CN114293979B - 一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置及方法，包括立柱、斜撑杆、底盘、滑轮组、卷扬机系统、电动轮箱、钻杆及钻头、钻进定位筒、全站仪、棱镜、混凝土输送泵、小型挖掘机、振动锤；所述立柱、斜撑杆安装于底盘上；所述滑轮组前方连接电动轮箱。所述测量棱镜安装在电动轮箱侧面，方便全站仪观测的位置。混凝土输送泵、全站仪安置于桩位旁平稳的地面上。本发明解决了长螺旋钻孔压灌工艺需不间断排土，孔口不具备埋设护筒的条件，因而钻孔桩成孔、钢筋笼安装高程不易精确控制的难题，通过高程测量，提高了在复杂地层中施工钻孔桩的成桩质量，生产效率高，并极大地降低了成本，施工安全可靠，效益显著，效果良好。

Description

一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置及方法

技术领域

本发明涉及工程领域，尤其涉及一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置及方法，可显著提高桩基施工成桩质量。

背景技术

在现代基础设施、公用建筑建设中，为了保证基础的承载力，大多采用桩基础；在回填土、淤泥土、粉沙类土等松软土质条件下桩基钻孔易出现塌孔或根本无法成孔，灌注桩易断桩，而长螺旋压灌桩是采用螺旋钻杆钻至桩底高程后，先压灌桩体混凝土，再沉放钢筋笼，桩孔内始终保持填充状态，从而避免塌孔、缩颈等问题出现，该工艺亦适用于有地下水、层流水的地层成孔作业。然而，长螺旋钻孔压灌桩工艺，在钻进成孔及泵压混凝土过程中均需小型挖掘机配合清除、移运孔口排出的土方，孔口不具备埋设护筒的条件，钻机立柱上多为大分度值标尺，且易污染，因而在施工过程中桩位、孔深、桩顶高程等实测项目的精确量测无参照物可依据，易造成桩长不足、桩位偏差等缺陷，给建筑物基础工程带来隐患，而桩基孔深、排架桩桩位均为关键检测项目，必须制定有效的工艺措施严格控制。

本发明采用全站仪及反射棱镜精确测量钻孔桩成孔、钢筋笼安装高程，强化过程控制，提高了工程质量，并极大地降低了成本，施工安全可靠，效益显著，效果良好。

发明内容

发明的目的：为了提供一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置及方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

该长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置及方法用于各类路桥、市政、公用建筑桩基在回填土层、淤泥土层、粉沙类土层等地质条件下的施工，亦适用于有地下水、层流水的各类土层中的成孔作业，本发明解决了长螺旋钻孔压灌工艺需不间断排土，孔口不具备埋设护筒的条件，因而钻孔桩成孔、钢筋笼安装高程不易精确控制的难题，通过高程测量，提高了在复杂地层中施工钻孔桩的成桩质量，生产效率高，并极大地降低了成本，施工安全可靠，效益显著，效果良好。

为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：

一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置及方法，其特征在于，包含钻机立柱、斜撑杆、底盘、钻杆滑轮组、卷扬机系统、电动轮箱、钻杆及钻头、钻进定位筒、全站仪、测量棱镜、混凝土输送泵、钢筋笼振动锤等，所述立柱、斜撑杆安装于底盘上，斜撑杆顶部铰接于立柱，形成钻杆支撑架，立柱顶端平台上设置提升钻杆的滑轮组及悬挑小梁，顶端平台可在水平面内旋转；所述滑轮组前方连接钻孔电动轮箱，悬挑小梁前端卷扬机钢丝绳悬吊钢筋笼振动锤。所述轮箱下连接钻杆及钻头，钻杆限定在钻进定位筒中部，作为钻进导向，所述滑轮组后方钢丝绳连接卷扬机系统。所述测量棱镜安装在电动轮箱侧面，方便全站仪观测的位置，钻进过程中测量棱镜高程，并利用0.5m³斗容小型挖掘机及时清理排出的土方，统一移运到指定地点堆放。全站仪、混凝土输送泵安置于桩位附近平稳的地面上。

