既有工程结构改造钢管桩深入岩施工方法

技术领域

本发明涉及室内微型钢管桩技术领域，特别地是既有工程结构改造钢管桩深入岩施工方法

背景技术

既有工程结构锚杆静压桩基础加固，属于常规加固方法。可以解决不均匀沉降、增加建筑承载能力等优点。通常在首层或者地下室进行压桩作业，常用的方法为锚杆静压桩。锚杆静压桩是将后种锚杆和静力压桩结合起来而形成的一种施工方法，即先在建筑物开凿压桩孔和锚杆孔，用结构胶种植锚杆，然后安装反力架，利用建筑物自重作反力，用千斤顶将钢桩或预制桩逐段压入土中。当压桩力、压入深度达到设计要求后，将桩与基础连结在一起，达到提高地基承载力和控制建筑物沉降的目的。锚杆静压桩属于静力压桩，只能够达到岩面，如遇到流动淤泥层，没有入岩的钢管桩容易横向位移，不具备入岩能力，但是对于设计有要入岩的钢管桩，传统静压桩就行不通。为了解决在大型既有工程结构进行加固施工过程中钢管桩入岩问题，提供一种使用气动冲击潜孔钻机，通过用跟管钻进通过淤泥、砂层+冲击破岩+高压吹石碎粒+钢管桩到位后，再用钻机、空压机带动冲击器钻头击打钢管桩的施工方法解决了既有工程结构钢管桩深入岩技术。既有工程结构钢管桩入岩施工直径可以达到：168mm—1200mm；桩径大于500mm，钢管内可以增加钢筋笼和混凝土，钻机带进钢管并能深入至15m以上微风化层。更能满足解决大型既有工程结构改造加固桩径要求。

发明内容

本发明的目的在于提供既有工程结构改造钢管桩深入岩施工方法，其垂直度更好，桩直径可以达到：168mm—1200mm；桩径大于500mm，钢管内可以，增加钢筋笼和混凝土，钻机带进钢管并能深入至15m以上微风化层，桩身整体好，承载能力更强，增加了桩身横向位移的刚度，由于深入岩层加强了抵抗横向破坏的能力，提高了既有工程结构的承载能力。

本发明通过以下技术方案实现的：

既有工程结构改造钢管桩深入岩施工方法，包括以下步骤：

步骤S1、场地平整，施工前先进行场地平整，清除桩位处地上、地下的障碍物，场地低洼处用粘性土料回填夯实；

步骤S2、桩位测量定位，桩位用全站仪结合现场实际结构放样，施工区附近设若干个不受打桩影响的水准点，以便控制桩顶标高，每根桩完成后均须作标高记录；根据原始确认坐标点，测放桩位点，同时在不受打桩影响地段测量设置2个安全永久性控制点，用于施工过程中检查校正各轴线点或复核桩位；根据设计的桩位图，按施工顺序将桩逐一编号，依桩号对应的轴线，按尺寸要求施放桩位；

步骤S3、钻孔机、空压机就位，调试，

钻机到位后要把高压空压机管连接到钻机上，并按照测放桩位点放到位。并打开钻机和空压机进行调试。

步骤S4、安装冲击器及钻头，

钻机和空压机到位调试好后，要先把冲击器和偏心钻头安装在一起，并用50cm短钻杆接起。然后用自带吊机吊起并安装到钻机上。

步骤S5、安装带管靴的钢管

冲击器和偏心钻头安装完成后，再安装带有管靴的钢管，偏心钻头露出偏心轮，拧动偏心轮可以挂住带有管靴的钢管便可。

步骤S6、跟管钻进成孔，从破除原混凝土面层的地面开始成孔，以原地面为±0.000m，设计桩顶标高为托换承台底面以上100mm，根据不同承台深度控制桩顶标高，桩顶的地面部分采用空桩施工；钢管直径为219mm，在跟管钻进的条件下，潜孔钻的偏心钻头最大成孔孔径为237mm；钻杆在钢管内进行作业，钻杆底部连接6寸冲击器，冲击器下面连接219偏心钻头，钻头尾部卡在管靴上，作业时钻头旋转的同时抵着管靴向下钻进，管靴和桩身焊接在一起，同时又可以把钢管向下带下去；通常情况下室内施工高度受限，成孔过程中，需将钻杆分为2m一节，每钻进2m停下需接杆一次，上下钢管之间用钢套管连接，钢套管原材采用φ219*8钢管，长度200mm，对半切开后为两个半圆，焊接在上下钢管接口处；

