申请/专利权人：天津港航工程有限公司;天津港航桩业有限公司

申请日：2018-08-28

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109083134B

主分类号：E02D5/38

分类号：E02D5/38;E21B4/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.01.18#实质审查的生效;2018.12.25#公开

摘要：本发明公开了一种环形钻孔嵌岩桩施工方法及设备，施工方法包括依次进行的打设钢护筒、采用沿圆周方向连续排布呈环形的多个潜孔锤钻进形成具有环形断面的钻孔、沿钢护筒内壁打设钢管桩、在所述钢管桩与具有环形断面的钻孔之间的内外侧空隙处灌注有混凝土层和灌注过程中拔出钢护筒；设备包括自上而下依次连接的钢桁架、环形底盘、多根沿圆周方向竖直设置在环形底盘下方的钻杆和多个一一对应安装在钻杆底端的潜孔锤；相邻潜孔锤上下错落布置且钻头在同一水平面上的投影部分重合；该施工方法及相应设备采用潜孔锤钻孔形成可植入嵌岩桩的环形断面，降低了大直径嵌岩桩施工成本，钻进效率高、成孔质量好，尤其对坚硬岩层的钻进，钻进效率提高更为明显。

主权项：1.一种环形钻孔嵌岩桩施工方法，其特征在于，步骤如下：S1、将钢护筒1起吊至施工位置的正上方，起吊打桩锤打设所述钢护筒1至所述钢护筒的底端端面到达岩层顶面处；S2、架设钻机，通过与每个潜孔锤3连接的钻杆2将沿圆周方向连续排布呈环形的多个潜孔锤3沿所述钢护筒1内壁下放，同时启动潜孔锤3依次冲钻土层和岩层至桩底标高处，形成具有环形断面的钻孔4；S3、沿所述钻孔4的孔壁打设钢管桩5至所述钢管桩5的底端端面达到设计标高处，使所述钢管桩5嵌入至具有环形断面的钻孔4内；沿圆周方向连续排布呈环形的多个潜孔锤3为环形组合式潜孔锤钻进设备，包括自上而下依次连接的钢桁架7、环形底盘8、多根竖直设置且沿圆周方向均布设在环形底盘8下方的钻杆2和多个与钻杆2数量一致且分别一一对应安装在每根钻杆2底端的潜孔锤3；其中，相邻潜孔锤3上下错落布置，且相邻潜孔锤3的钻头在同一水平面上的投影部分重合；S4、在所述钢管桩5内壁与所述钻孔4孔壁之间的空隙处，以及所述钢管桩5外壁与所述钻孔4孔壁之间的空隙处灌注有混凝土层；S5、当混凝土灌注至土层段时，在混凝土初凝前拔出所述钢护筒1，或边灌注混凝土边拔出所述钢护筒1，即完成一个嵌岩桩的施工。

