专利名称：水钻挖孔桩施工方法
技术领域：
本发明涉及一种桥梁桩基挖孔施工方法，属于桥梁桩基施工领域。
背景技术：
桥梁基础普遍采用桩基型式。桩基可以将桥梁的上部结构重量及荷载，传至持力 层，确保桥梁的正常运转。桩基施工通常采用机械挖孔、人工挖孔等施工方式。针对所处位 置的地质条件、施工环境不同，所采用的桩孔挖孔方式也不相同。对于施工作业面坡面陡 峭、场地狭小、大型钻机没有施工场地的区域，不宜采用机械钻孔桩，只能采用人工挖孔桩。传统人工挖孔桩施工方式主要有1、人工使用镐、锄、风镐等机械进行施工。该方 法在遇到坚硬岩层和障碍物时，对施工进度影响较大，而且风镐由于噪音较大，对周边环境 有很大影响；2、人工爆破施工。该方法会扰动周围岩层，而且受周边环境制约较大，无法在 人口密集居住区或周边建筑物较多区域进行施工。
发明内容
本发明的目的在于针对目前人工挖孔工艺存在的缺陷，提供一种施工效率高、对 周围岩层扰动小、施工噪音小的人工挖孔桩施工方法。本发明的技术方案如下水钻挖孔桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤(1)桩孔测量放样标出桩孔准确位置，按照桩位挖除覆盖层至岩石露出，标出设 计桩中心；(2)布置水钻取芯点环绕所标出的桩孔的内壁布置水钻取芯点，取芯点布置个 数=η X (桩孔直径-水钻直径)/水钻直径；(3)钻取柱体岩芯在每个取芯点用水钻向下钻取一定高度的柱体岩芯，水钻运 转过程中通过冷却水流对水钻钻头进行冷却；将钻取的岩芯完全取出，使桩孔中间形成一 个与桩孔内壁完全分开的桩基岩芯；(4)桩基岩芯布点打孔用电钻在所述桩基岩芯上钻至少三个小孔；(5)分裂桩基岩芯在所述小孔内打入钢楔，用大锤捶击钢楔，使桩基岩芯完全破 裂；(6)出渣将水钻钻取的柱体岩芯、破裂的桩基岩芯运出桩孔；(7)桩孔修正敲掉桩孔内壁上的尖锐岩石凸起，并再次标出设计桩中心；(8)循环作业至成孔重复上述步骤( 至步骤(7)，依次按照布置取芯点、钻取 柱体岩芯、桩基岩芯打孔布点、分裂桩基岩芯、出渣、桩孔修正的工序循环作业，直至桩孔成 孔。进一步，本发明具体实施过程还可包括以下技术特征所述步骤(3)中，水钻向下钻取柱体岩芯时，水钻套筒应向桩孔壁外倾斜一定角 度，该角度大于5°小于10°。
所述步骤(3)中，水钻运转过程中，通过水泵或水箱提供冷却水流保持对水钻钻 头进行冷却。所述步骤(3)中，水钻钻取的柱体岩芯高度为500 600mm。所述步骤中，在所述桩基岩芯上钻的小孔，深度为50_70mm，各小孔沿桩基岩
芯直径等距分布。所述步骤(6)中，在桩孔上方设置支架，支架上设置滑轮，利用卷扬机通过滑轮牵 引绳索和出渣吊篮将水钻钻取的柱体岩芯、破裂的桩基岩芯运出桩孔。本发明所提供的水钻挖孔桩施工方法，与现有人工挖孔工艺相比，具有以下优占.
