一种超长小直径钻孔灌注桩施工方法

摘要

本发明属于土层或岩石的钻进技术领域，提供了一种超长小直径钻孔灌注桩施工方法，所述施工方法包括如下步骤：测量定位、埋设护筒、钻头改进和校正、泥浆制备、钻孔、垂直度检查、第一次清孔、成孔验收、钢筋笼制作与安装、导管安装、第二次清孔、灌注混凝土。该施工方法适用于长度较长，直径较小的灌注桩，通过对钻头进行改进，大大降低了钻头的磨损量，减少更换钻头次数，节约时间；钢筋笼制作采用多种加固方式，整体结构稳定性更强，强度和安全性更高；施工操作方便，使用范围广泛，且不受场地限制，所成孔壁坚实、稳定，塌孔少；粉尘污染少，符合绿色施工的要求。

说明书

技术领域

本发明属于土层或岩石的钻进技术领域，具体涉及一种超长小直径钻孔灌注桩施工方法。

背景技术

灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，通过对土层或岩石进行钻进施工形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。

随着我国建筑行业的高速发展，对建筑地基的要求标准也越来越高。不同的地质条件采用不同的基础形式，尤其是铁路桥梁、公路桥梁以及地下结构极其复杂的地区，钻孔灌注桩是最为常见施工方法，能够提高工程整体质量。针对超长小直径的灌注桩，施工难度大，比如成兰铁路高川站站房设计形式为桩基础，平均桩长45m，桩径800mm，且位于龙门山断裂带之上，地下岩层复杂，地形多变，现有的钻孔灌注桩施工结构稳定性不佳，易塌孔，钻头磨损大，需要经常更换钻头，浪费时间，增加施工成本。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超长小直径钻孔灌注桩施工方法，以至少解决目前钻孔灌注桩施工过程中结构稳定性差，易塌孔，钻头磨损严重，施工成本高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超长小直径钻孔灌注桩施工方法，所述施工方法包括如下步骤：

步骤S101，测量定位，采用全站仪定位桩孔的位置，采用“+”字交叉法在桩孔外部埋设固定四个定位桩，以定位桩为基准确定灌注桩轮廓线；

步骤S102，埋设护筒，根据灌注桩轮廓线埋设护筒，所述护筒内径大于灌注桩的直径，护筒的筒身竖直后用黏土回填；

步骤S103，钻头改进和校正，对钻头进行改进以提高钻进过程中成孔效果，用细线将埋设在护筒周围的定位桩对角连接，校核确保改进后的钻头中心、护筒中心和灌注桩中心在同一竖直线上；

步骤S104，泥浆制备，在桩孔范围内挖设泥浆池和沉淀池，沉淀池与泥浆池通过排水沟相连通，沉淀池通过泥浆沟与护筒连通，泥浆池内泥浆采用水、黏土和添加剂制备；

步骤S105，钻孔，使用钢丝绳吊装钻机使钻机中心对准步骤S103的中心，钻机的钻头先使用低锤密击，直至孔深达到护筒下方3-4m后开始加大冲程，提高锤高，转入正常连续冲击，在钻孔时将制备的泥浆注入桩孔内；

步骤S106，垂直度检查，检查桩孔的垂直度；

步骤S107，第一次清孔，使用底部带活门的掏渣桶，反复掏渣，将孔底淤泥、沉渣清除干净，对于密度大的泥浆采用水泵用清水置换，形成桩孔终孔；

步骤S108，成孔验收，对桩孔终孔进行验收，采用探笼检查孔径，用测绳检查孔深，用井径仪检查垂直度，符合要求后进入下一道工序；

步骤S109，钢筋笼制作与安装，钢筋笼由钢筋分节制作，用吊车将钢筋笼吊入桩孔内，并将吊入进桩孔的钢筋笼的末端临时支撑于护筒口，再吊起另一节钢筋笼进行焊接，然后送入桩孔，重复上述步骤，依次将全部钢筋笼全部吊入桩孔内；

