一种全套管长螺旋钻孔灌注桩施工方法与流程

本发明涉及一种土木工程(桩基础)技术领域中，用于钻孔灌注桩、咬合桩等施工的全套管长螺旋钻孔灌注桩施工方法。

背景技术：

灌注桩系是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。

目前，钻孔灌注桩施工的常规机械设备为旋挖钻机、GPS钻机。但上述设备施工效率低，成孔过程中需要泥浆护壁防止塌孔，且存在泥浆排放污染问题；桩身垂直度仅为1/150，施工噪音大，此外还存在易塌孔、扩孔、缩颈、孔底残渣厚等工艺弊病。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种绿色环保、施工效率高、质量可靠、噪声小、节约成本的全套管长螺旋钻孔灌注桩施工方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种全套管长螺旋钻孔灌注桩施工方法，其特征在于：该方法由以下6个步骤组成：

步骤1：对准桩位，全套管长螺旋钻机的套管和螺旋钻杆同时旋转下沉，成孔；

步骤2：成孔完毕后，钻机移至下一根桩进行成孔作业，采用交叉作业以提高施工效率；

步骤3：针对套管内壁的粘附土，采用刷壁器进行刷除，并夯实套管底部沉渣；

步骤4：将钢筋笼吊装至孔内；钢筋笼在套管底部安放到位后，向钢筋笼内灌注混凝土；待混凝土灌注至钢筋笼顶标高后，停止灌注；

步骤5：将压笼器吊入套管内，根据理论计算的超灌高度，继续灌注混凝土；桩机就位，螺旋钻头顶升至压笼器，使压笼器压住钢筋笼；

步骤6：提升拔除套管，移除压笼器，成桩结束。

优选地，一根桩施工完成后，与下一根桩间的净距离需大于两倍桩径，防止刚施工完的桩还未完全凝固，发生塌孔。

优选地，全套管长螺旋钻机的螺旋钻杆上，相邻螺旋叶片之间的距离差小于20mm，防止当距离过大时，取土不彻底，施工时钻杆左右摇晃。

优选地，所述步骤1的具体过程如下：

步骤1.1：对准桩位，套管先钻0.5～1.0m深，检查一切正常后，再继续钻进，全套管长螺旋钻机的套管和螺旋钻杆同时旋转下沉，土块随螺旋钻杆上的螺旋叶片的上升排出孔口，避免套管下沉时对周边产生挤土效应；

步骤1.2：钻进过程中，排出孔口的土及时清除运走，排土口下方搭设可移动式围挡控制下落土体扩散；

步骤1.3：钻到设计深度后，在该设计深度处空钻清土，空钻数圈后，提升螺旋钻杆取土；

优选地，所述步骤2中，成孔完毕后，钻机移至下一根桩进行成孔作业，钻机同时配备至少3付套管，平行交叉作业，以提高施工效率。

优选地，所述步骤3中，刷壁器包括刷壁桶，刷壁桶外周均匀设有伸缩杆，伸缩杆外端设有刮泥刀；刷壁桶下方设有收泥兼配重桶，刷壁桶通过连接件与收泥兼配重桶连接；挂环设于刷壁桶上方，挂环也通过连接件与刷壁桶连接。