步骤S7、钢管的制作与安装，钢管材料采用Q235B钢材，管径为DN219，壁厚8mm；因现场室内作业高度受限，钢管分为2m一段进行加工，加工时将其中一端提前做好套管的焊接，施工时将上端钢管插入到下端钢管的外套管上，然后进行焊接；由于采用的是跟管钻进法，在成孔的同时钢管随之跟进，潜孔钻机的钻杆为2m一节，钢管随着钻孔深度跟进，每2m接长一次；上下两段钢管间采用套管连接，套管高度为200mm；钢管与承台间的连接采用钢筋连接，沿桩周围均匀分布8根C20钢筋，钢筋锚固桩头长度不小于60cm；

步骤S8、管靴到偏心钻头前端有22mm左右，钢管桩钻进完成后，钢管桩是没有到底，拔完钻杆后在管桩顶部放一块30mm厚钢板。用空压机+钻机带动冲击器钻头进行击打钢管桩，钢管桩会再入22mm左右深到孔底。步骤S9、灌浆，采用42.5R普通硅酸盐水泥按水灰比0.5配制M30纯水泥浆；利用钻机钻具及泥浆泵由下到上灌浆直至地面孔口冒出纯水泥浆为止；桩孔内注浆采用纯水泥浆，水泥强度等级为M30，水灰比为0.5，要求桩身水泥立方体抗压强度不小于30MPa；采用一次注浆，注浆压力为1.5MPa；注浆管下至孔底后提起50mm，进行开放式注浆，直至孔口冒出纯浆为止。注浆从孔底开始，边注边拔保证浆体密实；当孔内沉淀浆体达到初凝时，及时在管内外侧进行灌注浓纯水泥浆处理，直至管内外侧充满水泥浆为止；补浆后对管内进行细石填充，细石填充采用人工进行，使用手推车运输到现场；在管内再投入碎石，直至投不下为止，碎石粒径为20～40mm。桩径大于500mm，钢管内可以增加钢筋笼和混凝土。

进一步地，所述步骤S3中，成孔过程中偏心钻头为钻进状态，成孔结束提取钻头时为收拢状态；成孔期间由于巨大的空气压力将地层中的水、土、砂、淤泥、岩屑冲出地表，钻机四周用布帘封闭；成孔过程中，控制潜孔锤下沉速度；工作人员观察钻具的下沉速度是否异常，钻具是否有挤偏的现象；若出现异常情况应分析原因，及时采取措施；冲击器冲击钻头并击打管靴带动钢管桩跟管钻进成桩为目的；成孔时，人工及时清理孔口岩渣，防止岩渣二次入孔，造成孔口堆积、重复破碎，防止埋钻现象发生。

进一步地，所述步骤S6中，钢管接长焊接时，应沿两边对称同时施焊，焊缝质量应满足钢结构验收的相关要求；为保证施工质量与施工进度，钢管焊接采用焊丝焊接。

进一步地，所述步骤S8中，管靴到偏心钻头前端有22mm左右，钢管桩钻进完成后，钢管桩是没有到底，拔完钻杆后在管桩顶部放一块30mm厚钢板。用空压机+钻机带动冲击器钻头进行击打钢管桩，钢管桩会再入22mm左右深到孔底。

进一步地，所述步骤S9中，为保证压浆成功，浆体需满足小管径输送的要求，应采取如下步骤：

步骤S51、施工前应通过现场试配试验确定砂浆的最佳配合比；

步骤S52、砂应采用细砂或特细砂；

步骤S53、应添加适量减水剂。

本发明的有益效果：

本发明的既有工程结构改造钢管桩深入岩施工方法，对比传统的微型静压桩来说，从技术方来说，垂直度更好，桩直径可以达到：168mm—1200mm，桩径大于500mm，钢管内可以增加钢筋笼和混凝土。并能深入至微风化层，桩身整体好，承载能力更强，增加了桩身横向位移的刚度，由于深入岩层加强了抵抗横向破坏的能力，提高了既有建筑的结构承载能力。从经济方面讲，避免了因造地下淤泥横向破坏位移而断桩的风险，有效的桩入岩可以增加既有建筑的使用寿命。既有工程结构改造钢管桩深入岩施工方法，在结构加固的领域具有颠覆性和创新性，为珠三角大湾区、长三角、东部沿海冲积平原深软基既有工程结构(房屋建筑、地铁施工、桥梁桩基、隧道施工等改造工程)加固行业带来新的技术，其经济价值影响深远。

