CN102191773A - 大直径斜向嵌岩桩施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大直径斜向嵌岩桩施工的***实现方法。该方法在总结嵌岩桩施工工艺流程的基础上，主要针对斜桩嵌岩的特点研究了斜向嵌岩桩成孔的钻压确定方法、改进了钢筋笼的安放与混凝土浇筑的工艺方法。主要包括如下步骤：(1)钻进成孔工艺；(2)钢筋笼安放；(3)混凝土浇注。本发明方法针对斜桩嵌岩钢筋笼安放时变形的问题，设计并提出了起重架配合吊装安放钢筋笼的方法，改进了钢筋笼的安放工艺，提高了安放效率，保证了工程质量。同时还针对斜桩嵌岩的混凝土浇筑施工时导管难伸入桩底的问题，提出了采用导轨沉入混凝土导管的方法，避免了碰撞钢筋笼的问题，保证了成桩质量。
Description
技术领域：
本发明设计港口码头管桩施工技术领域，特别涉及一种大直径斜向嵌岩桩施工的***实现方法。
背景技术：
目前国外在港口工程中，斜向嵌岩桩的应用已相当普遍，其嵌岩直径也越来越大。国内直桩嵌岩在建筑工程、桥梁工程及港口工程等已较为普遍，如宝钢马迹山码头嵌岩直径也达φ2600mm。
但斜向嵌岩桩在港口工程的应用实例较少，目前仅在深圳盐田二、三期码头工程、浙江舟山册子岛金山石化油码头工程和武汉阳逻国际集装箱转运中心码头工程中得到一定的应用，其嵌岩直径为φ800～φ1200mm，斜度一般为7∶1～5∶1，施工所用钻机均为液压钻机。其中深圳盐田港区二、三期码头工程(四航局承建)，斜向芯柱嵌岩直径为φ1200mm，桩身斜度6∶1，斜桩嵌岩分别采用了日本产L-3型斜孔钻机和德国产B6型斜孔钻机。L-3型钻机最大扭矩30kN·m，对钻头施加压力500kN，钻机自重140kN；B6型钻机最大扭矩95kN·m，对钻头施加压力800kN，钻机自重210kN。浙江舟山册子岛金山石化油码头工程(三航局承建)，部分桩基斜向芯柱嵌岩桩直径为φ1200mm，桩身斜度为5∶1，斜桩嵌岩采用了南京东升公司生产的ZSD-150型斜孔钻机。ZSD-150型钻机最大扭矩80kN·m，对钻头施加压力200kN，钻机自重160kN。武汉阳逻国际集装箱转运中心码头工程(三航局承建)，斜向芯柱嵌岩桩直径为φ1000mm，桩身斜度为7∶1，采用GPS-150型回旋钻机改造底盘结构后实施斜桩嵌岩。
以上这些工程嵌岩最大直径φ1200mm，随着码头的深水和大型化发展，在复杂地质条件下，嵌岩直桩将超过φ1200mm才能满足要求。国外的斜向嵌岩桩施工设备价格昂贵，而国内在大直径斜向嵌岩施工仍处于空白状态，无相应的施工经验，缺少专业的斜向嵌岩施工设备和厂家。
发明内容：
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种大直径斜向嵌岩桩施工的***实现方法。该方法在总结嵌岩桩施工工艺流程的基础上，主要针对斜桩嵌岩的特点研究了斜向嵌岩桩成孔的钻压确定方法、改进了钢筋笼的安放与混凝土浇筑的工艺方法。
上述发明方法的具体方案包括如下步骤：
(1)钻进成孔工艺；
(2)钢筋笼安放；
(3)混凝土浇注；
其特征在于，
所述步骤(1)中在钢套筒内的软土层中钻进时，采用梳齿形刮刀钻头钻进；进入岩层时，采用牙轮钻头钻进，并将液压动力设置为恒压钻进；所述钻机在岩层中钻进时，由于钻具和配重块的作用，可实施减压钻进，液压动力头施加的钻压一般仅为50kN。
