CN1212452C - 场铸基桩的导钣式抓斗钻掘工法 - Google Patents

Abstract

一种场铸基桩的导钣式抓斗钻掘工法，是运用导钣式抓斗的掘削装置进行场铸基桩钻掘的施工方法。此掘削装置的导钣可维持及调整掘削装置确保钻掘方向的垂直；附挂齿状刀刃的抓斗的开闭得以取土；藉安装角度检知器与指示仪可得知此掘削装置在地下土层中的垂直度。据本发明的工法实施时，相对于国内习用的大口径基桩钻掘工法，本发明具有废土含水量降低运弃较容易、施工场地较干净、施工作业空间较小、提供优质回填材料、可施作较高工程效益的方形桩与大口径基桩、施工速度快等优点，并可降低施工成本及符合世界环保潮流。

Description

场铸基桩的导钣式抓斗钻掘工法

技术领域

本发明有关一种基桩钻掘施工方法，尤指一种场铸基桩的钻掘施工方法。

技术背景

国内习用的大口径基桩钻掘工法有二种形式。

其一，一般称“反循环钻掘工法”，如图18所示，主要是利用反循环钻掘机a，连结空心钻管b及钻头c，空心钻管b可为串接复数个空心铁管而成，钻头c下缘具钻齿c1，以反循环钻掘机a的转盘d带动空心钻管b及钻头c旋转将泥土或岩石予以切削，并与钻孔内稳定液(一般为皂土液或高分子聚合物溶液)一并搅烂成泥水(含泥砂量高的稳定液)，透过空心钻管b连接泵浦e经排泥管e1吸至地面上的沉淀池f1内，泥水静置或流速减慢後使泥水中的泥砂或岩石碎削沉淀後为废土f，废土f一般由挖土机f2自沉淀池f1内挖出至弃土车f3沉淀後含砂量低的稳定液藉反循环水路f4回流至钻孔内。基桩的垂直精度以转盘d的水平及空心钻管b的垂直重力控制。

此种工法，因运弃的废土f为泥水沉淀而成，有相当高的含水量，无论以环保或施工成本而言，均不利于废土f运弃作业。

其二，一般称“套管钻掘工法”，如图19所示，若为基桩全部深度均使用套管钻掘则称为“全套管工法”，部分深度使用套管钻掘则称为“半套管工法”，主要是利用套管钻掘机g，其可为360度全回旋式钻掘机或15至30度摇摆式钻掘机，夹紧与预定钻掘桩径相同的钻掘套管h，钻掘套管h底部有切削齿I，以360度旋转或15至30度摇摆的方式切削并将钻掘套管h压入泥土层或岩石层中，再利用取土装置，如以吊车j1垂挂钢索j2连接锤式抓斗j等，取出钻掘套管h内泥土或岩石，每支钻掘套管h的长度不等，一般为3-12M长，若长度不足则可连接数节钻掘套管h，并以套管接头k作为衔接。

基桩的垂直精度则以套管钻掘机g及切削土层的钻掘套管h控制，取土工具如锤式抓斗j并无法控制基桩的垂直精度。

此种工法切削土层及掘取土层分别为不同的工具，就所需设备与作业空间来说，所需主要设备为切削土层的套管钻掘机g，预定钻掘桩径相同大小且足够长度的钻掘套管h与掘取土层的取土装置如锤式抓斗j等等配合作业，需求的设备成本高且作业空间大。

另，上述二种工法皆以基桩中心线为轴旋转的钻头c(反循环钻掘工法)或钻掘套管h(套管钻掘工法)，故仅能施作圆形基桩，无法施作工程效益较高的矩形基桩，亦为上述习用工法的一大缺憾。

本发明人有鉴于上述二种基桩钻掘工法于实际使用时的缺点，缘积个人从事相关大口径基桩实务上多年的经验，历长时间研究发展，终于发明一种崭新的本“场铸基桩的导钣式抓斗钻掘工法”。

发明内容

本发明的目的是要提供一种场铸基桩的导钣式抓斗钻掘工法。此方法是针对国内大口径场铸基桩需求日益增加，习用的钻掘工法在大型都会区施工困难形成瓶颈而研发的一种崭新的钻掘工法。以此工法施作具有废土含水量降低使其运弃较容易、施工场地较干净、施工作业空间较小、提供优质回填材料、可施作较高工程效益的方形桩与大口径基桩因而施工速度快等特点，符合世界环保潮流、且得降低施工成本。

