一种坚硬岩层水磨钻掏心灌注桩成孔结构及其施工工法的制作方法

本发明涉及建筑施工领域，具体的说，是涉及一种坚硬岩层水磨钻掏心灌注桩成孔结构及其施工工法。

背景技术：

灌注桩是基础工程中常见的一种基础形式，因水文地质条件不同，灌注桩成孔方式有多种形式。在川渝地区基础地质结构中泥岩、泥质砂岩、砂岩等较为普遍，选用爆破法是穿越坚硬岩层或入岩施工效率较高的成孔方法，但其存在的缺点也十分明显，如爆破受管制、爆破技术要求高、因振动噪声粉尘等对周边环境影响较大、成孔后孔壁松散及成孔尺寸不精准需二次人工修凿等。

上述缺陷，值得解决。

技术实现要素：

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种坚硬岩层水磨钻掏心灌注桩成孔结构及其施工工法，通过运用水磨钻掏心灌注桩成孔施工工艺，高效的完成各规格桩基础施工，有效控制了施工对周边环境及商业闹市区的影响，确保工程的安全和顺利施工，取得了良好的经济效益和社会效益。

本发明技术方案如下所述：

一种坚硬岩层水磨钻掏心灌注桩成孔结构，其特征在于，包括岩芯和井圈，所述井圈位于所述岩芯的外围，所述井圈的内壁涂抹有涂抹层，所述井圈的内部设有一圈桩孔圈，所述桩孔圈的圆心与所述井圈的圆心重合，所述桩孔圈包括若干钻芯孔，相邻两个所述钻芯孔之间交叉使得相邻两个所述钻芯孔的圆心间距小于所述钻芯孔的直径，所述桩孔圈的直径为160mm，所述钻芯孔的外侧与所述井圈的内壁相切，所述钻芯孔处的岩芯通过水磨钻掏空形成临空面。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述井圈由岩砖和m5水泥砂浆砌筑而成，所述井圈的厚度为240mm。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述涂抹层为1:2的水泥砂浆。

进一步的，所述涂抹层的厚度为10mm。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述井圈顶部标高高出地面300mm。

一种坚硬岩层水磨钻掏心灌注桩成孔结构的施工工法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、施工准备，包括对施工项目的技术学习和对现场环境、人、材、机的准备；

步骤2、定位放样，钻前根据施工方案，定位桩心点位，以桩孔半径测放井圈内边线；

步骤3、进行桩孔锁口，具体包括剔除松散层、精确定位和砌筑涂抹层；

步骤4、桩孔掏心，具体包括钻孔剥离和桩心岩体解体分块的步骤，

步骤5、出岩渣，利用卷扬机及孔口提升架吊运进行孔内出渣，一次单循环施工作业后，将水磨钻钻出的岩芯进行依次出渣，出渣从桩孔的一侧进行；

步骤6、桩孔控制，根据锁口上平面桩心十字控制点，投射桩中心线至孔中，水磨钻每钻完一层取渣后，对桩孔直径及垂直度进行检测，量取时取锯齿状凸出部位；

步骤7、桩孔修正，若桩孔的位置出现偏位及时进行纠偏，同时标出下一个循环外周水磨钻钻孔取芯位置，进入下一循环的孔桩施工；

步骤8、桩孔验收，循环钻取直至设计嵌岩深度，通过桩位地质确认并符合设计满足要求后，进行下道工序。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤2中，井圈内直径比桩径大50mm。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤3具体包括步骤：

（1）剔除桩位表层松散土石层，砌筑顶标高高出地平面300mm的井圈对桩孔进行锁口；

（2）锁口采用mu10页岩砖、m5水泥砂浆砌筑240mm厚的护壁墙成井圈，内壁抹10mm厚的1：2的水泥砂浆；

（3）用红油漆在锁口内立面、平面标注桩心十字控制点。

根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤4中：

钻孔剥离：沿桩基孔壁布置若干个钻芯点，钻芯孔与锁口内壁相切，相邻钻芯中心距小于钻筒直径；依次钻取外周岩芯，将外周岩芯取出后桩心体岩形成一个圆形临空面；

桩心岩体解体分块：沿桩半径钻取岩芯，将桩心岩体等分成三份，每块独立岩体占1/3，再用手提式水钻机配合钢楔分裂岩石，将桩岩石细分成若干等份。

进一步的，钻孔剥离中的取芯直径为160mm。

进一步的，钻取外周岩芯的切入岩芯高约600mm。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤7中，控制盘桩孔中心点与投射中心位置偏差控制在50mm内、桩孔垂直度5l/1000内。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于：

