钻孔灌注桩成孔装置及方法与流程

本发明涉及钻孔灌注桩施工领域，尤其涉及一种钻孔灌注桩成孔装置及方法。

背景技术：

随着科学技术和经济建设的飞速发展，上海的高层、超高层建筑正以前所未有的速度不断崛起，桩基础也日益成为这些高层建筑常用的超深形式。由于钻孔灌注桩所具有的无振动、低噪音对周边环境影响小的特点，上海地区高层、超高层又大多处于市中心，钻孔灌注桩受到了上海建筑界的普遍重视，成为目前桩基础中最受欢迎的一种形式。

随着上海建筑高度记录的不断刷新，钻孔灌注桩亦在不断地向大直径、超深桩的方向发展。常规的正循环成孔和正循环清孔的成孔工艺已经不能满足施工要求，特别是目前超深钻孔灌注桩普遍需要穿越第⑦层、第⑨层粉砂层，常常会因为成孔质量问题导致桩体垂直度、桩身缩径或夹泥夹砂等质量通病。

因此，如何提供一种可以提高钻孔灌注桩在砂土层中的施工质量并可以提高清孔效率的钻孔灌注桩成孔装置及方法，已成为建筑施工界需进一步完善优化的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种钻孔灌注桩成孔装置及方法，可以提高钻孔灌注桩在砂土层中的施工质量，并可以提高清孔效率。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种钻孔灌注桩成孔装置，包括：钻机、砂石泵、泥浆净化装置以及中储池，所述泥浆净化装置包括粗筛装置、粗筛渣料池、储浆槽、渣浆泵、旋流器以及细筛渣料池，所述钻机包括钻杆，通过所述砂石泵将孔底的污浆经过所述钻杆输送至所述粗筛装置，所述污浆经所述粗筛装置粗筛后,粗渣料流入所述粗筛渣料池，其余浆液流入所述储浆槽，所述渣浆泵将所述储浆槽中的浆液输送至所述旋流器，所述浆液经所述旋流器细筛后,细渣料流入所述细筛渣料池，其余浆液流入所述中储池，所述中储池通过在池壁开设溢流口或者通过一泥浆泵将内部的浆液输送至所述钻杆与孔壁之间的空间，从而形成反循环回路。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔装置中，所述钻机还包括传动杆、旋转盘、液压马达、水龙头、旋转活接头以及吸渣软管，所述砂石泵通过旋转活接头设置于所述传动杆的上端，所述传动杆同轴固定连接于所述钻杆的上端，所述吸渣软管的一端经所述水龙头与所述砂石泵的一端连接，所述吸渣软管的另一端连接至所述泥浆净化装置的粗筛装置上。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔装置中，所述钻机还包括一设置于所述孔的上方的一支架，所述液压马达设置于所述支架上，所述支架上还设有供所述传动杆穿过的通孔。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔装置中，所述钻杆的下端还设有钻头，所述钻头为三翼双腰箍钻头，所述钻头的直径比钻孔灌注桩的直径大20-25mm。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔装置中，所述砂石泵的额定排量为400m³/h。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔装置中，所述粗筛装置能够筛选粒径大于等于3㎜的渣料。

本发明还公开了一种钻孔灌注桩成孔方法，包括如下步骤：护口管埋设校正；钻机就位；钻孔；第一次清孔；提钻杆；测孔；钻机移位；浇桩架就位；安放钢筋笼；安放导管；第二次清孔；水下砼浇灌；起拔护口管；以及钻机移位，其中，所述第一次清孔以及第二次清孔采用如上所述的钻孔灌注桩成孔装置。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔方法中，在所述钻孔的步骤中，首先将设置于所述钻杆的下端的钻头提高至距离桩孔底30～50cm处，并在所述桩孔内注入一定量泥浆，然后启动所述反循环砂石泵，转动所述钻杆，并使得所述反循环砂石泵空转一定时间，直至形成所述反循环回路。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔方法中，所述第一次清孔与第二次清孔时，将所述钻头提起45cm～55cm，并保持泥浆的正常循环，使得比重为1.05～1.15、粘度为17～20s的泥浆流入孔内，同时保持所述桩孔内水位高出地下水位0.5m以上，直至注满所述桩孔完成清孔。

