水中钻孔灌注桩及其施工方法与流程

本发明涉及一种灌注桩，尤其是涉及一种水中钻孔灌注桩及其施工方法。

背景技术：

随着我国经济快速发展和桥梁建造技术的提高，目前，在基础施工中非常频繁的使用钻孔灌注桩技术。其中水中钻孔灌注桩在修建跨河跨海大桥工程中得到了广泛的应用。但在具体的施工中，因为该项工艺非常繁琐，而且工程地质构造十分繁杂，在施工中常会出现施工平台不稳固，钻孔塌孔，混凝土导管不能有效灌注，泥浆浪费污染环境，安全事故等问题。

综上所述，目前拟寻求一种施工简便，节能环保，能够安全有效提高施工质量的水中钻孔灌注桩及其施工方法就显得十分重要。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种水中钻孔灌注桩及其施工方法。

这种水中钻孔灌注桩，包括施工平台混凝土灌注吊架体系、桩顶连接装置、钢筋笼沉放接长装置和泥浆池分级过滤防护装置；

所述施工平台混凝土灌注吊架体系包括钢管桩、贝雷梁、钻孔平台、滑轨、夹轨器、槽钢、混凝土导管和漏斗，钢管桩上端固定在工字钢上，工字钢上方设置贝雷梁，贝雷梁上方设置槽钢；钻孔平台两侧铺设滑轨，滑轨下部依次铺设减震垫和钢垫，减震垫和钢垫通过L型固定螺栓与平台表面的槽钢锚固；混凝土灌注吊架包括电动葫芦、吊架主梁、吊架支架和吊钩，吊架支架底部设置夹轨器，夹轨器置于滑轨上；吊架主梁上的电动葫芦连接吊钩，吊钩提拉漏斗和混凝土导管；

所述桩顶连接装置包括钢管桩、贝雷梁、牛腿、左固定卡槽、右固定卡槽、卡槽连接轴、松紧调节螺栓、软垫固定头、软垫、安装螺栓孔、限位槽、顶部减震垫和安装螺栓，钢管桩上部外侧设置左固定卡槽和右固定卡槽，左右固定卡槽上下端均设有轴孔并通过卡槽连接轴进行连接，所述卡槽连接轴上安装有松紧调节螺栓，槽内侧上下端各安装有软垫固定头，所述软垫固定头上安装软垫；左右固定卡槽顶部边缘设有顶部减震垫，所述顶部减震垫上方设有限位槽，所述限位槽下部设有安装螺栓孔，卡槽顶部和两侧的牛腿顶部均通过安装螺栓与工字钢连接；；工字钢上设有贝雷梁，贝雷梁上方设有槽钢；相邻的钢管桩之间设有剪刀支撑架；

所述钢筋笼沉放接长装置包括括沉放架、底座固定钢板、孔口防护钢板、第一卡杆、第二卡杆和可拆卸弧形校准板；沉放架为正方形结构，上下设有贯同的正方形通孔，沉放架安放在钢护筒正上方；沉放架底部四角焊接有底座固定钢板并通过固定螺栓固定，沉放架顶端四角焊接有孔口防护钢板，沉放架上端四边中间各设有一个沉放架卡槽，沉放架卡槽内安放第一卡杆和第二卡杆，第一卡杆和第二卡杆上安装可拆卸弧形校准板，第一卡杆和第二卡杆穿过下段的钢筋笼上端的钢筋笼箍筋将钢筋笼卡住固定，上下两段钢筋笼纵筋通过可拆卸弧形校准板进行绑扎；

所述泥浆池分级过滤防护装置包括上级钢护筒泥浆池、下级钢护筒泥浆池、防护网格盖板、泥浆导流槽和可收缩筛网，泥浆池口布置可开合的防护网格盖板，在相邻钢护筒泥浆池一侧开设有一个开口，下级钢护筒泥浆池开口较上级钢护筒泥浆池低，上下级钢护筒泥浆池开口通过泥浆导流槽连接，下级钢护筒泥浆池布置可收缩筛网。

