CN110374500B - 一种成组钻孔植桩施工方法 - Google Patents

Abstract

一种成组钻孔植桩施工方法，包括以下步骤：1）施工前准备；2）安装两组动力头总成；3）第一组动力头总成及其钻杆、螺旋钻杆和钻具钻进切削；4）第二组动力头总成及其钻杆、螺旋钻杆和钻具钻进切削；5）第二组动力头总成及其多节钻杆、螺旋钻杆和钻具喷浆和搅拌作业；6）钻杆、钻具提升拆卸；7）预制桩植入。本发明能使安装于步履桩架的立柱长导轨上的两组动力头总成依次钻掘、搅拌和扩孔作业，提高孔壁的表面光整度，通过步履桩架横移微调达到两组动力头总成固装的钻杆间的精准对接，避免钻杆之间、钻杆与钻具间的频繁对接和拆卸，减少操作人员作业强度，提高钻孔植桩作业效率，有效保证植桩施工质量，大幅度降低设备采购成本。

Description

一种成组钻孔植桩施工方法

技术领域

本发明涉及一种通过钻掘成孔、注浆和搅拌后将预制桩植入地层的成组钻孔植桩施工方法。

背景技术

在城市建设的不断发展过程中，土地资源越来越少，房屋建筑向高层发展，因此，高层及超高层建筑对桩基承载力的要求越来越高，对建筑物的防沉降变形要求也越来越高，建（构）筑物对抗拔和抗水平力要求越来越高。为了满足承载力及控制变形要求，现有技术往往采用深长桩基础，而锤击式或静压式管桩施工往往不能满足抗拔和抗水平力等性能要求，许多高层、超高层建筑及路基等有动荷载要求的基础基本采用钻孔灌注桩(埋入式)，但钻孔灌注桩造价高、质量不稳定、单桩施工时间长，且泥浆排放污染环境，不符合环保理念。

随着国家大力推进建筑工业化和绿色施工，对施工企业提出更高的要求。各类新建商业建筑、民用建筑、工业厂房将逐步采用装配式建筑，使装配式建建筑比例进步提高。因此，一种集成钻孔、深层搅拌、扩头和预制各种桩基技术的静钻根植桩施工技术得到迅速推广和发展，该施工技术具备桩材工厂化预制、节能环保和节材降耗的特点，在一定条件下可替代钻孔灌注桩，具有穿越各类岩土层、大直径和高承载力的非挤土桩功能，大幅降低泥浆排放量，节水、节地，保护环境；单桩施工效率提高4-5倍；节省社会资源；单方混凝土承载力提高2～3倍，节省原材料，资源得以充分利用。静钻根植桩施工技术在桩基础施工领域引领了绿色施工的新方向，有效解决预制桩施工所带来的打桩噪声、打桩锤空气污染以及打桩挤土造成的环境损害影响；另一方面，可以取代城市区域大承载力的钻孔灌注桩的施工工艺，克服灌注桩常出现拥孔造成的缩径、桩身夹泥以及孔底沉渣过大等质量缺陷；工厂预制桩材，质量有保证，杜绝了现场材料浪费；同时对岩土层适应性好，挤土效应影响小，泥浆排放量大幅度减少，解决了城市城区排浆用地难的问题，节约土地。有利于预制桩的应用发展，顺应绿色桩基技术发展，进一步扩大预制桩使用领域。因此，静钻根植桩技术从技术和经济角度均具有显著效益，符合可持续发展理念，推广前景良好。