本发明进一步技术方案在于，所述测量棱镜采用螺杆及轮箱上预埋的螺母牢固安装在电动轮箱侧面，并保证棱镜立杆竖直。

本发明进一步技术方案在于，所述钻杆调整好孔位、垂直度后，使钻头尖部接触整平的地面，采用全站仪测量并记录钻杆顶部棱镜高程值h₁、钻头尖(整平地面)高程值h₀。全站仪采用2″精度的中测程全站仪，须安置于施工桩位旁平稳的地面上。

本发明进一步技术方案在于，所述桩基钻进时先关闭钻头活门，下钻速度要慢；正常钻进时速度控制在1～1.5m/min，钻出的土方及时清理，并注意保护孔口地面，统一移运到指定地点堆放。

本发明进一步技术方案在于，所述桩基钻进过程中，根据钻杆(7)节段数初步判断钻孔至桩底高程以上约0.5m，停止钻孔，立即采用全站仪(10)精确测量钻杆顶部棱镜(11)，计算实测高程值h_测，反复测量2～3次，当满足h_测＝h₁-h₀+h_设时，钻孔达到设计位置。

本发明进一步技术方案在于，桩基钻进至设计高程后，所述电动轮箱及钻杆等移开桩位范围，立柱顶平台上的悬挑小梁及卷扬机钢丝绳悬吊起钢筋笼及振动锤，移入桩位。

本发明进一步技术方案在于，所述钢筋笼加工后底端呈锥形，便于在混凝土中下沉，下插到设计顶面高程以上约0.3m时暂停，采用全站仪测量钢筋笼顶面高程h_钢，经计算符合设计要求后关闭振动锤电源，完成钢筋笼安装。

一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量法，包括以下步骤：

(1)测量放样：先采用全站仪放样场地位置、高程，整平原地面到桩顶设计高程，桩位处8～9m²范围原地面高程需高于桩顶设计高程0.5m，以便于桩顶混凝土超灌；再逐一精确测放出桩孔中心位置，采用木桩顶打设铁钉的形式，并布设4个护桩，将桩位引出桩基钻孔断面之外。

(2)钻机安装及就位：钻机首次进场后，在底盘上安装立柱、斜撑杆等杆件，再安装、调试卷扬机系统、液压及电气系统，最后在钻杆顶部合适位置牢固安装测量棱镜，并保证与全站仪具备通视条件。每次钻孔前根据桩长、钻机安装高度计算出钻杆长度，并一次安装足够长的钻杆。长螺旋钻机先在滑道上滑行到桩位，再采用4个护桩拉线对桩位中心进行复核。

(3)钻机调整及初测高程：长螺旋钻机就位后，再次利用护桩拉线校核桩位，钻头中心与桩位的偏差应小于20mm，然后调整钻机，采用垂球双向控制钻杆垂直度，液压支腿精确调整钻头中心与桩孔中心对准，并调整钻杆垂直度符合要求。调整钻杆高度，使钻头尖接触整平的地面，采用全站仪测量并记录钻杆顶部棱镜高程值h₁、钻头尖(整平地面)高程值h₀。

(4)钻孔：孔位、钻杆垂直度合格后方可平稳钻进。钻头刚接触地面时，先关闭钻头活门，下钻速度要慢；正常钻进时速度可控制在1～1.5m/min。钻出的土方利用小型挖掘机及时清理，并统一移运到指定地点堆放。