步骤S110，导管安装，采用吊车将导管吊入桩孔内，导管采用丝扣连接，且在接口处加密封圈；

步骤S111，第二次清孔，采用水泵将泥浆压入所述导管内，再从孔底沿着导管外置换沉渣；

步骤S112，灌注混凝土，通过导管向桩孔内灌注混凝土。

在如上所述的超长小直径钻孔灌注桩施工方法，，所述施工方法在步骤S101之前还包括步骤S100，平整场地，使桩孔的场地达到设计要求的高度。

在如上所述的超长小直径钻孔灌注桩施工方法，所述步骤S103中，所述钻头包括钻杆与刀片，在所述钻杆上设置有钢板，所述钻杆下部设置有多个沿周向均匀分布的刀片，所述刀片向外凸出于所述钻杆，所述钢板位于相邻刀片向上延伸后之间形成的凹槽处，所述钢板的厚度与刀片凸出于钻杆的厚度相同；

所述钢板呈弧形弯曲，所述钢板的弯曲曲率与所述刀片一致，所述钢板与所述刀片在仰视时呈闭合圆环；

所述刀片有四个，所述钢板也设置有四个，所述钢板焊接在所述钻杆上。

在如上所述的超长小直径钻孔灌注桩施工方法，所述步骤S105中，低锤密击时的锤高为0.4-0.6m，正常连续冲击时的锤高为1.5-2.0m。

在如上所述的超长小直径钻孔灌注桩施工方法，所述步骤S105中，在钻进过程中，对于变层处和易于发生偏斜的部位，采用低锤轻击，间断冲击的方式穿过；在发生偏斜时，应停止钻进，使用碎石回填至孔身发生偏移处，重新进行钻孔。

在如上所述的超长小直径钻孔灌注桩施工方法，所述步骤S105中，在钻进过程中，用目测法关注泥浆液面变化情况，当桩孔内的泥浆液面低于水面时及时进行补浆。

在如上所述的超长小直径钻孔灌注桩施工方法，所述步骤S106中，在地面上设置两个观测点，两个观测点分别与桩孔中心的连线相互垂直，观测点处均设置有垂直度测量装置，所述垂直度测量装置用于测量此处的垂直度，通过两个观测点处的垂直度与牵引钻头的钢丝绳的垂直度进行比较，监控桩孔孔身的垂直度；

所述垂直度测量装置包括支撑架，所述支撑架上挂设有线坠，所述线坠包括线绳和坠体，线绳的一端连接坠体，另一端固定在支撑架上，坠体依靠自身重力自由垂落，通过线绳方向判断该观测点的垂直度。

在如上所述的超长小直径钻孔灌注桩施工方法，所述步骤S109中，钢筋笼包括主筋和加强箍，加强箍横向固定在主筋上，沿主筋长度方向上，每隔2m设置一道加强箍；

所述钢筋笼上设置有砂轮保护垫块，每节钢筋笼上设置有至少两组所述砂轮保护垫块，每组沿钢筋笼的环向均匀布置有至少四个砂轮保护垫块。

在如上所述的超长小直径钻孔灌注桩施工方法，所述钢筋笼还设置有加强件，相邻的主筋之间采用钢筋交叉连接，形成加强件，同一截面中每隔一空布置一道加强件，沿主筋长度方向上，相邻加强区域的加强件的中心距为3m；

所述加强件加强的钢筋笼长度为1m，所述加强件采用的钢筋为HRB400EΦ16钢筋。

在如上所述的超长小直径钻孔灌注桩施工方法，所述步骤S112中，灌注混凝土时采用回顶灌注法，先在导管底部灌注混凝土形成隔水层，然后将混凝土通过导管底口进入到隔水层，从下面顶出初期浇筑的混凝土及其上面的泥浆，从而使后面灌入的混凝土凝结成为完整的桩身，混凝土灌注量应满足导管底口至少埋入浇筑的混凝土中1.0-1.3m。