现有技术中一般采用单轴搅拌钻机安装于桩架立柱上，钻杆及钻具向下切土钻孔，一边钻孔、一边注水或注膨润土混合液，同时钻杆上弧形护壁块可对预钻孔体进行修正和护壁，直到钻杆到达设计要求的持力层部位附近。在钻进成孔的整个过程中，由于受制于配套桩架的立柱高度、立柱导轨的结构型式以及桩架的承载力，无法实现钻杆和钻头长度一次完成连接并安装于桩架立柱上，因此，随着钻孔深度的增加，只有通过操作人员不断加接钻杆的长度，而钻杆的加接一般需要钻杆接头销轴拆卸、动力头提升、上下钻杆（钻具）脱开、高压水枪冲洗上下钻杆（钻具）的雌雄接头、借助起重机吊装钻杆、吊装钻杆下端接头与入土钻杆接头对准锁紧、动力头下行、动力头下方钻杆与吊装钻杆上端接头对准锁紧等步骤，钻杆接长过程需要花费较多的施工时间，影响整个钻掘成孔的效率；在达到钻孔深度后，通过钻杆和钻头内腔管路在桩端注入水泥浆，进行上下反复搅拌以保持桩端水泥浆的均匀；在将全部钻杆和钻头提起出土时，同样，操作人员只能通过操纵卷扬机提升动力头依次提起每一节钻杆、拔出上下钻杆（钻具）的雌雄接头处销轴、完成相邻二节钻杆或钻具脱开后拔出。重复该步骤，进行所有钻杆或者钻具的拔出。因此，在下钻和拔钻二个阶段均需要操作人员花费较多的时间进行接钻杆和拆钻杆，严重影响植桩施工效率；此外，由于在预钻成孔中进行注浆、搅拌施工有一定时间进度要求，过多频繁的钻杆、钻具连接程序将会影响预制桩的植桩质量，进而降低植入桩的技术性能。因此，需要开发一种能有效提高植桩效率、减少施工过程中钻杆之间、钻杆与钻具之间的加接和拆卸步骤的植桩施工设备。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有植桩机存在的缺点，提供一种通过步履桩架横移微调达到安装于桩架的立柱导轨上的二组动力头总成下端固装的钻杆之间的精准对接，实现二组动力头总成依次钻掘、注浆、搅拌和预制桩植入的成组钻孔植桩施工方法，避免钻杆之间、钻杆与钻具之间的频繁对接和拆卸，减少操作人员的作业强度，提高钻孔植桩的作业效率，进一步保证植桩施工质量，大幅度降低设备采购成本。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种成组钻孔植桩施工方法，包括以下步骤：1）施工前准备，a）清理施工场地，保持路面平整，无低空高压电线，确保施工区域安全；b）利用经纬仪调整和确定纵横二个方向，作为步履桩架的桩架底盘行走移位的基准；c）步履桩架组装，利用起重设备将行走机构的二个横向步履和二个纵向步履分别沿经纬仪确定的横向和纵向方向吊装布置在植桩工位前方，顶升机构设置于桩架底盘的下方，它的前后顶升油缸和左右顶升油缸的上端分别固装于桩架底盘的前后部下方和左右部下方，前后顶升油缸和左右顶升油缸的下端分别固装于行走机构的二个横向步履和二个纵向步履，完成桩架底盘的安装；在桩架底盘的前部安装由多节具有两对导轨的立柱筒体对接而成的立柱、顶部滑轮架和两个斜撑杆；步履桩架的立柱位于桩架底盘的正前方；两个斜撑杆对称布置于立柱的左右两侧，其一端分别铰接在立柱的中间一节立柱筒体背面的支座上，另一端分别铰接在桩架底盘的左后方和右后方的支座上；立柱筒体的两对导轨以V型对称方式沿立柱筒体垂直方向布置其左右两侧，互相连接后分别在立柱的左右两侧形成一对左侧长导轨和右侧长导轨；顶部滑轮架固装于立柱顶端的一节立柱筒体上端部，其前端设有以V型对称方式布置的两个滑轮组；2）安装两组动力头总成，a）将步履桩架的桩架底盘上的两组卷扬机构上引出的钢丝绳分别穿过步履桩架的顶部滑轮架的两个滑轮组后绕过每组动力头总成的提升滑轮，连接妥当两组动力头总成；b）将两组动力头总成分别通过其机架上的背面导块置于步履桩架的立柱的两对长导轨上，操纵步履桩架的桩架底盘上的两组卷扬机构分别将两组动力头总成沿着立柱的两对长导轨提升至不同高度，其中第一组动力头总成的中空输出轴下端安装连接盘后固装多节具有搅拌叶片和弧面护块的钻杆、具有螺旋叶片的螺旋钻杆和钻具，第二组动力头总成的中空输出轴的下端安装连接盘后固装多节具有搅拌叶片和弧面护块的钻杆；c）在立柱的两对长导轨下方分别安装支承架，每个支承架各自通过其后端的一对导向板分别固装于两对长导轨上；d）操纵立柱行走机构沿植桩工位的横向方向移位进行微调，保证其中一对左侧长导轨上安装的第一组动力头总成及其钻杆、螺旋钻杆和钻具的旋转中心对准植桩工位的中心；e）将两组动力头总成的电缆线和注浆管路分别与操纵***和后台制供浆***连接，其中，注浆管通过中空输出轴上端的回转接头与其内腔的注浆管路接通，进行空载运行试验，保证符合施工要求；3）第一组动力头总成及其钻杆、螺旋钻杆和钻具钻进切削，操纵控制***，启动第一组动力头总成的立式电机正向旋转，操纵步履桩架的卷扬机构使该动力头总成沿立柱的一对左侧长导轨下行，从而驱动多节具有搅拌叶片和弧面护块的钻杆、具有螺旋叶片的螺旋钻杆和钻具正向旋转并向下钻进切削土层，完成钻掘深度L1。最下端的钻具的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆的螺旋叶片便于排土和搅拌，钻杆外壁上设置的搅拌叶片便于土壤的充分搅拌，钻杆外壁设置的弧面护块挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁；固装于立柱下端的一对左侧长导轨上的支承架对钻具、螺旋钻杆和钻杆进行导向支撑，有效保证钻掘精度和成孔质量。在多节钻杆、螺旋钻杆和钻具全部进入地层完成钻掘作业后关闭立式电机，使该动力头总成停止运转，操作人员进入植桩工位处将最上端露出地面的一节钻杆的雄接头与中空输出轴的输出端连接盘处的连接的一节钻杆的雌接头结合处的锁定销轴拆下，沿立柱的一对左侧长导轨提升第一组动力头总成与该节钻杆完全脱离，操纵桩架的行走机构沿植桩工位横向方向向左行走一段长度为H的距离；4）第二组动力头总成及其钻杆、螺旋钻杆和钻具钻进切削，在第二组动力头总成及其固装的多节钻杆到达植桩工位时，沿立柱的一对右侧长导轨放下该第二组动力头总成，使其下端固装的多节钻杆中最下端一节钻杆的雌接头对准露出地层的一节钻杆的雄接头，***到位后用销轴锁定。操纵控制***，启动第二组动力头总成的立式电机正向旋转，操纵桩架的卷扬机构放出钢丝绳使该动力头总成沿着立柱的一对右侧长导轨下行，从而驱动多节具有搅拌叶片和弧面护块的钻杆、具有螺旋叶片的螺旋钻杆和钻具正向旋转并继续向下钻进切削土层，完成钻掘深度L2，这样，钻孔总深度达到L1+L2。最下端的钻具的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆的螺旋叶片便于排土和搅拌，钻杆外壁上设置的搅拌叶片便于土壤的充分搅拌，钻杆外壁设置的弧面护块挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁。固装于立柱下端的一对右侧长导轨上的支承架对钻具、螺旋钻杆和钻杆进行导向支撑，有效保证钻掘精度和成孔质量。操纵第二组动力头总成及其固装的钻杆、螺旋钻杆和钻具沿立柱的一对右侧长导轨继续钻进切削，直至达到设计要求的土壤持力层深度；5）第二组动力头总成及其多节钻杆、螺旋钻杆和钻具进行喷浆和搅拌作业，操纵步履桩架的卷扬机构放出钢丝绳，沿立柱的一对右侧长导轨提升第二组动力头总成及其多节钻杆、螺旋钻杆和钻具，同时操纵后台配备的制供浆***，通过注浆管路向中空输出轴、多节钻杆、螺旋钻杆和钻具的内腔注入固化水泥浆，最后由钻具下端部设置的注浆孔对成孔进行旋转注浆，从而在提升多节钻杆、螺旋钻杆和钻具过程中使固化水泥浆注入成孔内与原地土充分搅拌，达到孔体上下均匀，此时钻掘产生的孔渣也被带出成孔外，有效保证植桩孔体质量；6）多节钻杆、螺旋钻杆和钻具提升和拆卸，a）操纵第二组动力头总成沿立柱的一对右侧长导轨上行，待第二组动力头总成上行至导轨的限定位置时，拆下第二组动力头总成下端连接的一节钻杆雌接头与其下连接的多节钻杆中最上面一节钻杆雄接头连接处的锁定销轴，利用起重机吊住全部已拔出的多节钻杆，将该拔出的多节钻杆中最末端一节钻杆的雌接头与露出地面的一节钻杆雄接头连接处的锁定销轴拆下，使多节钻杆分离后利用起重机吊运至堆物处；b) 操纵第二组动力头总成沿立柱的一对右侧长导轨下行，将其下端连接的一节钻杆雌接头对准***露出地面的一节钻杆的雄接头后用销轴锁定；操纵卷扬机构放出钢丝绳提升第二组动力头总成，将其余留在地层中多节钻杆、螺旋钻杆和钻具提升至地面时，拆下全部钻杆、螺旋钻杆和钻具，拆下第二组动力头总成下端连接盘与其下方连接的多节钻杆中最上面一节钻杆的雄接头连接处的锁定销轴，使多节钻杆与第二组动力头总成分离后，利用起重机将拆下的吊运多节钻杆、螺旋钻杆和钻具至堆物处；7）预制桩植入，a)在第二组动力头总成的连接盘处安装送桩帽，利用起重机将需要植入的预制桩吊入植桩孔内，该预制桩依靠自重下沉进入植桩孔内；b)操纵第二组动力头总成沿步履桩架的立柱的一对右侧长导轨下行，使送桩帽随第二组动力头总成下行后套装于预制桩桩头上；b) 继续操纵步履桩架的卷扬机构，使第二组动力头总成及其连接的送桩帽下行，该预制桩借助其自重和第二组动力头总成的重量被压入钻孔成孔内最终达到设计标高，通过桩端和桩周固化水泥浆硬化后使预制桩与桩端及桩周土体形成一体的植桩体基础。