^ \\\ ·1、水钻法施工对周围岩层扰动小，施工噪音小，施工废水可循环利用，解决了人工 挖孔进度缓慢、爆破施工扰民的问题；2、水钻施工工艺施工进度较快，大大提高了工作效益，加快施工进度。以1.; 桩 径为例，每个施工班组每天能进行3个循环，桩基入深达1. 5-1. 8m，劳动成本投入比人工挖 孔法和爆破法有较大降低；3、水钻法桩基施工桩基成孔桩径、桩身倾斜度检查合格，试验检测承载力合格，满 足设计要求。
图1是本发明的施工流程2是桩孔测量放样示意3是取芯点布置状态示意4是水钻钻取柱体岩芯后的桩孔状态示意5是桩基岩芯破裂示意6是清除破裂的桩基岩芯后桩孔横截面示意7是修正后的桩孔横截面示意8是桩孔成孔后的纵向剖视图
具体实施例方式本发明所提出的水钻挖孔桩施工方法，采用分层施工，在每一层施工时，先利用水 钻环绕桩孔内壁钻取一定高度的若干柱体岩芯，使桩基岩芯与整体岩石分离，形成一个临 空面，然后用手电钻在桩基岩芯上打孔，在孔内分别插入钢楔，接着用铁锤锤击钢楔，钢楔 给予桩基岩芯一个水平拉力和剪切应力，当水平拉力、剪切应力大于岩石的极限抗拉和抗 剪切应力时，桩基岩芯就会发生拉裂和剪切破坏，与整体岩石分裂，将破碎的岩石清除出桩 孔，修正桩孔，然后按同样的工序进行下一层施工，如此循环施工，最终达到成孔目的。图1是本发明的施工流程图。各步骤及其具体实施方式
如下步骤100桩孔测量放样。该步骤是挖孔施工前的准备工作。挖孔施工前，先平整 场地，铲除松软土层并夯实；然后进行测量放样，定出桩孔1的准确位置，然后按照桩位开 挖土方，挖除覆盖层至岩石露出，标出设计桩中心，如图2所示。步骤110布置水钻取芯点。环绕所标出的桩孔1的内壁布置水钻取芯点2，取芯点布置个数=JI X (桩孔直径-水钻直径)/水钻直径。如图3所示，以桩径1. :3m的桩孔为例，若水钻的直径为150mm，则根据上述公式，需 要环绕桩孔内壁布置M个水钻取芯点。步骤120钻取柱体岩芯。在每个取芯点，用水钻向下钻取一定高度的柱体岩芯。为 保护钻机，钻取的柱体岩芯高度一般控制在500mm-600mm。钻取柱体岩芯时，水钻套筒应向 桩孔壁外倾斜一定角度，以保证在下一层施工时，钻机就位后套筒起钻点能够置于设计孔 桩边线而不致造成缩孔，以保证桩基成孔直径。根据施工经验，该角度应大于5°。如果倾斜 角度过大，将增加开挖掘进量和桩体混凝土浇注量，因此该倾斜角度一般控制在小于10°具体施工时，倾斜角度可采用如下计算方法以高度为1500mm，钻机钻芯直径为150mm的水钻钻机为例，若电机或支架超出钻 芯前端80mm，则挖孔时钻机倾斜角度为(80+150/ /1500 = 0. 103，即倾斜角应大于等于 tan-1 (0. 103) = 5. 80°。将钻取的岩芯完全取出，使桩孔中间形成一个桩基岩芯3，该桩基岩芯与桩孔内壁 完全分开，外围形成一个临空面，以便在后续步骤中有空间使桩基岩芯受拉破裂。外围形成 临空面的桩基岩芯如图4所示。步骤130桩基岩芯布点打孔。用电钻在所述桩基岩芯上钻至少三个小孔4，以便对 桩基岩芯进行破裂。钻孔数量根据桩基岩芯强度而定。对于直径较小的桩基岩芯，可用小型电钻在已形成临空面的桩基岩芯3上，沿桩 基岩芯3直径等分钻取三个深50-70mm的小孔4，如图4所示，以便钢楔插入桩基岩芯中。对于桩基直径较大的桩基岩芯，进行分块破裂时，可先沿桩基岩芯半径用水钻继 续钻取柱体岩芯，柱体岩芯直径可以更换成小孔径空心钻头，使桩基岩芯等分成4-6块，分 块形成内部临空面后，再用小电钻在每块上打孔，破裂桩基岩芯。步骤140分裂桩基岩芯。在桩基岩芯3上的小孔4内打入钢楔，用大锤捶击钢楔， 使桩基岩芯获得一个水平的冲击力，在水平冲击力作用下，桩基岩芯沿铅锤面被拉裂，桩基 岩芯底部发生水平剪切破裂。依次分裂桩基岩芯，直至该层桩基岩芯底部全部破裂为止。破 裂的桩基岩芯如图5所示。步骤150出渣。将水钻钻取的柱体岩芯、破裂的桩基岩芯运出桩孔。步骤160桩孔修正。敲掉桩孔内壁上的尖锐岩石凸起，并再次标出设计桩中心。