砂岩地区锚固桩机械干作业成孔施工工法

技术领域

本发明涉及桩基施工领域。更具体地说，本发明涉及一种砂岩地区锚固桩机械干作业成孔施工工法。

背景技术

锚固桩以及以锚固桩为基础的桩板墙是土木工程领域常见的挡土、止滑构筑物，为提高桩身刚度常设计为大截面矩形型式。

方形截面的锚固桩一般无法采用圆形钻头的冲击钻、旋挖钻等成孔作业，因而传统锚固桩的成孔作业主要依靠人工凿孔配合静态爆破、火工爆破等方法进行，在硬岩地层中可采用水磨钻取芯。然而人工挖孔桩有诸多弊端。首先，人工挖孔作业效率低下，作业速度慢，人员劳动强度高，在人工成本不断上升的当下，人工挖孔的成本优势也在逐渐丧失；其次，人工挖孔桩需要人员井下作业，易受井下有毒、有害气体、突泥涌水、孔壁坍塌、施工用电、物体打击等侵害而发生人身安全事故，即使没有人身伤害，作业人员也可能因长期遭受粉尘影响而罹患职业病；再次，为确保井下人员安全需对井壁进行混凝土护壁加固，随开挖深度逐节增加，这一方面消耗了大量的钢筋、混凝土及模板等周转材料，增加成本投入，另一方面，护壁钢筋的绑扎、模板支设、混凝土浇筑、等强等消耗了大量的时间，延长了施工工期。

基于上述情况，开发高效率、低成本、质量安全可控的锚固桩成孔作业新方法是非常必要的。

发明内容

本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种砂岩地区锚固桩机械干作业成孔施工工法，包括以下步骤：

S1、测量放样，完成十字护桩施工；

S2、护筒安装；

S3、桩身开挖包括：通过旋挖钻机采用干作业施工在锚固桩方孔范围内多处引孔至桩底，更换方形铣孔钻头，采用干作业施工对桩孔进行修整，得到符合设计要求的方形桩孔，且免去混凝土护壁施工；

S4、钢筋制作绑扎完成后吊装钢筋笼，钢筋笼吊装完成后，进行孔底沉渣厚度检查，合格后应立即浇灌混凝土；

S5、桩基混凝土浇筑采用输送泵配合串筒进行，插入式振动棒捣固；桩基混凝土灌注根据现场实际情况采取清水灌注或干孔灌注施工工艺，桩身灌注连续作业，一次浇注完成。

优选的是，所述步骤S1具体包括施工放样前计算复核坐标及高程，复核无误后进行施工放样，埋设十字护桩，十字护桩用砂浆或混凝土进行加固保护。

优选的是，所述步骤S2中护筒安装中，护筒采用钢板制作，按照设计要求埋设厚度为6～12mm的方形钢护筒；

埋设到位的护筒，护筒中心与桩中心的平面偏差应不大于50mm，护筒在竖向方向的倾斜度不大于1％；

钻孔、吊放钢筋笼及浇筑混凝土过程中不得撞击护筒。当利用护筒固定钢筋笼和支撑浇筑漏斗时，应采取可靠措施，防止护筒下沉、上浮或破坏。

优选的是，所述步骤S3中方形铣孔钻头对桩孔进行修整具体包括：

方形铣孔钻头对桩孔从顶部到底部进行粗铣孔；完成粗铣孔后在方形铣孔钻头的下方安装定位机构；

所述方形铣孔钻头包括：安装架、液压驱动装置、铣削轮；所述安装架的左右两侧对称安装有第一铣削轮，安装架下部前后两侧对称安装有第二铣削轮，所述第一铣削轮和第二铣削轮的轴线平行，所述第一铣削轮通过第一液压驱动装置驱动转动，所述第一液压驱动装置设置为控制两个第一铣削轮同步转动或其中一个第一铣削轮转动，所述第二铣削轮通过第二液压驱动装置驱动其转动，所述第二液压驱动装置设置为控制两个第二铣削轮同步转动或其中一个第二铣削轮转动；

所述定位机构包括：连接架、红外测距传感器和滑动架总成；所述连接架可拆卸的安装于安装架上，所述滑动架总成包括两个第一滑动架和一个第二滑动架，所述第一滑动架对称安装于第二滑动架的左右两侧，所述第一滑动架对应位于第一铣削轮的下方，所述第二滑动架对应位于第二铣削轮的下方，所述滑动架总成平行于安装架宽度方向的中线设置，所述第一滑动架由上至下间隔设置有多个第一滑轨，所述第二滑动架由上至下间隔设置有多个第二滑轨，第一滑轨的滑块前后两侧均设置有红外测距传感器；