作为优选：滑轨为工字型滑轨。

作为优选：左右固定卡槽外侧为圆角，牛腿位于卡槽两侧，牛腿顶端安装有限位槽，限位槽下部设有安装螺栓孔。

作为优选：所述第二卡杆中间设有卡杆凹口，卡杆凹口与第一卡杆的尺寸相匹配；卡杆表面设置有橡胶垫层。

作为优选：所述可拆卸弧形校准板凹面朝向钢筋笼，凹面等间隔设置有若干个橡胶套管，可拆卸弧形校准板贴近钢筋笼并通过底座可调节螺栓装置固定在卡杆上；钢筋笼纵筋通过橡胶套管限位并进行精准对接绑扎，所述橡胶套管内径与钢筋笼纵筋直径相同。

作为优选：所述防护网格盖板采用热镀锌网格板，盖板转轴装置焊接在防护网格盖板与上级钢护筒泥浆池侧壁上，盖板转轴装置内设有盖板活动轴，防护网格盖板开合口端焊接有锁扣，锁扣上的锁孔通过铁丝或者锁链连接。

作为优选：所述可收缩筛网由筛网骨架和筛网箍支撑，筛网骨架中心设有骨架中心轴，骨架一端由锁链扣连接挂壁钩并固定在钢护筒壁上。

这种水中钻孔灌注桩的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、搭设桩承式贝雷梁施工平台，平台设计形成模块化、标准化；钢管桩与贝雷梁以及工字钢、槽钢之间用桩顶连接装置和U型卡子连接成整体，并设置剪刀支撑架；桩顶连接装置中的左右固定卡槽通过卡槽连接轴连接，使用松紧调节螺栓对钢管桩顶端进行箍定，顶部的限位槽和安装螺栓孔用于卡槽顶部、牛腿顶部与工字钢之间的连接锚固；

步骤二、水中桩基护筒采购成品，钢护筒下沉采用双层定位导向架定位；导向架底部与施工平台上的预埋钢板通过螺栓连接；利用吊机作为起吊设备，配合振动锤插打设钢护筒；沉桩时先靠护筒和振动锤的自重，使之沉入土中，待桩身入土达到一定深度确认稳定后再振动下沉；护筒进入持力层；

步骤三、泥浆池采用施工桩基相邻钢护筒作为循环沉淀池，钢护筒泥浆池设置过滤防护装置，泥浆池防护网格盖板采用热镀锌网格板，盖板转轴装置焊接在网格盖板与钢护筒泥浆池侧壁上，通过盖板活动轴进行旋转开合，盖板开合口端焊接有锁扣，通过铁丝或者锁链连接锁扣上的锁孔对两扇盖板进行闭合；泥浆池圆形可收缩筛网由筛网骨架和筛网箍支撑，筛网骨架中心设有骨架中心轴，骨架一端由锁链扣连接挂壁钩，将可收缩筛网固定在钢护筒壁上；过滤的渣石达到一定数量，用等长带绳环缆绳连接挂壁钩，通过混凝土灌注吊架吊起；有效循环利用泥浆并定期安排运输车将沉渣外运；

步骤四、钢筋笼在钢筋加工车间下料加工，采用分段同槽加工制作，根据前场成孔时间，合理安排时间运输至钻孔位置，在钻孔验收合格并一清后，现场配备吊车结合钢筋笼沉放接长装置进行吊装、接长、下放；钢筋笼沉放接长装置的钢筋笼沉放架通过底座固定钢板和固定螺栓固定在孔口钢护筒正上方，当分段钢筋笼下放时，利用第一卡杆和第二卡杆穿过下放钢筋笼上端的钢筋笼箍筋将钢筋笼卡住固定，再利用可拆卸弧形校准板对上下两段钢筋笼纵筋进行绑扎，绑扎好后拆掉弧形校准板，通过起重吊车将钢筋笼抬起，将卡杆拿出，再下放钢筋笼至第二段钢筋笼的上端使用卡杆固定，以此类推直到完成所有钢筋笼的绑扎和下放；主筋采用滚扎直螺纹机械接头连接；

步骤五、桩身砼采用泵车灌注，砼由拌合站生产并经罐车运输至现场；沿着钻孔平台铺设滑轨，混凝土灌注吊架通过滑轨准确到达钻孔上方，利用电动葫芦和吊钩准确控制混凝土导管的高度和垂直度；水下混凝土灌注采用拔塞的方法进行，拔塞前存储大罐中有足够的混凝土储备量，使拔塞后导管的埋置深度大于1m；浇筑混凝土前在浇筑导管内安设隔水球，待储料斗储满混凝土后，开始拔塞浇筑水下混凝土，拔塞后用探照灯检查导管内是否有水，确认导管无漏水后连续浇筑混凝土，使整桩在混凝土初凝前浇筑完成；

