深厚填石层止水帷幕潜孔锤跟管咬合综合施工方法与流程

本发明专利涉及深厚填石层止水帷幕施工的技术领域，具体而言，涉及深厚填石层止水帷幕潜孔锤跟管咬合综合施工方法。

背景技术：

咬合灌注桩是现有地基与基础工程中常见的止水帷幕形式，随着工程建设的日益发展，临海及海上工程的大规模开发，常常会遇到开山填海造地而形成的建设用地，该建设用地含有大量的深厚填石，对咬合灌注桩止水帷幕成桩施工影响极大。

当采用全回转钻机成孔工艺，因填石层不规则缝隙、且填石坚硬的特性，易造成套管偏位，下压套管受力不均严重时会出现底端刀头破损无法使用的情况，较大的填石也容易卡在套管内冲抓无法顺利夹出，需要重复破损，导致施工时间长；而采用旋挖钻机硬咬合成孔工艺会出现钻具磨损大、卡钻、塌孔、成孔进度慢、充盈系数大、桩底严重偏斜、开叉等现象。另外，灌注桩普通水下混凝土受其和易性、粘性、流动性的影响，往往容易出现桩身混凝土不密实、蜂窝、麻面、甚至断桩的等现象，严重影响止水帷幕的效果。

针对深厚填石层止水帷幕施工，现有的灌注桩成孔工艺存在诸多弊端，难以按时、经济完成项目施工，且无法保证止水帷幕的效果，亟需一种新的施工方法解决深厚填石层成桩难、时间长、质量差的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供深厚填石层止水帷幕潜孔锤跟管咬合综合施工方法，旨在解决现有技术中，深厚填石层止水帷幕施工成桩难、时间长、质量差的问题。

