海上平台大直径百米嵌岩桩组合施工设备

技术领域

本发明专利涉及嵌岩桩的技术领域，具体而言，涉及海上平台大直径百米嵌岩桩组合施工设备。

背景技术

海上桥桩主墩基础通设计为大直径嵌岩灌注桩，施工时需在海上搭建平台施工，确定桩位。

现有技术中，通常情况下采用振动锤下入深长护筒，利用旋挖钻机钻进成孔。因其特殊的施工作业环境条件，施工时常遇到深厚海相淤泥层、砂层影响，钻进成孔时易出现塌孔、缩颈、沉渣超标等问题。同时，振动锤下护筒受深度限制，二次清孔效果差。另外，桩端持力层埋深大，超百米深钻孔的硬岩钻进困难，旋挖钻进效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供海上平台大直径百米嵌岩桩组合施工设备，旨在解决现有技术中，因其特殊的施工作业环境条件，钻进成孔时易出现塌孔，并且桩端持力层埋深大，超百米深钻孔的硬岩钻进困难，旋挖钻进效率低的问题。

本发明是这样实现的，海上平台大直径百米嵌岩桩组合施工设备，包括设置在海上平台上的施工平台、将套管下沉土层中直至套管的底部抵接在岩层的岩面上的全回转钻机、抓取套管内的土体以使套管中形成土层孔段的旋挖钻机以及在岩层中钻进形成岩层孔段的RCD钻机；

所述土层孔段与岩层孔段连通形成桩孔，所述桩孔中设有钢筋笼，所述套管上设有往桩孔中灌注混凝土的灌注导管，所述桩孔中的混凝土凝固形成嵌岩桩，所述嵌岩桩的底部嵌入在岩层中，所述嵌岩桩的顶部延伸至套管的顶部；

所述套管的外侧壁上设有多个减阻条，所述减阻条沿着套管的轴向延伸布置，多个所述减阻条沿着套管的周向间隔布置；当所述全回转钻机驱动套管转动下沉的过程中，所述减阻条抵接着土层孔段的内侧壁，所述套管的外侧壁与土层孔段的内侧壁之间具有减阻间隙。

可选的，所述RCD钻机包括中空布置且穿入在套管中的钻杆，所述钻杆中具有排屑腔；所述钻杆的底部设有随钻杆同步转动的钻头，所述钻头的底部设有多个对岩层进行切削钻进的滚刀，多个所述滚刀随钻头同步转动且相对于钻头独立滚动。

可选的，多个所述滚刀沿着钻头的周向错位间隔布置，且沿着所述钻头的径向，多个所述滚刀覆盖了钻头的直径长度。

可选的，所述钻杆上设有多个配重环，所述配重环沿着钻杆的周向环绕布置，多个所述配重环沿着钻杆的轴向间隔布置。

可选的，所述钻头的底部设有排屑口，所述排屑口连通排屑腔；所述钻杆的两侧分别设有进气管，所述进气管沿着钻杆的轴向延伸布置；所述进气管的底部具有朝下布置的吹气口，所述进气管的顶部延伸至海上平台，且与空压机连接；

当所述钻杆带动钻头转动钻进的过程中，所述空压机通过进气管在岩层孔段中朝下注入高压气流，所述高压气流搅动岩层孔段底部的岩屑通过排屑口进入排屑腔中，并由所述排屑腔排出。

可选的，所述套管的底部设有多个切土齿，多个所述切土齿沿着套管的周向间隔布置。

可选的，所述套管的外侧壁设有多个注浆管，所述注浆管的底部延伸至套管的底部，且所述注浆管的底部形成有底部注浆口，所述注浆管的顶部延伸至海上平台，且与注浆设备连接；

当所述全回转钻机驱动套管转动下沉的过程中，所述注浆设备往注浆管中注入浆液，所述浆液通过底部注浆口朝下喷出后，朝上涌入减阻间隙中。

可选的，所述套管的外侧壁多个防护条，所述防护条沿着套管的轴向延伸布置，多个所述防护条分别布置的注浆管的两侧，且与注浆管间隔布置；述防护条的直径大于注浆管的直径，所述防护条的直径小于减阻条的直径。

可选的，所述注浆管的内部设有内套管，所述注浆管的底部具有与内套管相向正对布置的注浆段；所述内套管的底部与注浆管的底部之间连接为一体，且呈封闭布置，所述内套管的底部围合形成所述底部注浆口；

所述内套管与注浆段的内侧壁之间间隔布置，形成环形腔，所述环形腔的顶部形成有环形入口；所述注浆段中设有多个纵向布置的侧向注浆口，多个所述侧向注浆口沿着注浆段的周向间隔布置，所述侧向注浆口沿着注浆段的轴向延伸布置；