步骤六、混凝土浇筑完毕1-2小时后提拔钢护筒，检查质量。

本发明的有益效果是：

本发明设置的混凝土灌注吊架，能够在钻孔平台上准确有效的控制导管高度和垂直度以及提拔速度，便于混凝土灌注，提高成桩质量。

本发明设置的桩顶连接装置能够快速且牢固连接钢管桩和平台模块，快速搭建起安全稳固的施工平台，等工程结束后拆卸也比较方便。

本发明设置的钢筋笼沉放接长装置，能够很好地控制钢筋笼垂直度，避免在孔内下放时碰挂孔壁导致孔内塌孔等风险；也能够准确有效的进行分段钢筋笼主筋之间的接长。

本发明设置的泥浆池分级过滤防护装置，能够有效防止杂物和人员掉入泥浆池造成安全事故，且利用相邻护筒高差进行泥浆导流，通过筛网进行有效过滤再利用，节能环保，施工方便快捷。

附图说明

图1是水中钻孔灌注桩整体结构示意图；

图2是施工平台桩顶连接装置立面结构布置图；

图3是混凝土灌注吊架体系示意图；

图4是图3中的混凝土灌注吊架及轨道在平台上的布置图；

图5是图3中的混凝土灌注吊架的侧视图；

图6是图5中的滑轨详图；

图7是图2中的桩顶连接装置俯视图；

图8是图2中的桩顶连接装置主视图；

图9是钢筋笼沉放接长装置的俯视图；

图10是图9的A-A截面图；

图11是卡杆结构示意图；

图12是可拆卸弧形校准板的立体图；

图13是可拆卸弧形校准板的主视图；

图14是泥浆池分级过滤防护装置示意图；

图15是图14中的泥浆池防护装置示意图；

图16是图14中的泥浆池清渣装置示意图。

附图标记说明：1——钢管桩；2——贝雷梁；3——钻孔平台；4——混凝土灌注吊架；5——电动葫芦；6——吊架主梁；7——吊架支架；8——吊钩；9——滑轨；10——夹轨器；11——槽钢；12——钢垫；13——减震垫；14——L型固定螺栓；15——牛腿；16——左固定卡槽；17——右固定卡槽；18——卡槽连接轴；19——松紧调节螺栓；20——软垫固定头；21——软垫；22——安装螺栓孔；23——限位槽；24——顶部减震垫；25——安装螺栓；26——工字钢；27——底座固定钢板；28——固定螺栓；29——沉放架；30——孔口防护钢板；31——沉放架卡槽；32——第一卡杆；33——第二卡杆；34——钢筋笼；35——钢护筒；36——可拆卸弧形校准板；37——钢筋笼箍筋；38——钢筋笼纵筋；39——卡杆凹口；40——橡胶垫层；41——橡胶套管；42——底座可调节螺栓装置；43——上级钢护筒泥浆池；44——防护网格盖板；45——盖板活动轴；46——锁扣；47——泥浆导流槽；48——骨架中心轴；49——可收缩筛网；50——筛网骨架；51——挂壁钩；52——筛网箍；53——盖板转轴装置；54——锁孔；55——锁链扣；56——剪刀支撑架；57——混凝土导管；58——漏斗；59——钢筋笼沉放接长装置；60——泥浆池防护装置；61——桩顶连接装置；62——下级钢护筒泥浆池。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

所述的施工平台灌注桩混凝土灌注吊架体系，包括钢管桩1、贝雷梁2、钻孔平台3、滑轨9、夹轨器10、槽钢11、混凝土导管57和漏斗58，钢管桩1上端固定在工字钢上，工字钢上方设置贝雷梁2，贝雷梁2上方设置槽钢11；钻孔平台3两侧铺设滑轨9，滑轨9为工字型滑轨，滑轨9下部依次铺设减震垫13和钢垫12，减震垫13和钢垫12通过L型固定螺栓14与平台表面的槽钢11锚固；混凝土灌注吊架4包括电动葫芦5、吊架主梁6、吊架支架7和吊钩8，吊架支架7底部设置夹轨器10，夹轨器10置于滑轨9上，通过夹轨器10的滑动和制动，使混凝土灌注吊架4可以准确移动到灌注孔上方；吊架主梁6上的电动葫芦5连接吊钩8，吊钩8提拉漏斗58和混凝土导管57，通过电动葫芦5和吊钩8准确控制混凝土导管57的提拔速度和垂直度，便于混凝土灌注。

