CN115787642A - 一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及桥梁钻孔桩施工技术领域，特别涉及一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法。其包括以下步骤：使用钻机对中待钻设的桩孔中心，并钻入，以形成初始的桩孔；于桩孔中埋设并固定护筒；使用钻机自护筒下沿继续向下钻出具有第一长度的桩孔节段，并提出钻头出渣；在桩孔节段的桩孔壁面上安装护壁结构；继续钻出第一长度的桩孔节段，并安装护壁结构，直至钻孔穿越覆盖层完毕。本申请实施例通过提供一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，以解决相关技术中在易塌覆盖层上钻孔，原有的护壁以及钻孔方法易使桩孔塌陷的问题。

Description

一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法

技术领域

本申请涉及桥梁钻孔桩施工技术领域，特别涉及一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法。

背景技术

覆盖层指覆盖在基岩之上的各种成因的松散堆积、沉积物。例如砂卵砾石层、砂土层和人工填筑的碎石土体等。

山区桥梁的桩基础施工，在覆盖层较厚的地区，采用旋挖钻机钻孔过程中易发生塌孔和缩孔，故需采用有效的护壁结构穿越覆盖层。

因其所选护壁形式的不同，有泥浆护壁法、全护筒护壁法、混凝土护壁法三种。若采用泥浆护壁，现场需大量开挖泥浆池和沉淀池，占用山区宝贵的土地资源，泥浆在处理过程中也容易造成环境污染；若采用全护筒护壁，由于护筒结构体积较大，故需较大的存放场地，又因护筒安装完成后，拔出困难不能回收利用，一次性投入大，成本代价高。若采用传统人工挖孔桩的混凝土护壁，护壁的自身强度无法承受松散的覆盖土层和旋挖钻机自重。

发明内容

本申请实施例提供一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，以解决相关技术中在易塌覆盖层上钻孔，原有的护壁以及钻孔方法易使桩孔塌陷的问题。

为达到以上目的，本申请实施例提供了一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，包括以下步骤：

使用钻机对中待钻设的桩孔中心，并钻入，以形成初始的桩孔；

于桩孔中埋设并固定护筒；

使用钻机自护筒下沿继续向下钻出具有第一长度的桩孔节段，并提出钻头出渣；

在桩孔节段的桩孔壁面上安装护壁结构；

继续钻出第一长度的桩孔节段，并安装护壁结构，直至钻孔穿越覆盖层完毕。

一些实施例中，安装护壁结构包括以下步骤：

在桩孔壁面上安装护壁钢筋；

下放模板装置，以使护壁钢筋位于模板装置与桩孔壁面之间所形成的的浇筑空间中，向浇筑空间浇筑混凝土，形成护壁层；

待护壁层强度与设计强度的比值达到第一阈值时拆模。

一些实施例中，所述护壁钢筋包括环向钢筋和竖向钢筋，所述环向钢筋环绕桩孔壁面设置，所述竖向钢筋垂直于水平面设置，所述竖向钢筋的长度大于第一长度。

一些实施例中，所述模板装置包括第一模板和第二模板，所述第一模板和第二模板上开设有用于浇筑混凝土的工作窗。

一些实施例中，所述第一模板与第二模板顶端设置有吊点。

一些实施例中，所述第一模板与第二模板相接处为斜接缝。

一些实施例中，所述第一模板和第二模板有多个，且第一模板与第二模板依次间隔设置。

一些实施例中，在使用钻机向下继续钻设第一长度之后，使用高压水装置向桩孔壁面射水扩孔。

一些实施例中，所述第一长度为1m。

一些实施例中，所述护筒的顶部高出地面，且护筒与地面相接处设置有限位件。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，由于先使用护筒撑住桩孔的上部，再在护筒的下方开挖，护筒未护住的桩孔壁面使用混凝土护壁结构进行加固支撑，在不会有全护筒护壁的大体积困扰的同时，也会由于有上方护筒的支撑而使下方桩孔开挖时，孔壁的压力较小，减轻对浇筑的混凝土护壁的压力；