优选地，在步骤3）中，两组动力头总成中的立式电机均采用8极变频电机和外接变频器的启动控制方式，实现中空输出轴、多节钻杆、螺旋钻杆和钻具的转速和扭矩的无级调控。

优选地，在步骤5）中，第二组动力头总成及其固装的多节钻杆、螺旋钻杆和钻具边提升边注浆搅拌的旋转速度通过外接变频器进行控制调节，以满足单位时间内要求的固化水泥浆注入和搅拌速度的技术要求。

优选地，在步骤7）中，在步骤7）中，支承架的导向通孔中设置的衬套，其内径与植入预制桩外径的间隙为4.00～6.00mm，保证预制桩植入成孔时导向良好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明成组钻孔植桩施工方法作进一步描述：

图1是本发明中成组钻孔植桩***的结构示意图；

图2是图1中动力头总成、钻杆、螺旋钻杆和钻具部分的左视图；

图3是图1中A-A向剖视图；

图4是图1的俯视图；

图5是是本发明中成组钻孔植桩***中钻杆的机构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是本发明中两组动力头总成安装就位示意图；

图8是本发明中第一组动力头总成及其钻杆、搅拌钻杆和钻具向下钻进切削作业示意图；

图9是本发明中桩架横向行走后第二组动力头总成完成钻杆、搅拌钻杆和钻具连接作业示意图；

图10是本发明中第二组动力头总成及其钻杆、搅拌钻杆和钻具向下钻进切削、注浆和搅拌作业示意图。

具体实施方式

如图1-6所示，一种成组钻孔钻孔植桩***，包括两组动力头总成1,1’、多节具有搅拌叶片31和弧面护块32的钻杆3、具有螺旋叶片71的螺旋钻杆7、具有切削翼42的钻具4、两个支承架、步履桩架5以及包括钻机操纵***、桩架操纵***和注浆操纵***的操纵***，每组动力头总成1包括提升滑轮11、具有背面导块121、立式电机和减速箱122的机架12和注浆管路，减速箱122具有中空输出轴124；弧面护块32包括弧形板321、插板322和插座323；步履桩架5包括具有至少两组卷扬机构的主机底盘51、具有前后顶升油缸561,561’和左右顶升油缸562,562’的顶升机构56和具有二个横向步履551,551’和二个纵向步履552,552’的行走机构55、由多节具有两对导轨522，522’的的立柱筒体521对接而成的立柱52、顶部滑轮架53和两个斜撑杆54，54’；随动护架8包括具有导向孔821的护架体82、位于护架体后端的护架导块81和内衬套83；支承架6包括具有导向通孔621的框架体62、位于框架体后部的一对导向板61和衬套63；其中：

