CN111155513B - 全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑基础工程施工技术领域，具体涉及全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，其包括如下步骤：步骤一、桩位放样；步骤二、插打孔口护筒；步骤三、安装护筒底管和钢护筒；步骤四、安装全回转钻机；步骤五、安装液压振动锤；步骤六、试机；步骤七、安装输浆管90、护筒底管继续钻进；步骤八、浇灌混凝土：当钻至预设深度后，清孔、验收，然后向孔内下放钢筋笼，接着浇灌混凝土并将钢护筒拔出孔内，成桩。本发明的凿井方法可以钻进非常复杂的地层，而且钻进速度可以提高4倍以上，在钻孔时因为有钢护筒的超前支护，不会出现孔壁或孔口塌方的情况，使混凝土的浇灌量可以降到最低，即充盈系数最小，节约了材料成本。
Description
技术领域
本发明涉及建筑基础工程施工技术领域，具体涉及全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法。
背景技术
钻孔灌注桩是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩。
目前针对复杂地层，如含有杂填土、砂卵石层、漂石层及孤石等的地层进行钻孔时，常用的方法为采用钢护筒和搓管机进行配合，由旋挖机先开挖取渣土，然后搓管机带动钢护筒随时跟进，以防止钻孔过程中孔壁或孔口发生塌方。
但是若桩长过长时(比如超过40米)，钻孔的深度也相应增大，使钢护筒在向下钻进的过程中，钢护筒和孔壁之间的侧摩擦阻力过大，使搓管机搓不动，容易出现卡管使钢护筒无法从孔内拔出，且孔内渣土的堆积容易阻挡钢护筒的钻进，因此，现有的钻孔效率较低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，钻孔时孔内渣土可以跟随泥浆排出孔外，具有高钻孔效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，其包括如下步骤：
步骤一、桩位放样：采用全站仪测量定点，确定桩中心；
步骤二、插打孔口护筒：用履带式起重机配合液压振动锤插打孔口护筒，使孔口护筒部分被打入地面下方，所述孔口护筒的中轴线与步骤一所述桩中心重合；
步骤三、安装护筒底管和钢护筒：由旋挖机或冲抓钻将孔口护筒内的渣土挖出来后，利用履带式起重机将护筒底管设有钻头的一端朝下吊放入孔口护筒内，然后在护筒底管的上端连接一节钢护筒，接着在所述钢护筒外套设外套筒，所述外套筒内壁设有若干条竖直设置的凹槽，所述钢护筒外壁设有与凹槽滑动配合的凸榫，所述凸榫沿竖直方向滑动；
步骤四、安装全回转钻机：将全回转钻机吊装就位，所述全回转钻机用于驱动外套筒转动；
步骤五、安装液压振动锤：先在步骤三所述钢护筒上用卡箍连接顶部护筒，然后利用履带式起重机将液压振动锤吊装至顶部护筒上，所述液压振动锤的锤体中心线与钢护筒中心线重合；
步骤六、试机：先启动全回转钻机，然后启动液压振动锤，使液压振动锤和全回转钻机配合凿岩土作业；
步骤七、安装输浆管、护筒底管继续钻进：在钢护筒外侧安装输浆管，在所述钢护筒钻进的过程中通过输浆管向钻孔内灌入泥浆，使钻孔内的渣土跟随泥浆从钻孔内溢出并流入泥浆池内沉淀，当钻进一节钢护筒后，拆下卡箍，再在原来的钢护筒和顶部护筒之间重新连接一段钢护筒，直至钻至预设深度；
步骤八、浇灌混凝土：当钻至预设深度后，清孔、验收，然后向孔内下放钢筋笼，接着浇灌混凝土并将钢护筒拔出孔内，成桩。
其中，在步骤七中，当预设孔深度小于25m时，通过钻头钻进到位后，取下液压振动锤，然后由冲抓钻或旋挖机取出桩芯岩土。
其中，在步骤七中，当预设孔深度在25m-50m之间时，先由钻头一次钻进至25m深，然后将桩芯岩土掏出后，再由钻头进行二次钻进，钻进至预设深度后，将钻孔内的桩芯岩土取出。