本发明的目的是这样实现的：

一种场铸基桩的导钣式抓斗钻掘工法，是利用一吊车悬吊一掘削装置作上下移位进行基桩的钻掘工作：该掘削装置是导钣式抓斗，该导钣式抓斗构造包含有一框体及其下方的抓斗；在该框体上设有角度检知器并连接至地面的角度指示仪，用以测知导钣式抓斗于地底挖掘时的倾斜角度；且在该框体上至少在二个不同高度的断层上沿数个方向设有可各自独立伸缩的导钣，每一层的数个导钣组成为欲钻掘基桩的形状支撑于桩孔壁，下层导钣与框体间为固定式连接；上层导钣与框体间由千斤顶调整器连接形成伸缩式导钣，利用千斤顶调整器微调掘削方向，确保基桩钻掘时的垂直精度，该千斤顶调整器由连接管连接地面控制机构；在抓斗的开口缘设有齿状刀刃，该抓斗在张开时，其刀刃方向与钻掘方向相互平行；

上述工法至少包括以下施工步骤：

1.1利用上述吊车将导钣式抓斗移至预定钻掘的基桩位置；之后

1.2控制导钣式抓斗垂直升降往复的挖土与取土，其步骤是：

1.2.1先藉抓斗的刀刃垂直插入地面；之后

1.2.2令抓斗闭合抓取土壤；

1.3随所钻掘的桩孔深度的增加，至可将上述导钣式抓斗的框体没入桩孔；之后

1.4藉框体上的数组导钣同时撑于基桩内壁面上，形成多层式支撑架构造；

1.5在上述钻掘过程中利用角度检知计测得导钣式抓斗在桩孔内的垂直度，并对其进行修正与调整，再持续以抓斗向下钻掘直至预定的基桩深度。

该每一导钣是以一油压缸垂直固定在框体上，使固定于该油压缸外侧端的导钣可各自独立伸缩。

以下对本发明所提供的导钣式抓斗钻掘工法的特征作进一步说明。

本发明是以吊车垂悬一抓掘装置，以吊索控制抓掘装置上下移动进行抓掘。此一装置的下端使用附挂齿状刀刃的抓斗，在抓斗张开时，刀刃方向与钻掘方向平行以使刀刃直接插入土层，此装置有别于传统套管工法使用的锤式抓斗之为蛤型抓斗。

本发明抓斗的形状可配合需求的基桩形状制作，例如制作圆形桩的抓斗外观为半球弧型，制作矩形桩的抓斗外观为半圆柱型。并以油压式或机械式控制抓斗的开闭，以抓掘土壤。

本发明的掘削装置的框体上下各有一组数个方向或环状的导钣，可为固定式或伸缩式。固定式导钣是使基桩掘削时能确保抓掘装置沿以掘削的行进方向行进；伸缩式导钣更可些微调整掘削方向，确保基桩钻掘时的垂直精度。导钣的形状配合制作圆形桩或方形桩而异。

掘削装置的框体可装置一角度检知器，连接至地面上的角度指示仪，以得知此掘削装置于地下抓掘时的垂直度，作为操作人员钻掘时调整的参考。

本发明导钣式抓斗钻掘工法的整体基桩钻掘及施作程序与要领如下：

1.测量并确认基桩的中心位置：依据基地基准点，以经纬仪、光波测距仪或水准仪等测量仪器，定出各基桩的中心位置。

2.引导套管埋设或导墙施作：为使钻掘的方向能铅直向下，避免钻掘框体偏斜，故预先埋设3～6M的钢套管作为引导，或者亦可以钢筋混凝土制作1.5～2M导墙。无论何者，均需使引导套管及导墙为垂直，以使钻孔的垂直精度确保。另外，引导套管与导墙亦可防止靠近地面的土层坍塌。

