CN103088814A - 一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法，包括场地平整、定位放线，测定标高，计算旋挖深度，在永久钢护筒内安装数个温度传感器；桩位复核；进行旋挖钻进冻土层；埋设临时钢护筒；进行测量孔深，成孔检查；埋设永久护筒，深入非冻土层；拔出临时钢护筒，移机进行下一旋孔施工；进行二次定位放样；冲击钻机定位；冲击成孔；同时泥浆池开挖，泥浆制备，向孔内注浆；第二次进行测量孔深，成孔检查；清孔；钢筋笼加工，钢筋笼吊装；导管安装，进行导管水密封试验；测定沉渣，进行水下混凝土灌注；混凝土养护；为在我国高纬度岛状冻土区冻土嵌岩桩路提供了可行的技术手段，具有明显的经济效益。

Description

一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法

技术领域

本发明涉及一种施工方法，特别涉及一种在高纬度岛状多年冻土区嵌岩端承冻土桩旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法。

技术背景

冻土段地质情况主要为粉质黏土，下卧层多为全风化到微风化的花岗岩，且有一定的嵌岩深度，冻土段落处于多年沼泽湿地中。

冲击钻钻孔法较适合普通地质条件下嵌岩端承桩的施工。但冻土地区由于钻进速度较慢，热扰动大，容易出现塌孔现象，直接采用冲击钻钻孔无法满足岛状冻土地区桩基施工的要求。

旋挖钻钻孔的优势就是速度快，不需要泥浆护壁，可以进行干法成孔，可以减少对岛状冻土层的扰动及热交换。旋挖钻较适合砂土、粘性土、粉质土等土层施工，但不能钻进岩层，岩石地段的利用率较低，因此此方案也无法满足岛状冻土嵌岩桩施工要求。

因此，亟待开发出一种适用于高纬度多年岛状冻土地区嵌岩端承冻土桩施工的新方法——旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法。

发明内容

本发明的目的在于，通过提供一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法，以解决在高纬度多年岛状冻土施工地区嵌岩端承冻土桩基施工的问题。

本发明是采用以下技术手段实现的：

一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法，包括场地平整、定位放线，还包括以下步骤：

1.1.测定标高，计算旋挖深度；

1.2.桩位复核；

1.3.旋挖钻机就位；

1.4.埋设临时钢护筒；旋挖钻进；

1.5.进行测量孔深，旋挖成孔检查；

1.6制作永久钢护筒，护筒外涂1厘米厚的沥青渣油，减少护筒外表面的亲水程度，降低冻土对桩基础的上拔力；在永久钢护筒内安装数个温度传感器；

1.7.继续钻进，穿过冻土层，埋设永久护筒，深入非冻土层；

1.8.拔出临时钢护筒；

1.9.进行二次定位放样；

1.10.冲击钻机定位；

1.11.同时泥浆池开挖，泥浆制备，向孔内注浆；冲击成孔；

1.12.第二次进行测量孔深，成孔检查；

1.13.清孔；

1.14.钢筋笼加工，钢筋笼吊装，安装温度传感器，填写钢筋笼隐检报告；

1.15.进行导管水密封试验；安装导管；

1.16.测定沉渣，如超出要求进行二次沉渣；如果合格进行水下混凝土灌注；

1.17.混凝土养护；护筒外侧空隙用渣油拌制的粗粒土回填密实；

1.18.切割桩顶设计标高以上永久护筒，凿桩头至设计标高，桩基质量检验。

步骤1.6所述的永久钢护筒，深度高出超过冻土层上限50cm，超过冻土层下限50cm；其直径大于设计桩径10cm；永久钢护筒安放后，拔出临时钢护筒，移走旋挖钻机，进行下一冻土桩基冻土段施工。步骤1.11所述的泥浆制备；比重1.2～1.05，粘度16～22秒，含砂率8～4%。

步骤1.13所述的清孔；采用换浆法清孔，将钻头提离孔底10～20cm，以中速压入比重1.10～1.20的纯泥浆，把钻孔内的浮渣较多的泥浆换出，直至达到清孔的要求后，方可提出钻头；清孔后的泥浆比重在1.03～1.10之间，黏度17～20Pa·s；含砂率＜2%；胶体率＞98%。