进一步地，所述连接件为链索。

进一步地，所述收泥兼配重桶的直径大于所述刷壁桶。

进一步地，所述伸缩杆内部设有用于调节伸缩杆长度的弹簧。

更进一步地，所述弹簧处于自然状态时，刷壁桶包含其外周伸缩杆的总体直径大于套管内径。

进一步地，所述刮泥刀、伸缩杆、收泥兼配重桶、链索、挂环均为钢结构构件。

进一步地，所述刮泥刀设有6片。

进一步地，所述刷壁器的使用方法如下：

A、待套管下沉至桩底标高，螺旋钻杆提升取土完毕后，采用履带吊吊住挂环，将收泥兼配重桶及刷壁桶垂直吊入套管中；

B：垂直下落，通过刮泥刀将套管内壁残留的粘附土部分刮落，被刮落的粘附土掉落在收泥兼配重桶内；

C：提升挂环；

D：将刷壁桶旋转，再次垂直下落；通过刮泥刀将套管内壁残留的粘附土全部刮落在收泥兼配重桶内；

E：再次提升挂环，刷壁清土结束。

更进一步地，所述步骤A中，刷壁桶垂直吊入套管中后，伸缩杆内置弹簧自动收缩，使刮泥刀顶住套管内壁。

更进一步地，所述步骤D中，将刷壁桶旋转90度，均匀刷壁。

更优选地，所述步骤3中，刷壁器刷除后，确保套管内壁泥皮厚度≤5mm。

优选地，所述步骤5中，压笼器包括护筒，中心柱同轴设于护筒中心，且中心柱外壁与护筒内壁通过十字翼板焊接固定；护筒底部焊接有能接触并有效覆盖钢筋笼主筋的底盘，底盘为镂空结构，以便混凝土顺利下落，底盘边缘的圆环上设有能使待压钢筋笼的吊筋穿过的吊筋槽。

更优选地，所述中心柱比护筒长，中心柱露于护筒以外的部分上也焊接有一十字翼板用于在套管内定位，且该十字翼板上设有起吊孔。

更优选地，所述底盘包括圆环，圆环焊接于所述护筒底部，圆环上设有所述吊筋槽；圆环与所述中心柱之间通过十字连接板焊接。

进一步地，所述十字连接板与十字翼板位置对应。

进一步地，所述十字连接板宽度大于所述十字翼板。

更优选地，所述护筒外径比套管内径小3-5cm。

更优选地，所述压笼器的使用方法如下：

a：将压笼器吊入套管内，护筒沿套管内壁下放，底盘安置于钢筋笼上，钢筋笼的吊筋穿过底盘上的吊筋槽；

b：根据理论计算的超灌高度，向护筒内继续灌注混凝土；

c：桩机就位，桩机螺旋钻头顶升至中心柱顶部，将钢筋笼吊筋固定在桩机螺旋钻头上，螺旋钻头顶升至压笼器，使压笼器压住钢筋笼；

d：提升套管；

e：套管提升完毕后，在桩机螺旋钻头上解除钢筋笼吊筋；

f：移除压笼器，成桩结束。

优选地，所述步骤a中，使用吊机，将吊机挂钩挂于压笼器的起吊孔内，从而将压笼器吊入套管内。

优选地，所述步骤f中，通过吊机移除压笼器。

本发明提供的方法采用全套管长螺旋钻机进行施工，套管和螺旋钻杆两者协同旋转下沉，套管内土体随螺旋叶片上升，逐步排出孔口，钻进至设计深度后，提升螺旋钻杆。成桩完成后，孔径孔壁形状规整，桩体垂直度高，施工速度快，施工过程无泥浆污染，符合国家节能减排的政策要求，具有良好的社会和经济价值。

相比现有技术，本发明提供的方法具有如下有益效果：

1、采用钢套管护壁、螺旋钻杆取土，无泥浆排放，绿色环保；

2、全套管长螺旋钻机具有600KN·m的扭矩及800KN的提升能力，钻进速度快，同时配备3付套管，平行交叉作业，施工效率高，是常规GPS-10钻机工效的4～5倍，是旋挖钻机工效的近3倍；

3、配备自动监测垂直度、孔深系统及液压调节抱闸，垂直度达1/300；采用钢套管+长螺旋钻杆成孔，无塌孔、扩孔、缩颈等现象，成桩质量好；

4、采用套管旋转切割+螺旋钻杆取土，无挤土、无塌孔、无振动，施工噪声低，对周边环境影响小。

5、节约泥浆外运费；成桩孔径规整，有效控制充盈系数，节约混凝土。

附图说明

图1为本实施例提供的全套管长螺旋钻孔灌注桩施工方法流程图；

图2为刷壁器主视图；

图3为刷壁器俯视图；

图4为压笼器侧视图；

图5为压笼器俯视图；

图6为压笼器仰视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本实施例采用全套管长螺旋钻机进行施工，全套管长螺旋钻机为外购产品，是上海金泰工程机械有限公司生产的SZ80-35型液压多功能钻机。