3.调制稳定液：因本工法于地下土层并无套管保护，需使用稳定液。稳定液乃利用稳定液高出地下水压的压力差，使其渗入开挖壁的空隙并形成薄膜，以维护开挖壁的稳定。稳定液使用水配加稳定剂，稳定剂一般采用泥水、皂土或高分子聚合物等三类，拌合用水使用不含有油脂、酸、硷、盐类、有机物及其他杂质。一般需于基桩钻掘前先行调制稳定液，俟基桩钻掘时再将稳定液导入钻孔中，以防止坍塌。

4.钻掘：以吊车垂吊前述的导钣式抓斗，吊车操作人员以油压式或机械式控制抓斗的张开，吊索控制其向下移动至欲钻掘的深度，藉此一掘削装置的重力使抓斗上的刀刃直接插入土层，控制抓斗闭合直接抓掘土壤，再以吊索控制其向上移动至地面，将抓取的泥土置放入储土设备。抓掘过程中应随时注意基桩钻掘的垂直与否，包含抓掘装置、吊索与基桩中心的相对关系，若有附挂角度检知器则可观察角度指示仪得知。如此周而复始，直到钻掘至预定深度。

5.超音波垂直度检测：检测钻掘孔壁垂直精度的方法，目前采用超音波孔壁测定器者居多，测定器是由发收波器、卷收机及纪录器构成。

6.钢筋笼制作及吊放：钢筋笼制作按工程设计图，以吊车将钢筋笼吊起并置入钻孔中。

7.混凝土浇置：一般使用特密管，其应具水密性管径以足够使混凝土自由滑落而不致分散为原则。

8.空打段回填：于未浇置混凝土段回填原土、碎石或其他指定的回填材料。

本发明所提供的导钣式抓斗钻掘工法，与习用的“反循环钻掘工法”及“套管钻掘工法”比较，其优点与积极效果是：

1.废土含水量降低：相较于反循环钻掘工法，大幅降低钻掘废土的含水量(尤其是粘土)，弃土车次成本降低。而与套管钻掘工法产生的废土含水量类似。

2.施工场地较乾净：相较于反循环钻掘工法，毋需钻掘反循环水路，施工环境保护容易，场地更为乾净。而与套管钻掘工法的施工场地环境保护难易相同。

3.作业空间较小：相较于反循环钻掘工法毋需开挖沉淀池，可使用土桶，而与套管钻掘工法比较，因毋须置放钻掘套管的空间，故本工法的基本施工作业空间可较小，约12M×20M，适合狭小的工地施工。