所述步骤(2)中除了采取加强刚度的方法外，在运输和安装钢筋笼时还采用专用的起重支架进行安放；所述起重支架的倾斜角度与桩的斜率一致，安装过程中起重支架作为钢筋笼的托架，避免了钢筋笼倾斜时在重力作用下的变形，保证了在混凝土桩中钢筋的位置。
所述步骤(3)中在钢筋笼内设置复数道的型钢导轨，同时，并在混凝土导管上设置导向装置，每三节导管设置一个导向器；所述安放导管时，每道均匀分布的导轨保证无论桩身如何旋转，都能保证导向器卡在导轨上，使混凝土导管沿着导轨顺利深入孔底，不至于碰撞钢筋笼。
上述方案中，所述型钢导轨的数量为6道。
本发明方法的优点在于：
1)针对斜桩嵌岩钢筋笼安放时变形的问题，设计并提出了起重架配合吊装安放钢筋笼的方法，改进了钢筋笼的安放工艺，提高了安放效率，保证了工程质量。
2)针对斜桩嵌岩的混凝土浇筑施工时导管难伸入桩底的问题，提出了采用导轨沉入混凝土导管的方法，避免了碰撞钢筋笼的问题，保证了成桩质量。
附图说明：
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为斜桩钢筋笼安放及混凝土灌注工艺示意图。
其中标号表示为：
101-现浇承台；102-卷扬机；103-起重支架(h＝15m)；104-限位导架；
105-十字型起重吊钩(在限位导架上沿桩孔轴线方向上下滑动)；
106-加强型砼导管；107-钢筋笼定位导向轮；108-钢筋笼；
109-φ100mm钢管(2根)；110-导向器；111-钢筋笼底部(呈锥形)。
图2a和图2b为起重钻架即斜桩钢筋笼安放工艺示意图。
图3为钢筋笼内导轨设置示意图。
其中标号表示为：
301-钢套筒；302-超声波检测管(3根)；
303-“□”形混凝土面高程检测管：304-钢筋笼；
305-“I”形混凝土管导轨。
图4a为混凝土导管导向装置结构图。
图4b为图4a的1-1剖面图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明在总结嵌岩桩施工工艺流程的基础上，主要针对斜桩嵌岩的特点研究了斜向嵌岩桩成孔的钻压确定方法、改进了钢筋笼的安放与混凝土浇筑的工艺方法，并在现有成桩质量检测的方法上，改进了斜向嵌岩桩的质量检测方法。
斜向嵌岩桩的施工工艺与现有的直桩嵌岩的工艺大致相同，也包括稳桩、搭设钻孔平台、成孔、清孔、安放钢筋笼、浇筑水下混凝土等步骤。只不过由于钻孔倾斜，受重力作用影响容易导致钻孔偏离轴线。所以本课题研究过程中进行了相应的研究，并制定了相关的改进方法。
(一)钻进成孔工艺；
钻进成孔工艺在研究中，针对相关工程的地质条件，研究总结了钻压的计算方法，并结合工程实际进行了钻压设计和研究。
比如，洋山深水港工程嵌岩桩施工区域存在着不同程度的软土覆盖层，课题组针对软土和岩石的硬度差异提出了不同的钻进方法。在钢套筒内的软土层中钻进时，采用梳齿形刮刀钻头钻进；进入岩层时，采用牙轮钻头钻进，并将液压动力设置为恒压钻进。
斜桩钻进成孔的参数包括钻机的转速和钻压。其中根据施工经验，在中等风化岩中钻孔时，转速n为9～12r/min较为合适。课题研究中提出了钻压的计算方法。
钻进总压力(总钻压)P＝qfb
其中q——比压，根据地质报告，查得q＝300～350kgf/cm；
f——钻头刀具布置的重合系数，f＝1.1；
b——半径方向的破岩带宽度，b＝75cm。
计算得P＝248～289kN，取P＝270kN。
岩层中钻进时，钻机液压动力头施加的钻压Pz应为：