步骤1.14所述的安装温度传感器为五个，第一温度传感器安装在桩身顶部。第二温度传感器安装在冻土上限顶部，第三温度传感器安装在冻土段中部，第四温度传感器安装在冻土段下限底部，第五温度传感器安装在桩身底部；上述温度传感器的控制线通过钢筋笼固定将导线引到地面以上与控制设备连接。

步骤1.4所述的埋设临时钢护筒的直径比桩径大40cm，长度为3m，壁厚为10mm。

本发明与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果：

本发明应用旋挖钻机配合冲击钻接力成桩施工工艺对高纬度岛状多年冻土地区桥梁嵌岩端承冻土桩基进行处理，为在我国东北状冻土地区修建高速公路提供了可行的技术手段，采用旋挖钻机配合冲击钻接力成桩施工工艺，保证了施工质量，提出了一种新的解决高纬度多年岛状冻土地区嵌岩端承冻土桩施工的方法。

附图说明

图1为本发明旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法的流程图；

图2为临时护筒和永久钢护筒的埋设示意图；

图3为温度传感器的安装示意图。

其中，1为永久钢护筒，2为临时护筒，3为冻土段，4为冻土段上限，5为冻土段下限，6为非冻土段。11为第一温度传感器，12为第二温度传感器，13为第三温度传感器，14为第四温度传感器，15为第五温度传感器。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的具体实施方式加以说明：

请参阅图1所示，为本发明旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法的流程图。

施工场地达到“三通一平”，修筑进场道路，架设电力线路，保证施工用水，钻机工作平台区域及两侧3米范围内铺设50～100cm厚砂砾工作垫层。

钻作业场地周围设置排水沟。

施工范围内的地上、地下障碍物、管线要清理或改移完毕。

旋挖钻孔；为有效降低成孔过程热量对桩周围冻土的扰动，冻土区冻土段桩基采用旋挖钻机干法成孔。

1、施工准备

首先测量放样，准确定出各桩桩位，并在桩的前后左右设置护桩，以供随时复核桩的中心和标高。钻孔场地布置，采用以填代挖，减少对原地面开挖引起的热扰动。在钻机底座下发动机散热部位，铺设聚苯乙烯保温板，以减少对地基土的热侵入。

2、埋设临时护筒2；请参阅图2所示，为临时护筒和永久钢护筒的埋设示意图。从图中可以看出，1为永久钢护筒，2为临时护筒，3为冻土段，4为冻土段上限，5为冻土段下限，6为非冻土段。

请参阅图3所示，在永久钢护筒1内设置温度传感器，在本实施例中共放置五个温度传感器，分别为第一温度传感器11，第二温度传感器12，第三温度传感器13，第四温度传感器14，第五温度传感器15。

3、旋挖钻机成孔

（1）临时护筒2埋设完毕，经检查无误后，进行钻进。旋挖钻进是利用旋挖钻头钻杆顶的液压马达往下压，同时利用旋挖钻头旋转切入土体，土被挤入料斗中，再提出孔外，直接装入自卸汽车。

（2）冻土桥地质情况主要为粉质黏土，钻进过程中，选用筒式钻头钻进。

（3）开始钻进时，应保证钻杆竖直，加大钻杆对土层压力，缓慢进尺，采用高钻速、小跟进量、均压钻进。

（4）钻进过程中，对孔口周围进行防护，防止地表水流入孔内，因故停钻时，及时将钻头提出孔外。及时清理孔口周围积土，确保孔口稳定，钻孔弃土，按要求运到指定弃土场，集中处理。

