一種鑽孔護壁封底和製做大直徑空心砼樁的方法
2023-06-01 00:13:31 1
專利名稱：一種鑽孔護壁封底和製做大直徑空心砼樁的方法
技術領域：
本發明涉及一種施工方法，具體說是一種鑽深孔時護壁然後封 底排空孔中水的方法和採用這種方法製做大直徑空心砼樁。
技術背景旋挖鑽機或稱"迴轉鬥鑽機"、"阿司特利(Earth Drill)鑽機"，近年來已成為大口徑深孔施工的重要成孔設備。它與另外兩種目前仍 廣泛使用的大口徑成孔設備即"套管鑽機"或稱"貝諾特(Benoto) 搖管鑽機"以及"泥漿正反循環鑽機"相比，具有一些明顯的優勢-比貝諾特搖管鑽機輕巧靈活價格便宜效率高；比泥漿正反循環鑽機施 工速度高數十倍而且施工時產生的汙染環境的鹼性泥漿也少很多。但 是H前這種高效成孔設備旋挖鑽機仍然多用於不易塌孔的幹成孔作 業。在易塌孔土層中，它可以配合使用套管護壁但很少採用，因為它 所用的套管非常難以撥出來。在不得己只好採用"穩定液"即鹼性泥 漿護壁時，又因迴轉鬥上下提土泥漿被劇烈攪動護壁效果往往不可 靠。特別是遇到易塌孔的流砂、卵石層，旋挖鑽孔有時甚至被禁用。 這也是高效靈活價格也相對便宜的旋挖鑽機至今仍然無法取代笨重 昂貴的貝諾特搖管鑽機的主要原因。隨著國家對環境保護要求日益嚴格，有很多燃煤鍋爐燃煤電廠將 改燒天然氣。為"防恐"現在需要將天然氣貯存於深埋地下達50多 米的耐壓鋼筒中，適當加大貯氣鋼筒直徑將使貯氣量成平方關係增 加。但難題在於怎麼將大直徑的鋼筒深埋於地下。首先需要鑽大口徑 深孔，鑽孔不難，.i:述兒種現有的成孔方法都可以完成。但是在深孔中放置鋼筒卻不容易用上述旋挖、貝諾特搖管、泥漿正反循環的方法鑽出來的孔都無法封底，不封底就無法排出孔中水或泥漿，在充滿 水或泥漿的深孔中放置貯氣鋼筒十分困難。所以採用現有成孔法鑽孔 建地下貯氣庫只能選擇無地下水或理想深度恰好有不透水層的地方。 可是已建成的燃煤電廠附近卻往往沒有這種條件。
採用上述各種現有的成孔方法製做砼灌注樁時，所製成的大直徑砼樁無一例外全部都是實心的圓柱體，自重十分可觀。近年來小直徑 預應力空心管樁的應用得到推廣。如果我們將預應力和空心這兩項技 術也應用到大直徑砼樁上去，其效益將是十分巨大的。簡單一算便知直徑lm以上的樁由實心改為空心至少減少建材用量60%以上，而預 應力技術的應用將使建材的使用更為合理。建材生產中水泥鋼鐵都是 高能耗、重汙染的大戶。節約與合理使用建材的意義不僅僅在於降低 了建築成本，更重要的是有利於生態環境的保護。 發明內容本發明要解決的技術問題是:提供一種簡易可靠可行的低成本方 法，使鑽機鑽大口徑深孔時保證不塌孔並且在成孔後能夠將此深孔孔 底封閉，排出孔內水，製成孔壁孔底全封閉的砼深井或空心的大直徑空心砼樁。本發明解決上述技術問題的方案是 一種鑽孔護壁封底制樁的方法，設有鑽機和內徑大於鑽具直徑的預製砼護筒，其特徵在於預製砼護筒為一個底節配若干個續節，底節下端有內錐狀刃口上端預埋連接環，續節上端預埋連接環下端預埋定位連接環，將底節安放在鑽孔位置並用護筒加壓裝置將其固定再使用鑽具從底節孔內下鑽取土，同時通過護筒加壓裝置施壓迫使底節下沉，當下沉量達到一個續節高度時在底節上端面抹水泥砂槳再加一個續節並通過兩節間連接環將它們焊為一體，重複進行上述下鑽取土同時施壓迫使護筒下沉、抹水泥砂漿後加上新續節、焊接相連後再繼續施壓取土的過程，直到底節下沉到預定深度，再下導管從孔底灌注砼封底，待封底的砼強度達到要求後使用潛水泵排出孔中水。這樣我們就製成一個孔壁孔底封閉孔內排空水的砼深井或一個空心砼樁。
下面我們通過附圖來說明本發明中所說的砼預製護筒的底節、