Pz＝P-G＝270kN-220kN＝50kN
其中G为钻杆、钻具的总重。
即钻机在岩层中钻进时，由于钻具和配重块的作用，可实施减压钻进，液压动力头施加的钻压一般仅为50kN。
(二)钢筋笼安放；
大直径嵌岩桩的钢筋笼自重通常较大，重达40～50吨，而斜桩嵌岩的钢筋笼在安装时由于桩身倾斜，在自重作用下钢筋笼容易弯曲变形，影响嵌岩桩的钢筋保护层厚度，从而影响成桩质量。
为了避免钢筋笼安装过程中的变形，通过结合工程施工的开展，除了采取加强刚度的方法外，在运输和安装时还提出并设计了专用的起重支架进行安放。支架的倾斜角度与桩的斜率一致，安装过程中起重支架作为钢筋笼的托架，避免了钢筋笼倾斜时在重力作用下的变形，保证了在混凝土桩中钢筋的位置，也就确保钢筋保护层厚度能够满足设计要求。钢筋笼的安装见图1，专用起重支架结构见图2a和图2b。
(三)混凝土浇筑；
水下混凝土浇筑也同样采用导管回顶法进行，即通过导管深入孔底，通过混凝土浇筑将泥浆回顶出桩孔。在斜向嵌岩桩施工时，桩身的斜率极大程度增加了导管的安放难度，导管安放时会触碰钢筋网笼导致钢筋笼变形。严重时导管与钢筋笼的碰撞会是导管伸不到桩底，或者脱落，影响成桩的质量。因此常规的直桩安放导管方法已经不适合在斜桩嵌岩施工中使用，必须提出针对斜桩嵌岩的专用方法。
为此课题组在经过大量的调研和研究后，提出了在钢筋笼内侧设置导管导轨的方法，即在钢筋笼内设置相应数量的型钢导轨(洋山工程1500mm的斜桩钢筋笼中设置6道导轨)，钢筋笼和导轨的做法如图3所示。同时，并在混凝土导管上设置导向装置，每三节导管(约9m)设置一个导向器，导向器详见图4a和图4b。
安放导管时，六道均匀分布的导轨保证无论桩身如何旋转，都能保证导向器卡在导轨上，使混凝土导管沿着导轨顺利深入孔底，不至于碰撞钢筋笼。这种改进极大程度了保证了混凝土浇筑的顺利，保证了成桩质量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业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，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.大直径斜向嵌岩桩施工方法，包括如下步骤：
(1)钻进成孔工艺；
(2)钢筋笼安放；
(3)混凝土浇注；
其特征在于，
所述步骤(1)中在钢套筒内的软土层中钻进时，采用梳齿形刮刀钻头钻进；进入岩层时，采用牙轮钻头钻进，并将液压动力设置为恒压钻进；所述钻机在岩层中钻进时，由于钻具和配重块的作用，可实施减压钻进，液压动力头施加的钻压一般仅为50kN。
所述步骤(2)中除了采取加强刚度的方法外，在运输和安装钢筋笼时还采用专用的起重支架进行安放；所述起重支架的倾斜角度与桩的斜率一致，安装过程中起重支架作为钢筋笼的托架，避免了钢筋笼倾斜时在重力作用下的变形，保证了在混凝土桩中钢筋的位置。
所述步骤(3)中在钢筋笼内设置复数道的型钢导轨，同时，并在混凝土导管上设置导向装置，每三节导管设置一个导向器；所述安放导管时，每道均匀分布的导轨保证无论桩身如何旋转，都能保证导向器卡在导轨上，使混凝土导管沿着导轨顺利深入孔底，不至于碰撞钢筋笼。
2.根据权利要求1的大直径斜向嵌岩桩施工方法，其特征在于，所述型钢导轨的数量为6道。
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