前采用挖机挖除，然后换填水泥土，待水泥土硬化后再进行成孔；对于4m深度以下的填石层成孔，大多采用旋挖钻机配置牙轮筒钻头钻进，钻进深度在6-8m左右，然后用起重机下放钢护筒，然后继续在护筒内向下钻进，每钻进3m深度，在钢护筒上部焊接接长一节钢护筒并压入地层。如此不断在孔口焊接接长钢护筒直至穿过淤泥层，这样工期被长时间拖延，而且如果在焊接接长钢护筒过程中，钢护筒底部以下的填石或淤泥塌孔，则需要采用旋挖钻机重新在钢护筒内钻进破碎捞取块石，工效异常低下，严重拖延工期。

发明内容

本发明的目的在于提供深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，采用振动下沉方式，保证了下沉过程中铅笔钢管周边的块石被振动挤密，因此拔除铅笔钢管后的孔洞侧壁填石短时间内不易塌孔，为单层钢护筒的振动下插扫清了障碍，使得在填石层采用振动锤振动下插单层钢护筒成为可能，旨在解决现有技术中不断在孔口焊接接长钢护筒直至穿过淤泥层，这样工期被长时间拖延，而且如果在焊接接长钢护筒过程中，钢护筒底部以下的填石或淤泥塌孔，则需要采用旋挖钻机重新在钢护筒内钻进破碎捞取块石，工效异常低下，严重拖延工期的问题。

本发明是这样实现的，深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，具体包括以下步骤：

S1：采用履带式起重机起吊振动锤，振动锤夹持铅笔钢管上端在设计桩位向下振动插入；

S2：铅笔钢管振动沉入填石层过程中，铅笔钢管底部的钻头部将填石向外侧挤密振动，铅笔钢管在振动锤激振力作用下边冲击碎裂块石边向下振动下沉；

S3：当铅笔钢管振动下沉到达填石层底部时，静止10-20min，之后振动锤开始振动起拔铅笔钢管，直至提升至孔口以外，拔除铅笔钢管后的填石层内存在一个直径同钢管外径的孔洞，振动锤更换普通的单层钢护筒，振动锤夹持单层钢护筒向铅笔钢管形成的孔洞内开始振动下沉，直至穿过淤泥1-2m；

S4：采用旋挖钻机配置短螺旋钻头破碎钢护筒内填石或块石，利用捞砂斗钻头取出破碎后的石块和淤泥，在淤泥以下的一般土层采用旋挖钻机配合捞砂斗钻头钻进，即完成深厚填石和淤泥地区护壁成孔的施工。

进一步地，在S2中，所述铅笔钢管振动下沉过程中遇到坚硬岩石难以冲击破碎，则采用履带式起重机将振动锤和铅笔钢管提升一定高度重复振动下沉，直至将岩石破碎后停止。

进一步地，在S3中，所述单层钢护筒是在地面提前加工焊接完成，长度以穿过填石层下部的淤泥层1-2m，单层钢护筒的壁厚为20-30mm，外径比铅笔钢管小100-150mm。

进一步地，所述铅笔钢管呈中空状且内部设置有内槽，所述内槽的侧壁上设置有环向加劲板与纵向加劲板，所述环向加劲板均匀分布在内槽中，所述纵向加劲板均匀固定在环向加劲板的内壁上，在所述铅笔钢管的下端设置有钻头部，所述钻头部自上而下直径依次减小，且在所述钻头部的底端外壁上均匀分布有多个破碎齿。

进一步地，所述纵向加劲板的底端设置有连接板，所述连接板向钻头部的下部延伸至钻头部内壁的固定板上，所述固定板的外侧设置有倾斜部，所述倾斜部与钻头部的内壁相固定，所述固定板的下部设置有连接件，所述连接件的下部向钻头部的底端延伸。

进一步地，所述振动锤的下部设置有夹具，所述夹具夹持铅笔钢管上端在设计桩位向下振动插入，且所述夹具包括夹持筒，所述夹持筒的中部设置有夹持槽，所述夹持槽的两侧壁上均设置有夹持臂，所述夹持臂与铅笔钢管外壁相适配。

进一步地，所述夹持臂的一侧设置有连接柱，所述连接柱的一端贯穿夹持槽且在夹持筒外侧的端头上设置有连接块，所述连接块的底端中部设置有弧槽，所述弧槽上部向连接块一侧偏移。

进一步地，所述连接柱的外壁上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别固定在夹持筒与连接块上，在所述连接块的外侧套设有固定筒，所述固定筒固定在夹持筒的外壁上。