有益效果：

本发明超长小直径钻孔灌注桩施工方法适用于长度较长，直径较小的灌注桩，本发明的施工方法所用设备简单，操作方便，使用范围广泛；且不受场地限制，所成孔壁坚实、稳定，塌孔少。

施工过程中噪声和振动影响较小，不扰民，施工过程中产生的扬尘少，降低了粉尘污染，符合绿色施工的要求。

钢筋笼制作采用多种加固方式，整体结构稳定性更强，强度和安全性更高，能够顺利下放至桩孔中，对孔壁影响较小，不仅提高工程质量，还有效提升了结构的整体性。

本施工方法中对钻头进行了改进，钻头上焊接了钢板，大大降低了钻头的磨损量，减少更换钻头次数，节约时间，降低施工成本。

施工过程中使用的机械自身可以驾驶，无需大型机械调运组装，节能减排。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的钻孔灌注桩施工工艺流程图；

图2为本发明实施例的改进后钻头的正视图；

图3为本发明实施例的改进后钻头的仰视图；

图4为本发明实施例的观测点布置的正视图；

图5为本发明实施例的观测点布置的俯视图；

图6为本发明实施例的观测点的结构示意图；

图7为本发明实施例的钢筋笼上布置轮式砂浆保护垫块的结构示意图；

图8为本发明实施例的钢筋笼上布置加强件的结构示意图。

图中：1、钻头；11、钻杆；12、刀片；2、钢板；3、钻机；4、钢丝绳；5、护筒；6、支撑架；7、线坠；71、线绳；72、坠体；8、钢筋笼；81、主筋；82、加强箍；83、轮式砂浆保护垫块；84、加强件。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图8所示，根据本发明的实施例，提供了一种超长小直径钻孔灌注桩施工方法，本发明中的施工方法适用于桩长40-80m，桩径为600-800mm的灌注桩施工。用于工程中的黄土、粘性土或粉质粘土和人工杂填土以及含有孤石的砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩石地基的钻孔灌注桩工程中。

冲击钻钻孔灌注桩的工作原理：用冲击形式钻机3或卷扬机悬吊冲锤利用自身重力上下往复冲击，将卵石土、岩石层或者人工杂填土中的碎石破碎，部分碎渣或泥浆挤入孔壁中，形成护壁。成孔后，第一次清孔用掏渣桶捞取多余碎渣或泥浆，孔深及钢筋笼8经过验收合格后，将钢筋笼8放入孔中。导管安装完成后，通过导管用泥浆泵循环清理沉积在孔底部的泥浆，实现第二次清孔。经过两次清孔使得沉渣厚度满足规范要求，最终灌注混凝土成桩。

本发明的超长小直径钻孔灌注桩施工方法主要包括如下步骤：

步骤S100，平整场地，使桩孔的场地达到设计要求的高度。场地先按设计要求的标高进行平整，清除桩位处地上、地下的一切障碍物，场地低洼处需回填夯实。

步骤S101，测量定位，采用全站仪定位桩孔的位置，采用“+”字交叉法在桩孔外部埋设固定四个定位桩，以定位桩为基准确定灌注桩轮廓线。

步骤S102，埋设护筒5，根据灌注桩轮廓线埋设护筒5，护筒5内径大于灌注桩的直径，护筒5的筒身竖直后用黏土回填以固定筒身。

护筒5作用有保护孔口、定位导向、隔离地表水、保持孔内水头高度、防止塌方、固定钢筋笼8等。护筒5一般用4-8mm钢板制作，其内径应大于设计桩径200mm，其上部开设1-2个溢浆孔；护筒5埋设应准确、稳定，护筒5中心与桩位中心的偏差不得大于20mm，护筒5的倾斜度不得大于1％且顶端高于地面300mm。

定位桩采用Φ20的钢筋，在位于护筒5边1-2m位置进行埋设，定位桩顶高于护筒5顶20mm，且埋入地下不小于300mm，并浇筑200mm厚半径200mm的圆形混凝土进行固定，并做好标识，施工中做好定位桩的保护工作。