1、水磨钻机单机作业，机座占用空间小，移动方便，多机同时作业相互影响较弱，操作灵活、工效高；

2、钻头竖向施压、合金钢刀片切削，桩孔成型精确度高，质量好。

3、水磨钻机作业噪音小、无粉尘、无振动，对周边环境和既有建筑影响小。适合对安全和噪声有严格控制的城区及商业圈地段施工。

4、钻机成孔直径不受桩直径大小限制，工艺、设备简易，同样适用超大直径桩钻孔桩施工。

附图说明

图1为本发明桩心及井圈定位放样图。

图2为本发明桩心定位的结构示意图。

图3为本发明水磨钻取芯定位的结构示意图。

图4为本发明桩心体岩临空面的结构示意图。

图5为本发明施工工法的流程图。

在图中，1、岩芯；13、桩心控制点；2、井圈；21、井圈内径；3、桩孔圈；31、桩心；32、桩孔内径；33、钻芯孔；34、钻筒直径；35、钻芯圆心距；5、桩孔。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1-4所示，一种坚硬岩层水磨钻掏心灌注桩成孔结构，包括体岩1的岩芯和井圈2，井圈2位于岩芯的外围，井圈2顶部标高高出地面300mm。

井圈2由岩砖和m5水泥砂浆砌筑而成，井圈2的厚度为240mm。井圈2的内壁涂抹有涂抹层，涂抹层为1:2的水泥砂浆，其厚度为10mm。

井圈2的内部设有一圈桩孔圈3，桩孔圈3的圆心与井圈2的圆心重合，桩孔圈3包括若干钻芯孔33，相邻两个钻芯孔33之间交叉使得相邻两个钻芯孔33的钻芯圆心距35小于钻筒直径34，桩孔圈3的直径为160mm，钻芯孔33的外侧与井圈2的内壁相切。

桩心控制点13、井圈内径、桩孔内径32以及钻筒直径34分别如图中标出，桩孔5处的岩芯通过水磨钻掏空形成临空面。

如图5所示，一种坚硬岩层水磨钻掏心灌注桩成孔结构的施工工法，包括以下步骤：

1、施工准备，包括对施工项目的技术学习和对现场环境的准备。

对施工项目的技术学习包括对施工项目的审批、技术内容的学习以及安全措施的学习。

对现场环境的准备包括：1）场地整平，检查轴线、标高控制点，成孔面已达中风化岩层；2）人、材、机根据施工进度按时就位，并进行检查确认；3）结合基础平面布置图，设置二级蓄水沉淀池。

2、定位放样。

钻前根据施工方案，定位桩心31点位，以桩孔内径32测放井圈内边线，井圈2内直径要求比桩孔内径32大50mm。

3、进行桩孔5锁口。具体包括步骤：

（1）剔除桩位表层松散土石层，砌筑顶标高高出地平面300mm的井圈2对桩孔5进行锁口；

（2）锁口采用mu10页岩砖、m5水泥砂浆砌筑240mm厚的护壁墙成井圈，内壁抹10mm厚的1：2的水泥砂浆；

（3）用红油漆在锁口内立面、平面标注十字的桩心控制点13，以便施工过程对桩中心定位及标高进行监控，确保尺寸、垂直度在误差范围内。

4、桩孔5掏心，具体包括钻孔剥离和桩心岩体1解体分块的步骤。

钻孔剥离：沿桩基孔壁布置若干个取芯点，（在本实施例中取芯直径为160mm，随桩径和设备条件可调整取芯直径），取芯圆与锁口内壁相切，相邻钻芯中心距小于钻筒直径（≤160mm）；依次钻取外周岩芯，切入岩芯高约600mm，将外周岩芯取出后桩心体岩形成一个圆形临空面。

桩心岩体解体分块：沿桩半径钻取岩芯，将桩心岩体等分成三份，每块独立岩体占1/3，再用手提式水钻机配合钢楔分裂岩石，将桩岩石细分成若干等份。

5、出岩渣。

孔内出渣利用卷扬机及孔口简易提升架吊运，一次单循环施工作业后，将水磨钻钻出的岩芯进行依次出渣，出渣从桩孔5的一侧进行。

6、桩孔5控制。

根据锁口上平面十字桩心控制点13，投射桩中心线至孔中，水磨钻每钻完一层取渣后，对钻芯孔33直径及垂直度进行检测，量取时取锯齿状凸出部位。

7、钻芯孔修正。

当盘桩孔5中心点与投射中心位置偏差控制在50mm内、桩孔5垂直度5l/1000内。若出现偏位及时纠偏，同时标出下一个循环外周水磨钻钻孔取芯位置，进入下一循环的孔桩施工；