进一步地，在所述弧槽内设置有活动杆，所述活动杆的两端固定在拉板上，所述拉板的上部贯穿固定筒且与振动锤相连接。

进一步地，所述拉板的中部两侧均设置有定位槽，所述定位槽与固定筒上壁相扣接实现限定拉板的移动距离，且在所述夹持筒的侧壁上固定有套筒，所述套筒与连接柱相适配实现直线伸缩。

与现有技术相比，本发明提供的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，具备以下有益效果：

1、采用振动下沉方式，保证了下沉过程中铅笔钢管周边的块石被振动挤密，因此拔除铅笔钢管后的孔洞侧壁填石短时间内不易塌孔，为单层钢护筒的振动下插扫清了障碍，使得在填石层采用振动锤振动下插单层钢护筒成为可能，解决了填石层及淤泥层的塌孔问题，并且施工效率极高，平均一天可以施工钢护筒8-10根以上，相比传统的旋挖钻机下钢护筒的方法提高了15倍以上，同时因为缩短工期有效降低了柴油用量，降低了工程造价；

2、铅笔钢管内侧设置纵横向的加劲钢板，使得钢管结构具有较强的刚度和强度，有力地保证了振动冲击荷载下铅笔钢管不易变形和损坏，钻头部底部焊接有破碎齿，破碎齿可以确保在振动冲击作用下将较大的填石冲击破碎，并达到辅助钢管进尺的目的，钻头部可保证铅笔钢管在振动下沉过程中一方面将块石冲击挤压至周边，另一方面将大块石冲击破碎后挤压至周边，最终达到进尺成孔的目的；

3、设置的夹具通过履带式起重机进行吊起时，由于拉板受力，使得活动杆作用于弧槽内，这样导致连接块受力不断压缩弹簧向夹持筒内侧移动，此时连接柱带动夹持臂移动，使得铅笔钢管与夹具间的夹持力更加紧密，从而增加铅笔钢管的稳固性。

附图说明

图1为现有技术的深厚填石和淤泥地区施工方法的结构示意图；

图2为本发明提出的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法中打孔结构示意图；

图3为本发明提出的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法中固定孔的结构示意图；

图4为本发明提出的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法中铅笔钢管的结构示意图；

图5为图4中的A-A剖面结构示意图；

图6为图5中B区域的结构放大示意图；

图7为本发明提出的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法中铅笔钢管的俯视图；

图8为本发明提出的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法中夹具的结构剖视图；

图9为本发明提出的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法中拉板的侧面结构图。

图中：1-铅笔钢管、2-钻头部、3-破碎齿、4-环向加劲板、5-纵向加劲板、6-连接板、7-固定板、8-倾斜部、9-连接件、10-锥头、11-固定块、12-固定槽、13-一般土层、14-淤泥层、15-填石层、16-夹具、17-振动锤、18-履带式起重机、19-夹持筒、20-夹持槽、21-夹持臂、22-连接柱、23-连接块、24-弧槽、25-活动杆、26-拉板、27-定位槽、28-单层钢护筒、29-弹簧、30-固定筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图2-9所示，为本发明提供的较佳实施例。

深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，具体包括以下步骤：

S1：采用履带式起重机18起吊振动锤17，振动锤17夹持铅笔钢管1上端在设计桩位向下振动插入；

S2：铅笔钢管1振动沉入填石层15过程中，铅笔钢管1底部的钻头部2将填石向外侧挤密振动，铅笔钢管1在振动锤17激振力作用下边冲击碎裂块石边向下振动下沉；

S3：当铅笔钢管1振动下沉到达填石层15底部时，静止10-20min，确保地层内因施工振动产生的超孔隙水压力消散，之后振动锤17开始振动起拔铅笔钢管1，直至提升至孔口以外，拔除铅笔钢管1后的填石层15内存在一个直径同钢管外径的孔洞，振动锤17更换普通的单层钢护筒28，振动锤17夹持单层钢护筒28向铅笔钢管形成的孔洞内开始振动下沉，直至穿过淤泥1-2m；

S4：采用旋挖钻机配置短螺旋钻头破碎钢护筒内填石或块石，利用捞砂斗钻头取出破碎后的石块和淤泥，在淤泥以下的一般土层采用旋挖钻机配合捞砂斗钻头钻进，即完成深厚填石和淤泥地区护壁成孔的施工；采用振动下沉方式，保证了下沉过程中铅笔钢管1周边的块石被振动挤密，因此拔除铅笔钢管1后的孔洞侧壁填石短时间内不易塌孔，为单层钢护筒28的振动下插扫清了障碍，使得在填石层采用振动锤17振动下插单层钢护筒28成为可能，解决了填石层15及淤泥层14的塌孔问题，并且施工效率极高，平均一天可以施工钢护筒8-10根以上，相比传统的旋挖钻机下钢护筒的方法提高了15倍以上。