步骤S103，钻头1改进和校正，对钻头1进行改进以提高钻进过程中成孔效果，用细线将埋设在护筒5周围的定位桩对角连接，校核确保改进后的钻头1中心、护筒5中心和灌注桩中心在同一竖直线上。

本发明的具体实施例中，对钻头1的改进主要体现在钻头1的钻杆11上设置有钢板2，钻头1包括钻杆11和刀片12，钻杆11下部设置有多个沿周向均匀分布的刀片12，刀片12向外凸出于钻杆11，钢板2位于相邻刀片12向上延伸后之间形成的凹槽处，也即钢板2位于刀片12的上部，钢板2与刀片12在周向上相互错开布置；钢板2的厚度与刀片12凸出于钻杆11的厚度相同。

钢板2呈弧形弯曲，钢板2的弯曲曲率与刀片12一致，钢板2与刀片12俯视时呈闭合圆环，在钻头1上焊接钢板是因为钻头1外形与设计桩的孔径有差别，焊接钢板后在仰视图中成为一个闭合环，能够提高成孔质量，确保孔径符合要求；刀片12有四个，钢板也设置有四个，钢板焊接在钻杆11上。本发明的改进后的钻头1大大降低了钻头1的磨损量，减少更换钻头1次数，节约时间，降低施工成本。

步骤S104，泥浆制备，在桩孔范围内挖设泥浆池和沉淀池，沉淀池与泥浆池通过排水沟相连通，沉淀池通过泥浆沟与护筒5连通，泥浆池内制备泥浆，用于护筒5中，在钻进过程中从护筒5中溢出的泥浆和砂子混合物排入沉淀池内，经过沉淀池的沉淀，上层泥浆再次返回至泥浆池内，泥浆可实现循环利用。泥浆池内的泥浆采用水、高粘度黏土和添加剂制备。添加剂包括膨润土和纯碱溶液，添加剂可以加入至泥浆池内，也可以在开锤前，护筒5内壁上涂抹上膨润土和纯碱溶液，若泥浆过稀无法挂到护筒5壁面上，必要时可以加增黏降失水剂，使用重晶石粉增大泥浆比重，或者锯末防止漏浆。

泥浆池设置于场地外侧，不影响正常钻进工作，不扰动地基原状土。泥浆池容量应按照同时钻进所产生的泥浆总量的1.5倍设置，沉淀池容量略小于泥浆池。沉淀池、泥浆池采用人工配合挖掘机进行挖掘，挖出的土方集中堆放，并运至指定地点，以便后续回填使用。桩孔完成灌注后，泥浆池及沉淀池内的废浆采用泥浆泵及时抽到泥浆运输车内，运出工地，沉淀池及泥浆池底的沉渣晾干后，用挖掘机挖出并用密闭式运输车运出工地，泥浆池及沉淀池待沉渣转运完毕后及时回填。钻渣、废浆及时弃运。

步骤S105，钻孔，使用钢丝绳4吊装钻机3使钻机3中心对准步骤S103的中心，钻机3的钻头1先使用低锤密击，直至孔深达到护筒5下方3-4m后开始加大冲程，提高锤高，转入正常连续冲击，在钻孔时将制备的泥浆注入桩孔内。

本发明的具体实施例中，低锤密击时的锤高为0.4-0.6m，并及时加粘土泥浆护壁，使孔壁挤压密实；正常连续冲击时的锤高为1.5-2.0m。在钻进过程中，对于变层处和易于发生偏斜的部位，采用低锤轻击，间断冲击的方式穿过，以保持孔形的良好；在发生偏斜时，停止钻进，使用碎石回填至孔身发生偏移处，重新进行钻孔。

在钻进过程中，用目测法关注泥浆液面变化情况，当桩孔内的泥浆液面低于水面时及时进行补浆，防止由于泥浆不足造成塌孔。每天钻进结束后做好孔口防护，用木盖帘将孔口封死，防止人员发生意外。