控制器，其与钻机钻杆、第一液压驱动装置、第二液压驱动装置、第一滑轨、第二滑轨以及红外测距传感器连接并对红外测距传感器设置有对应编号；计算存储模块，其与控制器连接；

所述控制器设置为：滑动架总成位于桩孔最上方，所述控制器控制方形铣孔钻头对应铣削面的所有红外测距传感器在第一滑动架/第二滑动架的一侧滑动至另一侧、期间定点停留设定时间并检测距离桩孔的距离，所述控制器将红外测距传感器检测的距离传输至计算存储模块，计算存储模块筛选检测距离L小于设定距离L

优选的是，计算存储模块筛选检测距离L小于设定距离L

当ΔL＜L

当L

当ΔL≥L

其中，所述t

优选的是，所述第一滑轨数量和所述第二滑轨数量相同，且第一滑轨和所述第二滑轨一一对应设置，使两侧的第一滑轨和中间的第二滑轨位于一条直线上。

本发明至少包括以下有益效果：

1.机械成孔代替了人工挖孔成孔，可大幅提高作业效率，加快施工进度，规避人员下孔造成的人身伤害，降低了施工现场的安全隐患和管理难度。

2.仅将旋挖钻回转斗钻头替换为方形铣孔钻头即可实现方桩成孔作业。铣孔时能够快速定位修边，提高修边质量。

3.全程采用干作业法成孔，并且取消了钢筋混凝土护壁，钢筋笼采用预制吊装安装，进一步降低施工成本，缩短成孔周期，经济性良好。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明十字护桩施工示意图；

图2是本发明旋挖引孔示意图；

图3是本发明方形铣孔钻头示意图；

图4是实际成桩效果图。

附图标记说明：1十字护桩，2引孔，3护筒，4安装架，5第一铣削轮，6第二铣削轮，7第一滑动架，8第二滑动架，9红外测距传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

以下结合附图及实施对本发明作进一步的详细说明，其具体实施过程如下：

本发明提供一种砂岩地区锚固桩机械干作业成孔施工工法，如图1～4所示，包括以下步骤：

S1、测量放样，如图1所示，完成十字护桩1施工；

S2、护筒3安装；

S3、桩身开挖包括：如图2所示，通过旋挖钻机采用干作业施工在锚固桩方孔范围内多处引孔2至桩底，更换方形铣孔钻头，采用干作业施工对桩孔进行修整，得到符合设计要求的方形桩孔，且免去混凝土护壁施工；

S4、钢筋制作绑扎完成后吊装钢筋笼，钢筋笼吊装完成后，进行孔底沉渣厚度检查，合格后应立即浇灌混凝土；

S5、桩基混凝土浇筑采用输送泵配合串筒进行，插入式振动棒捣固；桩基混凝土灌注根据现场实际情况采取清水灌注或干孔灌注施工工艺，桩身灌注连续作业，一次浇注完成。

在上述技术方案中，砂岩地区锚固桩机械干作业成孔施工基本工艺原理是利用现有旋挖钻机代替人工挖孔施工。具体包括：首先，采用旋挖钻机在锚固桩方孔范围内多处引孔2至桩底，以查明桩孔地质情况，并将该孔作为后期铣孔修边的盛渣、掏渣孔；其次，旋挖钻钻头更换成特制的方形铣孔钻头，利用旋挖钻的动力对桩孔进行修整，以得到符合设计要求的方形桩孔，修整的渣土落入引孔2，待达到一定深度后采用旋挖钻圆钻掏孔清渣，铣孔修边、掏孔清渣交替进行直至桩底；再次，引孔2以及铣孔修边均为干作业施工，并且免去混凝土护壁施工；最后，成孔后吊装预先绑扎好的钢筋笼，然后浇筑混凝土成桩。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述步骤S1具体包括施工放样前计算复核坐标及高程，复核无误后进行施工放样，如图1所示，埋设十字护桩1，十字护桩1必须用砂浆或混凝土进行加固保护，以备开挖过程中对桩位进行检验。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述步骤S2中护筒3安装中，护筒3采用钢板制作，按照设计要求埋设厚度为6～12mm的方形钢护筒3；设计无要求时，当旱地或浅水埋设护筒3时，对于不透水地层，埋深不得少于1.0m；对于透水地层埋设深度同上，但宜用不透水土换填至护筒3刃脚下不少于0.5m，换填宽度大于方形护筒30.5～1.0m。护筒3顶面高出施工地面0.5m或地下水位2.0m以上。