所述步履桩架5的立柱52位于主机底盘51的正前方；所述两个斜撑杆54，54’对称布置于立柱52的左右两侧，其一端分别铰接在立柱52中靠上端的一节立柱筒体521背面的支座上，另一端分别铰接在主机底盘51的左后方和右后方的支座上；所述立柱筒体521的两对导轨522，522’以V型对称方式沿立柱筒体垂直方向布置其左右两侧，互相连接后分别在立柱52的左右两侧形成二对长导轨；所述顶部滑轮架53固装于立柱52顶端的一节立柱筒体521上端部，其前端设有以V型对称方式布置的两个滑轮组531,531’；所述顶升机构56设置于桩架底盘51的下方，它的前后顶升油缸561,561’和左右顶升油缸562,562’的上端分别固装于桩架底盘51的前后部下方和左右部下方，前后顶升油缸561,561’和左右顶升油缸562,562’的下端分别固装于行走机构55的二个横向步履551,551’和二个纵向步履552,552’。

所述两组动力头总成1,1’均分别通过其机架12上的背面导块121分别置于所述桩架5的立柱52的两对长导轨上，它们的减速箱122的中空输出轴224在立柱52横截面的左右方向之间的中心距为H；所述主机底盘51的两组卷扬机构上引出的钢丝绳分别穿过步履桩架5的顶部滑轮架53的两个滑轮组531,531’后绕过每组动力头总成1,1’的提升滑轮11，以使每组动力头总成1,1’可以在立柱52的两对长导轨上分别进行提升和下行运动。

所述两组动力头总成1,1’的减速箱122的中空输出轴124均分别以垂直穿过减速箱12的箱体方式安装，它们的上端固装回转接头后均与注浆管路连接；其中，一组动力头总成1的中空输出轴224的下端安装连接盘后依次固装多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4，另一组动力头总成1’的中空输出轴224的下端安装连接盘后固装多节钻杆3；所述每组动力头总成1的立式电机均采用8极变频电机和外接变频器的启动控制方式，实现对中空输出轴124的输出转速和输出扭矩的调节控制，达到多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4的转速和扭矩的无级调控。该启动控制方式通过采用8极变频电机，保证电机高速或低速长时间稳定和得到有效散热，满足低速大扭矩的钻掘作业要求。外接变频器可实现电机软启动，避免电机启动时出现大电流，实现电机更大范围内的高精度转速和转矩无级调整控制，适应不同地层结构、复杂地层的变化，有效保证钻掘、搅拌和植桩施工进程顺利，进一步提高钻掘作业效率。

所述钻杆3的弧面护块32有三个，以径向对称方式设置于钻杆体30的外壁上方，所述搅拌叶片31以位于护壁圈32下方的方式设置于钻杆体30的外壁上；每个弧面护块32的内壁均设有插座323，每个插板322以径向对称设置于所述钻杆3的钻杆体30的外壁，每个弧面护块32均分别通过其插板322用销轴锁定在插座323上。这样，在两组动力头总成、钻杆、搅拌钻杆和钻具向下钻进和提升搅拌过程中，该弧面护块可以对成孔内壁进行挤压和护壁，形成光滑紧密的孔体内壁，便于保证植桩施工质量。如果弧面护块的弧面磨损超过规定的极限尺寸，可方便地通过拆卸销轴进行更换，有效降低使用单位的维修成本，提高钻孔机的施工效率。

所述支承架6的导向通孔621位于框架体62的前端，其内安装衬套63，该衬套63由两个对称半圆形、或者三个对称的弧形内衬套组成；当使用过程中出现衬套内孔磨损超过规定的极限尺寸后，可以方便地拆卸各个弧形内衬套，更换新的弧形内衬套，有效降低施工成本。所述二个支承架6分别通过其导向板61固装于立柱52的两对长导轨上。

所述两组动力头总成中一组动力头总成1的下端连接的多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4以及另一组动力头总成1连接的多节钻杆3分别穿过各个支承架5的前端导向通孔621内设置的衬套63内壁对地层进行钻进切削。所述多节钻杆3的搅拌叶片31和钻具4的切削翼42最大旋转直径与随动护架8的前端导向孔821以及支承架6的导向通孔62中设置的衬套63内径之间的配合间隙为8.00～12.00mm。这样，在两组动力头总成及其多节钻杆、螺旋钻杆和钻具下行钻进时由于得到随动护架8和支承架6的双重导向和支承，确保其钻掘、注浆和搅拌稳定，从而提高钻孔植桩的施工质量。

