套钻管钻具及利用该钻具拔除旧桩的施工方法

摘要

本发明涉及套钻管钻具，包括连接在钻机上的过渡接头，所述过渡接头下端侧壁开设有出土洞，所述过渡接头下方可拆卸连接有套钻管件，所述套钻管件下方可拆卸连接钻头；所述套钻管件包括若干节相互连通的筒状套钻管，每节套钻管内、外壁分别设置有螺旋叶片，每节所述套钻管下端侧壁开设有料孔；每节套钻管下端内壁环向均设有多组刮土器。本发明还涉及利用套钻管钻具拔除旧桩的施工方法。本发明根据不同的旧桩类型，选择相适配的钻头及刮土器，可快捷将桩身、土体良好分离，实现高效、便捷、稳定的旧桩拔除作业。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑旧桩施工技术领域，尤其涉及套钻管钻具及利用该钻具拔除旧桩的施工方法。

背景技术

随着我国城镇化建设的蓬勃发展，催生了旧城改造和建筑物改扩建。旧城改造和建筑物改扩建，通常涉及到旧式建筑拆除而改建高层建筑。对于软土区或不良土质区，旧式建筑基础多采用桩基。当该区域新建筑基础采用桩基时，新桩基的施工会受到旧建筑桩基的影响。因此，如何消除旧桩基对新建筑桩基施工的影响是亟待解决的问题。

目前消除旧桩基影响的常用办法就是清除承台、拔除旧桩基。旧桩基的拔除多采用大型吊机辅以特制夹具(直拔法)或桩-土隔断器具（隔拔法）的拔除法。

上述拔桩装置或器具及工艺在实际应用过程中存在以下问题或盲区：

1.直拔法即采用吊机等起吊设备直接作用于旧桩基、将其直接从地基中拔出，直拔时最重要的就是消除或者减小桩侧摩擦阻力，一旦当需拔除桩基周边地基承重低于吊机所需起吊力时，直拔法则无法适用；

同时直拔法会在桩底部形成超大负压，以至造成塌孔，对地下土体造成严重破坏，尤其是软土段，进而引发周边地基沉降及建（构）筑物开裂，对周边扰动较大以至影响周边建筑安全。

2.隔拔法即采用器具将旧桩基与其周侧地基土隔断、减小桩侧摩擦阻力，现有隔拔法虽然可以减弱桩与周边土粘结、使拔桩难度降低，面对桩基与周边岩土粘结程度的不同，隔拔法也难以将桩、土彻底分离，桩周仍会附着不同厚度的土体；

现有隔拔法对于比较特殊桩，还存在适应性差的问题。如套管隔断法和土钻套管隔断法，对于严重扩颈桩、扩底桩、多支盘桩等适应性差，因为隔断装置或器具需要全包桩载面，存在断面大、桩、土分隔差等问题；岩钻套管式隔断器具，不能剥离桩周土，对于歪斜桩的适应性也较差；有的隔断装置，增设了高压水冲或水气冲刷桩周土功能，但存在大量泥浆问题，若钻头下行快，则桩、土剥离效果也差。

专利公告号CN103334433A公开了一种拔桩的施工方法，其利用钻管的旋转、下压，切割和分离旧桩基与周围的泥土，再将两根钢丝绳套固定套牢在旧桩基上，钢丝绳套连接叉车、将旧桩基拔除；

上述拔除作业中，钻管结构简易，但其无法将桩与桩周泥土良好分离，以至桩周仍附有大量泥土，增加了起吊重量，同时桩外周土与钻管内壁仍存在较大的摩擦阻力，这些因素将使拔桩力仍很大。钻管外壁与土体存在较大摩擦力，使得拔钻管阻力增大。为此，提出套钻管钻具及利用该钻具拔除旧桩的施工方法。

发明内容

本发明为了解决现有隔拔器具施工效果差、旧桩基拔除功效低的问题，提供套钻管钻具及利用该钻具拔除旧桩的施工方法，可实现旧桩基与周边土体的良好分离，减小对周边土体的扰动，同时施工灵活方便、施工效率高。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

套钻管钻具，包括连接在钻机上的过渡接头，所述过渡接头为圆筒状，过渡接头下端侧壁开设有出土洞，所述过渡接头下方可拆卸连接有套钻管件，所述套钻管件下方可拆卸连接钻头；

