一种采用大直径反循环牙轮钻进行水中桩基钻孔的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种桥梁粧基粧孔的施工方法，尤其涉及一种采用大直径牙轮钻机进行水中粧孔施工的方法。
【背景技术】
[0002]目前的公路跨河桥梁施工，对于水中的粧基粧孔施工，通常采用旋挖钻、冲击钻、循环钻(正循环、反循环)等进行钻孔。旋挖钻是通过螺旋钻头破碎岩石，在钻进硬质或极硬岩层过程中易晃动，成孔质量较难控制，且水上作业时危险系数较大，钻渣收集过程中极易造成污染；冲击钻是通过钻锤反复击打破碎岩石，功效低，噪音大，粧孔灌注前清孔麻烦；而且两者对泥浆要求都比较高，要求泥浆要有很好的护壁性能，施工成本高。
[0003]反循环钻机是通过旋转盘带动钻头切削破碎孔内岩土，并通过泥浆的循环保护粧孔和出渣，即通过泥浆的循环，把钻孔里的钻渣带出来。用泥浆栗从粧孔口(钻杆外面)向粧孔里输送泥浆，并向孔底喷射压缩空气，从钻杆的内腔把泥浆抽出来，循环能力和排渣能力都比较强，不但排渣比较干净，而且颗粒比较大的钻渣也能排出来。反循环钻机比较适合水中钻孔施工，但一般只适用于地质比较松软的地层中钻进成孔。
[0004]牙轮钻机是一种大、中型露天矿开采中经常使用的钻孔设备。牙轮钻机钻孔时，牙轮钻头在岩石上同时钻进和回转，对岩石产生静压力和冲击动压力作用，切削冲击破碎岩石；将一定压力和流量流速的压缩空气，通过钻杆内腔从钻头喷嘴喷出，将岩渣从孔底沿钻杆不断地排至孔外，直至形成所需孔深的钻孔，在钻进硬质或极硬岩层时穿孔效率较高。但普通的牙轮钻机排渣能力弱，钻孔孔径小，且钻机体积及自重大，交通运输不便，不适合水中钻孔施工。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种水中粧基钻孔方法，对矿用牙轮钻进行改进，使其适用于水中粧基成孔作业，利用其在钻进硬质或极硬岩层时穿孔效率较高的优点，提高施工效率。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]—种采用大直径反循环牙轮钻进行水中粧基钻孔的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0008](I)搭设便桥及水上施工平台:自岸边向水中搭设便桥，然后搭设连接便桥的长方形的水上施工平台，沿长度方向将施工平台划分为主平台和辅平台，主平台位于粧位一侧，用于安放钻机，辅平台位于粧位上方，辅平台上预留钻孔施工口 ；
[0009](2)钻机就位:通过便桥将大直径反循环牙轮钻机运至施工平台，安放在施工平台的主平台上；
[0010](3)安装钻杆:起竖大直径反循环牙轮钻机门式架，在门式架一侧安装钻杆，钻杆位于粧孔上方，在钻杆的顶部安装钻杆加压装置；
[0011](4)设置泥浆循环系统:在主平台上设置一泥浆池，按普通反循环钻的泥浆出浆结构设置出浆管，出浆管一端与钻杆内腔连通，一端放置在泥浆池上方；泥浆池外侧壁靠近底部设置一与泥浆池内部连通的回浆管；
[0012](5)钻孔施工:在粧孔处设置钢护筒，根据粧孔处地质岩层的硬度，在钻杆下端安装适当的牙轮钻头，启动钻机，钻杆沿钢护筒向下开始钻孔；钻孔过程中，将回浆管出水管的出口放置在钢护筒上方，使粧孔内的泥浆携带钻渣通过钻杆内腔及出浆管流入泥浆池，泥浆沉淀后通过回浆管流回粧孔内，再在河水中设置一潜水栗，通过潜水栗直接抽河水向粧孔内补水；当钻孔进尺较慢时，通过钻杆加压装置向钻杆提供轴向压力，加快钻进速度，直至达到设计的粧孔深度。
[0013]本发明采用的大直径反循环牙轮钻机，综合了旋挖钻、冲击钻、反循环钻、牙轮钻的优点，在硬质或极硬质地质条件下，能加快钻孔速度。本发明通过搭设特殊的施工平台结构，使之能承载大体积、大自重的大直径反循环牙轮钻机；使用独特的钻杆，具有很强的抗折、抗扭、承压性能；在遇到不同硬质岩层时可更换不同的牙轮钻头；采用钻杆加压装置，当钻进过慢时可通过钻杆加压装置对钻杆及钻头增加轴向压力，加大挤压破碎和切岩能力，提高工效；本发明采用反循环钻机的泥浆循环方式，但对泥浆的比重要求较低，可使用河水直接进行补水，减小造浆工序，避免对河水污染，在灌粧前提钻，可减少普通钻机灌粧前清孔的施工步骤；本发明具体实施过程中，不仅钻孔效率高，而且通过对成孔的检测，能满足粧基的施工要求，有效保证施工质量，降低成本。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的施工流程图；
[0015]图2是施工平台的俯视平面图；
[0016]图3是施工平台的横向断面结构示意图；
[0017]图4是本发明采用的大直径反循环牙轮钻机的整体结构示意图；
[0018]图5是钻杆段的结构示意图；
[0019]图6是钻杆段设置外螺纹一端的平面结构图，显示定位卡的结构；
[0020]图7是钻杆段的连接结构示意图；
[0021]图8是钻杆加压装置的结构示意图；