图1为本实施例提供的全套管长螺旋钻孔灌注桩施工流程图，全套管长螺旋钻孔灌注桩施工方法具体步骤如下：

一、测量定位

(1)根据测量控制点使用全站仪进行实地放样，做好标志，在进行自检后进行复核，并及时办理复核手续。

(2)根据现场控制水准点，利用水准仪测出地面标高，计算出钻孔深度、吊筋长度，以控制桩顶标高、桩长以及钢筋笼标高，并做好记录，以备查阅。

二、钻机就位

(1)复测桩位；

(2)桩机就位、调平，钻头中心与桩位偏差控制在20mm范围内，确保钻机的垂直度，确保垂直度符合规范要求，并在成孔过程中经常复核。

(3)桩基施工间距需满足≥2D(D指单根桩区域直径，即一根桩施工完成后，与下一根桩间的净距离需大于两倍桩径，防止刚施工完的桩还未完全凝固，发生塌孔)，且相邻两根桩施工时间间隔不小于48小时。并合理布置施工流程，机械交叉施工，注意施工安全。

(4)采用自动监测垂直度和孔深的系统，自动化程度高。套管外径需保证不小于桩径，钻头采用铲型钻头，在钻头焊接钨钢合金牙齿，斜向切割土体，随螺旋叶片的上升，土体排出孔口。螺旋钻杆上相邻螺旋叶片之间的距离差小于20mm，当距离过大时，取土不彻底，施工时钻杆左右摇晃。

三、成孔

(1)钻机就位后，桩架垂直度调整好后，对好桩位，启动钻机，套管先钻0.5～1.0m深，检查一切正常后，再继续钻进，套管和螺旋钻杆同时旋转下沉，土块随螺旋叶片上升排出孔口。

(2)钻进过程中，排出孔口的土应及时清除运走，排土口下方搭设可移动式围挡控制下落土体扩散。

(3)钻到设计深度后，应在原深度处空钻清土，空钻数圈后，提升螺旋钻杆取土。若沉渣较厚，则采用冲抓斗清渣；若遇地下水，则采用螺旋钻杆钻进至桩底5m以上时旋转提升清土，对以下5m土采用螺旋钻杆二次钻进至桩底，静态垂直提升钻杆清土，以防止水土下落。

(4)成孔后，针对钢套管内壁可能存在的粘附土，采用刷壁器进行刷除，并夯实套管底部沉渣，刷壁次数≥2次。刷壁器第二次下沉刷壁应旋转90°，均匀刷除套管内壁泥皮，确保泥皮厚度≤5mm。

结合图2和图3，刷壁器由刮泥刀1-1、伸缩杆1-2、收泥兼配重桶1-3、链索1-4、挂环1-5等组成。在刷壁桶外周均匀布置有伸缩杆1-2，伸缩杆1-2外端固定有刮泥刀1-1。刷壁桶下方布置有收泥兼配重桶1-3，刷壁桶通过链索1-4与收泥兼配重桶1-3连接。挂环1-5布置在刷壁桶上方，也通过链索1-4与刷壁桶连接。

收泥兼配重桶1-3的直径大于刷壁桶，便于接收刮泥刀1-1刮落的泥。

伸缩杆1-2内部设有用于调节伸缩杆长度的弹簧1-6。弹簧1-6处于自然状态时，刷壁桶包含其外周的伸缩杆1-2和刮泥刀1-1的总体直径大于套管内径。当刷壁桶及伸缩杆1-2伸入套管内部时，弹簧1-6自动收缩，使刮泥刀1-1顶住套管内壁。