所述操纵***的钻机操纵***对两组动力头总成1,1’、多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4的运行作操纵控制，所述桩架操纵***对步履桩架6的至少两组卷扬机构、顶升机构56和行走机构55的运行/移动作操纵控制，所述注浆操纵***对后台制供浆***的运行作操纵控制；所述操纵***对钻孔植桩施工中的运行参数、技术参数和施工参数显示和控制，并实现相关施工参数的储存和打印输出。该操纵***采用智能控制技术通过操纵台显示钻孔机实际施工数据，以及注浆***运行情况，并能将钻孔、注浆过程的数据记录、保存，打印数据表格和图形曲线，可提供用户作为整个钻孔植桩施工过程的分析依据。该操纵***的显示参数包括：动力头总成中立式电机的转速、工作温度和旋转方向，钻具/钻杆的转速、转向和扭矩，钻掘（搅拌）深度，步履桩架液压***工作压力、流量和液压油油温，步履桩架倾斜度和桩架拉拔力，制供浆***的注浆泵压力、瞬时水泥浆量、总浆量、实际总浆量和总注水量，桩架底盘纵向/横向移动速度，以及植桩后成桩标高等。

结合图1-10所示，本发明提供的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：施工前准备

a）清理施工场地，保持路面平整，无低空高压电线，确保施工区域安全；

b）利用经纬仪调整和确定纵横二个方向，作为步履桩架5的桩架底盘51行走移位的基准；

c）步履桩架5组装，利用起重设备将行走机构55的二个横向步履551,551’和二个纵向步履552,552’分别沿经纬仪确定的横向和纵向方向吊装布置在植桩工位前方，顶升机构56设置于桩架底盘51的下方，它的前后顶升油缸561,561’和左右顶升油缸562,562’的上端分别固装于桩架底盘51的前后部下方和左右部下方，前后顶升油缸561,561’和左右顶升油缸562,562’的下端分别固装于行走机构55的二个横向步履551,551’和二个纵向步履552,552’，完成桩架底盘51的安装；在桩架底盘51的前部安装由多节具有两对导轨522，522’的立柱筒体521对接而成的立柱52、顶部滑轮架53和两个斜撑杆54，54’；步履桩架5的立柱52位于桩架底盘51的正前方；两个斜撑杆54，54’对称布置于立柱52的左右两侧，其一端均分别铰接在立柱52中靠上端的一节立柱筒体521背面的支座上，另一端均分别铰接在桩架底盘51的左后方和右后方的支座上；立柱筒体521的两对导轨522，522’以V型对称方式沿立柱垂直方向布置其左右两侧，互相连接后分别在立柱52的左右两侧形成一对左侧长导轨和右侧长导轨；顶部滑轮架53固装于立柱52顶端的一节立柱筒体521上端部，其前端设有以V型对称方式布置的两个滑轮组531,531’。

步骤2：安装两组动力头总成1,1’

a）将步履桩架5的桩架底盘51上的两组卷扬机构上引出的钢丝绳分别穿过步履桩架5的顶部滑轮架53的两个滑轮组531,531’后绕过每组动力头总成1，1’的提升滑轮11，连接妥当两组动力头总成1,1’；

b）将两组动力头总成1,1’分别通过其机架12上的背面导块121置于步履桩架5的立柱52的两长导轨上，操纵步履桩架5的桩架底盘51上的两组卷扬机构分别将两组动力头总成1,1’沿着立柱52的两对长导轨提升至不同高度，其中第一组动力头总成1的中空输出轴224下端安装连接盘后固装多节具有搅拌叶片31和弧面护块32的钻杆3、具有螺旋叶片71的螺旋钻杆7和钻具4，第二组动力头总成1’的中空输出轴224下端安装连接盘后固装多节具有搅拌叶片31和弧面护块32的钻杆3；

c）在立柱52的两对长导轨下方分别安装支承架，每个支承架6各自通过其后端的一对导向板64分别固装于两对长导轨上；

d）操纵立柱52行走机构沿植桩工位的横向方向移位进行微调，保证立柱的一对左侧长导轨上安装的第一组动力头总成1及其钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4的旋转中心对准植桩工位的中心；

e）将两组动力头总成1,1’的电缆线和注浆管路分别与操纵***和后台制供浆***连接，其中，注浆管通过中空输出轴124上端的回转接头与其内腔的注浆管路接通，进行空载运行试验，保证符合施工要求。

步骤3：第一组动力头总成1及其钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4钻进切削

操纵控制***，启动第一组动力头总成1的立式电机正向旋转，操纵桩架5的卷扬机构使该动力头总成沿立柱52的一对左侧长导轨下行，从而驱动多节具有搅拌叶片31和护壁圈32的钻杆3、具有螺旋叶片71的螺旋钻杆7和钻具4正向旋转并向下钻进切削土层，完成钻掘深度L1。最下端的钻具4的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆7的螺旋叶片71便于排土和搅拌，钻杆3外壁上设置的搅拌叶片31便于土壤的充分搅拌，钻杆3外壁设置的护壁圈32挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁；固装于立柱52下端的一对左侧长导轨上的支承架6对钻具4、螺旋钻杆7和钻杆3进行导向支撑，有效保证钻掘精度和成孔质量。在多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4全部进入地层完成钻掘作业后关闭立式电机，使该动力头总成停止运转，操作人员进入植桩工位处将最上端露出地面的一节钻杆3的雄接头与中空输出轴124的输出端连接盘处连接的一节钻杆3的雌接头结合处的锁定销轴拆下，沿立柱52的一对左侧长导轨提升第一组动力头总成1与该节钻杆3完全脱离，操纵桩架5的行走机构沿植桩工位横向方向向左行走一段长度为H的距离；两组动力头总成1,1’中的立式电机均采用8极变频电机和外接变频器的启动控制方式，实现中空输出轴124、多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4的转速和扭矩的无级调控。