在本实施例中，在S2中，铅笔钢管1振动下沉过程中遇到坚硬岩石难以冲击破碎，则采用履带式起重机18将振动锤和铅笔钢管1提升一定高度重复振动下沉，直至将岩石破碎后停止，利用惯性力以及破碎齿对石块进行破碎处理。

在本实施例中，在S3中，单层钢护筒28是在地面提前加工焊接完成，长度以穿过填石层下部的淤泥层1-2m，单层钢护筒的壁厚为20-30mm，外径比铅笔钢管小100-150mm，便于能够将单层钢护筒28放入铅笔钢管所形成的孔内。

在本实施例中，铅笔钢管1呈中空状且内部设置有内槽，内槽的侧壁上设置有环向加劲板4与纵向加劲板5，环向加劲板4均匀分布在内槽中，纵向加劲板5均匀固定在环向加劲板4的内壁上，在铅笔钢管1的下端设置有钻头部2，钻头部自上而下直径依次减小，且在钻头部2的底端外壁上均匀分布有多个破碎齿3，破碎齿3可以确保在振动冲击作用下将较大的填石冲击破碎，并达到辅助钢管进尺的目的，钻头部2可保证铅笔钢管1在振动下沉过程中一方面将块石冲击挤压至周边。

在本实施例中，纵向加劲板5的底端设置有连接板6，连接板6向钻头部2的下部延伸至钻头部2内壁的固定板7上，固定板7的外侧设置有倾斜部8，倾斜部8与钻头部2的内壁相固定，固定板7的下部设置有连接件9，连接件9的下部向钻头部2的底端延伸，在钻头部2的底端内部设置有固定块11，连接件9的底端社会有锥头10，锥头10延伸至固定块11内，这样在振动下沉时，钻头部2利用固定板7与连接件9的支撑力提升韧性，避免铅笔钢管外壁凹陷，同时连接件9支撑固定块11，固定块在支撑钻头部2的底端，使得钻头部2在下沉过程中周边的块石被振动挤密，因此拔除铅笔钢管后的孔洞侧壁填石短时间内不易塌孔，为单层钢护筒的振动下插扫清了障碍。

具体的，铅笔钢管1内侧设置纵横向的加劲钢板4、5，使得钢管结构具有较强的刚度和强度，有力地保证了振动冲击荷载下铅笔钢/1不易变形和损坏，钻头部2底部焊接有破碎齿3，破碎齿3可以确保在振动冲击作用下将较大的填石冲击破碎，并达到辅助钢管进尺的目的，钻头部2可保证铅笔钢管1在振动下沉过程中一方面将块石冲击挤压至周边，另一方面将大块石冲击破碎后挤压至周边，最终达到进尺成孔的目的。

在本实施例中，振动锤17的下部设置有夹具16，夹具16夹持铅笔钢管1上端在设计桩位向下振动插入，且夹具16包括夹持筒19，夹持筒19的中部设置有夹持槽20，夹持槽20的两侧壁上均设置有夹持臂21，夹持臂21与铅笔钢管1外壁相适配，夹持臂21的一侧设置有连接柱22，连接柱22的一端贯穿夹持槽20且在夹持筒19外侧的端头上设置有连接块23，连接块23的底端中部设置有弧槽24，弧槽24上部向连接块23一侧偏移，连接柱22的外壁上套设有弹簧29，弹簧29的两端分别固定在夹持筒19与连接块23上，在连接块23的外侧套设有固定筒30，固定筒30固定在夹持筒19的外壁上，在弧槽24内设置有活动杆25，活动杆25的两端固定在拉板26上，拉板26的上部贯穿固定筒30且与振动锤17相连接，拉板26的中部两侧均设置有定位槽27，定位槽27与固定筒30上壁相扣接实现限定拉板26的移动距离，且在夹持筒19的侧壁上固定有套筒，套筒与连接柱22相适配实现直线伸缩，设置的夹具16通过履带式起重机18进行吊起时，由于拉板26受力，使得活动杆25作用于弧槽24内，这样导致连接块23受力不断压缩弹簧29向夹持筒19内侧移动，此时连接柱22带动夹持臂21移动，使得铅笔钢管1与夹具16间的夹持力更加紧密，从而增加铅笔钢管1的稳固性。

