旋转钻机配合套管钻头拔桩施工装置及方法与流程

本发明涉及桩体拔除施工领域，具体涉及一种旋转钻机配合套管钻头拔桩施工装置及方法。

背景技术：

顶管、盾构等非开挖技术施工的地下管道、隧道，在城区内施工时难免会遇到废弃建筑物遗留的桩基工程。这些桩基工程成为隧道机械化施工的最大障碍，特别是其内部的钢筋结构，对顶管机、盾构机而言是灾难性的，会导致刀盘损坏、卡死甚至无法掘进。因此，必须在掘进前将其拔除，保证顶管机、盾构机顺利穿过。

目前常用的拔桩工艺由全旋转钻机拔桩法、锤击法、沉桩法，其中锤击法和沉桩法存在清除不彻底的风险，土体易有钢筋或混凝土遗留，对顶管、盾构掘进造成不良影响；全旋转钻机拔桩，该工艺施工设备庞大、控制系统复杂、施工成本高，同时由于设备庞大，对施工场地条件要求高，在某些特定地形条件下无法满足大型设备施工作业要求，限制了全旋转钻机拔桩的应用范围。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提供一种成本低、风险低、操作简便、适用范围广的旋转钻机配合套管钻头拔桩施工装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种旋转钻机配合套管钻头拔桩施工装置，包括旋转钻机、套管钻头以及由多根套管组成的套管组，所述套管组中的至少一根套管与所述旋转钻机可拆卸连接，所述套管钻头与最底端的套管可拆卸连接。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述套管钻头的钻进端周向安装有两个以上的钻具。

所述套管钻头的另一端设有钻头连接法兰，所述套管组下端部设有套管连接法兰，所述套管连接法兰和所述钻头连接法兰连接。

所述钻杆的底部设有钻杆连接法兰，所述套管组上端部也设有套管连接法兰所述钻杆连接法兰与所述套管组上端部的套管连接法兰连接。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种旋转钻机配合套管钻头拔桩施工方法，包括以下步骤：

S1、基槽开挖、桩位复核：测量放样确定需拔除桩体的位置，开挖基槽，对暴露的桩体位置进行复核；

S2、平台搭设、旋转钻机就位：搭设旋转钻机施工平台，调整旋转钻机位置保证旋转钻机的钻杆和桩体的桩基中心重合，安装套管和套管钻头，确保桩基中心、套管中心、钻杆中心重合，并向基槽内灌入泥浆；

S3、套管钻进、桩土分离：套管开始钻进，套管钻进完成后，将套管与钻杆拆除，在套管与钻杆之间连接另一套管，继续钻进，根据实际需要在套管与钻杆之间连接另一套管继续钻进，直至桩体和周边土体分离成自由状态，分节拆除套管，钻进为泥浆正循环钻进；

S4、桩体提升、分段拔出：当桩体和周边土体分离后，采用绳状物套住桩体，提升桩体至机架顶部，剥离桩体周边混凝土暴露桩体主筋，另一绳状物套牢桩体，切断两绳状物之间的主筋将桩体截断，将截断的桩体吊至存放位置，依次重复上述步骤，直至桩体全部拔除结束；

S5、砂浆回灌、泥浆外运：桩体拔除完成后，将砂浆回灌封孔，泥浆运至指定位置。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述步骤S1中，基槽的宽度为D1，桩体的直径为D2，D1≥D2+3m。