附图说明

图1是本发明实施例既有工程结构改造钢管桩深入岩施工方法工艺流程图；

图2是本发明实施例钢管桩跟管钻进示意图；

图3是本发明实施例钢管桩取杆后钢管未入至孔底示意图；

图4是本发明实施例冲击钢管桩后入至孔底部示意图；

图5是本发明实施例钢管桩注浆施工示意图；

图6是本发明实施例既有工程结构改造钢管桩深入岩施工构件焊接示意图；

图7是本发明实施例既有工程结构改造钢管桩深入岩施工方法的桩顶连接示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此以本发明的示意性实施例及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

需要说明，在本发明中如涉及“第一”、“第二”的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

一种室内微型钢管桩深入岩施工方法，其施工步骤为：

参照图1，平整场地→桩位测量定位→钻孔机、空压机就位，调试→安装冲击器及钻头→安装带管靴的钢管→跟管钻进，每2m接钻杆一次，同时焊接长钢管→孔口清理岩屑→穿透硬岩层至设计标高→卸钻杆→空压机+钻机带冲击器、钻头击打钢管桩入孔底部→桩机移位→拌制水泥浆→压力注浆→钢管内投碎石→成桩。

参照图1至图7，具体施工方法为：

一、场地平整

由于钢管桩在室结构不能破坏，为方便施工顺利推进钢管桩作业，计划从原有地方(±0.000)开始成孔。施工前先进行场地平整，清除桩位处地上、地下的障碍物，场地低洼处用粘性土料回填夯实，保证机器能在地面平稳移动，若达不到要求则需铺设钢板。作业位置夯实平整、密实，防止钻机出现不均匀下沉导致成孔偏斜。

二、测量定位

1)施工放样应在施工场地调整平整后进行，放样前要认真复核施点场设立本工程的固定水准点，认真保护测量点位，经常地检查，防止点位受损或其他原因造成的精度下降。

2)桩位用全站仪结合现场实际结构放样。测量仪器应通过有资格的检验单位进行有效标定，并在有效使用期间内。按照测量要求和为了防止测量失误或减小误差，测量要采用“双测制”。

3)施工区附近设若干个不受打桩影响的水准点，以便控制桩顶标高，每根桩完成后均须作标高记录。

4)根据原始确认坐标点，测放桩位点，同时在不受打桩影响地段测量设置2个安全永久性控制点，用于施工过程中检查校正各轴线点或复核桩位。施工轴线必须严格按设计坐标点引测，并经多次复核后确认，施工现场轴线控制点位置应设在不受打桩作业影响的地方，并加以保护。

5)根据设计的桩位图，按施工顺序将桩逐一编号，依桩号对应的轴线，按尺寸要求施放桩位。

三、跟管钻进成孔

1)钢管桩为端承桩，终孔条件以设计桩长为辅，以桩端支承土质要求为主。从破除原混凝土面层的地面开始成孔，以原地面为±0.000m，设计桩顶标高为托换承台底面以上100mm，根据不同承台深度控制桩顶标高，桩顶只地面部分采用空桩施工。

2)钢管直径为219mm，在跟管钻进的条件下，潜孔钻的偏心钻头最大孔孔径为237mm。钻杆在钢管内进行作业，钻杆底部连接6寸冲击器，冲击器下面连接219偏心钻头，钻头尾部卡在管靴上，作业时钻头旋转的同时抵着管靴向下钻进，管靴和桩身焊接在一起，同时又可以把钢管向下带下去。

3)通常情况受限，成孔过程中，需将钻杆分为2m一节，每钻进2m停下需接杆一次，上下钢管之间用钢套管连接，钢套管原材采用φ219*8钢管，长度200mm，对半切开后为两个半圆，焊接在上下钢管接口处。