步骤4：第二组动力头总成1’及其钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4钻进切削

在第二组动力头总成1’及其固装的多节钻杆3到达植桩工位时，沿立柱52的一对右侧长导轨放下该第二组动力头总成1’，使将其下端固装的多节钻杆中最下端一节钻杆3的雌接头对准露出地层的一节钻杆3的雄接头，***到位后用销轴锁定。操纵控制***，启动第二组动力头总成1’的立式电机正向旋转，操纵桩架5的卷扬机构放出钢丝绳使该动力头总成沿着立柱5的一对右侧长导轨下行，从而驱动多节具有搅拌叶片31和护壁圈32的钻杆3、具有螺旋叶片71的螺旋钻杆7和带扩大翼41的钻具4正向旋转并继续向下钻进切削土层，完成钻掘深度L2，这样，钻孔总深度达到L1+L2。最下端的钻具4的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆7的螺旋叶片71便于排土和搅拌，钻杆3外壁上设置的搅拌叶片31便于土壤的充分搅拌，钻杆3外壁设置的护壁圈32）挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁。固装于立柱52下端的一对右侧长导轨上的支承架6对钻具4、螺旋钻杆7和钻杆3进行导向支撑，有效保证钻掘精度和成孔质量。操纵第二组动力头总成1’及其固装的钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4沿立柱52的一对右侧长导轨继续钻进切削，直至达到设计要求的土壤持力层深度。

步骤5：第二组动力头总成1’及其多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4进行搅拌和喷浆作业

操纵步履桩架5的卷扬机构放出钢丝绳，沿立柱52的一对右侧长导轨提升第二组动力头总成1’及其多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4，同时操纵后台配备的制供浆***，通过注浆管路向中空输出轴124、多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4的内腔注入固化水泥浆，最后由钻具4下端部设置的注浆孔对成孔进行旋转注浆，从而在提升多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4过程中使固化水泥浆注入成孔内与原地土充分搅拌，达到孔体上下均匀，此时钻掘产生的孔渣也被带出成孔外，有效保证植桩孔体质量。第二组动力头总成1’及其多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4边提升边注浆搅拌的旋转速度通过外接变频器进行控制调节，以满足单位时间内要求的固化水泥浆注入和搅拌速度的技术要求。

步骤6、多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具提升和拆卸

a）操纵第二组动力头总成1’沿立柱52的一对右侧长导轨上行，待第二组动力头总成1’上行至导轨的限定位置时，拆下第二组动力头总成1’下端连接的一节钻杆3雌接头与其下连接的多节钻杆3中最上面一节钻杆3雄接头连接处的锁定销轴，利用起重机吊住全部已拔出的多节钻杆3，将该拔出的多节钻杆3中最末端一节钻杆3的雌接头与露出地面的一节钻杆3雄接头连接处的锁定销轴拆下，使多节钻杆3分离后利用起重机吊运至堆物处；

b) 操纵第二组动力头总成1’沿立柱52的一对右侧长导轨下行，将其下端连接的一节钻杆3雌接头对准***露出地面的一节钻杆3的雄接头后用销轴锁定；操纵卷扬机构放出钢丝绳提升第二组动力头总成1’，将其余留在地层中多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4提升至地面时，拆下全部钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4，拆下第二组动力头总成1’下端连接盘与其下方连接的多节钻杆3中最上面一节钻杆3的雄接头连接处的锁定销轴，使多节钻杆3与第二组动力头总成1’分离后，利用起重机将拆下的吊运多节钻杆3、螺旋钻杆7和钻具4至堆物处。

步骤7、预制桩植入

a)在第二组动力头总成1’的连接盘处下端安装送桩帽，利用起重机将需要植入的预制桩吊入植桩孔内，该预制桩依靠自重下沉进入植桩孔内；支承架6的导向通孔621中设置的衬套63，其内径与植入预制桩外径的间隙为4.00～6.00mm，保证预制桩植入成孔时导向良好，满足植入成桩的精度要求；

b)操纵第二组动力头总成1’沿步履桩架5的立柱52的一对右侧长导轨下行，使送桩帽随第二组动力头总成1’下行后套装于预制桩桩头上；

c) 继续操纵步履桩架5的卷扬机构，使第二组动力头总成及其连接的送桩帽下行，该预制桩借助其自重和第二组动力头总成1’的重量被压入钻孔成孔内最终达到设计标高，通过桩端和桩周固化水泥浆硬化后使预制桩与桩端及桩周土体形成一体的植桩体基础。

本发明成组钻孔植桩施工方法通过操纵***使安装于步履桩架的立柱导轨上的两组动力头总成依次钻掘、注浆、搅拌和预制桩植入作业，步履桩架以经纬仪作为基准沿植桩工位横移微调，保证第二组动力头总成下端固装的钻杆雌接头与借助第一组动力头总成下端固装的已钻掘进入地层的钻杆上露出地面的雄接头之间的精准对接锁定，实现钻掘过程中只需钻杆一次加接就能满足钻孔深度的施工要求，避免钻杆之间、钻杆与钻具之间的频繁对接，且在完成钻掘作业后提升全部钻杆和钻具至地面时也只需拆卸依次钻杆雌雄接头，减少操作人员的作业强度，有效提高钻孔植桩作业效率。此外，分别安装于第一和第二组动力头总成的机架侧面的倾斜传感器将随时监测的钻掘孔体的垂直度偏差值传递到操纵***的控制面板上，便于操作人员进行纠偏，保证钻掘成孔的垂直度符合设计要求。而在植桩过程中，一方面通过改变支承架上衬套内径尺寸，保证预制桩植入成孔时导向良好，另一方面通过第二组动力头总成的机架侧面安装的倾斜传感器，确保植入的预制桩进入预钻孔孔内的垂直度达到设计要求，并对植入桩在预钻孔内的深度尺寸进行精准植桩定位以达到设计标高要求，从而进一步保证钻孔植桩的施工质量，降低施工单位的设备采购成本。