所述套钻管件包括若干节相互连通的筒状套钻管，相邻两节所述套钻管可拆卸连接，每节套钻管内、外壁分别设置有螺旋叶片，每节所述套钻管下端侧壁开设有料孔；

每节套钻管下端内壁环向均设有多组刮土器，刮土器位于所述料孔下方，每组所述刮土器包括底座以及弹性铰接在底座上的刮土臂，刮土臂前端设置有万向球，多个所述刮土臂朝向套钻管轴线布设、且垂直于套钻管轴线；

所述钻头包括环形基座以及环向均设在基座下端的若干切削具，单个所述切削具截面呈“一”或“十”字形。

进一步地，所述过渡接头包括一体成型的过渡段和接头段，所述过渡段为圆筒状，过渡段外径与所述套钻管相适配，过渡段与套钻管螺纹连接；

所述过渡段两侧对称开设有所述出土洞，出土洞为圆角矩形，出土洞长为10~15cm、宽为8~10cm；所述接头段和钻机连接。

进一步地，所述套钻管为钢管结构，每节套钻管长为2~6m，相邻两节所述套钻管之间螺纹连接，所述套钻管下端两侧对称开设有所述料孔，料孔为圆形，料孔直径为5~6cm；

相邻两节所述套钻管的螺旋叶片接合面对齐以形成螺旋结构，螺旋叶片宽为4~5cm。

进一步地，所述刮土器数量为3~8组，所述底座固定设置在套钻管内壁，底座两侧螺栓连接有侧壳，所述侧壳为下端开口的中空壳体结构，两侧所述侧壳之间铰接有刮土臂；

所述刮土臂两端对称设置有铰轴，所述铰轴分别穿设在侧壳内，铰轴和侧壳之间设置有扭簧。

进一步地，所述铰轴上设置有可拆卸连接有安装块；

所述扭簧套设在所述铰轴上，扭簧置于侧壳内，扭簧一端插入侧壳、另一端插入所述安装块以作用于刮土臂偏转；

所述底座和套钻管之间设置有楔形块以加固，所述铰轴轴向的侧壳上也设置有楔形块以减小摩擦。

进一步地，所述刮土臂为厚钢制成的板状结构，刮土臂抵在所述底座上，刮土臂两侧边缘设有刃口，所述刃口为切削刃或切削齿；

所述万向球包括罩体以及置于罩体内万向旋转的球体，所述罩体固定连接在刮土臂前端。

进一步地，所述基座与套钻管螺纹连接；

所述切削具与基座外边缘齐平或凸出于基座外边缘，凸出于基座外边缘的切削具尺寸超过螺旋叶片尺寸。

利用套钻管钻具拔除旧桩的施工方法，采用上述的套钻管钻具，该方法包括以下步骤：

步骤1：信息采集，采集旧桩桩径、桩长、接桩位置及接桩方式，判断有无扩径或断桩及其位置、歪斜等情况；同时采集旧桩场地的工程地质信息；

步骤2：配制桩孔充填浆液；

步骤3：根据步骤1采集的信息选择套钻管尺寸、分节长度和组合顺序以及刮土器种类和钻头种类；

将第一节套钻管分别与过渡接头、钻头组装，最后将其连接至钻机；

步骤4：旧桩桩头清障并开孔，去除桩承台或垫层、桩头露出；

步骤5：钻机就位、对正调直，钻机启动、钻头旋转下行，第一节套钻管旋转，钻头切削下来的土体经套钻管外的螺旋叶片输送至地表，刮土臂将桩周土部分切削下来、经套钻管内的螺旋叶片输送至过渡接头，再经出土洞排至地表；

钻头不断下行，当刮土臂遭遇桩周土体、受到土体的阻挡发生倾斜偏转，同时刮土臂也受扭簧作用、趋于水平，当球体紧抵在桩周，刮土臂不再深切桩周土体；

步骤6：第一节套钻管即将完全入土后，将第二节套钻管安装在第一节套钻管和过渡接头之间，而后按照步骤5操作继续切削土体；

当第二节套钻管即将完全入土后，将第三节套钻管安装在第二节套钻管和过渡接头之间，依次往复，实现对旧桩、土体的分离；

步骤7：钻头持续下行至第一节套钻管上的刮土器越过桩底时，刮土臂在扭簧扭力作用下趋于水平、与套钻管轴线方向保持垂直，钻头旋转刮土臂逐渐切断桩底与其下方土体的连接，桩身下沉、由刮土臂支撑；