續節和護筒加壓裝置的形狀、結構和工作原理以及如何使用它們護壁 封底和制樁。圖1是本發明護壁工作原理示意圖。為簡明圖中所示的是僅用於護 壁封底不作為樁的預製砼護筒和一種最簡單的油缸型護筒加壓裝置。 圖中左上角局部放大表示壓盤的細部結構，右下角是兩節護筒連接處 結構的示意圖。圖2是本發明用於孔壁孔底全封閉的砼深井的預製砼護筒結構。 圖中(a):是底節加一節續節連接在一起的形狀與結構。(b):是一個單獨的續節結構。 圖3是本發明用於製做大直徑空心砼樁時作為樁體的預製鋼筋砼 護筒的結構，因其與圖2所示的砼護筒外形基本相同，為更清楚表明 其作為樁體而增加的預應力鋼筋和壓漿管以及為保護樁體內鋼鐵材 料而添加的水泥砂漿保護層等等細部結構，全部釆用局部剖視圖。 圖中(a):表示任何一個續節下端的結構。(b):表示任何一個續節或底節上端結構以及底節下端的內 錐狀刃口結構。(C):表示任何兩節作為樁體的砼護筒之間連接處結構及壓注水泥漿的效果。 、(d):表示一個用於連^兩節間壓漿管的三通接頭結構。 圖中l.護筒壓盤，2.旋挖鑽機伸縮鑽杆，3.油缸銷軸組件，4.施壓 油缸，5.預製砼護筒續節，6.護筒加壓裝置配重，7.預製砼護筒續節 下端的預埋定位連接環，8.預製砼護筒上端預埋連接環。9.續節下端 預埋定位連接環上的塞焊孔(塗黑表示已經塞焊)，IO.鑽機迴轉鬥， ll.預製砼護筒底節，12.護筒加壓裝置的護筒定位圈，13.護筒加壓裝 置底架，14.壓盤墊，(廢輪胎製成)15.壓盤定位塊(6塊沿周邊均布)， 16.底節內護圈，17.底節預埋刃口， 18.樁體預應力主筋，19.焊接張拉 圈與連接環的筋，20.張拉圈，21.預埋壓漿管，22.樁體內箍筋或螺 旋繞筋，23.抹在每節砼護筒上端面的水泥細砂漿，24.底節孔底出漿 管，25.滲透在樁周土層中的高壓水泥漿，26.填充在兩節接頭處保護 連接環鋼鐵材料的水泥砂漿，27.壓漿管三通接頭的出漿管，28.壓漿管三通接頭。
具體實施方式
首先通過圖1來說明一個孔壁孔底全封閉的砼深井是如何完成的在鑽孔的位置上安放底節11，底節上端面抹上水泥細砂漿後再 加一個續節5 (如果底節高度相當於油缸高加上一個續節高時則只安放底節即可)通過續節下端定位連接環7上的塞焊孔9處塞焊將它們 連接起來。安放護筒加壓裝置。圖1中所示的是一種結構最簡單的油缸型護 筒加壓裝置，由一個小型液壓站提供動力。其壓盤1與兩隻油缸4 底架13都是可拆卸的。配重6可採用鐵錠，也可用砼現場澆注，甚 至可用砂袋。(當砼護筒高度較大時，可採用壓蓋上下移動有導軌的 鏈條型護筒加壓裝置，結構較複雜但其迫使護筒下沉的作用相同，故 此處不作詳細討論。)落下壓盤l略施壓力，從底節孔內使用旋挖回 轉鬥下鑽取土同時向砼護筒持續施壓迫使護筒下沉。待底節下沉量達 到一個續節高度時，升起壓盤1在續節5的上端面抹水泥細砂漿，安 放第二個續節5於其上，在第二續節5下端的定位連接環7上的塞焊 孔9處塞焊，將兩個續節連接起來。不斷地繼續進行上述過程下鑽取土同時施壓迫使砼護筒下沉， 待下沉量達到一個續節高度時升起壓盤在續節上端面抹水泥細砂漿， 再安放新續節在其下端定位連接環的塞焊孔處塞焊使兩節相連，通過 壓盤施壓和取土迫使砼護筒下沉......。 一直到底節下沉到預定深度。測量檢查孔底後下砼導管從孔底灌注砼封底。這樣， 一個孔壁和孔底 都封閉的砼深井就完成了 。使用潛水泵泵出孔中水後就可以從容安放 天然氣貯筒。如圖2所示，製做封底深井的預製砼護筒一般都不配筋或僅有少量構造配筋。從圖2我們也可看出底節ll的內壁有幾道底節內護 圈16即預埋的鐵圈上焊有一圈鋼筋。這幾道內護圈的作用有兩個-其一是加固，防止底節因旋挖迴轉鬥頻繁上下提土碰撞而損壞。其二是阻止封底的砼塞在水壓力下滑移。從圖2我們還可以看出續節下