本发明是这样实现的，深厚填石层止水帷幕潜孔锤跟管咬合综合施工方法，包括以下施工步骤：

s1、施工准备：场地平整，定位放线，施工设备及机具进场；

s2、导墙施工：

1)导墙沟槽开挖：在桩位放样符合要求后进行沟槽开挖，采用人工开挖施工；开挖结束后进行垫层浇筑，浇筑过程中按设计要求严格控制垫层厚度及标高；

2)钢筋绑扎：沟槽钢筋按设计图纸加工、布置，经“三检”合格后，填写隐蔽工程验收单；

3)模板施工：按照设计尺寸支模，模板加固采用钢管支撑，支撑间距不大于1m，安装完毕后进行三检及隐蔽验收；

4)砼浇筑：沟槽砼浇筑时两边对称交替进行；

s3、管靴焊接：

1)护筒切割：对所述护筒进行切割，切割后将所述护筒起吊，并对所述护筒的下端面进行坡口处理；

2)清除坡口周边的防锈漆和杂物，对所述护筒的下端面进行预热；

3)将所述管靴插入所述护筒，焊接在所述护筒上，内侧与下端面同时焊接，以减少焊接变形和残余应力，同时，对焊接位置进行清理，保证干净、平整；

s4、护筒及潜孔锤安装就位：

1)用吊车分别将护筒、钻杆、潜孔锤吊至孔位，调整桩架位置，确保钻杆轴线、护筒中心点、潜孔锤中心点三点一线；

2)所述护筒安放过程中，护筒的垂直度采用测量仪器控制或者用相互垂直的两个方向吊垂直线的方式进行校正；

s5、潜孔锤跟管咬合钻进成孔、终孔：

1)将连续的5条a序桩和5条b序桩划分为一个槽段，先连续完成单槽段内5条a序桩施工，再进行同槽段b序桩施工；

2)开钻前，对桩位、护筒垂直度进行检验；

3)先将所述潜孔锤、钻杆提离孔底20～30cm，开动空压机、钻杆上方的回转电机，待护筒上方出风时，将潜孔锤轻轻放至孔底，开始潜孔锤钻进作业；

4)潜孔锤由多台空压机启动，潜孔锤底部的四个均布的活动钻块外扩并超出护筒直径，随着破碎的渣土或岩屑被吹出桩孔外，护筒紧随潜孔锤下沉，进行有效护壁；

5)钻进过程中，从护筒与钻杆、潜孔锤之间的间隙返出大量钻渣，并堆积在孔口附近；当堆积一定高度时，及时进行清理；

6)施工b序桩前，确保其两侧相邻的a序桩终凝，再进行b序桩施工；

s6、安放灌注导管：

1)根据桩径选用不同直径的灌注导管，下导管前对每节导管进行密封性检查，第一次使用时需做密封水压试验；

2)根据孔深确定配管长度，导管底部距离孔底30～50mm；

3)导管连接时，安放密封圈，上紧拧牢；

s7、灌注水下混凝土成桩：

1)为保证砼初灌时导管埋深在0.8～1.0m，根据桩径选用合适方量的初灌料斗；

2)灌注过程中，用测锤监测砼上升高度，适时提升并拆卸导管，导管埋深控制在4～6m，灌注需连续进行；

3)在混凝土灌注时，将混凝土面灌至与护筒的上端面平齐，并使最上部的最初的存水和混凝土浮浆溢出护筒，确保露出的混凝土面为新鲜混凝土；

4)数根桩连续进行混凝土灌注；

其中混凝土采用低标号c5自密实混凝土，其按质量计，配合比为：水泥200～300，粉煤灰80～150，矿粉50～120，胶凝材料380～480，水80～120，其中，水灰比为0.4～0.43；自密实混凝土中粉体含量要有足够的数量，粗骨料采用5～15mm或5～25mm的粒径，混凝土粘度控制在500～700mm范围内；

s8、振动锤起拔护筒：

1)根据护筒长度，选择激振力20～50t范围的振动锤起拔护筒；

2)护筒上拔后，混凝土会向填石四周扩渗，造成护筒内混凝土面下降，及时向护筒内补充相应量的混凝土。

进一步地，所述护筒套设在所述潜孔锤的外周，所述管靴套设在所述潜孔锤的外周，所述潜孔锤的外周具有朝外凸出的限位部，所述管靴的上端面抵接所述限位部的下端面，所述管靴的下部朝外凸起形成外凸部，所述外凸部具有朝上的上端面，所述外凸部的上端面与所述护筒的下端面焊接固定。

进一步地，沿背离所述潜孔锤的方向，所述外凸部的上端面呈朝下倾斜布置，所述护筒的下端面呈朝下倾斜布置。

进一步地，所述外凸部的上端面的倾斜角度不小于45°。

进一步地，所述管靴呈环形状，所述管靴的内环面与所述潜孔锤的外周面贴合布置。

进一步地，所述管靴的上部的外环面与所述护筒的内壁面贴合焊接布置。

进一步地，所述管靴的外凸部的外环面与所述护筒的外壁面呈平齐布置。

进一步地，所述潜孔锤的下端具有四个镶嵌槽，所述镶嵌槽自下而上呈朝外倾斜布置，并在所述潜孔锤的外周面具有开口，所述四个镶嵌槽中分别嵌设有活动钻块，所述活动钻块在所述镶嵌槽内上下移动，所述活动钻块朝上移动至抵接所述管靴的下端面时，所述活动钻块处于最高位置，所述活动钻块通过所述潜孔锤的外周面开口显露在所述潜孔锤的外周，且所述活动钻块的外侧面部分超出所述管靴的外环面。

进一步地，所述镶嵌槽的两侧具有滑槽，所述活动钻块的两侧具有与所述滑槽对应的两个滑条，所述两个滑条分别嵌入所述滑槽。

进一步地，所述镶嵌槽的底端两侧朝中间分别延伸形成第一抵接板，所述活动钻块的上部朝两侧扩展形成第二抵接板，当所述活动钻块在所述镶嵌槽中朝下移动至所述第一抵接板与所述第二抵接板相互抵接时，所述活动钻块处于最低位置。