步骤S106，垂直度检查，检查桩孔的垂直度。

本发明的具体实施例中，在地面上设置距离桩孔中心相互垂直的两个观测点，如图5中所示为观测点1和观测点2，两个观测点处均设置有垂直度测量装置，垂直度测量装置用于测量此处的垂直度，通过两个观测点处的垂直度与牵引钻头1的钢丝绳4的垂直度进行比较，观测三者的垂直度是否重合，重合则为孔身垂直，不重合则孔身偏斜，从而监控桩孔孔身的垂直度。

垂直度测量装置包括支撑架6，支撑架6上挂设有线坠7，线坠7包括线绳71和坠体72，线绳71的一端连接坠体72，另一端固定在支撑架6上，通过线坠7的线绳71方向判断该观测点的垂直度。本发明的具体实施例中，支撑架6使用四根钢筋组成棱锥体，钢筋为HRB400EΦ20钢筋，在椎体的顶端固定有线坠7的线绳71，坠体72呈自由下垂状态。

步骤S107，第一次清孔，使用底部带活门的掏渣桶（即掏渣桶底部带有逆止阀，防止沉渣外漏），反复掏渣，将孔底淤泥、沉渣清除干净，对于密度大的泥浆采用水泵用清水置换，使密度控制在1.15-1.25g/cm

步骤S108，成孔验收，对桩孔终孔进行验收，采用探笼检查孔径，用测绳检查孔深，用井径仪检查垂直度，符合要求后进入下一道工序。

步骤S109，钢筋笼8制作与安装，钢筋笼8由钢筋分节制作，用吊车将钢筋笼8吊入桩孔内，并将吊入进桩孔的钢筋笼8的末端临时支撑于护筒5口，再吊起另一节钢筋笼8进行焊接，然后送入桩孔，重复上述步骤，依次将全部钢筋笼8全部吊入桩孔内。

本发明的具体实施例中，钢筋笼8包括主筋81和加强箍82，加强箍82横向固定在主筋81上，沿主筋81长度方向上，每隔2m设置一道加强箍82；加强箍82与主筋81采用交错点焊和绑扎方式进行固定，下料时主筋81接头位置的错位搭接长度不少于35d（d为主筋直径）。同一截面内接头数量不超过钢筋总数的50％；主筋81的接头采用单面焊接，焊接长度为10d（d为主筋的直径）。

钢筋笼8上设置有轮式砂浆保护垫块83，其作用是防止在下钢筋笼8时与孔壁发生剐蹭，保证钢筋笼8安装顺利。每节钢筋笼8上设置有至少两组轮式砂浆保护垫块83，每组沿钢筋笼8的环向均匀布置有至少四个轮式砂浆保护垫块83。

钢筋笼8的具体安装步骤：

1）钢筋笼8入孔前，为保证钢筋笼8的整体性，在起吊之前对钢筋笼8骨架采取加强措施，钢筋笼8上设置有加强件84，相邻的主筋81之间采用钢筋交叉连接，形成加强件84，同一截面中每隔一空布置一道加强件84，沿主筋81长度方向上，相邻加强区域的加强件84的中心距为3m；加强件84加强的钢筋笼8长度为1m，加强件84采用的钢筋为HRB400EΦ16钢筋。

2）钢筋笼8入孔时，由吊车吊装。在安装钢筋笼8时，采用两点起吊。第一吊点设在骨架（钢筋笼8骨架）的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到三分之一点之间。起吊时先起提第一吊点，使骨架稍稍提起，再与第二吊点同时起吊，待骨架离开地面后，第一吊点停止起吊，继续提升第二吊点。随着第二吊点不断提升，慢慢放松第一吊点，直到骨架与地面垂直，停止起吊。检查骨架是否顺直。骨架入孔时应慢慢下放，严禁触碰孔壁。下放至骨架的末端时，将骨架临时支撑于护筒5口，再起吊第二节钢筋笼8骨架，使上下两节骨架位于同一条直线上进行焊接。焊接好后在孔口牢固定位，以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。