(5)测量孔深：根据钻杆节段数初步判断钻孔至桩底高程以上约0.5m，停止钻孔，立即采用全站仪精确测量钻杆顶部棱镜，计算测量高程值h_测，反复测量2～3次，当满足h_测＝h₁-h₀+h_设时，钻孔达到设计位置，其中：

h₁为钻杆顶部棱镜高程值

h₀为钻头尖(整平地面)高程值

h_设为桩底高程计算值

(6)泵压混凝土：孔深测量合格后，长螺旋钻机顶部泵管连接混凝土输送泵，采用超流态混凝土压灌工艺，钻杆提升速度控制在2.5m/min，开始灌注时严禁先提钻后灌料，提升钻杆接近地面时，放慢提管速度并及时清理孔口渣土，超灌高度不小于0.5m。

钻杆提升速度须与压灌混凝土量适宜，泵送混凝土应连续进行，混凝土的塌落度应控制在180～220mm，以保证桩头混凝土质量。

(7)下插钢筋笼：压灌混凝土至原地面后，从钻机顶端平台移开钻杆、钻头等，采用钻机顶部悬挑梁及前端卷扬机提起钢筋笼，先将振动锤盖置在钢筋笼顶端，立即开始插钢筋笼，下笼过程中必须先利用振动锤及钢筋笼的自重沉入，当无法沉入时再启动振动锤，插入速度宜控制在1.2～1.5m/min。

钢筋笼下插到设计顶面高程以上约0.3m时暂停下插，采用全站仪测量钢筋笼顶面高程h_钢，经计算符合设计要求后关闭振动锤电源，摘除起吊钢丝绳。

采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：

该一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置及方法适用于各类路桥、市政、公用建筑的桩基在回填土、淤泥土、粉沙类土等松软土质条件下桩基钻孔易出现塌孔或根本无法成孔，灌注桩易断桩的情况，长螺旋压灌桩是采用螺旋钻杆钻至桩底高程后，先压灌桩体混凝土，再沉放钢筋笼，桩孔内始终保持填充状态，从而避免塌孔、缩颈等问题出现，但长螺旋钻孔压灌桩工艺，在钻进成孔及泵压混凝土过程中均需小型挖掘机配合清除、移运孔口排出的土方，孔口不具备埋设护筒的条件，钻机立柱上多为大分度值标尺，且易污染，因而在施工过程中桩位、孔深、桩顶高程等实测项目的精确量测无参照物可依据，易造成桩长不足、桩位偏差等缺陷，给建筑物基础工程带来隐患，而桩基孔深、排架桩桩位均为关键检测项目，必须严格控制。

本发明采用全站仪及反射棱镜精确测量钻孔桩成孔、钢筋笼安装高程，强化过程控制，提高了桩基孔深、桩位、钢筋笼顶面高程等实测项目合格率，主体结构施工质量优良，工程外观质量优良，达到了设计及规范要求。

附图说明

为了进一步说明本发明，下面提供相关附图：

图1为本发明长螺旋钻孔压灌桩高程测量立面示意图；

图2为本发明立柱顶悬挑及振沉钢筋笼示意图；

图3为本发明立柱顶钻杆滑轮组、悬挑小梁平面示意图；

其中：

1立柱；2斜撑杆；3底盘；4钻杆滑轮组；5电动轮箱；6钻杆；7钻头；8钻进定位筒；9卷扬机系统；10棱镜；11全站仪；12混凝土输送泵；13悬挑小梁；14钢筋笼振动锤。