Claims (4)

1.一种成组钻孔植桩施工方法，包括以下步骤：

1）施工前准备

a）清理施工场地，保持路面平整，无低空高压电线，确保施工区域安全；

b）利用经纬仪调整和确定纵横二个方向，作为步履桩架（5）的桩架底盘（51）行走移位的基准；

c）步履桩架（5）组装，利用起重设备将行走机构（55）的二个横向步履（551,551’）和二个纵向步履（552,552’）分别沿经纬仪确定的横向和纵向方向吊装布置在植桩工位前方，顶升机构（56）设置于桩架底盘（51）的下方，它的前后顶升油缸（561,561’）和左右顶升油缸（562,562’）的上端分别固装于桩架底盘（51）的前后部下方和左右部下方，前后顶升油缸（561,561’）和左右顶升油缸（562,562’）的下端分别固装于行走机构（55）的二个横向步履（551,551’）和二个纵向步履（552,552’），完成桩架底盘（51）的安装；在桩架底盘（51）的前部安装由多节具有两对导轨（522，522’）的立柱筒体（521）对接而成的立柱（52）、顶部滑轮架（53）和两个斜撑杆（54，54’）；步履桩架（5）的立柱（52）位于桩架底盘（51）的正前方；两个斜撑杆（54，54’）对称布置于立柱（52）的左右两侧，其一端分别铰接在立柱（52）中靠上端的一节立柱筒体（521）背面的支座上，另一端分别铰接在桩架底盘（51）的左后方和右后方的支座上；立柱筒体（521）的两对导轨（522，522’）以V型对称方式沿立柱筒体垂直方向布置其左右两侧，互相连接后分别在立柱（52）的左右两侧形成一对左侧长导轨和右侧长导轨；顶部滑轮架（53）固装于立柱（52）顶端的一节立柱筒体（521）上端部，其前端设有以V型对称方式布置的两个滑轮组（531,531’）；

2）安装两组动力头总成（1,1’）

a）将步履桩架（5）的桩架底盘（51）上的两组卷扬机构上引出的钢丝绳分别穿过步履桩架（5）的顶部滑轮架（53）的两个滑轮组（531,531’）后绕过每组动力头总成（1，1’）的提升滑轮（11），连接妥当两组动力头总成（1,1’）；

b）将两组动力头总成（1,1’）分别通过其机架（12）上的背面导块（121）置于步履桩架（5）的立柱（52）的两对长导轨上，操纵步履桩架（5）的桩架底盘（51）上的两组卷扬机构分别将两组动力头总成（1,1’）沿着立柱（52）的两对长导轨提升至不同高度，其中第一组动力头总成（1）的中空输出轴（224）下端安装连接盘后固装多节具有搅拌叶片（31）和弧面护块（32）的钻杆（3）、具有螺旋叶片（71）的螺旋钻杆（7）和钻具（4），第二组动力头总成（1’）的中空输出轴（224）下端安装连接盘后固装多节具有搅拌叶片（31）和弧面护块（32）的钻杆（3）；

c）在立柱（52）的两对长导轨下方分别安装支承架，每个支承架（6）各自通过其后端的一对导向板（64）分别固装于两对长导轨上；

d）操纵立柱（52）行走机构沿植桩工位的横向方向移位进行微调，保证立柱的一对左侧长导轨上安装的第一组动力头总成（1）及其钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）的旋转中心对准植桩工位的中心；

e）将两组动力头总成（1,1’）的电缆线和注浆管路分别与操纵***和后台制供浆***连接，其中，注浆管通过中空输出轴（124）上端的回转接头与其内腔的注浆管路接通，进行空载运行试验，保证符合施工要求；

3）第一组动力头总成（1）及其钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）钻进切削

操纵控制***，启动第一组动力头总成（1）的立式电机正向旋转，操纵步履桩架（5）的卷扬机构使该动力头总成沿立柱（52）的一对左侧长导轨下行，从而驱动多节具有搅拌叶片（31）和弧面护块（32）的钻杆（3）、具有螺旋叶片（71）的螺旋钻杆（7）和钻具（4）正向旋转并向下钻进切削土层，完成钻掘深度L1；

最下端的钻具（4）的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆（7）的螺旋叶片（71）便于排土和搅拌，钻杆（3）外壁上设置的搅拌叶片（31）便于土壤的充分搅拌，钻杆（3）外壁设置的弧面护块（32）挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁；固装于立柱（52）下端的一对左侧长导轨上的支承架（6）对钻具（4）、螺旋钻杆（7）和钻杆（3）进行导向支撑，有效保证钻掘精度和成孔质量；