步骤8：拆卸地表以上的套钻管使其与相邻的套钻管和过渡接头分离，采用钢丝绳套绑在桩顶，钢丝绳连接吊机进行起吊，同时将步骤2配制的充填浆液注入地表以下的套钻管，充填浆液填充在套钻管外侧、同时通过料孔填充在套钻管内侧与桩周的空隙中；

旧桩不断上移、充填浆液填充桩身上移所产生的空洞中；

步骤9：旧桩完全移除后，将过渡接头和套钻管连接，钻机带动套钻管上移，分节依次拔出地表以下的套钻管及钻头即可。

进一步地，所述工程地质信息包括岩性及其工程地质性质指标、地下水情况；所述充填浆液为粉煤灰水泥砂浆、掺和一定量的粘土制成的流动性液体。

进一步地，所述旧桩为等径桩采用截面呈“一”字形切削具的钻头，同时采用带有切削刃刮土臂的刮土器；

所述旧桩为非等径桩或嵌岩桩采用截面呈“十”字形的切削具钻头，同时采用带有切削齿刮土臂的刮土器。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明结构设计合理，若干节套钻管之间可拆卸连接，进而适用于不同长度的旧桩；套钻管可拆卸连接有钻头，可根据不同的桩型选择相适用的钻头，套钻管内布设有刮土器，刮土器用于桩周土的切削、剥离，针对不同的桩型选择相适用的刮土器，刮土器匹配钻头，可解决土体或混凝土、岩石的切割。

本发明的刮土器可以起托桩作用，因此当旧桩起吊与套钻管拔除协同作业时，可方便完成断桩、接长桩、超长桩、超重桩的拔除工作。

本发明的螺旋叶片起到排送土体的作用，经钻头和刮土臂切削下来的土体经螺旋叶片排送至地表，进而将桩身、土体良好分离，减小桩与套钻管间的摩擦，避免拔桩时桩底端负压的产生，最大限度的减轻了桩身的起吊重量，同时减小套钻管与其内外壁土体的摩擦，使得套钻管移出容易，也减小对周围土体的扰动，实现高效、便捷、稳定的旧桩拔除作业。

本发明在拔除旧桩时，持续不断向套钻管内外注入充填浆液，充填浆液产生一定的浮力可便于旧桩的起吊，同时填充在桩身移位所产生的空洞内，避免土体松动或塌陷，保证施工环境的安全稳定。

附图说明

图1是本发明套钻管钻具的套钻管件结构示意图。

图2是本发明套钻管钻具的套钻管示意图。

图3是本发明套钻管钻具的刮土器布设示意图。

图4是本发明套钻管钻具的刮土器结构示意图。

图5是本发明实施例中“一”字形切削具钻头示意图。

图6是本发明实施例中步骤4示意图。

图7是本发明实施例中步骤5-6示意图。

图8是本发明实施例中步骤7示意图。

图9是本发明实施例中步骤8示意图。

图10是本发明实施例中“十”字形切削具钻头与套钻管连接示意图。

图11是本发明实施例中“十”字形切削具钻头示意图。

图12是本发明实施例中扩底桩结构示意图。

图13是本发明实施例中套钻管件拔除扩底桩示意图。

附图中标号为：1为过渡接头，101为过渡段，102为接头段，2为出土洞，3为钻头，301为基座，302为切削具，4为套钻管，5为螺旋叶片，6为料孔，7为底座，8为刮土臂，9为万向球，901为罩体，902为球体，10为侧壳，11为铰轴，12为扭簧，13为刃口，14为充填浆液，15为安装块，16为楔形块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细描述：

如图1~图13所示，套钻管钻具，包括连接在钻机上的过渡接头1，所述过渡接头1为圆筒状，过渡接头1下端侧壁开设有出土洞2，过渡接头1在作业时始终处于地表以上。

具体的，所述过渡接头1包括一体成型的过渡段101和接头段102，所述过渡段101为圆筒状，过渡段101两侧对称开设有所述出土洞2，出土洞2为圆角矩形，出土洞2长为10~15cm、宽为8~10cm；所述接头段102和钻机连接。

所述过渡接头1下方可拆卸连接有套钻管件，所述套钻管件下方可拆卸连接钻头3；

所述套钻管件包括若干节相互连通的筒状套钻管4，过渡接头1和套钻管件安装时，所述过渡段101外径与所述套钻管4相适配，过渡段101与套钻管4螺纹连接。

本实施例中，所述套钻管4为钢管结构，每节套钻管4长为2~6m，相邻两节所述套钻管4可拆卸连接，具体的，相邻两节所述套钻管4之间螺纹连接。

每节所述套钻管4内、外壁分别设置有螺旋叶片5，在相邻两节套钻管4安装完成后，相邻两节所述套钻管4的螺旋叶片5接合面对齐，进而形成完整的螺旋结构，螺旋叶片5宽为4~5cm，螺旋叶片5用于向地表排送土体。