所述内套管的底部与注浆管的底部之间通过弹性的封闭环层连接为一体，所述封闭环层封闭环形腔的底部；当所述注浆管中注入浆液的过程中，所述浆液分别通过底部注浆口以及侧向注浆口排出，且所述封闭环层在环形腔中的浆液的压力抵压下，往复弹性变形，驱动环形腔中的浆液通过侧向注浆口排出。

可选的，所述减阻条的内侧对接在套管的外侧壁上，所述减阻条的外侧背离套管朝外延伸布置；所述减阻条中设有多个减阻孔，多个所述减阻孔沿着减阻条的长度方向间隔布置，且沿着套管的周向，所述减阻孔横向贯穿减阻条；

所述减阻条的外侧形成有抵接在土层孔段的内侧壁上的抵接侧，所述抵接侧沿着套管的轴向延伸布置；所述抵接侧的两侧分别设有插齿排，所述插齿排包括多个插齿，多个所述插齿沿着套管的轴向间隔布置，所述插齿排中的相邻的插齿之间形成有插合间隔；所述插齿的外端朝向套管的外侧壁弯曲布置，且与所述套管的外侧壁之间具有齿间隔；

所述施工步骤2)中，所述全回转钻机驱动套管在土层中转动下沉的过程中，沿着所述套管的转动方向，所述插齿排的多个插齿插入土层，将所述套管外周的土层通过插合打散。

与现有技术相比

附图说明

图1是本发明提供的旋挖钻机抓取套管内的土体的施工示意图；

图2是本发明提供的RCD钻机在岩层中钻进的施工示意图；

图3是本发明提供的套管的局部示意图；

图4是本发明提供的灌注导管的剖切示意图；

图5是本发明提供的套管的局部示意图。

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1-5所示，为本发明提供的较佳实施例。

本发明提供的海上平台大直径百米嵌岩桩组合施工设备，包括设置在海上平台上的施工平台、将套管100下沉土层10中直至套管100的底部抵接在岩层20的岩面上的全回转钻机、抓取套管100内的土体以使套管100中形成土层孔段的旋挖钻机以及在岩层20中钻进形成岩层孔段的RCD钻机200；

土层孔段与岩层孔段连通形成桩孔，桩孔中设有钢筋笼，套管100上设有往桩孔中灌注混凝土的灌注导管300，桩孔中的混凝土凝固形成嵌岩桩，嵌岩桩的底部嵌入在岩层20中，嵌岩桩的顶部延伸至套管100的顶部；

套管100的外侧壁上设有多个减阻条110，减阻条110沿着套管100的轴向延伸布置，多个减阻条110沿着套管100的周向间隔布置；当全回转钻机驱动套管100转动下沉的过程中，减阻条110抵接着土层孔段的内侧壁，套管100的外侧壁与土层孔段的内侧壁之间具有减阻间隙。

上述提供的海上平台大直径百米嵌岩桩组合施工设备，通过利用全回转钻机将套管100插入至套管100底部抵接在岩层20上后，从而实现土层10全套管100护壁，避免了软弱地层塌孔的问题，通过RCD钻机200来实现岩层20钻进，同时通过减阻条110的设计，在套管100下沉的过程中，使套管100与土体之间的接触摩擦改为减阻条110与土体的切削，从而减小套管100与土体的侧摩阻力。

具体实施方式：通过全回转钻机将套管100插入至套管100底部抵接在岩层20上，在通过旋挖钻机抓取套管100内的土体以使套管100中形成土层孔段，此时孔底为岩层20的顶部，在利用RCD钻机200继续下挖岩层20，形成岩层孔段，岩层孔段与土层孔段连通形成桩孔，在桩孔中下放钢筋笼，在通过灌注导管300灌注混凝土，混凝土凝固后形成嵌岩桩。

RCD钻机200包括中空布置且穿入在套管100中的钻杆210，钻杆210中具有排屑腔；钻杆210的底部设有随钻杆210同步转动的钻头，钻头的底部设有多个对岩层20进行切削钻进的滚刀211，多个滚刀211随钻头同步转动且相对于钻头独立滚动。

这样，钻进过程中钻头绕自身基座中心点持续转动，滚刀211随之转动以及滚动，滚刀211上镶嵌有金刚石颗粒，金刚石颗粒在轴向力、水平力和扭矩的作用下，连续研磨、刻划、犁削岩石。当挤压力超过岩石颗粒之间的粘结力时，部分岩石从岩层20母体中削离出成为碎岩。随着钻头的不断旋转压入，碎石被研磨成细粒状岩屑。