所述的桩顶连接装置，包括钢管桩1、贝雷梁2、牛腿15、左固定卡槽16、右固定卡槽17、卡槽连接轴18、松紧调节螺栓19、软垫固定头20、软垫21、安装螺栓孔22、限位槽23、顶部减震垫24和安装螺栓25，钢管桩1上部外侧设置左固定卡槽16和右固定卡槽17，左右固定卡槽上下端均设有轴孔并通过卡槽连接轴18进行连接，所述卡槽连接轴18上安装有松紧调节螺栓19对钢管桩1顶端进行箍定，槽内侧上下端各安装有软垫固定头20，所述软垫固定头20上安装软垫21，可以加强卡槽和钢管桩之间契合度，减少磨损；左右固定卡槽顶部边缘设有顶部减震垫24，所述顶部减震垫24上方设有限位槽23，所述限位槽23下部设有安装螺栓孔22，卡槽顶部和两侧的牛腿15顶部均通过安装螺栓25与工字钢26连接，快速有效进行桩顶连接；工字钢26上设有贝雷梁2，贝雷梁2上方设有槽钢11；相邻的钢管桩1之间设有剪刀支撑架56。所述左右固定卡槽外侧为圆角，牛腿15位于卡槽两侧，牛腿15顶端安装有限位槽23，限位槽23下部设有安装螺栓孔22。

所述的钢筋笼沉放接长装置，包括沉放架29、底座固定钢板27、孔口防护钢板30、第一卡杆32、第二卡杆33和可拆卸弧形校准板36；沉放架29为正方形结构，上下设有贯同的正方形通孔，沉放架29安放在钢护筒35正上方；沉放架29底部四角焊接有底座固定钢板27并通过固定螺栓28固定，沉放架29顶端四角焊接有孔口防护钢板30用于保护工人施工安全，沉放架29上端四边中间各设有一个卡槽31，卡槽31内安放第一卡杆32和第二卡杆33，第一卡杆32和第二卡杆33上安装可拆卸弧形校准板36，第一卡杆32和第二卡杆33穿过下段的钢筋笼34上端的钢筋笼箍筋37将钢筋笼34卡住固定，上下两段钢筋笼纵筋38通过可拆卸弧形校准板36进行绑扎。所述第二卡杆33中间设有卡杆凹口39，卡杆凹口39与第一卡杆32的尺寸相匹配，便于卡杆平行安放；卡杆表面设置有橡胶垫层40，可以更好的卡固住钢筋笼，防止滑动。所述可拆卸弧形校准板36凹面朝向钢筋笼34，凹面等间隔设置有若干个橡胶套管41，可拆卸弧形校准板36贴近钢筋笼34并通过底座可调节螺栓装置42固定在卡杆上；当分段的钢筋笼进行连接绑扎时，钢筋笼纵筋38通过橡胶套管41限位并进行精准对接绑扎，所述橡胶套管41内径与钢筋笼纵筋38直径相同。

所述的泥浆池分级过滤防护装置，包括上级钢护筒泥浆池43、下级钢护筒泥浆池62、防护网格盖板44、泥浆导流槽47和可收缩筛网49，泥浆池采用施工桩基相邻钢护筒作为循环沉淀池，泥浆池口布置可开合的防护网格盖板44用于安全防护，在相邻钢护筒泥浆池一侧开设有一个开口，下级钢护筒泥浆池62开口较上级钢护筒泥浆池43略低些，上下级钢护筒泥浆池开口通过泥浆导流槽47连接，将泥浆从上级钢护筒泥浆池43开口排至泥浆导流槽47并最终流至下级钢护筒泥浆池62中，下级钢护筒泥浆池62布置可收缩筛网49用于泥浆过滤清渣。所述防护网格盖板44采用热镀锌网格板，盖板转轴装置53焊接在防护网格盖板44与上级钢护筒泥浆池43侧壁上，通过盖板活动轴45进行旋转开合，防护网格盖板44开合口端焊接有锁扣46，锁扣46上的锁孔54通过铁丝或者锁链连接，对两扇盖板进行闭合，达到安全防护的效果。所述可收缩筛网49由筛网骨架50和筛网箍52支撑，可收缩筛网49中心设有骨架中心轴48，筛网骨架50一端由锁链扣55连接挂壁钩51并固定在钢护筒壁上。