8、桩孔5验收。

循环钻取直至设计嵌岩深度，孔底必须达到平整，无松渣、淤泥、沉淀或扰动过的软层，然后联系设计部门地质专业工程师进行桩位地质确认，符合设计满足要求后，进行下道工序。

具体应用实施例

1、隆鑫中心工程

隆鑫中心工程西、南面与既有高层建筑、在建工程相接，工程基坑开挖44m，坑底标高均低于周边建筑设施，施工环境极其复杂。该工程结构形式为框架-筒体结构，地质为泥岩、砂质泥岩、砂岩，塔楼、裙楼柱下均为无扩底灌注桩基础，桩孔5设计尺寸最大为3.4m，堪岩深度6.8m，基础持力层为完整中风化砂质泥岩，现场基坑已开挖到地下7层地坪下250mm，已进入中风化砂质泥岩层，复杂施工环境不利于采用爆破开挖桩基础。

柱下桩基础全部采用本发明工法施工，大直径桩孔5开挖同样适用此工艺，无安全事故发生，施工效率高，桩孔5侧壁光滑圆润美观，孔位几何尺寸精确，混凝浇灌与预算量偏差小，节约成本。对临近建筑物、交通设施进行检测，无破坏现象。

2、华尔街广场喜来登酒店工程

华尔街广场喜来登酒店工程是两栋集酒店、办公、商业、服务功能为一体的高智能化、自动化的超高层商业办公楼。工程基坑开挖11.8m，坑底标高均低于周边建筑设施，施工环境复杂。该工程结构形式为框架-筒体结构，地质为泥岩、砂质泥岩、砂岩、中风化砂质泥岩层，塔楼、裙楼柱下均为无扩底灌注桩基础，桩孔5设计尺寸最大为1.8m，堪岩深度6.8m，基础持力层为完整中风化砂质泥岩，现场基坑已开挖到地下2层地坪下250mm，已进入中风化砂质泥岩层，复杂施工环境不利于采用爆破开挖桩基础。

柱下桩基础全部采用本发明工法施工，大直径桩孔5开挖同样适用此工艺，无安全事故发生，施工效率高，桩孔5侧壁光滑圆润美观，孔位几何尺寸精确，混凝浇灌与预算量偏差小，节约成本。对临近建筑物、交通设施进行检测，无破坏现象。

在两个具体应用实施例中：

（1）对本工程桩孔成型进行复核、检查，主控项目全部符合设计及规范要求，允许偏差项目达到规范要求及目标值，验收一次通过，得到政府主管部门、甲方、监理一致好评；

（2）水磨钻施工时配备高压水管润湿岩石，切削时粉尘、噪音、排烟量小，对作业人员影响低，积极响应低碳环保、绿色施工政策，非常具有推广价值；

（3）钻筒切削岩体，孔壁成型质量好，减少二次修复，节约工期、成本，达到双赢效果；

（4）实现超大直径掏心灌注桩成孔在岩层内的施工方法，施工方式简易、定型化；

（5）实现了从电能代替动能，减小对施工环境扰动，避免企业对炮损的赔付，对倡导安全生产、企业可持续发展做贡献。

本发明的工法及结构带来的具体效益包括经济效益、社会效益以及环保效益。其中，

1、经济效益

以隆鑫中心基础工程为例，桩基均在10m以下，地下水位较高，共有288根桩，总长约1280m，桩基础石方量约3000m³，均采用本工法施工，与爆破法相比，主要体现人工费与材料上差异不同。

表一：水磨钻灌注桩开挖经济效益分析表

采用本工法带来直接经济效益：(580.93-445.66)元/m³×3000m³＝405810元。

2、社会效益

本工法工艺简单，操作宜行，施工效率高，桩孔成型精准、美观；特别在商业闹市区、居民区、建筑密集区以及交通设施复杂路段和施工场地狭窄等情况下，大大提高施工安全系数，降低对外界造成干扰，避免爆破产生的不利影响；突破大直径钻孔灌注桩设备能力，充分展示企业施工技术水平实力，得到外界一致好评，取得良好的社会效益。

3、环保效益

施工过程粉尘、噪音污染低，岩芯成型规则，二次利用率高，产生建渣少；施工用水池沉淀可循环利用，节约水资源，符合国家节能减排政策要求。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。