4)成孔过程中偏心钻头为钻进状态，成孔结束提取钻头时为收拢状态。

5)成孔期间由于巨大的空气压力将地层中的水、土、砂、淤泥、岩屑冲出地表，钻机四周用布帘封闭。

6)成孔过程中，控制潜孔锤下沉速度；派专人观察钻具的下沉速度是否异常，钻具是否有挤偏的现象；若出现异常情况应分析原因，及时采取措施

7)高压气体对冲击器冲击钻头并击打钢管端部管靴带钢管跟管钻进成桩。同时在钻进过程时高压气把击碎的土、淤泥、砂、岩石吹到地表。

8)成孔时，派专人及时清理孔口岩渣，防止岩渣二次入孔，造成孔口堆积、重复破碎，防止埋钻现象发生。

四、钢管的制作与安装

1)钢管材料采用Q235B钢材，管径为DN219，壁厚8mm，应优先选用无缝钢管，亦可以采用直焊缝钢管。

2)因现场室内作业高度受限，钢管分为2m一段进行加工，加工时将其中一端提前做好套管的焊接，施工时将上端钢管插入到下端钢管的外套管上，然后进行焊接。

3)本工程采用的是跟管钻进法，在成孔的同时钢管随之跟进，潜孔钻机的钻杆为2m一节，钢管随着钻孔深度跟进，每2m接长一次。。

4)上下两段钢管间采用套管连接，套管高度为200mm。

5)钢管接长焊接时，应沿两边对称同时施焊，焊缝质量应满足钢结构验收的相关要求。

6)为保证施工质量与施工进度，钢管焊接采用焊丝焊接。

7)钢管与承台间的连接采用钢筋连接，沿桩周围均匀分布8根C20钢筋，钢筋锚固桩头长度不小于30d(60cm)。

五、钻机、空压机带动冲击器钻头击打管桩

管靴到偏心钻头前端有22mm左右，钢管桩钻进完成后，钢管桩是没有到底，拔完钻杆后在管桩顶部放一块30mm厚钢板。用钻机带动冲击器钻头进行击打钢管桩，钢管桩会再入22mm左右深到孔底。

六、灌浆

1)采用42.5R普通硅酸盐水泥按水灰比0.5配制M30纯水泥浆。

2)利用钻机钻具及泥浆泵由下到上灌浆直至地面孔口冒出纯水泥浆为止。为保证压浆成功，浆体需满足小管径输送的要求，应采取如下措施：

a)施工前应通过现场试配试验确定砂浆的最佳配合比；

b)砂应采用细砂或特细砂；

c)应添加适量减水剂。

3)桩孔内注浆采用纯水泥浆，水泥强度等级为M30，水灰比为0.5，要求桩身水泥立方体抗压强度不小于30MPa。

4)采用一次注浆，注浆压力为1.5MPa。

5)注浆管下至孔底后提起50mm，进行开放式注浆，直至孔口冒出纯浆止。注浆从孔底开始，边注边拔保证浆体密实。

6)当孔内沉淀浆体达到初凝时，及时在管内外侧进行灌注浓纯水泥浆处

7)补浆后对管内进行细石填充，细石填充采用人工进行，使用手推车运输到现场。在管内再投入碎石，直至投不下为止,碎石粒径20～40mm为宜。

8)钢管桩径大于500mm，钢管内可以增加钢筋笼和混凝土。

本发明既有工程结构改造钢管桩深入岩施工方法，对比传统的微型静压桩来说，从技术方来说，垂直度更好，桩直径可以达到：168mm—1200mm，桩径大于500mm，钢管内可以增加钢筋笼和混凝土。并能深入至微风化层，桩身整体好，承载能力更强，增加了桩身横向位移的刚度，由于深入岩层加强了抵抗横向破坏的能力，提高了既有建筑的结构承载能力。从经济方面讲，避免了因造地下淤泥横向破坏位移而断桩的风险，有效的桩入岩可以增加既有建筑的使用寿命。既有工程结构改造钢管桩深入岩施工方法，在结构加固的领域具有颠覆性和创新性，为珠三角大湾区、长三角、东部沿海冲积平原深软基既有建筑加固行业带来新的技术，可以应用到既有房建工程、市政、公路桥梁、地铁工程、隧道工程其经济价值影响深远。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。