水钻钻取柱体岩芯后，桩孔内壁呈锯齿状尖锐凸起，如图6所示。为保证有效桩径 与设计桩径一致，清除破裂的桩基岩芯碎块后，要敲掉侵占桩孔空间的尖锐凸起，再次标出 设计桩中心，检查桩孔底部偏位情况并及时纠偏。图7所示为修正后的桩孔内壁横向截面 图。步骤170循环作业至成孔。通过上述步骤，即完成一层挖孔施工。在捶击钢楔挤 压岩石时，由于岩石纹理不同，导致桩基岩芯破裂程度不同，将其完全整平后，进入下一层 施工。重复上述110到160的步骤，即依次按照布置取芯点、钻取柱体岩芯、桩基岩芯打孔 布点、分裂桩基岩芯、出渣、桩孔修正的工序循环作业，一层层向下开挖，直至桩孔成孔。图 8所示为桩孔成孔后的纵向剖视图。上述施工方法中，水钻钻机运转过程中，必须提供冷却水流保持对水钻钻头进行 冷却，同时冷却水流应保有一定压力对钻头直接进行冲洗；可采用水泵或设置水箱提供所需的冷却水流。上述施工方法中，可在桩孔上方设置支架，支架上设置滑轮，利用卷扬机通过滑轮 牵引绳索和出渣吊篮将水钻钻取的柱体岩芯、破裂的桩基岩芯运出桩孔。上述支架、滑轮、卷扬机及出渣吊篮、水泵、水箱等装置，应在施工前的准备工作中 安装调试好。
权利要求
1.水钻挖孔桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤(1)桩孔测量放样标出桩孔准确位置，按照桩位挖除覆盖层至岩石露出，标出设计桩 中心；(2)布置水钻取芯点环绕所标出的桩孔的内壁布置水钻取芯点，取芯点布置个数=JI X (桩孔直径-水钻直径)/水钻直径；(3)钻取柱体岩芯在每个取芯点用水钻向下钻取一定高度的柱体岩芯，水钻运转过 程中通过冷却水流对水钻钻头进行冷却；将钻取的岩芯完全取出，使桩孔中间形成一个与 桩孔内壁完全分开的桩基岩芯；(4)桩基岩芯布点打孔用电钻在所述桩基岩芯上钻至少三个小孔；(5)分裂桩基岩芯在所述小孔内打入钢楔，用大锤捶击钢楔，使桩基岩芯完全破裂；(6)出渣将水钻钻取的柱体岩芯、破裂的桩基岩芯运出桩孔；(7)桩孔修正敲掉桩孔内壁上的尖锐岩石凸起，并再次标出设计桩中心；(8)循环作业至成孔重复上述步骤(2)至步骤(7)，依次按照布置水钻取芯点、钻取 柱体岩芯、桩基岩芯打孔布点、分裂桩基岩芯、出渣、桩孔修正的工序循环作业，直至桩孔成 孔。
2.根据权利要求1所述的水钻挖孔桩施工方法，其特征在于步骤C3)中，水钻向下钻 取柱体岩芯时，水钻套筒应向桩孔壁外倾斜一定角度，该角度大于5°小于10°。
3.根据权利要求1所述的水钻挖孔桩施工方法，其特征在于步骤C3)中，水钻运转过 程中，通过水泵或水箱提供冷却水流保持对水钻钻头进行冷却。
4.根据权利要求1所述的水钻挖孔桩施工方法，其特征在于步骤C3)中，水钻钻取的 柱体岩芯高度为500 600mm。
5.根据权利要求1所述的水钻挖孔桩施工方法，其特征在于步骤(4)中，在所述桩基 岩芯上钻的小孔，深度为50 70mm，各小孔沿桩基岩芯直径等距分布。
6.根据权利要求1所述的水钻挖孔桩施工方法，其特征在于步骤(6)中，在桩孔上方 设置支架，支架上设置滑轮，利用卷扬机通过滑轮牵引绳索和出渣吊篮将水钻钻取的柱体 岩芯、破裂的桩基岩芯运出桩孔。
全文摘要
水钻挖孔桩施工方法，采用分层施工，在每一层施工时，先利用水钻环绕桩孔内壁钻取一定高度的若干柱体岩芯，使桩基岩芯与整体岩石分离，形成一个临空面，然后用手电钻在桩基岩芯上打孔，在孔内分别插入钢楔，接着用铁锤锤击钢楔，钢楔给予桩基岩芯一个水平拉力和剪切应力，当水平拉力、剪切应力大于岩石的极限抗拉和抗剪切应力时，桩基岩芯就会发生拉裂和剪切破坏，与整体岩石分裂，将破碎的岩石清除出桩孔，修正桩孔，然后按同样的工序进行下一层施工，如此循环施工，直至桩孔成孔。
文档编号E02D5/34GK102071683SQ20111003801
公开日2011年5月25日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者万刚, 张志龙, 王林国, 薛维龙, 邓平, 陈卫华 申请人:中交第四公路工程局有限公司