4.提供较优质回填材料：基桩未浇置混凝土的空打若以原钻掘土回填，相较于反循环钻掘工法可提供较优质的空打回填材料。

5.可施作方形桩工程效益较高：反循环钻掘工法与套管钻掘工法均仅能施作圆形桩。而相同钻掘体积的方形桩较圆形桩能提供较大的摩擦面积及基桩承载力，有较高的工程效益。

6.大口径基桩施工速度快：依据实际施工纪录显示，相较于反循环钻掘工法与套管钻掘工法，本工法对于施作超大口径基桩(直径200cm以上)施工速度较快。

附图说明

图1～图9本发明完成一基桩实施例图；

图10本发明完成一基桩施工流程图；

图11～图17本发明的掘削装置导钣式抓斗实施例图；

图18习用大口径基桩钻掘工法-反循环钻掘工法的实施例图；

图19另一习用大口径基桩钻掘工法-套管钻掘工法的实施例图。

件号说明

A    导钣式抓斗            A1   框体

A11  纵向钢骨              A12  横向支架

A13  角度检知器            A14  角度指示仪

A15  检知器连接线          A2   导钣

A21  下层导钣              A22  上层导钣

A23  固定长度钢骨          A24  千斤顶调整器

A25  千斤顶调整器连接管    A3   抓斗

A31  左侧抓斗              A312 右侧抓斗

A33  抓斗                  A4   梁臂

A41  左侧轴孔              A42  右侧轴孔

A5   升降控制钢索          A6   左侧吊臂

A61  左侧吊臂孔轴          A7   右侧吊臂

A71  右侧吊臂孔轴          A8   可滑动内框

A9   开闭控制钢索          B    基桩中心位置

C    引导套管              D    稳定液槽

E    稳定液          F    吊车

F1   吊索            G    抓取的泥土

H    储土设          I    超音波孔壁测定器

I1   发收波器        I2   卷收机

I3   纪录器          J    钢筋笼

K    特密管          L    预拌混凝土车

M    混凝土          N    回填材料

A    反循环钻掘机    b    空心钻管

C    钻头            c1   钻齿

D    转盘            e    泵浦

e1   排泥管          f    废土

f1   沉淀池          f2   挖土机

f3   弃土车          f4   反循环水路

g    套管钻掘机      h    钻掘套管

i    切削齿          j    锤式抓斗

j1   吊车            j2   钢索

k    套管接头

具体实施方式

参阅图1～图10所示，场铸基桩的导钣式抓斗钻掘工法为完成一基桩施作程序与要领如下：

1.测量并确认基桩的中心位置：参见图1～图10，依据基地基准点，以测量仪器定出基桩中心位置B。

2.埋设引导套管：参见图1与图10，为使钻掘的方向能铅直向下，避免钻掘框体偏斜，故预先埋设3～6M的钢套管作为引导套管C，调整使其垂直，以使钻孔的垂直精度确保。另外，引导套管C亦可防止靠近地面的土层坍塌。

3.调制稳定液：参见图1与图10，于基桩钻掘前于稳定液槽D先行调制稳定液E，基桩钻掘时再将稳定液E导入钻孔中，以防止坍塌。

4.钻掘：参见图2～图5，图10及图11，

<1>以吊车F垂吊导钣式抓斗A，吊车F操作人员以油压式或机械式控制抓斗A3的张开，并以吊索F1控制其向下移动至欲钻掘的深度，藉此一掘削装置的重力使抓斗A3上的齿状刀刃A33直接插入土层(参见图2、图10与图11)。

<2>控制抓斗A3闭合直接抓掘土壤(参见图3、图10与图11)。

<3>再以吊索F1控制导钣式抓斗A向上移动至地面上，将抓取的泥土G置放入储土设备H(参见图4、图10)。

<4>抓掘过程中应随时注意基桩钻掘的垂直与否，如此周而复始，直到钻掘至预定深度，最终实际钻掘深度可用检尺确认(参见图5图与图10)。

5.超音波垂直度检测：参见图6与图10，检测钻掘孔壁垂直精度的方法，采用超音波孔壁测定器1，该超音波孔壁测定器1是由发收波器11、卷收机12及记录器13构成。

6.钢筋笼制作及吊放：参见图7图10，钢筋笼J制作按工程设计图，以吊车F将钢筋笼J吊起并置入钻孔中。

7.混凝土浇置：参见图8与图10，使用特密管K深入钻孔底部，必要时先以气升式抽水方式进行沉泥处理，再以预拌混凝土车L倾卸混凝土M，经由特密管K中央浇置进入钻孔内，自桩底将钻孔内稳定液E自下而上逐渐排挤至预定桩顶高，完成浇置。

8.空打段回填：参见图9与图10，于未浇置段回填原土、碎石或其他指定的回填材料N。

本发明工法的掘削装置—导钣式抓斗A，乃其特色，兹亦举一较佳可行例，请参阅图11～13，该导钣式抓斗A具一框体A1，是以纵向钢骨A11连接横向支架A12组合成圆形或矩形，依据预定施作的基桩形状而异。框体A1连接一至多层数个方向或环状的导钣A2；框体A1内设置一梁臂A4连接下方的抓斗A3并利用钢索A5自上方穿入框体A1中固定于梁臂A4，以控制框体A1的升降及移位。另一开闭控制钢索A9自上方穿入框体A1固定于可滑动内框A8，藉此开闭控制钢索A9控制可滑动内框A8的升降以牵扯两侧吊臂A6、A7及抓斗A3，使抓斗A3同步开闭。

其中，梁臂A4下方左右两侧则设有左侧轴孔A4与右侧轴孔A42，可枢接并定位一组抓斗A3，分为左侧抓斗A3与右侧抓斗A32，左、右两侧抓斗A3、A32均附挂一排齿状刀刃A33，在抓斗A3张开时，齿状刀刃A33方向与框体A1方向平行以使齿状刀刃A33直接插入土层。抓斗A3的左侧抓斗A3向上枢接左侧吊臂A6的轴孔A61，右侧抓斗A32向上枢接右侧吊臂A7的轴孔A7左、右两侧吊臂A6、A7的上方亦枢接一可滑动内框A8，可相对于框体A1上下滑动；利用另一钢索A9自正上方穿入框体A1固定于可滑动内框A8，藉该钢索A8控制可滑动内框A8的升降以牵扯左、右两侧吊臂A6、A7带动左、右两侧抓斗A3、A32，使左、右两个抓斗A3、A32同步开闭，如图12、13所示。上述方式是利用机械带动式控制抓斗A3的开闭以抓掘土壤；此一抓斗控制机构亦可以油压千斤顶带动控制抓斗A3的开闭，不再赘述。