全文数据：一种环形钻孔嵌岩桩施工方法及设备技术领域本发明涉及嵌岩桩施工技术领域，特别涉及一种环形钻孔嵌岩桩施工方法及设备。背景技术在桩基基础结构中，嵌岩桩具有承载力高、沉降量小的优点，嵌岩桩在公路、桥梁、港口、风电等领域广泛应用，并已逐渐向大直径嵌岩桩发展，对于硬岩钻进，潜孔锤是一种行之有效的钻进设备，近些年来发展迅速，应用领域不断拓宽。现有嵌岩桩施工需对钻孔进行全断面破碎，对于大直径硬岩钻孔，碎岩面积随孔径平方值增大，全断面钻进必然使潜孔锤碎岩能量大幅度增加，从而使动力设备庞大，动力消耗高，增加钻孔成本，环形断面钻进可大幅度减小碎岩面积，节省能耗，提高效率。发明内容本发明的目的是提供一种能够克服现有嵌岩桩施工需要全断面破碎岩石的缺点的环形钻孔嵌岩桩施工方法。本发明的另一目的是提供一种适用于上述环形钻孔嵌岩桩施工方法的环形组合式潜孔锤钻进设备。为此，本发明技术方案如下：一种环形钻孔嵌岩桩施工方法，步骤如下：S1、将钢护筒起吊至施工位置的正上方，起吊打桩锤打设所述钢护筒至所述钢护筒的底端端面到达岩层顶面处；S2、架设钻机，通过与每个潜孔锤连接的钻杆将沿圆周方向连续排布呈环形的多个潜孔锤沿所述钢护筒内壁下放，同时启动潜孔锤依次冲钻土层和岩层至桩底标高处，形成具有环形断面的钻孔；其中，沿圆周方向连续排布呈环形的多个潜孔锤通过调整与其连接钻杆的长度，使相邻潜孔锤上下错落布置且相邻潜孔锤的钻头在同一水平面上的投影部分重合；S3、沿所述具有环形断面的钻孔孔壁打设钢管桩至所述钢管桩的底端端面达到设计标高处，使所述钢管桩嵌入至具有环形断面的钻孔内；S4、在所述钢管桩内壁与所述具有环形断面的钻孔孔壁之间的空隙处，以及所述钢管桩外壁与所述具有环形断面的钻孔孔壁之间的空隙处灌注有混凝土层；S5、当混凝土灌注至土层段时，在混凝土初凝前拔出所述钢护筒，或边灌注混凝土边拔出所述钢护筒，即完成一个嵌岩桩的施工。优选，在步骤S1中，所述钢护筒的高度大于施工位置处的土层深度。优选，在步骤S2中，潜孔锤钻进的同时进行清孔排渣。优选，所述钢护筒的直径比所述钢管桩的直径至少大1000mm。优选，所述钢管桩的内径比所述钻孔的内径至少大400mm；所述钻孔的外径比所述钢管桩的外径至少大400mm。优选，灌注在所述钢管桩内壁与所述具有环形断面的钻孔孔壁之间空隙处的混凝土层的高度≥2m。优选，灌注在所述钢管桩外壁与所述具有环形断面的钻孔孔壁之间空隙处的混凝土层的高度与土层顶面齐平或略超出土层顶面。一种适用于嵌岩桩施工的环形组合式潜孔锤钻孔设备，包括自上而下依次连接的钢桁架、环形底盘、多根竖直设置且沿圆周方向均布设在环形底盘下方的钻杆和多个与钻杆数量一致且分别一一对应安装在每根钻杆底端的潜孔锤；其中，相邻潜孔锤上下错落布置，且相邻潜孔锤的钻头在同一水平面上的投影部分重合。进一步地，该设备还包括用于与钻机连接的钻机连接端头，所述钢桁架的顶端固定在钻机连接端头的底端。进一步地，潜孔锤为气动潜孔锤。进一步地，钻杆采用可伸缩钻杆或由多根短钻杆首尾依次连接形成。进一步地，钻杆的顶端通过法兰盘或连接销与环形底盘可拆卸固定连接，钻杆的底端通过铸钢接头与潜孔锤固定连接。与现有技术相比，该环形钻孔嵌岩桩施工方法采用潜孔锤钻孔形成可植入嵌岩桩的环形断面，与全断面破碎施工相比极大的减少了破碎岩石以及灌注混凝土的工程量，降低了大直径嵌岩桩施工成本，同时潜孔锤以其巨大的冲击力能够有效破碎岩石，钻进效率高，成孔质量好，尤其对坚硬岩层的钻进，钻进效率提高更为明显。而对应设计的环形组合式潜孔锤钻孔设备通过沿圆周方向排布成环形的多个潜孔锤同步进行环形钻孔，与全断面破碎施工相比极大地减少了破碎岩石的工程量，提高了钻孔效率，降低了大直径嵌岩桩施工成本，同时采用潜孔锤钻孔，解决了硬岩层成孔的施工难题。