另一方面，本申请提供的方法分段钻设桩孔节段，即依次向下钻设第一长度，使桩孔一步步加深，并一层一层地进行护壁结构的施工，能够很好地减轻桩孔壁面对护壁结构的压力，塌陷的可能性降低，因此，能够解决相关技术中在易塌覆盖层上钻孔，原有的护壁以及钻孔方法易使桩孔塌陷的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的钻机的钻进示意图；

图2为本申请实施例提供的模板装置整体下放的示意图；

图3为本申请实施例提供的护壁结构的正视图和俯视图；

图4为本申请实施例提供的模板装置的正视图；

图5为本申请实施例提供的模板装置的俯视图。

图中：1、桩孔；101、桩孔壁面；2、钻机；201、钻头；3、护筒；4、护壁结构；5、护壁钢筋；501、环向钢筋；502、竖向钢筋；6、护壁层；7、模板装置；701、第一模板；702、第二模板；703、工作窗；704、吊点；8、限位件；9、高压水装置；901、高压水管；902、水箱。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其能解决相关技术中在易塌覆盖层上钻孔，原有的护壁以及钻孔方法易使桩孔塌陷的问题。

参见图1至图5所示，本申请实施例提供了一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，包括以下步骤：

S1：使用钻机2对中待钻设的桩孔中心，并钻入，以形成初始的桩孔1。

具体地，先测量放样孔位，采用全站仪定位桩位中心，并做出标记，利用钻机2对中桩孔中心，向下钻入形成初始的桩孔1，此时的桩孔1高度记为初始长度。

S2：于桩孔1中埋设并固定护筒3；具体地，护筒3的外径于桩孔1的内径一致，以撑住已钻设完成的初始的桩孔1。

S3：使用钻机2自护筒3下沿继续向下钻出具有第一长度的桩孔节段，并提出钻头201出渣；

可选地，钻机2使用旋挖钻机，通过钻头201回转破碎岩土，并直接将其装入钻头201内，然后再驱动旋挖钻机将钻头201提出桩孔1外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度(第一长度)。

S4：在桩孔节段的桩孔壁面101上安装护壁结构4；

具体地，护壁结构4安装在未埋设护筒3的部分，以对易塌覆盖层中钻设的桩孔壁面101进行支撑。

重复S3至S4的步骤，继续钻出第一长度的桩孔节段，并安装护壁结构4，直至钻孔穿越覆盖层完毕。具体地，进入岩层1米后，即完成了覆盖层的钻孔穿越。

可选地，第一长度为1m。

本申请实施例提供了一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，由于先使用护筒3撑住桩孔1的上部，再在护筒3的下方开挖，护筒3未护住的桩孔壁面101使用混凝土护壁结构进行加固支撑，在不会有全护筒护壁的大体积困扰的同时，也会由于有上方护筒3的支撑而使下方桩孔1开挖时，孔壁的压力较小，减轻对浇筑的混凝土护壁的压力；

另一方面，本申请提供的方法分段钻设桩孔节段，即依次向下钻设第一长度，使桩孔1一步步加深，并一层一层地进行混凝土护壁的施工，能够很好地减轻桩孔壁面101对护壁结构的压力，塌陷的可能性降低，因此，能够解决相关技术中在易塌覆盖层上钻孔，原有的护壁以及钻孔方法易使桩孔塌陷的问题。

在一些可选的实施例中，安装护壁结构4包括以下步骤：

D1：在桩孔壁面101上安装护壁钢筋5；

D2：下放模板装置7，以使护壁钢筋5位于模板装置7与桩孔壁面101之间所形成的的浇筑空间中，向浇筑空间浇筑混凝土，形成护壁层6；

D3：待护壁层6强度与设计强度的比值达到第一阈值时拆模。

具体地，参见图3所示，护壁钢筋5包括环向钢筋501和竖向钢筋502，环向钢筋501环绕桩孔壁面101设置，竖向钢筋502垂直于水平面设置，环向钢筋501与竖向钢筋502铰接，并与桩孔壁面之间形成待浇筑混凝土的部分。