其中，步骤八中，浇灌混凝土时，先浇灌5-8节钢护筒高的混凝土，然后采用全回转钻机进行拔管，每拔出一节钢护筒时则拆卸一节钢护筒，拔管时同时浇灌混凝土，直至钢护筒拔完。
其中，步骤一中，确定桩中心后，用刷有油漆的短钢筋插入桩中心位置进行标识。
其中，所述孔口护筒的厚度大于10mm，所述孔口护筒的直径比桩径大30-40cm，所述孔口护筒的长度为4-6m，所述孔口护筒位于地面上方的高度为15-25cm。
其中，所述护筒底管的下端周向设置有多个钻头，多个所述钻头在水平面的平行投影的外切圆的直径比护筒底管的外直径大20-50mm。
其中，所述护筒底管下端的内壁和外壁分别设有加强板。
其中，相邻两段钢护筒通过多组固定组件连接，每组所述固定组件包括一端分别固定设于其中一段钢护筒内外壁的第一夹板和第二夹板以及贯穿第二夹板的锁紧螺栓，所述第一夹板和第二夹板的另一端分别夹设于相邻钢护筒的内外壁，所述锁紧螺栓穿过钢护筒侧壁与第一夹板螺纹连接。
本发明的有益效果是：
本发明的凿井方法可以钻进非常复杂的地层，而且钻进速度可以提高4倍以上。比如用旋挖机打孤石每小时能进尺0.3-0.4米，用本发明的方法则可以进尺1.5米/小时以上，掘进速度大约为旋挖机的4—5倍。另一方面，本发明的方法在钻孔时因为有钢护筒11的超前支护，不会出现孔壁或孔口塌方的情况，使混凝土的浇灌量可以降到最低，即充盈系数最小，节约了材料成本。
本发明通过在护筒底管下端设置钻头，并在钢护筒外侧设置输浆管，有利于大大提高钻进效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例的施工流程图；
图2是本发明实施例凿井时的结构示意图；
图3是图2中A部的放大示意图；
图4是本发明钢护筒和外套筒连接时的俯视图。
附图标记说明：10、护筒底管；11、钢护筒；12、凸榫；13、加强板；14、第一防脱板；20、顶部护筒；21、第二防脱板；30、液压振动锤；40、全回转钻机；50、钻头；60、固定组件；61、第一夹板；62、第二夹板；63、锁紧螺栓；64、插槽；65、榫头；70、卡箍；71、竖直连接板；72、上箍板；73、下箍板；74、滚珠；80、外套筒；81、凹槽；90、输浆管；100、孔口护筒。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，如图1和2所示，其包括如下步骤：
步骤一、桩位放样：采用全站仪测量定点，确定桩中心，然后用刷有油漆的短钢筋插入桩中心位置进行标识定位；
步骤二、插打孔口护筒100：用履带式起重机配合液压振动锤30插打孔口护筒100，使孔口护筒100部分被打入地面下方，所述孔口护筒100的中轴线与步骤一所述桩中心重合；所述孔口护筒100的厚度大于10mm，所述孔口护筒100的直径比桩径大30-40cm，所述孔口护筒100的长度为5m，所述孔口护筒100位于地面上方的高度为20cm，即插入地面部分长4.8m。
步骤三、安装护筒底管10和钢护筒11：由旋挖机或冲抓钻将孔口护筒100内的渣土挖出来后，利用履带式起重机将护筒底管10设有钻头50的一端朝下吊放入孔口护筒100内，然后在护筒底管10的上端连接一节钢护筒11，接着在所述钢护筒11外套设外套筒，所述外套筒内壁设有若干条竖直设置的凹槽81，所述钢护筒11外壁设有与凹槽81滑动配合的凸榫12，所述凸榫12沿竖直方向滑动；
步骤四、安装全回转钻机40：将全回转钻机40吊装就位，所述全回转钻机40用于驱动外套筒转动；
步骤五、安装液压振动锤30：先在步骤三所述钢护筒11上用卡箍70连接顶部护筒20，然后利用履带式起重机将液压振动锤30吊装至顶部护筒20上，所述液压振动锤30的锤体中心线与钢护筒11中心线重合；