附图说明图1为本发明的实施例1的环形钻孔嵌岩桩施工方法的钢护筒打设完成的结构示意图；图2为本发明的实施例1的环形钻孔嵌岩桩施工方法的潜孔锤钻孔过程的结构示意图；图3为本发明的实施例1的环形钻孔嵌岩桩施工方法的环形断面钻孔的结构示意图；图4为本发明的实施例1的环形钻孔嵌岩桩施工方法的钢管桩植入环形断面钻孔的结构示意图；图5为本发明的实施例1的环形钻孔嵌岩桩施工方法的嵌岩桩施工完成的结构示意图；图6为本发明的实施例2的环形组合式潜孔锤钻进设备的结构示意图；图7为本发明的实施例2的环形组合式潜孔锤钻进设备的俯视图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。实施例1如图1～5所示，该环形钻孔嵌岩桩施工方法具体包括如下步骤：步骤一、如图1所示，利用起重设备将钢护筒1起吊至施工位置的正上方，起吊打桩锤打设钢护筒1至钢护筒1的底端端面到达岩层顶面处，且钢护筒1的打设位置应保证钢护筒1的中心线与桩位中心线重合；其中，钢护筒1为筒体结构，其高度大于施工位置处土层的深度，使其打设完成后顶端端面仍高出于土层一段距离；步骤二、如图2所示，吊离打桩锤，架设钻机，通过与每个潜孔锤3的钻杆2将沿圆周方向连续排布呈环形的多个潜孔锤3沿钢护筒1内壁下放，同时启动潜孔锤3依次冲钻土层和岩层至桩底标高处，形成具有环形断面的钻孔4，如图3所示；钻孔完成后，吊离钻机；其中，沿圆周方向连续排布呈环形的多个潜孔锤3通过调整与其连接钻杆2的长度，使相邻潜孔锤3上下错落布置且相邻潜孔锤3的钻头在同一水平面上的投影部分重合，实现相邻潜孔锤3钻出来的圆形钻孔相交重叠，最终形成一个贯通的具有环形断面的钻孔；另外，潜孔锤3均采用具有气动排渣系统的气动潜孔锤，实现在潜孔锤3钻进的同时进行清孔排渣工序；另外，潜孔锤下放时与钢护筒内壁有一定安全距离；步骤三、如图4所示，架设打桩设备，沿具有环形断面的钻孔4孔壁向下打设钢管桩5至钢管桩5的底端端面达到设计标高处，使钢管桩5嵌入至具有环形断面的钻孔4内；其中，钢管桩5为钢制的圆柱形空心管桩，且相对于钢护筒1和钻孔的尺寸来说，钢护筒1的直径比钢管桩5的直径至少大1000mm，钢管桩5的内径比钻孔4的内径至少大400mm，钻孔4的外径比钢管桩5的外径至少大400mm；步骤四、在钢管桩5内壁与具有环形断面的钻孔4孔壁之间的空隙处，以及钢管桩5外壁与具有环形断面的钻孔4孔壁之间的空隙处灌注有混凝土层6；其中，灌注在钢管桩5内壁与具有环形断面的钻孔4孔壁之间空隙处的混凝土层的高度≥2m，灌注在钢管桩5外壁与具有环形断面的钻孔4孔壁之间空隙处的混凝土层的高度与土层顶面齐平或略超出土层顶面，保证钢管桩5与具有环形断面的钻孔4的孔底和孔壁紧固结合；另外，在施工中，灌注施工机械不得碰撞钢管桩和岩土面，灌注混凝土为至下往上灌浆，直到从土层表面溢出为止；步骤五、在位于土层段灌注混凝土时，在混凝土初凝前拔出钢护筒1，或边灌注混凝土边拔出钢护筒1；如图5所示，钢护筒拔出后即完成一个嵌岩桩的施工完成。重复上述步骤一至步骤五，直至在施工区域完成全部嵌岩桩的施工。通过采用上述方法利用沿圆周方向连续排布呈环形的多个潜孔锤钻进形成具有环形断面的钻孔，实现将大直径钢管桩植入钻孔内，克服了现有嵌岩桩施工需要全断面破碎岩石的缺点，有效提高了施工效率。实施例2如图6～7所示，该适用于嵌岩桩施工的环形组合式潜孔锤钻孔设备包括自上而下依次连接的钻机连接端头9、钢桁架7、环形底盘8、多根钻杆2和多个潜孔锤3；其中，钻机连接端头9、钢桁架7和环形底盘8依次焊接连接固定；如图7所示，在环形底盘8上且邻近边缘处沿圆周方向均布开设有与钻杆的数量一致的多个接口10，自环形底盘8下方在每个接口10处焊接有一连接法兰；每根钻杆2竖直设置在环形底盘8下方，且沿环形底盘8圆周方向均布设置，在每根钻杆2的顶端设置有与焊接在环形底盘8上的连接法兰型号相同的连