与现有技术相比，本发明提供的深厚填石层止水帷幕潜孔锤跟管咬合综合施工方法，具有以下益处：

1、成孔效率高：采用大直径潜孔锤破岩钻进效率高，大直径潜孔锤全断面能一次钻进到位；止水帷幕咬合成桩时，全护筒跟进咬合切割垂直度控制好，咬合效果好，有效解决了深厚填石层传统施工工艺施工进度慢，成桩难的问题；超大风压使得破碎的岩渣，一次性直接吹出孔外，减少了孔内岩渣的重复破碎，其成孔速度是旋挖钻进的5倍以上，大大加快了成孔速度；

2、成桩质量好：采用全护筒跟管钻进，成孔孔型规则，避免了冲击成孔过程中的钻孔孔径随地层的变化，或扩径或缩径情况的发生；同时，桩身混凝土采用自密实混凝土，其自流性强使得在护筒起拔后混凝土能够流过钢筋，填满模板内的任何空隙，在重力作用下可自行密实，能更好地相互咬合紧密，其粘性大的特性使得其受海水的冲刷影响小，不发生离析，止水帷幕效果更佳，成桩质量更有保证；

3、综合成本低：采用潜孔锤跟管钻进和自密实混凝土，使得成桩灌注混凝土超灌量少(充盈系数平均在1.2左右)，而采用旋挖成孔充盈系数平均1.4～1.8之间，节省大量材料费用；同时，采用低标号混凝土，节省了水泥用量，总体施工成本大大降低。

附图说明

图1是本发明的施工流程示意图；

图2是本发明的潜孔锤处于孔底的结构示意图；

图3是图2的局部剖切示意图；

图4是本发明的活动钻块的俯视图；

图5是本发明的潜孔锤的镶嵌槽的俯视剖切示意图；

图6是本发明的管靴的立体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-6所示，为本发明提供的较佳实施例。

本实施例提供的深厚填石层止水帷幕潜孔锤跟管咬合综合施工方法，可以用于咬合灌注桩止水帷幕施工，当然，其也可以用于其它桩孔施工，不仅限制于本实施例中的运用。

深厚填石层止水帷幕潜孔锤跟管咬合综合施工方法，包括以下施工步骤：

s1、施工准备：场地平整，定位放线，施工设备及机具进场；

s2、导墙施工：

1)导墙沟槽开挖：在桩位放样符合要求后进行沟槽开挖，采用人工开挖施工；开挖结束后进行垫层浇筑，浇筑过程中按设计要求严格控制垫层厚度及标高；

2)钢筋绑扎：沟槽钢筋按设计图纸加工、布置，经“三检”合格后，填写隐蔽工程验收单；

3)模板施工：按照设计尺寸支模，模板加固采用钢管支撑，支撑间距不大于1m，安装完毕后进行三检及隐蔽验收；

4)砼浇筑：沟槽砼浇筑时两边对称交替进行；

s3、管靴12焊接：

1)护筒11切割：对护筒11进行切割，切割后将护筒11起吊，并对护筒11的下端面进行坡口处理；

2)清除坡口周边的防锈漆和杂物，对护筒11的下端面进行预热；

3)将管靴12插入护筒11，焊接在护筒11上，内侧与下端面同时焊接，以减少焊接变形和残余应力，同时，对焊接位置进行清理，保证干净、平整；

s4、护筒11及潜孔锤13安装就位：

1)用吊车分别将护筒11、钻杆、潜孔锤13吊至孔位，调整桩架位置，确保钻杆轴线、护筒11中心点、潜孔锤13中心点三点一线；

2)护筒11安放过程中，护筒11的垂直度采用测量仪器控制或者用相互垂直的两个方向吊垂直线的方式进行校正；

s5、潜孔锤13跟管咬合钻进成孔、终孔：

1)将连续的5条a序桩和5条b序桩划分为一个槽段，先连续完成单槽段内5条a序桩施工，再进行同槽段b序桩施工；

2)开钻前，对桩位、护筒11垂直度进行检验；

3)先将潜孔锤13、钻杆提离孔底20～30cm，开动空压机、钻杆上方的回转电机，待护筒11上方出风时，将潜孔锤13轻轻放至孔底，开始潜孔锤13钻进作业；

4)潜孔锤13由多台空压机启动，潜孔锤13底部的四个均布的活动钻块17外扩并超出护筒11直径，随着破碎的渣土或岩屑被吹出桩孔外，护筒11紧随潜孔锤13下沉，进行有效护壁；