每节所述套钻管4下端侧壁开设有料孔6，具体的，所述套钻管4下端两侧对称开设有两个所述料孔6，料孔6为圆形，料孔6直径为5~6cm，优选的，料孔6直径为5cm，料孔6用于连通套钻管4内外。

每节套钻管4下端内壁环向均设有多组刮土器，具体的，所述刮土器数量为3~8组，刮土器数量依据桩截面尺寸来选择，当桩截面尺寸小时设置少数量的刮土器，当桩截面尺寸大时设置多数量的刮土器，刮土器用于切削、刮除旧桩周侧的土体，同时也用于托桩。

本实施例中，所述刮土器位于所述料孔6下方，每组所述刮土器包括底座7以及弹性铰接在底座7上的刮土臂8，所述底座7固定设置在套钻管4内壁，所述底座7和套钻管4之间还设置有楔形块16，用于支撑底座7，楔形块16可加强底座7和套钻管4的连接强度。

为了便于刮土臂8和底座7铰接，所述底座7两侧螺栓连接有侧壳10，所述侧壳10为下端开口的中空壳体结构，侧壳10与底座7安装时，自底座7下方向上拧动螺栓，进而将底座7和侧壳10依次连接紧固，安装后，侧壳10处于封闭状态。

两侧所述侧壳10之间铰接有刮土臂8，具体的，所述刮土臂8两端对称设置有铰轴11，所述铰轴11分别穿设在侧壳10内，铰轴11和侧壳10之间设置有扭簧12。

为了便于扭簧12的安装，所述铰轴11上设置有可拆卸连接有安装块15；安装后，所述扭簧12套设在所述铰轴11上，扭簧12置于侧壳10内，扭簧12一端插入侧壳10、另一端插入所述安装块15，在扭簧12的作用下，铰轴11可发生偏转，进而带动刮土臂8偏转；

同时在扭簧12扭力的作用下，刮土臂8趋于水平、刮土臂8抵在所述底座7上，即多个所述刮土臂8朝向套钻管4轴线布设、且垂直于套钻管4轴线。

所述铰轴11轴向的侧壳10上也设置有楔形块16以减小摩擦，在刮土臂8跟随套钻管4圆周向旋转切削桩周土体时，本楔形块16可以减少侧壳10行进阻力，避免侧壳10损坏。

本实施例中，所述刮土臂8为厚钢制成的板状结构，刮土臂8两侧边缘设有刃口13，所述刃口13为切削刃或切削齿，因此刮土器种类为两种，一种为带有切削刃刮土臂8的刮土器，可用于切削土体，另一种为带有切削齿刮土臂8的刮土器，可用于切削岩石或混凝土。

所述刮土臂8前端设置有万向球9， 所述万向球9包括罩体901以及置于罩体901内万向旋转的球体902，所述罩体901固定连接在刮土臂8前端。

本实施例中，所述钻头3包括环形基座301以及环向均设在基座301下端的若干切削具302，所述基座301与套钻管4螺纹连接。

单个所述切削具302截面呈“一”或“十”字形，因此钻头3种类为两种，一种为带有“一”字形切削具302的钻头3，此切削具302与基座301外边缘齐平，用于等径桩情形；

另一种为带有“十”字形切削具302的钻头3，此钻头3外轮廓大于套钻管4外壁的螺旋叶片5轮廓，即切削具302凸出于基座301外边缘，凸出于基座301外边缘的切削具302尺寸超过螺旋叶片5尺寸，用于非等径桩、嵌岩桩或扩底桩情形。

利用套钻管钻具拔除旧桩的施工方法，采用上述的套钻管钻具，该方法包括以下步骤：

步骤1：信息采集，采集旧桩桩径、桩长、接桩位置及接桩方式，判断有无扩径或断桩及其位置、歪斜等情况；同时采集旧桩场地的工程地质信息，工程地质信息包括岩性及其工程地质性质指标、地下水情况。

步骤2：配制桩孔充填浆液14，充填浆液14为粉煤灰水泥砂浆、掺和一定量的粘土制成的流动性液体，其固化后的力学性质等同或高于原位岩土性质，充填浆液14用于填充旧桩拔出后所产生的空洞，避免塌孔现象。