所述步骤S2中泥浆的比重为1.1～1.4，粘度为210s～212s，含砂率＜8%，泥浆数量为桩体的1.5倍～2.0倍。

所述步骤S3还包括检查泥浆的比重、粘度、含砂率是否符合要求。

所述步骤S3中泥浆正循环钻进具体为：桩体和套管之间的土体被泥浆冲刷剥离，钻渣被泥浆携带至浆池。

所述步骤S5砂浆回灌封孔的具体工艺为水下混凝土浇筑工艺。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的旋转钻机配合套管钻头拔桩施工装置，包括旋转钻机、套管组和套管钻头，所述旋转钻机设有钻杆，所述钻杆、套管组和套管钻头依次可拆卸连接，所述套管组至少包括一个套管，旋转钻机可步履式行走，无需大吨位吊车起吊，旋转钻机体积小、自重轻，设备简单、小巧，施工工艺简单，施工成本低。套管组中的至少一根套管与旋转钻机可拆卸连接，套管钻头与最底端的套管可拆卸连接，可根据桩体的实际长度，及时增加套管组内套管的数量，适用性强，在完成桩体拔出后，可一一拆卸钻杆、套管组和套管钻头，便于套管组和套管钻头的拆卸。

本发明的旋转钻机配合套管钻头拔桩施工方法采用泥浆正循环钻进，无需钻进平台提供很大反力，对施工场地要求低，并且本发明的施工方法简单，操作性强，套管组内套管的数量可依据实际需要增加，适用范围广。

附图说明

图1为本发明旋转钻机配合套管钻头拔桩施工方法的流程图。

图2为本发明旋转钻机配合套管钻头拔桩施工方法的示意图。

图3为本发明中套管钻头主视图。

图4为本发明中套管钻头的俯视图。

图5为本发明中套管钻头的立体机构图。

图6为本发明中套管的主视图。

图7为本发明中套管的俯视图。

图8为本发明中钻杆的主视图。

图9为本发明中钻杆的仰视图。

图例说明：

1、平台；2、旋转钻机；21、钻杆；211、钻杆连接法兰；4、套管组；41、套管；411、套管连接法兰；5、套管钻头；51、钻头连接法兰；52、刀排；53、钻具；6、基槽；7、桩体；9、卡箍。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施方式进一步阐述本发明。

如图1至9所示，本发明的旋转钻机配合套管钻头拔桩施工装置，包括旋转钻机2、套管钻头5以及由多根套管41组成的套管组4，所述套管组4中的至少一根套管41与所述旋转钻机2可拆卸连接，所述套管钻头5与最底端的套管41可拆卸连接。本装置中的旋转钻机2可步履式行走，无需大吨位吊车起吊，旋转钻机2体积小、自重轻，设备简单、小巧，施工工艺简单，施工成本低。所述套管组4中的至少一根套管41与所述旋转钻机2可拆卸连接，所述套管钻头5与最底端的套管41可拆卸连接，可根据桩体7的实际长度，及时增加套管组4内套管41的数量，适用性强，在完成桩体7拔出后，可一一拆卸钻杆21、套管组4和套管钻头5，便于套管组4和套管钻头5的拆卸。本实施例中，套管组4内套管41的数量为4个。

套管钻头5的钻进端周向安装有两个以上的钻具53。本实施例中，套管钻头5内中空。

套管钻头5的钻进端周向安装有两个以上的刀排52，刀排52底部和侧部设有两个以上的钻具53，本实施例中，四个刀排52均匀设置于套管钻头5的周向，每个刀排52底部均设有三个钻具53，每个刀排52的侧部均设有一个钻具53。

套管钻头5的另一端设有钻头连接法兰51，套管组4下端部设有套管连接法兰411，套管连接法兰411和钻头连接法兰51连接。

钻杆21的底部设有钻杆连接法兰211，套管组4上端部也设有套管连接法兰411钻杆连接法兰211与套管组4上端部的套管连接法兰411连接。

套管连接法兰411设有套管41的两端部，相邻套管41之间通过套管连接法兰411连接成一体。套管41之间可拆卸连接，便于在完成桩体7拔出后套管组4的拆卸。

本实施例中，桩体7位于基槽6底部，旋转钻机2安装于平台1上，平台1搭设于基槽6上方。

本实施例中，套管钻头5和套管41的外圆周上安装有卡箍9，当拆卸套管41和套管钻头5时，钻机机架上两块中空闸板关闭，卡箍9卡在闸板上方，防止套管41和套管钻头5因为重力而下沉。