本附图为本装置主要部件组成的示意图，不代表本发明的外形尺寸、连接方式、装配形式、位置关系等，图示省略了部分杆件等。

需要说明的是，本专利提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不相互制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互组合，达到多个效果共同实现。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还可进行各种优化和改进，这些优化和改进都落入要求保护的范围内。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置，包含立柱(1)、斜撑杆(2)、底盘(3)、钻杆滑轮组(4)、电动轮箱(5)、钻杆(6)及钻头(7)、钻进定位筒(8)、卷扬机系统(9)、棱镜(10)、全站仪(11)、混凝土输送泵(12)、悬挑小梁(13)、钢筋笼振动锤(14)等；所述立柱(1)、斜撑杆(2)安装于底盘(3)上，斜撑杆顶部铰接于立柱，所述立柱顶端平台上设置钻杆滑轮组(4)及悬挑小梁(13)，两者在水平面内成45°～60°，平台可在水平面内转动；所述滑轮组前方连接电动轮箱(5)，悬挑小梁(13)前端卷扬机钢丝绳悬吊钢筋笼振动锤(14)。所述轮箱下连接钻杆(6)及钻头(7)，钻杆钻进时，限定在钻进定位筒(8)内，所述滑轮组后方钢丝绳连接卷扬机系统(9)。所述测量棱镜(10)安装在电动轮箱侧面，方便全站仪观测的位置，钻进过程中采集棱镜高程。全站仪(11)、混凝土输送泵(12)安置于桩位旁平稳的地面上。

所述底盘(3)上安装有四个液压支腿，底盘纵梁下方设置2根滑道，方便长螺旋钻机调整、就位及移位，利用液压支腿顶起底盘可实现钻机和滑道的交替前移。

所述测量棱镜(10)采用螺杆及预埋螺母牢固安装在电动轮箱(5)侧面，并保证棱镜立杆竖直。

所述全站仪(11)采用2″精度的中测程全站仪，安置于施工桩位旁平稳的地面上。

所述钻杆(6)调整好孔位、垂直度后，使钻头(7)尖部接触整平的地面，采用全站仪(11)测量并记录钻杆顶部棱镜(10)高程值h1、钻头尖(整平地面)高程值h0。

钻进时先关闭钻头(7)活门，下钻速度要慢；正常钻进时速度控制在1～1.5m/min，钻出的土方利用0.5m3斗容小型挖掘机及时清理，注意保护孔口地面，并统一移运到指定地点堆放。

钻进过程中，根据钻杆(6)节段数初步判断钻孔至桩底高程以上约0.5m，停止钻孔，立即采用全站仪(11)精确测量钻杆顶部棱镜(10)，计算实测高程值h测，反复测量2～3次，当满足h测＝h1-h0+h设时，钻孔达到设计位置。

钢筋笼加工底端呈锥形，下插到设计顶面高程以上约0.3m时暂停，采用全站仪(11)测量钢筋笼顶面高程h钢，经计算符合设计要求后关闭振动锤电源，完成钢筋笼安装。

Claims (3)

1.一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置，其特征在于，包含立柱（1）、斜撑杆（2）、底盘（3）、钻杆滑轮组（4）、电动轮箱（5）、钻杆（6）、钻头（7）、钻进定位筒（8）、卷扬机系统（9）、棱镜（10）、全站仪（11）、混凝土输送泵（12）、悬挑小梁（13）、钢筋笼振动锤（14）；

所述立柱（1）、斜撑杆（2）安装于底盘（3）上，斜撑杆（2）的顶部铰接于立柱（1）；所述立柱（1）的顶端平台上设置有钻杆滑轮组（4）及悬挑小梁（13），钻杆滑轮组（4）及悬挑小梁（13）在水平面内成45°～60°，立柱（1）的顶端平台能够在水平面内转动；所述钻杆滑轮组（4）前方连接电动轮箱（5），悬挑小梁（13）前端的卷扬机钢丝绳悬吊有钢筋笼振动锤（14）；所述电动轮箱（5）下连接有钻杆（6）及钻头（7），钻杆限定在钻进定位筒（8）内；所述钻杆滑轮组（4）的钢丝绳连接卷扬机系统（9）；所述棱镜（10）安装在电动轮箱（5）的侧面，方便全站仪观测的位置，钻进过程中采集棱镜高程；全站仪（11）、混凝土输送泵（12）安置于桩位旁地面上；

