CN104514219A - 可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及深水区钻孔桩技术领域，具体公开了一种可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***及其施工方法，所述***包括位于海面上的海上钻孔平台、设在所述海上钻孔平台上的履带吊及振动锤、设在海底稳定地质层与所述海上钻孔平台之间的外钢护筒、设在所述外钢护筒中的内钢护筒、设在所述内钢护筒中的钻头以及设在所述海上钻孔平台上的泥浆泵，所述内钢护筒的顶口与所述海上钻孔平台之间设有反力架及千斤顶，所述钻头通过履带吊与所述振动锤连接。本发明解决了现有技术中深水区钻孔桩钢护筒不能回收的问题。
Description
技术领域
本发明涉及深水区钻孔桩技术领域，尤其涉及一种在海平面下深水区实施钻孔桩时可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***及其施工方法。
背景技术
钢护筒在水中钻孔桩基础施工全过程中扮演着至关重要的角色，决定着桩基成桩质量的好坏。通常来讲，水中桥的桩基钢护筒必须穿过海(河)床的淤泥覆盖层，打入到稳定的地质岩层内，并且确保在钻进工程中，不出现渗、漏泥浆或反穿孔的现象。根据常规工艺，深水环境下施工的水中桩基础的钢护筒均为一次性投入，钻孔桩成桩之后钢护筒不予拆除，直接留在水下，由于钢护筒的用量较大，这就造成了钻孔桩施工成本的增加和材料的浪费。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***及其施工方法，以解决现有技术中深水区钻孔桩钢护筒不能回收的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***，包括：位于海面上的海上钻孔平台、设在所述海上钻孔平台上的履带吊及振动锤、设在海底稳定地质层与所述海上钻孔平台之间的外钢护筒、设在所述外钢护筒中的内钢护筒、设在所述内钢护筒中的钻头以及设在所述海上钻孔平台上的泥浆泵；所述内钢护筒的顶口与所述海上钻孔平台之间设有反力架及千斤顶，所述钻头通过履带吊与所述振动锤连接。
优选地，所述千斤顶为油压千斤顶。
优选地，所述外钢护筒的顶口比所述内钢护筒的顶口高25cm～35cm。
优选地，所述内钢护筒的壁厚为10mm～15mm。
优选地，所述外钢护筒的内径比所述内钢护筒的外径大0.8m～1.2m。
优选地，所述内钢护筒的内径比设计桩的桩径大8cm～12cm。
优选地，所述钻头分为冲击钻头和成孔钻头，所述冲击钻头的直径比设计桩的桩径大4cm～6cm，所述成孔钻头的直径与设计桩的桩径相等。
优选地，所述反力架及千斤顶的组合为四组且沿圆周方向均匀分布。
本发明还提供了一种可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工方法，包括以下步骤：
S1.在海上钻孔平台上设置履带吊及振动锤、泥浆泵；
S2.用履带吊及振动锤沉放外钢护筒，使外钢护筒的底口贯入到海底稳定地质层内；
S3.用履带吊及振动锤在外钢护筒中沉放内钢护筒，在内钢护筒的顶口与海上钻孔平台之间安装反力架及千斤顶；
S4.通过履带吊及振动锤将冲击钻头放入到内钢护筒中；
S5.启动冲击钻头开始钻进施工，随着钻孔的不断推进，启动反力架及千斤顶向内钢护筒施加向下的压力，内钢护筒在向下的压力的作用下被逐渐压入孔底，直至内钢护筒的底口到达海底稳定地质层中；
S6.用泥浆泵将内钢护筒中的钻渣抽到外钢护筒与内钢护筒之间的缝隙内，形成圆环状的钻渣泥浆护壁；
S7.将冲击钻头换成设计桩基础施工用的成孔钻头，启动成孔钻头直至完成钻孔桩的成孔；
S8.用泥浆泵分别将外钢护筒与内钢护筒之间的缝隙内的钻渣以及内钢护筒中的新钻渣抽出，然后，在外钢护筒与内钢护筒之间的缝隙内回填粘土；
S9.在成孔中灌注混凝土，当混凝土灌注完成后，立即用履带吊及振动锤拔出内钢护筒；
S10.当成孔中灌注的混凝土初凝后，用履带吊及振动锤缓慢振动拔出外钢护筒。
优选地，步骤S8中粘土一直回填到高于设计桩桩顶标高1.8m～2.2m处为止。
(三)有益效果
本发明的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***及其施工方法采用了内外双层钢护筒，通过内钢护筒的跟进和钻渣护壁与泥浆护壁的配合使用，实现了成桩后钢护筒的拔出回收，降低了钻孔桩的施工成本，实现了钢护筒的重复利用，解决了现有技术中深水区钻孔桩钢护筒不能回收的问题。
附图说明