多个滚刀211沿着钻头的周向错位间隔布置，且沿着钻头的径向，多个滚刀211覆盖了钻头的直径长度。保证各个滚刀211的碾磨轨迹在钻头上全覆盖。

钻杆210上设有多个配重环，配重环沿着钻杆210的周向环绕布置，多个配重环沿着钻杆210的轴向间隔布置。通过配中环增加钻杆210以及钻头垂直性能等，

钻头的底部设有排屑口，排屑口连通排屑腔；钻杆210的两侧分别设有进气管，进气管沿着钻杆210的轴向延伸布置；进气管的底部具有朝下布置的吹气口，进气管的顶部延伸至海上平台，且与空压机220连接。

当钻杆210带动钻头转动钻进的过程中，空压机220通过进气管在岩层孔段中朝下注入高压气流，高压气流搅动岩层孔段底部的岩屑通过排屑口进入排屑腔中，并由排屑腔排出。这样，随着钻头的不断旋转压入，碎石被研磨成细粒状岩屑，通过空压机220提供的高风压从钻头底部喷出，将岩屑通过排屑口排出。

套管100的底部设有多个切土齿，多个切土齿沿着套管100的周向间隔布置。这样，通过切土齿使套管100在回转下沉使，能快速切入至土层10中。

套管100的外侧壁设有多个注浆管120，注浆管120的底部延伸至套管100的底部，且注浆管120的底部形成有底部注浆口302，注浆管120的顶部延伸至海上平台，且与注浆设备连接。

当全回转钻机驱动套管100转动下沉的过程中，注浆设备往注浆管120中注入浆液，浆液通过底部注浆口302朝下喷出后，朝上涌入减阻间隙中。这样，浆液采用膨润土和水拌制而成，套管100下沉过程中通过注浆管120将浆液泵入套管100底部，随着浆液渗入量的增加，套管100与周围土体之间被浆液填充，套管100回转下沉时使浆液绕套管100侧壁形成润滑层，从而达到减阻效果。

套管100的外侧壁多个防护条130，防护条130沿着套管100的轴向延伸布置，多个防护条130分别布置的注浆管120的两侧，且与注浆管120间隔布置；述防护条130的直径大于注浆管120的直径，防护条130的直径小于减阻条110的直径。这样，随着套管100持续向下钻入，防护条130随之延长，保证减阻效果。

注浆管120的内部设有内套管310，注浆管120的底部具有与内套管310相向正对布置的注浆段；内套管310的底部与注浆管120的底部之间连接为一体，且呈封闭布置，内套管310的底部围合形成底部注浆口302。

内套管310与注浆段的内侧壁之间间隔布置，形成环形腔，环形腔的顶部形成有环形入口；注浆段中设有多个纵向布置的侧向注浆口301，多个侧向注浆口301沿着注浆段的周向间隔布置，侧向注浆口301沿着注浆段的轴向延伸布置。

内套管310的底部与注浆管120的底部之间通过弹性的封闭环层320连接为一体，封闭环层320封闭环形腔的底部；当注浆管120中注入浆液的过程中，浆液分别通过底部注浆口302以及侧向注浆口301排出，且封闭环层320在环形腔中的浆液的压力抵压下，往复弹性变形，驱动环形腔中的浆液通过侧向注浆口301排出。

通过环形腔以及封闭环层320的设计，在往注浆管120中注浆的过程中，当浆液来到注浆管120底部时，由于封闭环层320将环形腔的底部封闭了，浆液通过底部注浆口302高压喷出，冲击到封闭环层320的浆液在封闭环层320弹力的作用下，朝向侧向注浆口301侧面喷出，实现浆液从底部高压喷出的同时，从侧边也能喷出浆液，提高了喷浆质量。

减阻条110的内侧对接在套管100的外侧壁上，减阻条110的外侧背离套管100朝外延伸布置；减阻条110中设有多个减阻孔，多个减阻孔沿着减阻条110的长度方向间隔布置，且沿着套管100的周向，减阻孔横向贯穿减阻条110。

减阻条110的外侧形成有抵接在土层孔段的内侧壁上的抵接侧111，抵接侧111沿着套管100的轴向延伸布置；抵接侧111的两侧分别设有插齿112排，插齿112排包括多个插齿112，多个插齿112沿着套管100的轴向间隔布置，插齿112排中的相邻的插齿112之间形成有插合间隔；插齿112的外端朝向套管100的外侧壁弯曲布置，且与套管100的外侧壁之间具有齿间隔；

施工步骤2)中，全回转钻机驱动套管100在土层10中转动下沉的过程中，沿着套管100的转动方向，插齿112排的多个插齿112插入土层10，将套管100外周的土层10通过插合打散。

通过插齿112排中多个插齿112的设计，插齿112的外周上具有不平整的齿廓，在套管100下沉的过程中，有效的起到切削土体的作用，对较硬较大快的土块起到很好的打散作用，减小了侧摩阻力。

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。