所述底盘（3）上安装有四个液压支腿，底盘（3）的纵梁下方设置有两根滑道；

测量棱镜（10）采用螺杆及预埋螺母牢固安装在电动轮箱（5）侧面，并保证棱镜立杆竖直；

所述全站仪（11）采用中测程全站仪，安置于施工桩位旁地面上；

所述钻杆（6）调整好孔位、垂直度后，使钻头（7）尖部接触整平的地面，采用全站仪（11）测量并记录钻杆顶部棱镜（10）高程值h₁、钻头尖高程值h₀；

钻进时先关闭钻头（7）活门，下钻速度慢；正常钻进时速度控制在1～1.5m/min，钻出的土方利用0.5m³斗容小型挖掘机清理，保护孔口地面并统一移运到指定地点堆放；

钻进过程中，根据钻杆（6）节段数初步判断钻孔至桩底高程以上0.5m，停止钻孔，立即采用全站仪（11）测量钻杆顶部棱镜（10），计算实测高程值h_测，反复测量2～3次，当满足h_测=h₁-h₀+h_设时，钻孔达到设计位置。

2.如权利要求1所述的一种长螺旋钻孔压灌桩高程测量装置，其特征在于，钢筋笼加工底端呈锥形，下插到设计顶面高程以上时暂停，采用全站仪（11）测量钢筋笼顶面高程h_钢，经计算符合设计要求后关闭钢筋笼振动锤（14）电源，完成钢筋笼安装。

3.利用权利要求1所述高程测量装置进行的长螺旋钻孔压灌桩高程测量方法，其特征在于，该方法的实施方法如下：

（1）测量放样：先采用全站仪放样场地位置、高程，整平原地面到桩顶设计高程，采用木桩顶打设铁钉的形式，并布设四个护桩，将桩位引出桩基钻孔断面之外；

（2）钻机安装及就位：钻机首次进场后，在底盘上安装立柱、斜撑杆杆件，再安装、调试卷扬机系统、液压及电气系统，在钻杆顶部安装测量棱镜；每次钻孔前根据桩长、钻机安装高度计算出钻杆长度，并安装钻杆；长螺旋钻机先在滑道上滑行到桩位，再采用四个护桩拉线对桩位中心进行复核；

（3）钻机调整及初测高程：长螺旋钻机就位后，利用护桩拉线校核桩位，调整钻机采用垂球双向控制钻杆垂直度，液压支腿精确调整钻头中心与桩孔中心对准，并调整钻杆垂直度符合要求；调整钻杆高度，使钻头尖接触整平的地面，采用全站仪测量并记录钻杆顶部棱镜高程值h₁、钻头尖高程值h₀；

（4）钻孔：孔位、钻杆垂直度合格后平稳钻进；钻头接触地面时，先关闭钻头活门，下钻速度慢；正常钻进时速度控制在1～1.5m/min；

（5）测量孔深：根据钻杆节段数初步判断钻孔至桩底高程以上0.5m，停止钻孔，立即采用全站仪精确测量钻杆顶部棱镜，计算测量高程值h_测，反复测量2～3次，当满足h_测=h₁-h₀+h_设时，钻孔达到设计位置，其中：

h₁为钻杆顶部棱镜高程值；

h₀为钻头尖处整平地面高程值；

h_设为桩底高程计算值；

（6）泵压混凝土：孔深测量合格后，长螺旋钻机顶部泵管连接混凝土输送泵，采用超流态混凝土压灌工艺，泵送混凝土连续进行；

（7）下插钢筋笼：压灌混凝土至原地面后，从钻机顶端平台移开钻杆、钻头，采用钻机顶部悬挑梁及前端卷扬机提起钢筋笼，先将振动锤盖置在钢筋笼顶端，立即开始插钢筋笼，下笼过程中先利用振动锤及钢筋笼的自重沉入；

钢筋笼下插到设计顶面高程以上暂停下插，采用全站仪测量钢筋笼顶面高程h_钢，经计算符合设计要求后关闭振动锤电源，摘除起吊钢丝绳，完成测量。

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