本技术方案采用振动下沉方式，保证了下沉过程中铅笔钢管1周边的块石被振动挤密，因此拔除铅笔钢管1后的孔洞侧壁填石短时间内不易塌孔，为单层钢护筒28的振动下插扫清了障碍，使得在填石层采用振动锤17振动下插单层钢护筒28成为可能，解决了填石层15及淤泥层14的塌孔问题，并且施工效率极高，平均一天可以施工钢护筒8-10根以上，相比传统的旋挖钻机下钢护筒的方法提高了15倍以上，同时因为缩短工期有效降低了柴油用量，降低了工程造价。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1：采用履带式起重机起吊振动锤，振动锤夹持铅笔钢管上端在设计桩位向下振动插入；

S2：铅笔钢管振动沉入填石层过程中，铅笔钢管底部的钻头部将填石向外侧挤密振动，铅笔钢管在振动锤激振力作用下边冲击碎裂块石边向下振动下沉；

S3：当铅笔钢管振动下沉到达填石层底部时，静止10-20min，之后振动锤开始振动起拔铅笔钢管，直至提升至孔口以外，拔除铅笔钢管后的填石层内存在一个直径同钢管外径的孔洞，振动锤更换普通的单层钢护筒，振动锤夹持单层钢护筒向铅笔钢管形成的孔洞内开始振动下沉，直至穿过淤泥1-2m；

S4：采用旋挖钻机配置短螺旋钻头破碎钢护筒内填石或块石，利用捞砂斗钻头取出破碎后的石块和淤泥，在淤泥以下的一般土层采用旋挖钻机配合捞砂斗钻头钻进，即完成深厚填石和淤泥地区护壁成孔的施工；

所述铅笔钢管呈中空状且内部设置有内槽，所述内槽的侧壁上设置有环向加劲板与纵向加劲板，所述环向加劲板均匀分布在内槽中，所述纵向加劲板均匀固定在环向加劲板的内壁上，在所述铅笔钢管的下端设置有钻头部，所述钻头部自上而下直径依次减小，且在所述钻头部的底端外壁上均匀分布有多个破碎齿。

2.如权利要求1所述的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，其特征在于，在S2中，所述铅笔钢管振动下沉过程中遇到坚硬岩石难以冲击破碎，则采用履带式起重机将振动锤和铅笔钢管提升一定高度重复振动下沉，直至将岩石破碎后停止。

3.如权利要求2所述的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，其特征在于，在S3中，所述单层钢护筒是在地面提前加工焊接完成，单层钢护筒的长度设为穿过填石层下部的淤泥层1-2m，单层钢护筒的壁厚为20-30mm，外径比铅笔钢管小100-150mm。

4.如权利要求3所述的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，其特征在于，所述纵向加劲板的底端设置有连接板，所述连接板向钻头部的下部延伸至钻头部内壁的固定板上，所述固定板的外侧设置有倾斜部，所述倾斜部与钻头部的内壁相固定，所述固定板的下部设置有连接件，所述连接件的下部向钻头部的底端延伸。

5.如权利要求1-4任一项所述的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，其特征在于，所述振动锤的下部设置有夹具，所述夹具夹持铅笔钢管上端在设计桩位向下振动插入，且所述夹具包括夹持筒，所述夹持筒的中部设置有夹持槽，所述夹持槽的两侧壁上均设置有夹持臂，所述夹持臂与铅笔钢管外壁相适配。

6.如权利要求5所述的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，其特征在于，所述夹持臂的一侧设置有连接柱，所述连接柱的一端贯穿夹持槽且在夹持筒外侧的端头上设置有连接块，所述连接块的底端中部设置有弧槽，所述弧槽上部向连接块一侧偏移。

7.如权利要求6所述的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，其特征在于，所述连接柱的外壁上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别固定在夹持筒与连接块上，在所述连接块的外侧套设有固定筒，所述固定筒固定在夹持筒的外壁上。

8.如权利要求7所述的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，其特征在于，在所述弧槽内设置有活动杆，所述活动杆的两端固定在拉板上，所述拉板的上部贯穿固定筒且与振动锤相连接。

9.如权利要求8所述的深厚填石和淤泥地区护壁成孔施工方法，其特征在于，所述拉板的中部两侧均设置有定位槽，所述定位槽与固定筒上壁相扣接实现限定拉板的移动距离，且在所述夹持筒的侧壁上固定有套筒，所述套筒与连接柱相适配实现直线伸缩。