步骤六、试机：先启动全回转钻机40，调整好全回转钻机40的中心点和垂直度，然后启动液压振动锤30，使液压振动锤30和全回转钻机40配合凿岩土作业；
步骤七、安装输浆管90：在钢护筒11外侧对称安装两根输浆管90，在所述钢护筒11钻进的过程中通过输浆管90向钻孔内灌入泥浆，使钻孔内的渣土跟随泥浆从钻孔内溢出并流入泥浆池内沉淀，当钻进一节钢护筒11后，拆下卡箍70，再在原来的钢护筒11和顶部护筒20之间重新连接一段钢护筒11，直至钻至预设深度；
步骤八、浇灌混凝土：当钻至预设深度后，清孔、验收，然后向孔内下放钢筋笼，接着浇灌混凝土，先浇灌5-8节钢护筒11高的混凝土，然后采用全回转钻机40进行拔管，每拔出一节钢护筒11时则拆卸一节钢护筒11，拔管时同时浇灌混凝土，直至钢护筒11拔完为止，成桩，可将设备转移至下一根桩位，重复上述操作。
其中，在步骤七中，当预设孔深度小于25m时，通过钻头50钻进到位后，取下液压振动锤30，然后由冲抓钻或旋挖机取出桩芯岩土。
其中，在步骤七中，当预设孔深度在25m-50m之间时，先由钻头50一次钻进至25m深，然后将桩芯岩土掏出后，再由钻头50进行二次钻进，钻进至预设深度后，将钻孔内的桩芯岩土取出。
其中，所述护筒底管10的下端周向设置有多个钻头50，多个所述钻头50在水平面的平行投影的外切圆的直径比护筒底管10的外直径大20-50mm。使钻头50钻出的孔直径符合施工要求，可以减小孔壁和钢护筒11之间的摩擦力，延长钢护筒11的使用寿命，提高钻孔速率。具体的，多个所述钻头50钻出的环形槽的宽度为80-120mm。所述钻头50为高强合金一字钻头50，多个所述钻头50沿护筒底管10下端口周向绕设两圈，多个所述钻头50排列设置使底部形成锯齿状，相邻两个钻头50之间紧密贴合，使钻头50在钻孔时，石子不会卡入相邻钻头50之间的缝隙中，有利于保护钻头50，延长钻头50的使用寿命。
其中，为了提高护筒底管10下端的强度，避免护筒底管10在向下钻进时下端部发生形变，所述护筒底管10下端的内壁和外壁分别设有加强板13，所述加强板13沿筒体内外壁周向设置。具体的，所述加强板13的厚度大于或等于20mm。
其中，结合图3，相邻两段钢护筒11通过多组固定组件60连接，每组所述固定组件60包括一端分别焊接设于其中一段钢护筒11内外壁的第一夹板61和第二夹板62以及贯穿第二夹板62的锁紧螺栓63，所述第一夹板61和第二夹板62的另一端分别夹设于相邻钢护筒11的内外壁，所述锁紧螺栓63穿过钢护筒11侧壁与第一夹板61螺纹连接。具体的，所述锁紧螺栓63为平头螺栓。
在本实施例中，所述第一夹板61和第二夹板62设于位于上方的钢护筒11的底部，所述第一夹板61和第二夹板62分别沿钢护筒11的内外壁周向设置，所述第一夹板61和第二夹板62伸出钢护筒11下端面150mm，使第一夹板61和第二夹板62可以稳固地夹紧下方的钢护筒11侧壁，所述第一夹板61开设有多个第一连接孔(图中未标示)，所述第二夹板62开设有与多个第一连接孔一一对应的多个第二连接孔(图中未标示)，所述锁紧螺栓63与第二连接孔滑动连接，所述锁紧螺栓63与第一连接孔螺纹连接，位于下方相邻的钢护筒11的侧壁开设有与第一连接孔和第二连接孔连通的第三连接孔(图中未标示)。具体使用时，上方的钢护筒11的下端部与下方相邻钢护筒11的上端对准，并使第一夹板61和第二夹板62分别夹持下方相邻钢护筒11的内外壁，调整上方钢护筒11的位置使第一连接孔和第二连接孔与第三连接孔对准，然后将锁紧螺栓63从第二连接孔插入第三连接孔中，并进一步将锁紧螺栓63拧入第一连接孔内，使上下相邻两段钢护筒11固定连接。
具体的，所述第一夹板61和第二夹板62的宽度与凸榫12的宽度相等，所述第一夹板61和第二夹板62的厚度不大于凸榫12的厚度，每组所述固定组件60的所述第一夹板61和第二夹板62的位置与凸榫12的位置一一对应，使钢护筒11的第一夹板61和第二夹板62能够顺利地沿着外套筒80内壁的凹槽81竖直滑动。