进一步地，结合图3所示，竖向钢筋502的长度大于第一长度；以自桩孔1顶部向下钻设的桩孔节段为第一级，第二次向下钻设的桩孔节段为第二级，以此依次向下类推，且每一级的桩孔节段长度均为第一长度——竖向钢筋502的长度大于每一级桩孔节段的第一长度，即上一级设置的竖向钢筋502会有一部分与其上部或下部的桩孔节段的竖向钢筋502具有重叠部分，即上一级设置的竖向钢筋502会有一部分与其上部或下部的护壁层6相连接；

但由于本申请实施例中需要在每一级桩孔节段中独立安装护壁结构4，并在待护壁层6强度与设计强度的比值达到第一阈值时拆模，拆模后的护壁层6不再插入新的竖向钢筋502，所以：

以第一级桩孔节段的护壁结构4安装为例，竖向钢筋502的上端与护筒3下端固定，下端突出护壁层6的预设长度，并向下埋入土层，当第二级的护壁结构4进行安装时，第一级中突出的竖向钢筋502节段会随着第二级护壁层6的浇筑而与第二级的护壁结构4成为一体，大大增加了第一级护壁结构4与第二级护壁结构4连接的紧密程度。

当然，后续还有第三级、第四级、第五级等的护壁结构4的安装，同样采取上述的安装方法，将每一级中的竖向钢筋502都向下埋，以此将每一级护壁结构4都紧密连接在一起，形成整体的护壁。

需要说明的是，第一级护壁结构4(首节)中的竖向钢筋502上端与护筒3焊接固定，可选地，焊接长度为20cm。

优选地，在D2中，模板装置7的外径与护壁钢筋5的内径一致，模板装置7作为护壁层6的内壁，桩孔壁面101作为护壁层6的外壁，形成了浇筑空间，向浇筑空间中注入混凝土，即形成了护壁层。

待浇筑完成、护壁层6的强度达到拆模要求后，将模板装置7拆除，再进行向下钻孔，形成下一级的桩孔节段，再次安装护壁结构4，重复操作，直至钻孔穿越覆盖层完毕。

可选地，第一阈值选用75％。

以及，作为受拉钢筋，环向钢筋501需承受侧面传递来的土压力和旋挖钻机压力，应严格按照桩孔1的内径以及要求布置间距。

在一些优选的实施例中，参见图4所示，模板装置7包括第一模板701和第二模板702，第一模板701和第二模板702上开设有用于浇筑混凝土的工作窗703。

可选地，第一模板701与第二模板702均为具有一定厚度的模板(比如20cm)，工作窗703开设在第一模板701和第二模板702的顶端，即如图4所示，混凝土自工作窗703穿过模板装置7，进入浇筑空间，待浇筑空间中充满混凝土、并达到拆模要求后，即形成了护壁层6。

在一些可选的实施例中，参见图4和图5所示，第一模板701与第二模板702顶端设置有吊点704。具体地，将第一模板701与第二模板702拼装成完整的模板装置7，再通过吊点704下放至桩孔1底部；拆模时则分开拆模，将第一模板701与第二模板702分别通过各自的吊点704拆出。

在一些可选的实施例中，参见图4和图5所示，第一模板701与第二模板702相接处为斜接缝。斜接缝能够在模板装置7整体下放时，由于受到护壁钢筋5的挤压而结合地更加紧密，不需要额外的固定装置，也就方便了后续的单独拆模，而不需要人工下桩孔1操作，降低了危险。

在一些优选的实施例中，第一模板701和第二模板702有多个，且第一模板701与第二模板702依次间隔设置。参见图5所示，第一模板701和第二模板702各有两个，并依次间隔设置。

优选地，斜接缝在模板装置7的正视图中，使第一模板701和第二模板702为梯形结构，当第一模板701的正视图为正梯形时，第二模板702的正视图为倒梯形；当第一模板701的正视图为倒梯形时，第二模板702的正视图为正梯形。