5)钻进过程中，从护筒11与钻杆、潜孔锤13之间的间隙返出大量钻渣，并堆积在孔口附近；当堆积一定高度时，及时进行清理；

6)施工b序桩前，确保其两侧相邻的a序桩终凝，再进行b序桩施工；

s6、安放灌注导管：

1)根据桩径选用不同直径的灌注导管，下导管前对每节导管进行密封性检查，第一次使用时需做密封水压试验；

2)根据孔深确定配管长度，导管底部距离孔底30～50mm；

3)导管连接时，安放密封圈，上紧拧牢；

s7、灌注水下混凝土成桩：

1)为保证砼初灌时导管埋深在0.8～1.0m，根据桩径选用合适方量的初灌料斗；

2)灌注过程中，用测锤监测砼上升高度，适时提升并拆卸导管，导管埋深控制在4～6m，灌注需连续进行；

3)在混凝土灌注时，将混凝土面灌至与护筒11的上端面平齐，并使最上部的最初的存水和混凝土浮浆溢出护筒11，确保露出的混凝土面为新鲜混凝土；

4)数根桩连续进行混凝土灌注；

其中混凝土采用低标号c5自密实混凝土，其按质量计，配合比为：水泥200～300，粉煤灰80～150，矿粉50～120，胶凝材料380～480，水80～120，其中，水灰比为0.4～0.43；自密实混凝土中粉体含量要有足够的数量，粗骨料采用5～15mm或5～25mm的粒径，混凝土粘度控制在500～700mm范围内；

s8、振动锤起拔护筒11：

1)根据护筒11长度，选择激振力20～50t范围的振动锤起拔护筒11；

2)护筒11上拔后，混凝土会向填石四周扩渗，造成护筒11内混凝土面下降，及时向护筒11内补充相应量的混凝土。

上述的深厚填石层止水帷幕潜孔锤跟管咬合综合施工方法，具有以下益处：

1、成孔效率高：采用大直径潜孔锤13破岩钻进效率高，大直径潜孔锤13全断面能一次钻进到位；止水帷幕咬合成桩时，全护筒11跟进咬合切割垂直度控制好，咬合效果好，有效解决了深厚填石层传统施工工艺施工进度慢，成桩难的问题；超大风压使得破碎的岩渣，一次性直接吹出孔外，减少了孔内岩渣的重复破碎，其成孔速度是旋挖钻进的5倍以上，大大加快了成孔速度；

2、成桩质量好：采用全护筒11跟管钻进，成孔孔型规则，避免了冲击成孔过程中的钻孔孔径随地层的变化，或扩径或缩径情况的发生；同时，桩身混凝土采用自密实混凝土，其自流性强使得在护筒11起拔后混凝土能够流过钢筋，填满模板内的任何空隙，在重力作用下可自行密实，能更好地相互咬合紧密，其粘性大的特性使得其受海水的冲刷影响小，不发生离析，止水帷幕效果更佳，成桩质量更有保证；

3、综合成本低：采用潜孔锤13跟管钻进和自密实混凝土，使得成桩灌注混凝土超灌量少(充盈系数平均在1.2左右)，而采用旋挖成孔充盈系数平均1.4～1.8之间，节省大量材料费用；同时，采用低标号混凝土，节省了水泥用量，总体施工成本大大降低。