进一步地，所述固定组件60还包括开设于其中一段钢护筒11端面的多个插槽64和固定设于另一段钢护筒11端部的多个榫头65，多个所述榫头65与多个所述插槽64一一对应，所述榫头65与插槽64插接配合。具体的，所述榫头65设于位于上方的钢护筒11的下端面，所述插槽64设于下方相邻的钢护筒11的上端面，便于将榫头65插入插槽64内。通过设置榫头65和插槽64，更有利于上方钢护筒11向下方相邻的钢护筒11传递扭矩，进一步提高钢转动时的稳定性。
进一步地，所述护筒底管10和与护筒底管10连接的钢护筒11之间也通过固定组件60连接，在此不做赘述。
如图2所示，本发明的顶部护筒20和钢护筒11之间通过连接卡箍70使钢护筒11和顶部护筒20连接的同时筒体还能转动。具体的，所述卡箍70包括竖直连接板71以及分别与竖直连接板71上下端固定连接的上箍板72和下箍板73，所述竖直连接板71、上箍板72和下箍板73呈C型连接。所述钢护筒11靠近顶部护筒20一端的侧壁周向设置第一防脱板14，所述顶部护筒20侧壁周向设置第二防脱板21，所述第一防脱板14和第二防脱板21设于上箍板72和下箍板73之间，使顶部护筒20和钢护筒11在拔出钻孔时，顶部护筒20和钢护筒11不会发生脱离。
进一步地，为保证钢护筒11可以灵活转动，所述下箍板73和第一防脱板14之间设置有多个滚珠74，滚珠74有利于减小下箍板73和第一防脱板14之间的摩擦力，不仅使护钢护筒11可以灵活转动，还能减少下箍板73和第一防脱板14的磨损。在本实施例中，为进一步提高护筒11和卡箍70转动的灵活性，所述上箍板72和第二防脱板21之间设置有多个滚珠74。
本发明的凿井方法通过液压振动锤30驱动顶部护筒20振动，并通过顶部护筒20将振动力从多段钢护筒11传递至钻头50，通过钻头50的振动破除岩土，与此同时，通过全回转钻机40驱动外套筒转动，由于外套筒的内壁设置有与钢护筒11外壁的凸榫12滑动配合的凹槽81，使凸榫12沿竖直方向滑动，进而使外套筒转动时，外套筒可以向钢护筒11传递扭矩，带动钢护筒11转动，进而带动钻头50转动，且钢护筒11转动时由于钢护筒11受到液压振动锤30的振动捶打作用，使钢护筒11的凸榫12会沿着凹槽81向孔底方向运动，而钢护筒11和钻头50转动时可进一步对岩石进行磨削，使钢护筒11和钻头50在双重力的作用下快速向下钻进，当遇到砂卵石层时通过液压振动锤30的振动作用使钢护筒11和钻头50压实砂土，进而可以实现快速钻进的目的，另外当遇到小的卵石时钻头50和钢护筒11的振动和旋转作用可把它挤走，而大一点的可以直接被振碎。全回转钻机40的设置可以准确定位和调整垂直度。液压振动锤30与全回转钻机40型号参数的选择应根据地质条件和钻孔直径、深度等来确定。每钻进一节钢护筒11后在地面上拆开卡箍70，然后加装一节钢护筒11，再继续钻进，直至设计桩长。为减小侧壁摩擦力，预备泥浆通过输浆管90注入钢护筒11周围让泥浆起到润滑作用，且灌入孔内的泥浆返出至孔口时可以带动孔内渣土一起排出钻孔并流入泥浆池内沉淀，减少孔内渣土对钢护筒11和钻头50的摩擦，提高钻进效率。
本发明的凿井方法可以钻进非常复杂的地层，而且钻进速度可以提高4倍以上。比如用旋挖机打孤石每小时能进尺0.3-0.4米，用本发明的方法则可以进尺1.5米/小时以上，掘进速度大约为旋挖机的4—5倍。另一方面，本发明的方法在钻孔时因为有钢护筒11的超前支护，不会出现孔壁或孔口塌方的情况，使混凝土的浇灌量可以降到最低，即充盈系数最小，节约了材料成本。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、桩位放样：采用全站仪测量定点，确定桩中心；