（5）当钻进至设计标高时，在原处正向空转数圈，然后停止，提升钻杆，空钻时不得加深钻进，提钻时不得回转钻杆。

（6）孔底虚土清理。利用筒式钻头将孔底虚土清理干净。

4、安放永久钢护筒1

旋挖钻钻进形成的桩孔经检验合格后，安放永久钢护筒1，永久钢护筒1高出超过冻土层上限50cm，超过冻土层下限50cm。其直径大于设计桩径10cm。

永久钢护筒1安放后，拔出临时钢护筒2，移走旋挖钻机，进行下一冻土桩基冻土段施工。

5、冲击钻成孔；

1、二次测量放样

旋挖钻移走后及时恢复桩基中心位置，并埋置护桩。

2、冲击钻就位

钻孔桩中心放样后安置冲击钻，冲击钻必须固定平稳，防止倾覆。

3、泥浆制备

现场设泥浆池和沉淀池，泥浆性能对成孔质量与进度有较大影响，设专人进行泥浆的配制工作，采用优质膨润土加烧碱制成化学泥浆。泥浆满足以下列指标：比重1.2～1.05，粘度16～22秒，含砂率8～4%。

4、钻机就位

安装钻机时，要求钻头中心同钻架上的起吊滑车在同一垂直线上，位置偏差不得大于2cm。安装钻机底座应支垫平稳，以防钻机倾斜或位移。

6、冲击钻孔

钻孔前对各项准备工作进行检查，包括主要机具设备的安装、钻头中心与钢护筒中心位置偏差等。

开始冲孔时，利用钻头，在护筒1内造浆，并开动泥浆泵进行循环，待泥浆均匀后以低档、慢速开始钻机，使护筒1脚处有牢固的泥浆护壁。钻至护筒1脚下100厘米后，方可按土质情况以正常速度钻进。

钻孔过程中要保持孔内有一定的水头高度，并要防止扳手、管钳等金属工具或其它异物掉落孔内，损坏钻机钻头。钻进作业必须保持连续性，提升钻头时要平稳，不得碰撞护筒1或孔壁。

7、清孔

钻孔达到图纸规定深度后，开始一次清孔。采用换浆法清孔。将钻头提离孔底10～20cm，以中速压入比重1.10～1.20的纯泥浆，把钻孔内的浮渣较多的泥浆换出，直至达到清孔的要求后，方可提出钻头。清孔过程中必须始终保持孔内原有水头高度，以防塌孔。

8、检孔

使用专用检孔器或自制钢筋笼检孔器进行检验，探孔器采用外径等于钻孔桩钢筋笼直径加10cm(但不大于钻头直径)，长度不小于4～6D（D为桩径）米的钢筋笼吊入。清孔结束后，沉淀厚度应符合图纸要求和规范要求。清孔后的泥浆比重在1.03～1.10之间，黏度17～20Pa·s；含砂率＜2%；胶体率＞98%。

钢筋笼制作和安装；在钢筋加工场集中分节制作，焊接、绑孔成型。钢筋主筋搭接焊时须先弯曲后焊接，两根钢筋轴线必须在一条直线上。钢筋笼一般分2-4节，主筋接头处按错开接头面积50%考虑，错开净距大于30d且不小于50cm，采用双面焊，焊缝长5d。钢筋笼接长采用单面焊，焊缝长度作成10d+4cm，焊缝宽度为0.7d，但不小于10mm，深度为0.25d，但不小于4mm，并且焊缝饱满，表面无气孔、夹渣、裂纹、凹陷、焊瘤等不良现象。钢筋笼下好后，应检查其中心位置，并采取加固措施以防因浇注砼而移位，同时要求对钢筋笼采取防止上浮措施，钢筋笼位置偏差不大于2cm，标高偏差不大于±2cm。当需要预埋声测管时，声测管下端用钢板封底焊牢，并检查其是否密实，然后以平面夹角为120度用U型钢筋固定于钢筋笼上，在浇筑砼时，将其灌满清水，管口用塞子塞住。桩基底素砼中，声测管必须固定，声测管接头处用Φ70mm的钢管焊接。

完成钢筋笼制作后，用吊车或塔吊及时吊放钢筋笼，在孔口焊接接长。

水下砼灌注；桩基成孔后，尽快安放钢筋笼，进行砼灌注，减少成孔的闲置时间。桩基砼采用低温、早强、耐久、抗冻砼，降低砼水化热对多年冻土的热扰动。

水下混凝土灌注采用导管法。导管首次使用前要做闭水及抗拉试验，并对管节进行编号，入孔后居中，灌注首批混凝土时，导管下口至孔底的距离控制在250～400mm范围内，混凝土采用输送泵送入漏斗，并随即卸入导管直接浇注。同时以一台25t吊车配合钻架吊放、拆卸导管。