在一些可选的实施例中，在上述S3中使用钻机2向下继续钻设第一长度之后，还需要使用高压水装置9向桩孔壁面101射水扩孔。

具体地，参见图1所示，地面上还放置有高压水装置9，其中高压水装置9包括高压水管901和水箱902，高压水管901还连接有高压水泵，其中高压水管901顺着钻机2的钻杆向下，自钻头201中部引出，高压水管901出口垂直对着桩孔壁面101，开启高压水泵，利用高压水冲击桩孔壁面101松散的土层进行扩孔，直到孔径达到要求。

在本实施例中，高压水管901采用直径30mm的软管，并保证高压水管901内水的压力为0.5MPa。

在一些可选的实施例中，参见图1和图2所示，护筒3的顶部高出地面，且护筒3与地面相接处设置有限位件8。

具体地，在上述的步骤S2中，埋设的护筒3要高出地面一段距离以作为固定部，且护筒3与地面相接处设置限位件8，可选地，环绕护筒3的周向均匀安装八个限位件8，并与地面紧密抄垫，将护筒3固定在桩孔1顶部。

在一些可选的实施例中，在上述的步骤S1之前，还包括平整及硬化场地的准备工作。

在一个具体的实施例中，钻机2选用型号为XR700E，其自重为240t，回转半径大、钻杆长，在钻机2就位前应将场地平整硬化，保证场地具有一定的硬度，避免钻机2沉陷或倾斜。场地的平整一般考虑采用开挖优质的碎石土回填，场地的硬化采用C30混凝土，厚度为30cm。

在上述的步骤S1中，测量放样孔位时，采用全站仪精确定位桩孔1的位置，根据桩孔1定位点拉十字线钉放四个控制桩，以四个控制护桩为基准控制护筒3的埋设位置，并保证钻机2准确就位。护桩时做好保护工作，防止施工过程中被扰动。

在上述步骤S1之后、步骤S2之前，需要先检查钻机2的性能状态是否良好。保证钻机2工作正常。保证桩位附近平整，把钻机2开到桩位旁，钻头201的尖端正对桩位标注点。钻机2应安放稳圈，底盘应水平，钻孔平台不得产生位移和沉陷。钻机2就位，钻杆应保持竖直，钻头201中心与孔位中心的偏差不得大于2cm。

步骤S2中，护筒3埋设时，由于护筒3具有定位、保护孔口的作用，护筒3选用壁厚2cm、高度为3m的钢板制作，护筒3的内径比钻头201大20cm，并高出地面0.3m。埋设护筒3前应进行桩位控制点的放样，保证护筒3中心与桩位中心应重合。

用小口径的小钻头先预钻至护筒3底的标高位置，然后提出小钻头，更换钻头201将护筒3压到预定位置，再用粗颗粒土回填护筒3外侧至密实。钻头201贯压护筒3时要分别在护筒3各个方向均匀、同时贯压，防止护筒3在贯压过程中出现倾斜。检查合格后再进行护筒3外侧的回填。

步骤S3中，使用钻头201全断面钻进，首次直接钻进至护筒3底口以下1.0m深度位置，开始钻进时应轻压慢进，以保证孔位不产生偏差，待主动钻杆全部进入孔后，方可逐步加速进行正常钻进，控制进尺，以确保护筒3底口部位地层的稳定。

利用钻头201桩孔钻进过程的同时，适时提升钻机2的钻头201，将钻头201将钻渣倒入钻孔平台上钢制渣箱内集中存放，利用运渣车将渣土外运处理。

以及上述D1中，安装护壁钢筋5时，作业人员通过钢爬梯进入桩孔1内，根据地层类型选择护壁钢筋5布置，先安装护壁竖向钢筋502，再安装护壁环向钢筋501，护壁钢筋5的安装要求见表一。

表一护壁钢筋5的安装要求

上述D2中，向浇筑空间浇筑混凝土时，混凝土利用串筒下放至模板装置7的工作窗703，利用溜槽将混凝土倒入工作窗703进入模板内，采用敲击模板或钢筋插捣的方式，确保护壁层6的混凝土质量。