刮泥刀1-1、伸缩杆1-2、收泥兼配重桶1-3、链索1-4、挂环1-5均为钢结构构件。

刷壁器的具体使用方法如下：

A、待套管下沉至桩底标高，螺旋钻杆提升取土完毕后；采用履带吊吊住挂环5，将刷壁器垂直吊入套管中，弹簧1-6自动收缩，使刮泥刀1-1顶住套管内壁。

B、垂直下落；通过刮泥刀1-1将套管内壁残留的粘附土部分刮落，被刮落的粘附土掉落在收泥兼配重桶1-3内；

C、提升刷壁器；

D、将刷壁器旋转90度，再次垂直下落；通过刮泥刀1-1将套管内壁残留的粘附土全部刮落；

E、再次提升刷壁器，刷壁清土结束。

刷壁器具有如下有益效果：

1)构造简单：通过可伸缩刮泥刀、收泥兼配重桶的配合，即可将套管内壁残留的粘附土完全清除；

2)操作便捷：整个工序过程时间仅2～3分钟；

3)成本低廉：钢结构构件，可自行加工；

4)使用稳定：经反复测试，使用效果良好。

四、钢筋笼制作及吊放

(1)钢筋笼预先制作，保护层垫块需按要求设置，并根据开孔单确定吊筋长度，技术员进行验收后再通知监理验收；

(2)钢筋笼采用多点起吊，用50T履带吊整笼吊装至孔内。平缓下放钢筋笼，吊筋挂于套管口。钢筋笼安装标高允许偏差±100mm。

(3)砼灌注。钢筋笼在套管底部安放到位后，向钢筋笼内灌注混凝土；待混凝土灌注至钢筋笼顶标高后，拔除混凝土导管。

1)在孔内安放混凝土导管，导管底口距孔底约0.5m；

2)混凝土运输至现场后进行塌落度测试，控制塌落度在180mm±20mm范围内；

3)混凝土初灌量应能保证混凝土灌入后，导管埋入混凝土深度不小于1m；

4)混凝土超灌量根据开孔单计算量进行灌注。

5)逐步拔除混凝土导管，导管埋入混凝土面的深度不得小于2m。

五、安装压笼器

(1)将压笼器吊入套管内，安放于钢筋笼上；

(2)根据理论计算的超灌高度，继续灌注混凝土；

(3)桩机就位，将钢筋笼吊筋固定在桩机螺旋钻头上，使压笼器压住钢筋笼。

六、提升拔除套管，移除压笼器，成桩结束。

结合图4～图6，压笼器由中心柱2-1、护筒2-2、十字翼板2-3、起吊孔2-4、底盘2-5、吊筋槽2-6等组成。

中心柱2-1同轴位于护筒2-2中心，且中心柱2-1外壁与护筒2-2内壁通过多组十字翼板2-3焊接固定。中心柱2-1比护筒2-2长，中心柱2-1露于护筒2-2外的部分上也焊接有十字翼板2-3，且该十字翼板2-3上开有起吊孔2-4。

护筒2-2底部焊接有底盘2-5，底盘2-5可以使混凝土穿过，底盘2-5边缘的圆环上设有能使待压钢筋笼的吊筋穿过的吊筋槽2-6。

本实施例中，底盘2-5包括一带有一定厚度的圆环，圆环焊接在护筒2-2底部，圆环上对称开有两个槽，作为吊筋槽2-6；圆环与中心柱2-1之间通过十字连接板焊接，该十字连接板与十字翼板2-3位置对应，，但比十字翼板2-3厚度大一些。所有十字型结构从上至下同轴设置。

压笼器的具体使用步骤如下：

a：使用吊机，将吊机挂钩挂于压笼器的起吊孔2-4内，将压笼器吊入套管内，护筒2-2沿套管内壁下放，底盘2-5安置于钢筋笼之上，钢筋笼的吊筋穿过底盘2-5上的吊筋槽2-6；

b：向护筒2-2内继续灌注混凝土；

c：桩机就位，桩机螺旋钻头顶升至中心柱2-1顶部，将钢筋笼吊筋固定在桩机螺旋钻头上，螺旋钻头顶升至压笼器，使压笼器压住钢筋笼；

d：桩机连接套管，并提升套管；

e：套管提升完毕后，在桩机螺旋钻头上解除钢筋笼吊筋；

f：吊机移除压笼器，成桩结束。

压笼器具有如下有益效果：

1)、采用全套管长螺旋钻孔灌注桩工艺施工钻孔灌注桩、咬合桩时，套管提升过程中，能够避免带动钢筋笼上浮，从而避免二次返工，在保证施工质量的同时，有效提高了施工效率；

2)、构造简单：由导管、护筒、翼板、底盘等简单结构组成；

3)、操作便捷：安装工序仅1～2分钟；

4)、成本低廉：采用钢管及铁板等经电焊加工而成；

5)、使用稳定：强度可靠，经反复测试，能有效控制钢筋笼顶标高。

本实施例提供的全套管长螺旋钻孔灌注桩施工方法的施工效果与传统旋挖钻机、GPS钻机施工效果对比如表1所示(以直径1000mm、长20m围护桩为例)。

由表1可知，与传统旋挖钻机、GPS钻机施工效果相比，本实施例提供的全套管长螺旋钻孔灌注桩施工方法的施工效率高，无挤土、无塌孔、无振动、施工噪声低，对周边环境影响小；桩身垂直度好，抗渗漏性好，成桩质量好，节约了混凝土使用量和泥浆外运费，降低了施工成本。

表1本发明施工效果与传统旋挖钻机、GPS钻机施工效果对比