首批灌注混凝土的数量应保证导管初次埋置深度不小于1.0m。首灌砼的方量根据规范的公式算出。采用拔球法灌注首批砼，在整个浇注过程中，导管在混凝土中埋深应控制在2～6m范围内。灌注过程中应经常用测深锤探测孔内混凝土面位置并及时调整导管埋深。当砼上升到设计标高时，由于泥浆沉淀影响测绳无法测定砼面，及时用竹竿进行探测。为了确保桩顶质量，灌注的桩顶标高应比设计高出150cm以上，以保证桩顶混凝土强度。

永久护筒1的切割、凿桩头、成品质量检验；混凝土强度超过7天后，开始开挖桩顶设计标高以上桩头四周土体，开挖范围满足支立模型需要。切割桩顶设计标高以上部分永久护筒，破除桩头，进行成品质量检验。

桩基回冻；桩身混凝土灌注后，必须等桩周地基土回冻达到设计要求后方可进行承台以上部分的施工。为此，必须加强回冻监测，为后续工序施工提供科学依据。

第一温度传感器11埋在桩身顶部，第二温度传感器12埋在冻土上限顶部，第三温度传感器13埋在冻土段中部，第四温度传感器14冻土下限底部，第五温度传感器15设置在桩底部各一只，分别用铁丝固定好温度传感器，并沿钢筋笼将导线引到地面以上，防止损坏。在浇注砼前先测地温及环境温度，并做好记录。砼浇注后，用测温仪检测五点的温度，并做好记录。温度趋于稳定后，即表示回冻完成。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法，包括场地平整、定位放线，其特征在于还包括以下步骤：

1.1.测定标高，计算旋挖深度；

1.2.桩位复核；

1.3.旋挖钻机就位；

1.4.埋设临时钢护筒；旋挖钻进；

1.5.进行测量孔深，旋挖成孔检查；

1.6制作永久钢护筒，护筒外涂沥青渣油，减少护筒外表面的亲水程度，降低冻土对桩基础的上拔力；

1.7.继续钻进，穿过冻土层，埋设永久护筒，深入非冻土层；

1.8.拔出临时钢护筒；

1.9.进行二次定位放样；

1.10.冲击钻机定位；

1.11.同时泥浆池开挖，泥浆制备，向孔内注浆；冲击成孔；

1.12.第二次进行测量孔深，成孔检查；

1.13.清孔；

1.14.钢筋笼加工，安装温度传感器，钢筋笼吊装，填写钢筋笼隐检报告；

1.15.进行导管水密封试验；安装导管；

1.16.测定沉渣，如超出要求进行二次沉渣；如果合格进行水下混凝土灌注；

1.17.混凝土养护；护筒外侧空隙用渣油拌制的粗粒土回填密实；

1.18.切割桩顶设计标高以上永久护筒，凿桩头至设计标高，桩基质量检验。

2.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法，其特征在于：步骤1.3所述的旋挖钻机为冲击钻成孔。

3.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法，其特征在于：步骤1.10所述的冲击钻机为冲击钻成孔。

4.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法，其特征在于：步骤1.6所述的永久钢护筒，高出超过冻土层上限50cm，超过冻土层下限50cm；其直径大于设计桩径10cm；永久钢护筒安放后，拔出临时钢护筒，移走旋挖钻机，进行下一冻土桩基冻土段施工。

5.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法，其特征在于：步骤1.4所述的埋设临时钢护筒的直径比桩径大40cm，长度为3m，壁厚为10mm。

6.根据权利要求1所述的一种旋挖钻机配合冲击钻机成孔施工方法，其特征在于：步骤1.14所述的安装温度传感器为五个，第一温度传感器安装在桩身顶部；第二温度传感器安装在冻土上限顶部；第三温度传感器安装在冻土段中部；第四温度传感器安装在冻土段下限底部；第五温度传感器安装在桩身底部；上述温度传感器的控制线通过钢筋笼固定将导线引到地面以上与控制设备连接。

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