在多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）全部进入地层完成钻掘作业后关闭立式电机，使该动力头总成停止运转，操作人员进入植桩工位处将最上端露出地面的一节钻杆（3）的雄接头与中空输出轴（124）的输出端连接盘处连接的一节钻杆（3）的雌接头结合处的锁定销轴拆下，沿立柱（52）的一对左侧长导轨提升第一组动力头总成（1）与该节钻杆（3）完全脱离，操纵步履桩架（5）的行走机构沿植桩工位横向方向向左行走一段长度为H的距离；

4）第二组动力头总成（1’）及其钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）钻进切削

在第二组动力头总成（1’）及其固装的多节钻杆（3）到达植桩工位时，沿立柱（52）的一对右侧长导轨放下该第二组动力头总成（1’），使其下端固装的多节钻杆中最下端一节钻杆（3）的雌接头对准露出地层的一节钻杆（3）的雄接头，***到位后用销轴锁定；

操纵控制***，启动第二组动力头总成（1’）的立式电机正向旋转，操纵步履桩架（5）的卷扬机构放出钢丝绳使该第二组动力头总成继续沿立柱（52）的一对右侧长导轨下行，从而驱动多节具有搅拌叶片（31）和弧面护块（32）的钻杆（3）、具有螺旋叶片（71）的螺旋钻杆（7）和带扩大翼（41）的钻具（4）正向旋转并继续向下钻进切削土层，完成钻掘深度L2，这样，钻孔总深度达到L1+L2；

最下端的钻具（4）的切削翼进行钻掘，螺旋钻杆（7）的螺旋叶片（71）便于排土和搅拌，钻杆（3）外壁上设置的搅拌叶片（31）便于土壤的充分搅拌，钻杆（3）外壁设置的弧面护块（32）挤压保护成孔，有利于形成光滑紧密的孔壁；

固装于立柱（52）下端的一对右侧长导轨上的支承架（6）对钻具（4）、螺旋钻杆（7）和钻杆（3）进行导向支撑，有效保证钻掘精度和成孔质量；

操纵第二组动力头总成（1’）及其固装的钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）沿立柱（52）的一对右侧长导轨继续钻进切削，直至达到设计要求的土壤持力层深度；

5）第二组动力头总成（1’）及其多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）进行喷浆和搅拌作业

操纵步履桩架（5）的卷扬机构放出钢丝绳，沿立柱（52）的一对右侧长导轨提升第二组动力头总成（1’）及其多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4），同时操纵后台配备的制供浆***，通过注浆管路向中空输出轴（124）、多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）的内腔注入固化水泥浆，最后由钻具（4）下端部设置的注浆孔对成孔进行旋转注浆，从而在提升多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）过程中使固化水泥浆注入成孔内与原地土充分搅拌，达到孔体上下均匀，此时钻掘产生的孔渣也被带出成孔外，有效保证植桩孔体质量；

6）多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具提升和拆卸

a）操纵第二组动力头总成（1’）沿立柱（52）的一对右侧长导轨上行，待第二组动力头总成（1’）上行至导轨的限定位置时，拆下第二组动力头总成（1’）下端连接的一节钻杆（3）雌接头与其下连接的多节钻杆（3）中最上面一节钻杆（3）雄接头连接处的锁定销轴，利用起重机吊住全部已拔出的多节钻杆（3），将该拔出的多节钻杆（3）中最末端一节钻杆（3）的雌接头与露出地面的一节钻杆（3）雄接头连接处的锁定销轴拆下，使多节钻杆（3）分离后利用起重机吊运至堆物处；

b) 操纵第二组动力头总成（1’）沿立柱（52）的一对右侧长导轨下行，将其下端连接的一节钻杆（3）雌接头对准***露出地面的一节钻杆（3）的雄接头后用销轴锁定；操纵卷扬机构放出钢丝绳提升第二组动力头总成（1’），将其余留在地层中多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）提升至地面时，拆下全部钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4），拆下第二组动力头总成（1’）下端连接盘与其下方连接的多节钻杆（3）中最上面一节钻杆（3）的雄接头连接处的锁定销轴，使多节钻杆（3）与第二组动力头总成（1’）分离后，利用起重机将拆下的吊运多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）至堆物处；

7）预制桩植入

a)在第二组动力头总成（1’）的连接盘处安装送桩帽，利用起重机将需要植入的预制桩吊入植桩孔内，该预制桩靠自重下沉进入植桩孔内；

b) 操纵步履桩架（5）的卷扬机构放出钢丝绳，使第二组动力头总成（1’）沿步履桩架（5）的立柱（52）的一对右侧长导轨下行，送桩帽随第二组动力头总成（1’）下行套装于预制桩桩头上；

c) 继续卷扬机构放出钢丝绳，使第二组动力头总成（1’）及其连接的送桩帽下行，该预制桩借助其自重和第二组动力头总成（1’）的重量被压入钻孔成孔内最终达到设计标高，通过桩端和桩周固化水泥浆硬化后使预制桩与桩端及桩周土体形成一体的植桩体基础。

2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤3）中，两组动力头总成（1,1’）中的立式电机均采用8极变频电机和外接变频器的启动控制方式，可以实现中空输出轴（124）、多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）的转速和扭矩的无级调控。

3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤5）中，第二组动力头总成（1’）及其固装的多节钻杆（3）、螺旋钻杆（7）和钻具（4）边提升边注浆搅拌的旋转速度通过外接变频器调节控制，满足单位时间内固化水泥浆注入和搅拌速度的技术要求。

4.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，在步骤7）中，支承架（6）的导向通孔（621）中设置的衬套（63），其内径与植入预制桩外径的间隙为4.00～6.00mm，保证预制桩植入成孔时导向良好。

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