端定位連接環7上的塞焊孔9數量不多， 一般僅有6至10個。所起 的作用是防止迫使護筒下沉的過程中萬一有兩節護筒分離在兩節間 夾入泥砂影響封水效果。6至IO個孔塞焊過程很快，在下鑽施壓的 過程中可以迅速完成。塞焊孔是在定位連接環下料後將多條板料疊起 來鑽成的。定位連接環與水泥砂漿配合可基本上滿足封水的要求。當 封水要求不高或滲水量很小時，也可以用幾根焊在續節下端外圈預埋 件上的短鋼筋代替定位連接環並將連接環簡化為一圈預埋鋼筋，以此 降低砼護筒成本。我們也可使用瀝青嵌縫油膏來取代水泥砂漿，防滲 效果更好。(但制樁時不宜使用瀝青取代水泥)。我們再介紹本發明如何製做大直徑的空心砼樁。先看圖3中各局部剖 視所表現的用作樁體時預製砼護筒結構與圖2中單純護壁封底的砼護筒的不同處1. 配有鋼筋。其配筋量、砼強度、壁厚等等根據樁的設計承載力確定。圖3中表示的主筋18是預應力主筋。因此每節樁體(即底節 和續節)的兩端都設有張拉圈20。張拉圈20通過若干片筋19與 兩端連接環8、定位連接環7焊牢。每一節上連接環8和定位連接 環7以及定位連接環7上塞焊孔9的設置，都必須保證兩節相焊 連成一體後其接頭處的抗拉強度不低於樁體內主筋18的總抗拉強 度。從圖3 (C)中可以看出當每節上下端都與相鄰節焊成一體 後，其整個樁體內的主筋從力學結構上看完全是一個連續的整體 結構。如果現場澆注樁體時不對其主筋施加預應力，則可以簡化 結構取消張拉圈20和筋19直接將主筋18焊接在連接環8和定 位連接環7上。2. 預埋壓漿管。每節樁體內預埋數根(6 8根)壓漿管(可用半硬 的聚氯乙烯管)如圖3所示。每加新續節時注意上下壓漿管位置。 將兩節焊連後用三通接頭28或二通接頭(結構簡單未畫圖)將上
下壓漿管21接通。兩節間一圈接頭中只安排兩根用三通接頭，其 餘用二通接頭。事先選定兩根壓漿管從上到下始終只用二通接頭, 這兩根用於底節下端孔底壓漿。除這兩根以外其它壓漿管三通二通安排儘可能均衡。三通接頭的出漿管27和底節出漿管24事先 用熱粘法粘住(即加熱管口再用鉗子夾住使其粘和)防止砂漿和 泥砂進入。待壓漿時高壓水泥漿自會將封口衝開。高壓水泥漿的 作用在於固結底節下部被攪動破碎的土層滲入樁周土層以提高樁 的端承力和側摩阻力。我們只在作樁體的砼護筒中預埋壓漿管。 但在側摩阻力很大的地質條件下，比如遇到很厚的角礫粗砂層時， 為使底節順利下沉到所要求的深度，我們也可利用預埋壓漿管在 施工過程中向孔壁壓注泥漿(不是水泥漿！)用泥漿作潤滑劑減小 側摩阻力幫助護筒下沉。 3.用水泥砂漿保護樁體接頭處的鋼鐵材料。用作樁體的砼護筒是建 築物永久結構的組成部分，其鋼鐵材料必須包裹在砼中防腐蝕。 圖3 (C)中表示了兩節樁體焊接並且接通壓漿管後在接頭處的定 位連接環外側空槽內填充水泥砂漿26作為保護層。(圖2中僅僅 用作護壁封底的砼護筒無此要求。)每節樁體的長度(即護筒高度)當然越長越好，但受到旋挖鑽機回 轉鬥提離地面的限制。在鑽機設備允許的條件下，預製的底節和續節 高度應儘可能高一些以減少接頭數。認真焊接可使樁強度不受接頭影響。現在我們將本發明製做大直徑空心砼樁的工序歸納如下1.在預定樁位上安裝底節11 。在底節上端面抹水泥細砂漿23後 於其上安放續節5"在塞焊孔9處塞焊，用多個二通接頭和兩