由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过砂石泵的抽吸作用，在钻杆内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，钻杆与孔壁间环状空间内的污浆(带有大量的钻渣的浆液)流向孔底，再经过砂石泵将所述污浆排至所述泥浆净化装置。一方面，通过采用泵吸反循环清孔的方式可以提高成孔速率和清孔效率，且废浆排放量少，缩短了单桩施工时间，减少了孔壁向内收缩量，提高了施工质量。

(2)本发明通过采用所述泥浆净化装置，所述污浆经过粗筛装置以及旋流器两级筛选后，尤其是采用旋流器可以将浆液中的粉砂分离去掉，从而可以提高循环回孔内的泥浆的质量，进而有效减少孔底沉渣，并使得孔壁更加稳定，从而进一步提升成桩质量。

附图说明

图1为本发明一实施例的钻孔灌注桩成孔装置的结构原理图；

图2为本发明一实施例的钻孔灌注桩成孔装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例的钻孔灌注桩成孔方法的流程示意图。

图中：1-砂石泵、2-钻杆、3-泥浆净化装置、4-中储池、5-粗筛装置、6-粗筛渣料池、7-储浆槽、8-旋流器、9-细筛渣料池、10-钻头、11-传动杆、12-旋转盘、13-液压马达、14-水龙头、15-旋转活接头、16-吸渣软管、17-支架。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的钻孔灌注桩成孔装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

结合图1至图3，本实施例公开了一种钻孔灌注桩成孔装置，包括：钻机、砂石泵1、泥浆净化装置3以及中储池4，所述泥浆净化装置3包括粗筛装置5、粗筛渣料池6、储浆槽7、渣浆泵、旋流器8以及细筛渣料池9，所述钻机包括钻杆2，通过所述砂石泵1将孔底的污浆经过所述钻杆2输送至所述粗筛装置5，所述污浆经所述粗筛装置5粗筛后粗渣料流入所述粗筛渣料池6，其余浆液流入所述储浆槽7，所述渣浆泵(未图示)将所述储浆槽7中的浆液输送至所述旋流器8，所述浆液经所述旋流器8细筛后细渣料流入所述细筛渣料池9，其余浆液流入所述中储池4，所述中储池4通过在池壁开设溢流口将中储池4内部的浆液输送至所述钻杆2与孔壁之间的空间，从而形成反循环回路。当然所述中储池4也可以通过设置泥浆泵将中储池4内部的浆液输送至所述钻杆2与孔壁之间的空间，从而形成反循环回路。

本实施例通过砂石泵1的抽吸作用，在钻杆2内腔形成负压，在孔内液柱和大气压的作用下，钻杆2与孔壁间环状空间内的污浆(带有大量的钻渣的浆液)流向孔底，再经过砂石泵1将所述污浆排至所述泥浆净化装置3。一方面，通过采用泵吸反循环清孔的方式可以提高成孔速率和清孔效率，且废浆排放量少，缩短了单桩施工时间，减少了孔壁向内收缩量，提高了施工质量。另一方面，通过采用所述泥浆净化装置3，所述污浆经过粗筛装置5以及旋流器8两级筛选后，尤其是采用旋流器8可以将浆液中的粉砂分离去掉，从而可以提高循环回孔内的泥浆的质量，进而有效减少孔底沉渣，并使得孔壁更加稳定，从而进一步提升成桩质量。