图1为本发明实施例的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***的结构示意图；
图2为本发明实施例的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***在内钢护筒跟进时的示意图；
图3为本发明实施例的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***在钻孔施工时的示意图。
图中，1：海上钻孔平台；2：振动锤；3：海底稳定地质层；4：外钢护筒；5：内钢护筒；6：冲击钻头；7：反力架及千斤顶；8：泥浆泵；9：成孔钻头。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
如图1-3所示，本实施例的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***包括：位于海面上的海上钻孔平台1、设在海上钻孔平台1上的履带吊(图中未标出)及振动锤2、设在海底稳定地质层3与海上钻孔平台1之间的外钢护筒4、设在外钢护筒4中的内钢护筒5、设在内钢护筒5中的钻头以及设在海上钻孔平台上的泥浆泵8；内钢护筒5的顶口与海上钻孔平台1之间设有反力架及千斤顶7，所述钻头通过履带吊与振动锤2连接。
本实施例中，所述千斤顶可以为油压千斤顶。外钢护筒4的顶口比内钢护筒5的顶口高25cm～35cm。内钢护筒5的壁厚为10mm～15mm。外钢护筒4的内径比内钢护筒5的外径大0.8m～1.2m。内钢护筒5的内径比设计桩的桩径大8cm～12cm。
所述钻头分为冲击钻头6和成孔钻头9，冲击钻头6的直径比设计桩的桩径大4cm～6cm，成孔钻头9的直径与设计桩的桩径相等。
所述反力架及千斤顶7的组合为四组且沿圆周方向均匀分布。
如图1-3所示，本实施例的应用上述可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工方法包括以下步骤：
S1.在海上钻孔平台1上设置履带吊及振动锤2、泥浆泵8。
S2.用履带吊及振动锤沉放外钢护筒，使外钢护筒的底口贯入到海底稳定地质层内；
内钢护筒5的内径要比设计桩的桩径大10厘米，内钢护筒5的壁厚为12毫米，外钢护筒4的内径要比内钢护筒5的外径大1.0米。
S3.用履带吊及振动锤2在外钢护筒4中沉放内钢护筒5，在内钢护筒5的顶口与海上钻孔平台1之间安装反力架及千斤顶7；
具体的，在内钢护筒5顶口和海上钻孔平台1上安装的反力装置是由四个大吨位油压千斤顶和特制反力架组成，分别设置于内钢护筒5的1/4圆周处，安装务必安全、稳固、可靠。
S4.通过履带吊及振动锤2将冲击钻头6放入到内钢护筒5中；
冲击钻头6的直径比设计桩的桩径要大5厘米，同时，冲击钻头6的直径要比内钢护筒5的内径小5厘米。
S5.如图2所示，启动冲击钻头6开始钻进施工，随着钻孔的不断推进，启动反力架及千斤顶7向内钢护筒5施加向下的压力，内钢护筒5在向下的压力的作用下被逐渐压入孔底，直至内钢护筒5的底口到达海底稳定地质层3中；
具体的，冲击钻头6开始钻进施工，随着钻孔的不断进尺，启动反力装置施加下压力，内钢护筒5受到下压力的作用，加上自重力，沿着外钢护筒4孔壁被逐渐压入到孔底，达到了“跟进”的效果，内钢护筒5一直“跟进”至海底稳定地质层3内，确保不漏浆、不穿孔即可停止“跟进”。
S6.用大功率的泥浆泵8将内钢护筒5中的钻渣抽到外钢护筒4与内钢护筒5之间的缝隙内，形成圆环状的钻渣泥浆护壁；
由于内钢护筒5和外钢护筒4的直径差被设计为1米，因此有足够的空间可以存放较多的钻渣和泥浆，解决了泥浆循环的问题。
S7.如图3所示，内钢护筒5停止“跟进”以后，将冲击钻头6换成设计桩基础施工用的成孔钻头9，启动成孔钻头9直至完成钻孔桩的成孔；
粘土一直回填到高于设计桩桩顶标高1.8米～2.2米处为止，本实施例中优选为2米。
S8.用泥浆泵8分别将外钢护筒4与内钢护筒5之间的缝隙内的钻渣以及内钢护筒5中的新钻渣抽出，然后，在外钢护筒4与内钢护筒5之间的缝隙内回填粘土；
具体的，成孔以后，用泥浆泵8抽出内钢护筒5和外钢护筒4之间的钻渣和泥浆，钻渣外弃，泥浆则可以循环使用，然后，在内钢护筒5和外钢护筒4之间的缝隙内回填粘土，一直回填至设计桩顶标高以上2米处。
S9.在成孔中灌注混凝土，当混凝土灌注完成后，立即用履带吊及振动锤2拔出内钢护筒5。
S10.当成孔中灌注的混凝土初凝后，用履带吊及振动锤缓慢振动拔出外钢护筒。