3）骨架最上端的定位，必须由测定孔口标高来计算定位筋的长度，为防止钢筋笼8掉笼或在灌注过程中上浮，钢筋笼8中心与设计桩中心位置对正，核对无误后再焊接固定于钢护筒5上，完成钢筋笼8的安装。

4）钢筋笼8在入孔后，与上部钢筋连接采用单面焊、焊接好后禁止马上放入孔中，等钢筋冷却1分钟后再放入孔中。

步骤S110，导管安装，采用吊车将导管吊入桩孔内，导管采用丝扣连接，且在接口处加密封圈，防止灌注混凝土时泥浆进入导管中。

步骤S111，第二次清孔，采用水泵将泥浆压入导管内，再从孔底沿着导管外置换沉渣。

由于安放钢筋笼8及导管时间较长，孔底产生新的沉渣，待安放钢筋笼8及导管就位后，采用换浆法二次清孔，以达到二次清孔的目的。施工中勤摆动导管，改变导管在孔底的位置，保证沉渣置换彻底。待孔底往上500mm以内泥浆各项指标均达到以下标准，泥浆比重≤1.1，含砂率≤8％，粘度18-28Pa.s，复测孔底沉渣厚度≤50mm后，清孔完成，清孔完成后立即进行水下混凝土灌注。

步骤S112，灌注混凝土，通过导管向桩孔内灌注混凝土。

孔底沉渣验收合格后，必须在半个小时内初灌混凝土，混凝土浇灌时应连续进行，不得留有施工缝。完成整根桩混凝土灌注时间应控制在2-4小时之内。

灌注混凝土时采用回顶灌注法，先在导管底部灌注混凝土形成隔水层，然后将混凝土通过导管底口进入到隔水层，从下面顶出初期浇筑的混凝土及其上面的泥浆，从而使后面灌入的混凝土凝结成为完整的桩身。

灌注首批隔水层的混凝土时，导管下口离孔底300-500mm，使隔水层及混凝土能顺利排出，混凝土灌入量应确定导管底口至少埋入浇筑的混凝土中1.0-1.3m，严防泥浆水涌入导管。在灌注过程中，必须经常测量混凝土面位置，保证导管埋深在2-6米范围内。经常上下窜插导管，以保证桩身密实，灌注完后缓慢、垂直拔起护筒5，保证桩顶砼质量。本发明的施工方法具体应用在工程中的施工效果如下：新建成都至兰州铁路成都至川主寺段站房工程CLZF-1标段高川站站房及连廊基础设计形式为端承桩，要求桩底入岩1米，平均桩长41-44m，地质情况（从上到下）为：杂填土、卵石土、粉质粘土、卵石土、强风化岩、弱风化岩（白云质灰岩），情况多变结构复杂，应用此工法进行施工，效果良好。与其它方法相比，此工法操作简单，受限性小，应用范围广；施工过程中噪音及振动小，不扰民；孔壁坚实、稳定不易塌孔，保证了桩基施工质量，进而提高结构的安全性。经各方面综合评定优势明显。

综上，本发明的施工方法所用设备简单，操作方便，使用范围广泛；且不受场地限制，所成孔壁坚实、稳定，塌孔少。

施工过程中噪声和振动影响较小，不扰民，施工过程中产生的扬尘少，降低了粉尘污染，符合绿色施工的要求。

钢筋笼制作采用多种加固方式，整体结构稳定性更强，强度和安全性更高，能够顺利下放至桩孔中，对孔壁影响较小，不仅提高工程质量，还有效提升了结构的整体性。

本施工方法中对钻头进行了改进，钻头上焊接了钢板，大大降低了钻头的磨损量，减少更换钻头次数，节约时间，降低施工成本。

施工过程中使用的机械自身可以驾驶，无需大型机械调运组装，节能减排。

以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。