成型的护壁结构4为加强型钢筋混凝土结构护壁，强度达36.2kN.m，可承受护壁外侧松散的土压力荷载和大型旋转钻机2的偏载。

综上所述，本发明方法适用于覆盖层较厚且易坍塌的地层，同时也适用于对施工场地环保要求严、现场文明作业要求高的山区环境。

本申请达到的有益效果包括：

(1)先使用护筒3撑住桩孔的上部，再在护筒3的下方开挖，护筒3未护住的桩孔壁面101使用加强型混凝土护壁结构进行加固支撑，使桩孔1不易塌陷；

(2)利用钻机2代替人工的方式钻孔、清孔，极大地提高了桩基的施工效率；

(3)易坍塌的覆盖层开挖采用专门设计的加强型混凝土护壁结构代替泥浆护壁或常规混凝土护壁，确保利用钻机2钻孔时，有效防止覆盖层坍塌，保证孔型和成孔质量，降低开挖过程中的安全风险；

(4)整个施工过程不需要建立泥浆池等造浆设施，无泥浆排放，对周围环境无污染，符合绿色工程的要求。

(5)覆盖层扩孔采用高压水枪喷射的方法，有效提高的扩孔的效率，且避免人员下井扩孔，消除了井下作业的安全风险。

(6)混凝土护壁模板采用专门设计，并整体下放安装的方式，人员仅在孔内安装护壁钢筋5，作业时间短，施工安全风险低。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其特征在于，其包括以下步骤：

使用钻机(2)对中待钻设的桩孔中心，并钻入，以形成初始的桩孔(1)；

于桩孔(1)中埋设并固定护筒(3)；

使用钻机(2)自护筒(3)下沿继续向下钻出具有第一长度的桩孔节段，并提出钻头(201)出渣；

在桩孔节段的桩孔壁面(101)上安装护壁结构(4)；

继续钻出第一长度的桩孔节段，并安装护壁结构(4)，直至钻孔穿越覆盖层完毕。

2.如权利要求1所述的适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其特征在于，安装护壁结构(4)包括以下步骤：

在桩孔壁面(101)上安装护壁钢筋(5)；

下放模板装置(7)，以使护壁钢筋(5)位于模板装置(7)与桩孔壁面(101)之间所形成的的浇筑空间中，向浇筑空间浇筑混凝土，形成护壁层(6)；

待护壁层(6)强度与设计强度的比值达到第一阈值时拆模。

3.如权利要求2所述的适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其特征在于：

所述护壁钢筋(5)包括环向钢筋(501)和竖向钢筋(502)，所述环向钢筋(501)环绕桩孔壁面(101)设置，所述竖向钢筋(502)垂直于水平面设置，所述竖向钢筋(502)的长度大于第一长度。

4.如权利要求2所述的适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其特征在于：

所述模板装置(7)包括第一模板(701)和第二模板(702)，所述第一模板(701)和第二模板(702)上开设有用于浇筑混凝土的工作窗(703)。

5.如权利要求4所述的适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其特征在于：

所述第一模板(701)与第二模板(702)顶端设置有吊点(704)。

6.如权利要求4所述的适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其特征在于：

所述第一模板(701)与第二模板(702)相接处为斜接缝。

7.如权利要求4所述的适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其特征在于：

所述第一模板(701)和第二模板(702)有多个，且第一模板(701)与第二模板(702)依次间隔设置。

8.如权利要求1所述的适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其特征在于：

在使用钻机(2)向下继续钻设第一长度之后，使用高压水装置(9)向桩孔壁面(101)射水扩孔。

9.如权利要求1所述的适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其特征在于：

所述第一长度为1m。

10.如权利要求1所述的适用于易塌覆盖层钻孔的施工方法，其特征在于：

所述护筒(3)的顶部高出地面，且护筒(3)与地面相接处设置有限位件(8)。

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