個三通接頭28連接兩節接頭處壓漿管21 ，在定位連接環7外 側空槽內填充水泥砂漿26。(如底節高度相當於油缸高加續節 高時，則只安放底節即可)2. 安放護筒加壓裝置。落下壓盤1略施壓力。使用旋挖迴轉鬥從 底節孔內下鑽取土同時通過壓盤1加壓迫使底節下沉。直至下 沉量達到一個續節高度。3. 升起壓盤1在續節端面上抹水泥細砂漿後在其上加新續節，塞 焊，連接壓漿管，填充水泥砂漿，落下壓盤施壓同時從孔內下 鑽取土。不斷重複進行上述加新續節、塞焊、接通壓漿管、填充水泥砂漿、取土同時施壓、抹水泥細砂漿後加新續節........的過程，直到底節下沉到預定深度。4. 下導管在孔底灌注砼封底。5. 壓漿。由最上續節的壓漿管向樁底和樁周土層高壓(不低於 10MPa)壓注水泥漿。6. 排水回填。用潛水泵排出孔內水回填部分所鑽出的砂土。 一個 空心的砼樁就此完成。採用本發明製做大直徑空心砼樁具有以下顯著優點-1. 節省建材。相同直徑的大直徑空心砼樁比實心砼樁至少 節省砼用量60%以上。而預應力技術的應用更使建材得 到合理的利用。2. 提高樁的承載力。樁實心改為空心減輕的重量就是增加 的承載力。壓漿技術應用又大幅度提高了側摩阻力和端 承力。預製砼空心樁體時應用預應力和離心脫水、蒸壓 養護等技術可將樁體強度提高數倍(由C20提高到C80)
高強度的樁體有利於充分發揮持力層的端承力。有良好 的持力層時本發明的樁具有非常高的承載力。3. 施工速度快。本發明施工時鑽孔和制樁一次完成。鑽進 的速度基本上就是制樁的速度，大大縮短了施工周期。4. 沒有泥漿汙染環境。鑽孔時鑽出的泥土可將其很大一部 分回填到空心樁體內，減輕了外運填埋處理的壓力。本發明適用於各種土層。在有流砂，卵石等易塌孔土層中 其優點尤為明顯。遇到孤石漂石層時，只要注意加固底節使其 具備足夠的堅牢度就可以使用衝抓斗成孔。本發明為高效率的 成孔設備旋挖鑽機突破過去的施工禁區製造了條件。應該說明 的是本發明並非只能用於旋挖鑽機，其它成孔設備如泥漿正反 循環的轉盤鑽、潛水鑽等等甚至在西北黃土地區使用的一種簡 易鑽孔機"大鍋錐"也能採用本發明所述方法製做空心砼樁。 而簡易鑽孔機與本發明的結合，有助於徹底淘汰"人工挖孔樁" 這種十分危險、屢屢發生人身傷亡事故、卻因"成本低廉"至今 仍被列入設計手冊並被建設工地繼續採用的制樁方法。
權利要求
1.一種鑽孔護壁封底制樁的方法，設有鑽機和內徑大於鑽具直徑的預製砼護筒，其特徵在於預製砼護筒為一個底節配若干個續節，底節下端有內錐狀刃口上端預埋連接環，續節上端預埋連接環下端預埋定位連接環，將底節安放在鑽孔位置並採用護筒加壓裝置將其固定再使用鑽具從底節孔內下鑽取土，同時通過護筒加壓裝置施壓迫使底節下沉，當下沉量達到一個續節高度時在底節上端面抹水泥砂漿再加一個續節並將其下端定位連接環與底節上連接環相焊連，重複進行上述下鑽取士同時施壓迫使護筒下沉、抹水泥砂漿後加上新續節、焊接相連後再繼續施壓取土的過程，直到底節下沉到預定深度，再下導管從孔底灌注砼封底，製成孔壁孔底封閉的深井或空心砼樁。
2. 如權利1所述的一種鑽孔護壁封底制樁的方法，其特徵在於所說 的製做空心砼樁樁體時的砼護筒是預埋有多根壓漿管的鋼筋砼護 筒，經過封底成樁後再通過這些壓漿管向樁底和樁周土層壓注高壓 水泥漿。
全文摘要
一種鑽大口徑深孔護壁封底和制大直徑空心樁的方法採用兩種砼護筒一個底節配若干續節，底節下端有內錐狀刃口續節下端預埋定位連接環，它們上端均預埋連接環。在孔位安放底節並用護筒加壓裝置固定，使用鑽具從底節孔內取土同時用護筒加壓裝置迫使下沉，待下沉量達一個續節高時在其上端面抹水泥砂漿再加一續節並將兩節焊連。不斷重複進行上述取土施壓下沉抹砂漿加新續節焊連的過程直到底節下沉到預定深度，下導管從孔底灌注砼封底，製成孔壁孔底全封閉可排空孔中水的砼深井。如果砼護筒按高強度樁體要求配預應力鋼筋並預埋壓漿管，則可製成樁底樁周土層均可壓注水泥漿的空心砼樁。這種樁省材料高強度充分發揮端承和側摩阻力，鑽孔制樁一次完成。
文檔編號E02D5/22GK101153491SQ200610141939
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月29日 優先權日2006年9月29日
發明者石午江, 義 陶 申請人:石午江