埋设到位的护筒3，护筒3中心与桩中心的平面偏差应不大于50mm，护筒3在竖向方向的倾斜度不大于1％，多节护筒3连接时，护筒3接缝应牢固、无突出物。

钻孔、吊放钢筋笼及浇筑混凝土过程中不得撞击护筒3。当利用护筒3固定钢筋笼和支撑浇筑漏斗时，应采取可靠措施，防止护筒3下沉、上浮或破坏。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述步骤S3中方形铣孔钻头对桩孔进行修整具体包括：

方形铣孔钻头对桩孔从顶部到底部进行粗铣孔，粗铣孔后其壁面为坑凹不平整状态，还需反复多次的铣孔进行修整，但方形铣孔钻头下行到桩身下部时，操作人员看不见孔内情况，无法准确操作，即便设置摄像头，钻头在施工作业时，由于是干作业，视线差，根据摄像头来判断铣孔部位也存在定位不准的问题，往往需要多次调位铣孔，十分影响施工效率；完成粗铣孔后在方形铣孔钻头的下方安装定位机构，来解决上述技术问题；

如图3所示，所述方形铣孔钻头包括：安装架4、液压驱动装置、铣削轮；所述安装架4的左右两侧对称安装有第一铣削轮5，安装架4下部前后两侧对称安装有第二铣削轮6，所述第一铣削轮5和第二铣削轮6的轴线平行，所述第一铣削轮5通过第一液压驱动装置驱动转动，所述第一液压驱动装置设置为控制两个第一铣削轮5同步转动或其中一个第一铣削轮5转动，所述第二铣削轮6通过第二液压驱动装置驱动其转动，所述第二液压驱动装置设置为控制两个第二铣削轮6同步转动或其中一个第二铣削轮6转动；

所述定位机构包括：连接架、红外测距传感器9和滑动架总成；所述连接架可拆卸的安装于安装架4上，所述滑动架总成包括两个第一滑动架7和一个第二滑动架8，所述第一滑动架7对称安装于第二滑动架8的左右两侧，所述第一滑动架7对应位于第一铣削轮5的下方，所述第二滑动架8对应位于第二铣削轮6的下方，所述滑动架总成平行于安装架4宽度方向的中线设置，所述第一滑动架7由上至下间隔设置有多个第一滑轨，所述第二滑动架8由上至下间隔设置有多个第二滑轨，第一滑轨的滑块前后两侧均设置有红外测距传感器9；

控制器，其与钻机钻杆、第一液压驱动装置、第二液压驱动装置、第一滑轨、第二滑轨以及红外测距传感器9连接并对红外测距传感器9设置有对应编号；计算存储模块，其与控制器连接；

所述控制器设置为：滑动架总成位于桩孔最上方，所述控制器控制方形铣孔钻头对应铣削面的所有红外测距传感器9在第一滑动架7/第二滑动架8的一侧滑动至另一侧、期间定点停留设定时间并检测距离桩孔的距离，所述控制器将红外测距传感器9检测的距离传输至计算存储模块，计算存储模块筛选检测距离L小于设定距离L

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：计算存储模块筛选检测距离L小于设定距离L

当ΔL＜L

当L

当ΔL≥L

其中，所述t

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述第一滑轨数量和所述第二滑轨数量相同，且第一滑轨和所述第二滑轨一一对应设置，使两侧的第一滑轨和中间的第二滑轨位于一条直线上。

承建的新建沪渝蓉高速铁路武宜段WYZQ-7标二分部路基工程为例，该段范围内共包括5段路基桩板墙，共计95根桩，设计总长1704米，截面尺寸有2.25m×2.5m、2.0m×2.25m两种形式，锚固桩穿越的地层主要为砂岩、砂岩夹泥岩。

我国有广阔的砂岩地区，锚固桩应用量大面广。本方法成功解决了砂岩地区锚固桩施工时的一系列质量安全问题，同时缩短了施工工期、降低了施工成本、节约了材料、环保效果明显。工法技术先进，不仅指导了背景工程的砂岩锚固桩施工，而且为以后类似工程施工积累了丰富的工程经验。鉴于此，本工法具有广阔的应用前景和较高的推广价值。砂岩地区锚固桩采用机械成孔，机械成孔不再施工护壁，因此减少了混凝土和钢筋的用量，降低施工成本，提高经济了效益。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。