[0022]图9是三叶锥形钻头的侧视结构示意图；
[0023]图10是三叶锥形钻头的底部平面结构示意图；
[0024]图11是四叶轮齿钻头的侧视结构示意图；
[0025]图12是四叶轮齿钻头的底部平面结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，本发明一种采用大直径反循环牙轮钻进行水中粧基钻孔的方法，包括以下步骤:
[0027](I)搭设便桥及水上施工平台:自岸边向水中搭设便桥，然后搭设连接便桥的长方形的水上施工平台，沿长度方向将施工平台划分为主平台和辅平台，主平台位于粧位一侧，用于安放钻机，辅平台位于粧位上方，辅平台上预留钻孔施工口 ；
[0028](2)钻机就位:通过便桥将大直径反循环牙轮钻机运至施工平台，安放在施工平台的主平台上；
[0029](3)安装钻杆及钻杆加压装置:起竖大直径反循环牙轮钻机门式架，在门式架一侧安装钻杆，钻杆位于粧孔上方，在钻杆的顶部安装钻杆加压装置；
[0030](4)设置泥浆循环系统:在主平台上设置一泥浆池，按普通反循环钻的泥浆出浆结构设置出浆管，出浆管一端与钻杆内腔连通，一端放置在泥浆池上方；泥浆池外侧壁靠近底部设置一与泥浆池内部连通的回浆管；
[0031](5)安装钻头，钻孔施工:在粧孔处设置钢护筒，根据粧孔处地质岩层的硬度，在钻杆下端安装适当的牙轮钻头，启动钻机，钻杆沿钢护筒向下开始钻孔；钻孔过程中，将回浆管出水管的出口放置在钢护筒上方，使粧孔内的泥浆携带钻渣通过钻杆内腔及出浆管流入泥浆池，泥浆沉淀后通过回浆管流回粧孔内，再在河水中设置一潜水栗，通过潜水栗直接抽河水向粧孔内补水；当钻孔进尺较慢时，通过钻杆加压装置向钻杆提供轴向压力，加快钻进速度，直至达到设计的粧孔深度。
[0032]以下以一个具体的跨河桥梁粧基施工为例，对本发明进一步说明。
[0033]本实施例中，桥梁每跨桥墩处有4个粧位。以水中粧位的位置为参考标准，自岸边向水中搭设一便桥，然后搭设一个宽10m，长30m的施工作业平台。
[0034]所述施工平台I的结构如图2、图3所示，沿长度方向将施工平台划分为主平台10和辅平台11，主平台10位于粧位2—侧，用于安放钻机，辅平台11位于粧位2上方，辅平台上预留钻孔施工口 111 ;整个施工平台I采用钢管粧101作为支撑基础，沿平台横向在钢管粧101顶部设置盖梁102，所述盖梁102采用2136工字钢，即将两根136工字钢并焊。盖梁102与钢管粧101焊接连接。
[0035]沿平台纵向在盖梁102顶部，正对每一排钢管粧处，设置一组贝雷梁103作为主梁，每一组贝雷梁103包括两片单层贝雷梁，两片单层贝雷梁用支撑架104连接；相邻的两组贝雷梁103之间通过斜拉撑105连接。
[0036]贝雷梁103搭设好后，在主平台10 —侧，在贝雷梁103顶部每隔一定间距设置一主平台横梁106，在主平台横梁106上每隔一定间距设置一纵梁107，纵梁107上铺设主平台面板108 (图3中示出局部)。
[0037]所述主平台横梁106可采用125#工字钢，相邻主平台横梁按间距为90cm设置；所述纵梁107可采用112#工字钢，相邻纵梁按间距为30cm设置；主平台面板108可采用8mm印花钢纹板。
[0038]在辅平台一侧，在贝雷梁103上方每隔一定间距设置一辅平台横梁109，在辅平台横梁109上铺设辅平台面板110 (图3中示出局部)，铺设主平台横梁和辅平台面板时，在正对粧位的上方预留钻孔施工口 111。
[0039]所述辅平台横梁107可采用136工字钢，相邻辅平台横梁按间距为90cm设置，辅平台面板可采用1.4cm厚的钢板。
[0040]最后，为保证施工安全，可沿作业平台长度方向，在作业平台两侧，设置防护栏112。
[0041]施工平台I搭设完成后，通过便桥将大直径反循环牙轮钻机运至施工平台，安放在施工平台的主平台上。
[0042]如图4所示是所述大直径反循环牙轮钻机3的整体结构，包括履带车31，履带车上设有操作台32、电机33、钻机动力系统34、门式架35。
[0043]钻机3就位后，起竖门式架35，在门式架35 —侧安装钻杆36，钻杆36位于粧位2上方。所述钻杆36由多段钻杆连接。
[0044]如图5、图6、图7所示，钻杆36为圆筒体，每段钻杆36 —端外筒壁上设有外螺纹361，另一端连接一端帽362，所述端帽362的内壁设有与所述外螺纹361配合的内螺纹363。
[0045]本发明采用的钻杆内径较大，至少为32cm，是普通反循环钻杆的2倍。钻杆是钻头的直接带动者，施工中容易出现钻杆扭转过度和弯曲变形，造成断管和脱管。为提高钻杆的抗折、抗扭、承压性能，避免断管和脱管现象，本发明在每段钻杆的外壁上，靠近所述外螺纹361处设有两个突出于钻杆外壁面的定位卡364，所述端帽362与钻杆连接处焊接至少两条相对的加强肋365。
[0046]参见图4，本发明在钻杆的顶部还设置有钻杆加压装置37。如图8所示，所述钻杆加压装置37包括两个滑轮组、一压杠371、一固定联结