所述旋流器8是利用回转流进行分级的设备，可用于浓缩以及脱水，它的构造很简单，主要是由一个空心圆柱体和圆锥连接而成，在空心圆柱体中心插入一个溢流管，沿切线方向接有渣浆进管，在圆锥体下部留有沉砂口，渣浆在压力作用下，沿渣浆进管进入旋流器8内，随即在空心圆柱体的圆筒形器壁限制下作回转运动，粗颗粒因惯性离心力大而被抛向器壁，并逐渐向下流动由底部的沉砂嘴排出成为沉砂，细颗粒向器壁移动的速度较小，被朝向中心流动的液体带动由中心溢流管流出，成为溢流。由于钻头10高速旋转切削砂土，将会产生大量的粉砂悬浮在泥浆中，若不将其有效分离出来，将会严重影响桩身混凝土质量。采用旋流器8可以将浆液中的粉砂分离，从而提高循环回孔内的泥浆的质量，进而有效减少孔底沉渣，并使得孔壁更加稳定，从而进一步提升成桩质量。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔装置中，所述钻机还包括传动杆11、旋转盘12、液压马达13、水龙头14、旋转活接头15以及吸渣软管16，所述砂石泵1通过旋转活接头15设置于所述传动杆的上端，所述传动杆11同轴固定连接于所述钻杆2的上端，所述吸渣软管16的一端经所述水龙头14与所述砂石泵1的一端连接，所述吸渣软管16的另一端连接至所述泥浆净化装置3的粗筛装置5上。将砂石泵1直接设置于钻机的传动杆11上方，相比现有技术中将砂石泵1与钻机分开设置的形式，大大减短了整个泵吸环路，降低了砂石泵1的功率，提高了对孔内泥浆及钻渣的吸力，加快了成孔速度。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔装置中，所述钻机还包括一设置于所述孔即桩孔上方的一支架17，所述液压马达13设置于所述支架17上，所述支架17上还设有供所述传动杆11穿过的通孔。如此设置可以使得钻机工作更加平稳。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔装置中，所述钻杆2的下端还设有钻头10，所述钻头10为三翼双腰箍钻头，所述钻头10的直径比钻孔灌注桩的直径大20-25mm，以应对砂性土层中缩孔现象。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔装置中，所述砂石泵1的额定排量为400m³/h，可以将孔底的钻渣有效抽吸上来。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔装置中，所述粗筛装置5能够筛选粒径大于等于3㎜的渣料即钻渣。用以进行渣料的粗步筛选，保护所述旋流器8。

请继续参阅图3，并请结合参阅图1和图2，本实施例还提供了一种钻孔灌注桩成孔方法，包括如下步骤：护口管埋设校正；钻机就位；钻孔；第一次清孔；提钻杆2；测孔；钻机移位；浇桩架就位；安放钢筋笼；安放导管；第二次清孔；水下砼浇灌；起拔护口管；以及钻机移位，其中，所述第一次清孔的步骤以及第二次清孔的步骤采用如上所述的钻孔灌注桩成孔装置。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔方法中，在所述钻孔的步骤中，首先将设置于所述钻杆2的下端的钻头10提高至距离桩孔底30～50cm处，并在所述桩孔内注入一定量泥浆，然后启动所述反循环砂石泵1，转动所述钻杆2，并使得所述反循环砂石泵1空转一定时间，直至形成所述反循环回路。如此，可以在一定程度上起到保护钻头10的作用，提高整个钻孔灌注桩成孔的使用寿命。

可选的，在上述的钻孔灌注桩成孔方法中，所述第一次清孔与第二次清孔时，将所述钻头10提起45cm～55cm，并保持泥浆的正常循环，使得比重为1.05～1.15、粘度为17～20s的泥浆流入孔内，同时保持所述桩孔内水位高出地下水位0.5m以上，直至注满所述桩孔完成清孔。

清孔时间以换完孔内原浆为准，并随时作泥浆指标检测，取样宜从排浆口进行，泥浆指标同原浆。清孔时钻孔护筒中泥浆水位应注意保持稳定，以防止钻孔塌陷。清孔时间根据泥浆比重及清孔过程中测量沉淀厚度来定，清孔时间控制公式：h＝V/Q，其中：h-清孔时间；V-桩孔体积，Q：反循环砂石泵1流量。第一次清孔时应将钻头10提至距孔底0.5m左右，清孔时孔内输入泥浆量不应小于反循环砂石泵1排量，保证泥浆补足量，同时应合理控制泵量，避免吸塌孔壁。

当完成两次清孔后，泥浆护壁中泥浆的比重为1.05～1.10，粘度为17～20s，含砂率＜1％，沉渣厚度＜0.2D(D为钻孔灌注桩的直径)，桩孔垂直度＜1％。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。