所述的水中钻孔灌注桩的施工方法，包括以下步骤：

①搭设桩承式贝雷梁施工平台，为了便于安装和拆卸，平台设计形成模块化、标准化。钢管桩1与贝雷梁2以及工字钢26、槽钢11之间用桩顶连接装置和U型卡子连接成整体，并设置剪刀支撑架56，使其具有足够的稳定性。桩顶连接装置中的左右固定卡槽通过卡槽连接轴18连接，使用松紧调节螺栓19对钢管桩顶端进行箍定，顶部的限位槽23和安装螺栓孔22用于卡槽顶部、牛腿11顶部与工字钢之间的连接锚固，达到快速有效桩顶连接。

②水中桩基护筒采购成品，钢护筒下沉采用双层定位导向架定位。导向架底部与施工平台上预埋钢板通过螺栓连接。利用吊机作为起吊设备，配合振动锤插打钢护筒。沉桩时宜先靠护筒和振动锤的自重，使之沉入土中，待桩身入土达到一定深度确认稳定后再振动下沉。护筒进入持力层，确保施工安全。

③泥浆池采用施工桩基相邻钢护筒作为循环沉淀池。钢护筒泥浆池设置过滤防护装置，泥浆池防护网格盖板采用热镀锌网格板，盖板转轴装置53焊接在网格盖板与钢护筒泥浆池侧壁上，通过盖板活动轴45进行旋转开合，盖板开合口端焊接有锁扣46，通过铁丝或者锁链连接锁扣上的锁孔54对两扇盖板进行闭合，达到安全防护；泥浆池圆形可收缩筛网由筛网骨架50和筛网箍52支撑，筛网骨架50中心设有骨架中心轴48，骨架一端由锁链扣55连接挂壁钩51，将可收缩筛网49固定在钢护筒壁上。过滤的渣石达到一定数量，用等长带绳环缆绳连接挂壁钩，可通过混凝土灌注吊架吊起，起到清渣作用。可以有效循环利用泥浆并定期安排运输车将沉渣外运，杜绝泥浆，沉渣等杂物直接弃入河道中。

④钢筋笼在钢筋加工车间下料加工，采用分段同槽加工制作，根据前场成孔时间，合理安排时间通过钢筋笼运输车运输至钻孔位置，在钻孔验收合格并一清后，现场配备吊车结合钢筋笼沉放接长装置59进行吊装、接长、下放。钢筋笼沉放接长装置的钢筋笼沉放架通过底座固定钢板27和固定螺栓28固定在孔口钢护筒正上方，当分段钢筋笼下放时，利用第一卡杆32和第二卡杆33穿过下放钢筋笼上端的钢筋笼箍筋37将钢筋笼卡住固定，再利用可拆卸弧形校准板36对上下两段钢筋笼纵筋38进行绑扎，绑扎好后拆掉弧形校准板，通过起重吊车将钢筋笼抬起，将卡杆拿出，再下放钢筋笼至第二段钢筋笼的上端使用卡杆固定，以此类推直到完成所有钢筋笼的绑扎和下放。主筋采用滚扎直螺纹机械接头连接。

⑤桩身砼采用泵车灌注，砼由拌合站生产并经罐车运输至现场。沿着钻孔平台3铺设滑轨9，混凝土灌注吊架4通过滑轨准确到达钻孔上方，利用电动葫芦5和吊钩8准确控制混凝土导管57的高度和垂直度。水下混凝土灌注采用拔塞的方法进行，拔塞前存储大罐中有足够的混凝土储备量，保证拔塞后导管的埋置深度大于1m；浇筑混凝土前需在浇筑导管内安设隔水球，待储料斗储满混凝土后，开始“拔塞”浇筑水下混凝土，拔塞后用探照灯检查导管内是否有水，确认导管无漏水后连续浇筑混凝土，不得停顿，保证整桩在混凝土初凝前浇筑完成。

⑥混凝土浇筑完毕1-2小时后提拔钢护筒，检查质量。