步骤3：根据步骤1采集的信息选择套钻管4尺寸、分节长度和组合顺序以及刮土器种类和钻头3种类；

若旧桩为等径桩则采用截面呈“一”字形切削具302的钻头3，同时配合设有切削刃的刮土器；若旧桩为非等径桩、嵌岩桩、扩底桩或多支盘桩则采用截面呈“十”字形切削具302的钻头3，同时配合设有切削齿的刮土器。

将第一节套钻管4分别与过渡接头1、钻头3组装，最后将其连接至钻机。

步骤4：旧桩桩头部位进行清障并开孔，去除桩承台或垫层，使得桩头露出，并按钻头3外轮廓，以桩心为中心预先开孔。

步骤5：钻机就位、对正调直，钻机启动、钻头3旋转下行进入开孔中，在钻机作用下，第一节套钻管4旋转，钻头3切削下来的土体经套钻管4外的螺旋叶片5输送至地表，刮土臂8将桩周土部分切削下来、经套钻管4内的螺旋叶片5输送至过渡接头1，再经出土洞2排至地表。

螺旋叶片5可将套钻管4内、外壁附近的土体输送到地表，随着钻头3不断下行，当刮土臂8遭遇桩周土体、受到土体的阻挡发生倾斜偏转，同时刮土臂8也受扭簧12扭力作用、趋于水平，当球体902紧抵在桩周，刮土臂8不再深切桩周土体。

步骤6：在第一节套钻管4即将完全入土后，将第二节套钻管4安装在第一节套钻管4和过渡接头1之间，而后按照步骤5操作继续切削土体；

当第二节套钻管4即将完全入土后，将第三节套钻管4安装在第二节套钻管4和过渡接头1之间，依次往复，继而桩周土体可受到不同节套钻管4内刮土臂8的切削，实现对旧桩、土体的分离。

球体902置于罩体901内无任何方向限制的自由转动，受到扭簧12作用，球体902紧抵在桩周表面，可起到保护刮土器的作用，防止刮土臂8与桩身接触。

步骤7：钻头3持续下行至第一节套钻管4上的刮土器越过桩底时，刮土臂8不再受到桩身阻挡，进而刮土臂8在扭簧12扭力作用下趋于水平，即与套钻管4轴线方向保持垂直，刮土臂8逐渐切断桩底与其下方土体的连接，而后桩身下沉、由刮土臂8支撑，此时刮土器起到托桩作用。

步骤8：拆卸地表以上的套钻管4使其与相邻的套钻管4和过渡接头1分离，采用钢丝绳套绑在桩顶，钢丝绳连接吊机进行起吊，同时将步骤2配制的充填浆液14注入地表以下的套钻管4内，充填浆液14填充在套钻管4外侧、同时通过料孔6填充在套钻管4内侧与桩周的空隙中；

随着旧桩不断上移、充填浆液14填充桩身上移所产生的空洞中，同时若干节套钻管4内的刮土器依次起到托桩作用，避免出现断桩风险，提高拔桩成功率。

步骤9：旧桩完全吊起、移除后，将过渡接头1和套钻管4连接，钻机带动套钻管4上移、分节依次拔出地表以下剩余的套钻管4及钻头3即可。

在对存在断桩或接桩的旧桩起吊时，可借助套钻管4中的刮土器作为托桩工具，在拔除顶段桩后，提升套钻管4使剩余断桩或接桩一段一段或一节一节露出桩孔并移除出桩孔。

若桩身过长无法一次拔出时，也可以采用此方式，将旧桩底端轻落在某一节套钻管4的刮土器上，将已吊露出地面的桩身进行人工截断并移离，然后再起吊下部的桩身，如下部桩身仍无法一次拔出，则重复上述过程，直至将桩身全部拔除。

若桩身粗大，其重量已超出起吊机的起吊能力，则可借助刮土器的托桩作用，通过套钻管4拔除与旧桩起吊协同工作，使套钻管4在拔除过程中分担旧桩起吊荷载，共同完成超重旧桩的拔除。

本发明的刮土器可将桩周土快速与桩身剥离、也能切断桩底与其下方土体的连接，剥离后的土体经螺旋叶片5输送至地表，可最大限度减轻桩身的起吊重量，有效提高旧桩拔除效率，可实现旧桩基与周边土体的良好分离，减小对周边土体的扰动，施工作业灵活方便。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。