混凝土灌注完成以后，立即用履带吊及振动锤2拔出内钢护筒5，由于内钢护筒5和外钢护筒4之间有50厘米厚的粘土护壁，因此，混凝土不会散失和坍陷。需要注意的是，拔出的速率不宜过快。外钢护,4在混凝土初凝之后缓慢振动拔出。本发明的实施，需要一个切实可行、操作性强的反力装置，而且钻孔平台也需要进行加强，以承受巨大的下压力。另外，内钢护筒5和外钢护筒4之间的粘土护壁务必要稳定可靠，否则内钢护筒5拔出之后，如果护壁坍陷，势必影响桩基的混凝土质量。
本发明的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***及其施工方法采用了内外双层钢护筒，通过内钢护筒的跟进和钻渣护壁与泥浆护壁的配合使用，实现了成桩后钢护筒的拔出回收，降低了钻孔桩的施工成本，实现了钢护筒的重复利用，解决了现有技术中深水区钻孔桩钢护筒不能回收的问题。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***，其特征在于，包括：位于海面上的海上钻孔平台、设在所述海上钻孔平台上的履带吊及振动锤、设在海底稳定地质层与所述海上钻孔平台之间的外钢护筒、设在所述外钢护筒中的内钢护筒、设在所述内钢护筒中的钻头以及设在所述海上钻孔平台上的泥浆泵；所述内钢护筒的顶口与所述海上钻孔平台之间设有反力架及千斤顶，所述钻头通过履带吊与所述振动锤连接。
2.根据权利要求1所述的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***，其特征在于，所述千斤顶为油压千斤顶。
3.根据权利要求1所述的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***，其特征在于，所述外钢护筒的顶口比所述内钢护筒的顶口高25cm～35cm。
4.根据权利要求1所述的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***，其特征在于，所述内钢护筒的壁厚为10mm～15mm。
5.根据权利要求1所述的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***，其特征在于，所述外钢护筒的内径比所述内钢护筒的外径大0.8m～1.2m。
6.根据权利要求5所述的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***，其特征在于，所述内钢护筒的内径比设计桩的桩径大8cm～12cm。
7.根据权利要求6所述的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***，其特征在于，所述钻头分为冲击钻头和成孔钻头，所述冲击钻头的直径比设计桩的桩径大4cm～6cm，所述成孔钻头的直径与设计桩的桩径相等。
8.根据权利要求1-7中任何一项所述的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工***，其特征在于，所述反力架及千斤顶的组合为四组且沿圆周方向均匀分布。
9.一种可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.在海上钻孔平台上设置履带吊及振动锤、泥浆泵；
S2.用履带吊及振动锤沉放外钢护筒，使外钢护筒的底口贯入到海底稳定地质层内；
S3.用履带吊及振动锤在外钢护筒中沉放内钢护筒，在内钢护筒的顶口与海上钻孔平台之间安装反力架及千斤顶；
S4.通过履带吊及振动锤将冲击钻头放入到内钢护筒中；
S5.启动冲击钻头开始钻进施工，随着钻孔的不断推进，启动反力架及千斤顶向内钢护筒施加向下的压力，内钢护筒在向下的压力的作用下被逐渐压入孔底，直至内钢护筒的底口到达海底稳定地质层中；
S6.用泥浆泵将内钢护筒中的钻渣抽到外钢护筒与内钢护筒之间的缝隙内，形成圆环状的钻渣泥浆护壁；
S7.将冲击钻头换成设计桩基础施工用的成孔钻头，启动成孔钻头直至完成钻孔桩的成孔；
S8.用泥浆泵分别将外钢护筒与内钢护筒之间的缝隙内的钻渣以及内钢护筒中的新钻渣抽出，然后，在外钢护筒与内钢护筒之间的缝隙内回填粘土；
S9.在成孔中灌注混凝土，当混凝土灌注完成后，立即用履带吊及振动锤拔出内钢护筒；
S10.当成孔中灌注的混凝土初凝后，用履带吊及振动锤缓慢振动拔出外钢护筒。
10.根据权利要求9所述的可回收钢护筒的水中钻孔桩基础施工方法，其特征在于，步骤S8中粘土一直回填到高于设计桩桩顶标高1.8m～2.2m处为止。
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