本实施例中，平台1采用40B工字钢搭设而成，相邻工字钢的间距为1m，相邻工字钢之间设纵向连接件，保证平台刚度。

本发明的一种旋转钻机配合套管钻头拔桩施工方法，包括以下步骤：

步骤一：基槽开挖、桩位复核

A、测量放样确定需拔除桩体7的位置，然后开挖基槽6，基槽6的宽度D1以桩体7的直径D2两侧外放1.5m为宜，方便操作人员对准桩体7的位置以及便于在套管41与钻杆21之间接另一套管41及捆绑桩体7；B、基槽6低于桩体7顶部0.21m，深度21m～21.5m为宜，便于套管钻头5和钻杆3连接；C、基槽6开挖完成后，对暴露出的桩体7位置进行复核，确定桩体7拔除位置满足掘进需求方可进行拔桩施工。

步骤二：平台搭设、旋转钻机就位

A、采用40B工字钢搭设旋转钻机2施工平台1；B、旋转钻机2放置于平台1上，调整旋转钻机2位置保证钻杆21和需拔桩体7的桩基中心重合；C、安装套管41和套管钻头5，确保桩基中心、套管41中心、钻杆21中心重合；D、在基槽6内配置泥浆，泥浆比重1.21左右、粘度210s～212s、含砂率＜8%，泥浆数量为桩体的1.5倍～2.0倍，钻进时不定期检测泥浆各项指标，确保泥浆符合要求。

步骤三：套管钻进、桩土分离

A、套管钻头5底部带有钻具53，钻具53根据桩体7所在的地质条件而定，本实施例中的钻具53为截齿钻头，套管41、钻杆21连接完成后开始钻进；B、采用泥浆正循环钻进，桩体7和套管41之间的土体被泥浆冲刷剥离，钻渣被泥浆携带至基槽6里的浆池中；C、第一节套管41钻进完成后，拆除钻杆21和套管41之间的连接螺栓，在第一节套管41与钻杆21之间连接另一套管41，继续钻进；D、重复以上步骤，直至套管41钻进至桩体7底部标高以下，桩体7和周边土体分离，成自由状态；E、分节拆除套管41。

步骤四：桩体提升、分段拔出

A、桩体7和周边土体剥离后，成自由状态矗立于孔内，采用可自由伸缩的环状钢丝绳套住桩体7，利用旋转钻机2的主卷扬机将桩体7提升至机架顶部；B、利用另一根钢丝绳将桩体7套牢，悬挂于旋转钻机2的机架，然后下落桩体7至钢丝绳受力；C、人工使用风镐剥离桩体周边混凝土，暴露桩体7主筋，采用氧割切断在两钢丝绳之间的主筋，将桩体7截断；D、利用汽车吊将截断的桩体7吊至存放位置；E、重复“套、拔、断、移”，直至桩体7全部拔除结束。

步骤五：砂浆回灌、泥浆外运

A、桩体7拔除完成后，测量孔底标高和设计高程比对，确定无误后方可回灌；B、采用M1.5砂浆回灌封孔，回灌采用水下混凝土浇筑工艺；C、砂浆回灌置换出的泥浆收集在泥浆池，采用泥浆罐车运至制定位置。

本发明的旋转钻机配合套管钻头拔桩施工方法钻进采用泥浆正循环钻进，无需平台1提供很大反力，对施工场地要求低，施工方法简单，操作性强，套管组4内套管41的数量可依据实际需要增加，适用范围广。

本实施例中，施工场所为南京洪武路污水主干管工程盾构下穿外秦淮河北岸岸坡，堤岸支护采用2排φ800钢筋混凝土灌注桩，排距1.4m，桩间距1.5m，桩长20m，桩底标高低于管底标高，盾构施工前需拔除。需拔桩体7位于岸坡坡脚，且距离城墙较近，不具备大型设备施工条件。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。