其中，潜孔锤13是以压缩空气作为动力，压缩空气由空气压缩机提供，经钻机、钻杆进入潜孔冲击器，推动潜孔锤13工作，利用潜孔锤13往复冲击，来达到破碎岩石的目的，被破碎的岩屑随潜孔锤13工作后排出的空气携带到地表，其特点是冲击频率高，低冲程，破碎的岩屑颗粒小，便于压缩空气携带，孔底清洁，岩屑在钻杆与套管间的间隙中上升过程中不容易形成堵塞，整体工作效率高。

护筒11套设在潜孔锤13的外周，管靴12套设在潜孔锤13的外周，潜孔锤13的外周具有朝外凸出的限位部14，管靴12的上端面抵接限位部14的下端面，管靴12的下部朝外凸起形成外凸部15，外凸部15具有朝上的上端面，外凸部15的上端面与护筒11的下端面焊接固定。

在潜孔锤13朝下钻进的过程中，限位部14抵接管靴12使得管靴12朝下移动，管靴12与护筒11焊接固定，从而实现了护筒11跟随潜孔锤13同步钻进，在潜孔锤13破碎深厚填石的同时，护筒11有效避免了桩孔坍塌，同时保证桩孔直径上下保持一致，桩孔垂直度得到保障，提高了后续灌注形成的灌注桩桩身质量，护筒11跟随潜孔锤13同步钻进，也提高了施工效率。

沿背离潜孔锤13的方向，外凸部15的上端面呈朝下倾斜布置，护筒11的下端面呈朝下倾斜布置，保证护筒11与管靴12焊接时的焊缝填埋饱满，有利于保证焊接质量。

外凸部15的上端面的倾斜角度不小于45°。

管靴12呈环形状，管靴12的内环面与潜孔锤13的外周面贴合布置，避免潜孔锤13钻进过程中，管靴12发生晃动，提高管靴12与护筒11的稳定性。

管靴12的上部的外环面与护筒11的内壁面贴合焊接布置，管靴12与护筒11紧密贴合焊接，整体性更高，减少二者之间的错位晃动，有利于避免焊缝开裂。

管靴12的外凸部15的外环面与护筒11的外壁面呈平齐布置。

潜孔锤13的下端具有四个镶嵌槽16，镶嵌槽16自下而上呈朝外倾斜布置，并在潜孔锤13的外周面具有开口，四个镶嵌槽16中分别嵌设有活动钻块17，活动钻块17在镶嵌槽16内上下移动，活动钻块17朝上移动至抵接管靴12的下端面时，活动钻块17处于最高位置，活动钻块17通过潜孔锤13的外周面开口显露在潜孔锤13的外周，且活动钻块17的外侧面部分超出管靴12的外环面。

潜孔锤13朝下钻进时，活动钻块17的下端受到朝上的压力，使得活动钻块17沿着镶嵌槽16朝上移动，由于镶嵌槽16自下而上朝外倾斜，活动钻块17会同时朝外侧移动，最终活动钻块17抵接管靴12的下端面时，活动钻块17通过潜孔锤13的开口显露在潜孔锤13的外周，且部分外侧面超出管靴12的外环面，即潜孔锤13加上活动钻块17形成的最大直径大于管靴12或者护筒11的外径，保证了钻进形成的桩孔有足够的空间允许护筒11朝下移动，避免护筒11遇到较大阻力而导致与管靴12脱离。

镶嵌槽16的两侧具有滑槽18，活动钻块17的两侧具有与滑槽18对应的两个滑条19，两个滑条19分别嵌入滑槽18，活动钻块17在镶嵌孔内移动时，滑条19也在滑槽18内移动，滑槽18与滑条19的相嵌对活动钻块17起到限位作用，避免活动钻块17朝外脱离镶嵌槽16。

镶嵌槽16的底端两侧朝中间分别延伸形成第一抵接板20，活动钻块17的上部朝两侧扩展形成第二抵接板21，当活动钻块17在镶嵌槽16中朝下移动至第一抵接板20与第二抵接板21相互抵接时，活动钻块17处于最低位置，第一抵接板20与第二抵接板21的抵接对活动钻块17起到限位作用，避免活动钻块17朝下移动从镶嵌槽16的下端脱离。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。