步骤二、插打孔口护筒：用履带式起重机配合液压振动锤插打孔口护筒，使孔口护筒部分被打入地面下方，所述孔口护筒的中轴线与步骤一所述桩中心重合；
步骤三、安装护筒底管和钢护筒：由旋挖机或冲抓钻将孔口护筒内的渣土挖出来后，利用履带式起重机将护筒底管设有钻头的一端朝下吊放入孔口护筒内，然后在护筒底管的上端连接一节钢护筒，接着在所述钢护筒外套设外套筒，所述外套筒内壁设有若干条竖直设置的凹槽，所述钢护筒外壁设有与凹槽滑动配合的凸榫，所述凸榫沿竖直方向滑动；
步骤四、安装全回转钻机：将全回转钻机吊装就位，所述全回转钻机用于驱动外套筒转动；
步骤五、安装液压振动锤：先在步骤三所述钢护筒上用卡箍连接顶部护筒，然后利用履带式起重机将液压振动锤吊装至顶部护筒上，所述液压振动锤的锤体中心线与钢护筒中心线重合；
步骤六、试机：先启动全回转钻机，然后启动液压振动锤，使液压振动锤和全回转钻机配合凿岩土作业；
步骤七、安装输浆管、护筒底管继续钻进：在钢护筒外侧安装输浆管，在所述钢护筒钻进的过程中通过输浆管向钻孔内灌入泥浆，使钻孔内的渣土跟随泥浆从钻孔内溢出并流入泥浆池内，当钻进一节钢护筒后，拆下卡箍，再在原来的钢护筒和顶部护筒之间重新连接一段钢护筒，直至钻至预设深度；
步骤八、浇灌混凝土：当钻至预设深度后，清孔、验收，然后向孔内下放钢筋笼，接着浇灌混凝土并将钢护筒拔出孔内，成桩；
其中，所述孔口护筒的厚度大于10mm，所述孔口护筒的直径比桩径大30-40cm，所述孔口护筒的长度为4-6m，所述孔口护筒位于地面上方的高度为15-25cm。
2.根据权利要求1所述的全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，其特征在于：在步骤七中，当预设孔深度小于25m时，通过钻头钻进到位后，取下液压振动锤，然后由冲抓钻或旋挖机取出桩芯岩土。
3.根据权利要求1所述的全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，其特征在于：在步骤七中，当预设孔深度在25m-50m之间时，先由钻头一次钻进至25m深，然后将桩芯岩土掏出后，再由钻头进行二次钻进，钻进至预设深度后，将钻孔内的桩芯岩土取出。
4.根据权利要求1所述的全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，其特征在于：步骤八中，浇灌混凝土时，先浇灌5-8节钢护筒高的混凝土，然后采用全回转钻机进行拔管，每拔出一节钢护筒时则拆卸一节钢护筒，拔管时同时浇灌混凝土，直至钢护筒拔完。
5.根据权利要求1所述的全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，其特征在于：步骤一中，确定桩中心后，用刷有油漆的短钢筋插入桩中心位置进行标识。
6.根据权利要求1所述的全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，其特征在于：所述护筒底管的下端周向设置有多个钻头，多个所述钻头在水平面的平行投影的外切圆的直径比护筒底管的外直径大20-50mm。
7.根据权利要求1所述的全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，其特征在于：所述护筒底管下端的内壁和外壁分别设有加强板。
8.根据权利要求1所述的全回转钻机和液压振动锤协同凿井方法，其特征在于：相邻两段钢护筒通过多组固定组件连接，每组所述固定组件包括一端分别固定设于其中一段钢护筒内外壁的第一夹板和第二夹板以及贯穿第二夹板的锁紧螺栓，所述第一夹板和第二夹板的另一端分别夹设于相邻钢护筒的内外壁，所述锁紧螺栓穿过钢护筒侧壁与第一夹板螺纹连接。
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