接法兰，使多根钻杆2分别一一对应在接口10下方，且通过设置在顶端的连接法兰可拆卸固定在设置于环形底盘8的接口10处的连接法兰处；潜孔锤3的数量与钻杆的数量一致，其分别一一对应地通过可拆卸铸钢接头连接在根钻杆2的底端；每根钻杆2均采用可伸缩钻杆，便于根据需求调节其自身长度，通过调节每根钻杆2的相对长度，使连接固定在钻杆2底端的潜孔锤3呈上下错落布置，避免上下错落布置的潜孔锤在钻孔作业过程中相互影响；其中，连接在潜孔锤顶端的钻杆的长度应保证潜孔锤钻进形成的深度最浅的钻孔满足设计标高的要求；其中，潜孔锤3采用具有气动排渣系统的气动潜孔锤。如图2所示，采用该钻孔施工将组合式潜孔锤钻孔设备进行钻孔施工时，首先将该设备下放至施工位置并对准孔位，保证设置在相同长度的钻杆2底端的各个潜孔锤3处于同一水平面上；然后启动潜孔锤3开始进行钻进作业，在地层形成具有环形断面的钻孔4，如图3所示；钻进过程中破碎的岩渣通过循环系统排出至地面；当设置在较短的钻杆底端的潜孔锤3向下钻进至设计标高处时，钻进施工作业完成，而设置在较长的钻杆底端的潜孔锤3钻进形成的深度超过底层标高的孔则通过后续的混凝土灌注封底作业实现填充。以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种环形钻孔嵌岩桩施工方法，其特征在于，步骤如下：S1、将钢护筒1起吊至施工位置的正上方，起吊打桩锤打设所述钢护筒1至所述钢护筒的底端端面到达岩层顶面处；S2、架设钻机，通过与每个潜孔锤3连接的钻杆2将沿圆周方向连续排布呈环形的多个潜孔锤3沿所述钢护筒1内壁下放，同时启动潜孔锤3依次冲钻土层和岩层至桩底标高处，形成具有环形断面的钻孔4；S3、沿所述钻孔4的孔壁打设钢管桩5至所述钢管桩5的底端端面达到设计标高处，使所述钢管桩5嵌入至具有环形断面的钻孔4内；S4、在所述钢管桩5内壁与所述钻孔4孔壁之间的空隙处，以及所述钢管桩5外壁与所述钻孔4孔壁之间的空隙处灌注有混凝土层；S5、当混凝土灌注至土层段时，在混凝土初凝前拔出所述钢护筒1，或边灌注混凝土边拔出所述钢护筒1，即完成一个嵌岩桩的施工。2.根据权利要求1所述的环形钻孔嵌岩桩施工方法，其特征在于，在步骤S1中，所述钢护筒1的高度大于施工位置处的土层深度。3.根据权利要求1所述的环形钻孔嵌岩桩施工方法，其特征在于，在步骤S2中，在潜孔锤3钻进的同时进行清孔排渣工序。4.根据权利要求1所述的环形钻孔嵌岩桩施工方法，其特征在于，所述钢护筒1的直径比所述钢管桩5的直径至少大1000mm。5.根据权利要求1所述的环形钻孔嵌岩桩施工方法，其特征在于，所述钢管桩5的内径比所述钻孔4的内径至少大400mm；所述钻孔4的外径比所述钢管桩5的外径至少大400mm。6.根据权利要求1所述的环形钻孔嵌岩桩施工方法，其特征在于，灌注在所述钢管桩5内壁与所述具有环形断面的钻孔4孔壁之间空隙处的混凝土层的高度≥2m。7.根据权利要求1所述的环形钻孔嵌岩桩施工方法，其特征在于，灌注在所述钢管桩5外壁与所述具有环形断面的钻孔孔壁之间空隙处的混凝土层的高度与土层顶面齐平或略超出土层顶面。8.一种适用于如权利要求1所述的环形钻孔嵌岩桩施工方法的环形组合式潜孔锤钻进设备，其特征在于，包括自上而下依次连接的钢桁架7、环形底盘8、多根竖直设置且沿圆周方向均布设在环形底盘8下方的钻杆2和多个与钻杆2数量一致且分别一一对应安装在每根钻杆2底端的潜孔锤3；其中，相邻潜孔锤3上下错落布置，且相邻潜孔锤3的钻头在同一水平面上的投影部分重合。9.根据权利要求8所述的环形组合式潜孔锤钻进设备，其特征在于，还包括用于与钻机连接的钻机连接端头9，所述钢桁架7的顶端固定在钻机连接端头9的底端。

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