框体A1连接二层数个方向的导钣A2，可分为上层导钣A22及下层导钣A21，且该导钣A2的外观尺寸则约较预定施作基桩略小数公分，其中，下层导钣A21与框体A1间为固定式连接，是以固定长度钢骨A23连接框体A1与导钣A2，如图11～图14所示；上层导钣A22与框体A1间为伸缩式连接，是使用千斤顶调整器A24连接框体A1与导钣A2，该上层导钣A22与框体A1间的伸缩式连接方式可利用千斤顶调整器A24些微调整掘削方向，确保基桩钻掘时的垂直精度，千斤顶调整器A24以千斤顶调整器连接管A25连接地面控制机构，如图11～图13、图15所示。

框体A1可附挂角度检知器A13，利用检知器连接线A15连接地面上的角度指示仪A14角度检知器A13可侦测框体A1并互垂直的两个方向(习称为X向及Y向)的偏移角度，藉由观察连接地面上的角度指示仪A14可了解于地下钻孔中框体A1的两个方向偏移角度，作为调整上述千斤顶调整器A24的调整依据，如图13、16、17所示。

综上所述，以导钣式抓斗A的掘削装置进行场铸基桩钻掘施工，确实能以抓斗A3的开闭用以取土，导钣A2维持及调整掘削装置的垂直，角度检知器K13与角度指示仪...可得知此掘削装置垂直度。此工法有废土含水量降低运弃较容易、施工场地较乾净、施工作业空间较小、提供优质回填材料、可施作较高工程效益的方形桩与大口径基桩施工速度快等优点，节省施工成本并符合世界环保潮流，具进步性及产业利用价值，应符合发明专利的要件。

Claims (2)

1、一种场铸基桩的导钣式抓斗钻掘工法，是利用一吊车悬吊一掘削装置作上下移位进行基桩的钻掘工作：该掘削装置是导钣式抓斗，该导钣式抓斗构造包含有一框体及其下方的抓斗；在该框体上设有角度检知器并连接至地面的角度指示仪，用以测知导钣式抓斗于地底挖掘时的倾斜角度；且在该框体上至少在二个不同高度的断层上沿数个方向设有可各自独立伸缩的导钣，每一层的数个导钣组成为欲钻掘基桩的形状支撑于桩孔壁；下层导钣与框体间为固定式连接；上层导钣与框体间由千斤顶调整器连接形成伸缩式导钣，利用千斤顶调整器微调掘削方向，确保基桩钻掘时的垂直精度，该千斤顶调整器由连接管连接地面控制机构；在抓斗的开口缘设有齿状刀刃，该抓斗在张开时，其刀刃方向与钻掘方向相互平行；

上述工法至少包括以下施工步骤：

1.1利用上述吊车将导钣式抓斗移至预定钻掘的基桩位置；之后

1.2控制导钣式抓斗垂直升降往复的挖土与取土，其步骤是：

1.2.1先藉抓斗的刀刃垂直插入地面；之后

1.2.2令抓斗闭合抓取土壤；

1.3随所钻掘的桩孔深度的增加，至可将上述导钣式抓斗的框体没入桩孔；之后

1.4藉框体上的数组导钣同时撑于基桩内壁面上，形成多层式支撑架构造；

1.5在上述钻掘过程中利用角度检知计测得导钣式抓斗在桩孔内的垂直度，并对其进行修正与调整，再持续以抓斗向下钻掘直至预定的基桩深度。

2、如权利要求1所述的场铸基桩的导钣式抓斗钻掘工法，该每一导钣是以一油压缸垂直固定在框体上，使固定于该油压缸外侧端的导钣可各自独立伸缩。

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