大直径桩成孔中穿越巨厚抛石层入坚硬岩工法

1、大直径桩成孔中穿越巨厚抛石层入坚硬岩施工工法公司简介 / P r e f a c e山东鲁泰基础工程有限公司成立于1998年，是山东省路桥集团有限公司和肥城市岩土工程公司出资成立的公司，主要从事大直径桩基础施工，尤其擅长复杂地层、桩直径3-5m、桩长150m以内桩基础施工。 公司成立以来，先后施工20多座跨黄河大桥桩基础；南京南京长江二桥、三桥、四桥、大胜关桥、青岛海湾大桥、苏通长江大桥、嘉绍跨海大桥、武汉天兴州长江大桥等100多座国家重点大桥桩基础；各类高层建筑物桩基础150多座，“建一座工程，树一座丰碑”是公司对社会的承诺。目 录 Contents01工法简介02工法特点03适用范围04工

2、艺原理05工艺流程06应用实例01第一部分 工法简介钻孔灌注桩钻孔灌注桩不扰动周围土层，适应性强，单桩承载力高，使用灵活、受力明确、计算简洁，有成熟的施工设备和工艺，使钻孔灌注桩在大型建筑物、跨江跨河桥梁等建（构）筑物基础中得到了广泛的应用。为了降低成本，尽量减少钻孔灌注桩数量，对桩基础承载力要求更高，桩直径2.5m的大直径钻孔灌注桩（简称大直径桩）越来越多。优点大直径桩在岩面倾斜坚硬岩中成孔大直径桩所受的上部荷载大，加上桩基础本身重量大，设计人员选择岩石饱和单轴抗压强度60MPa的坚硬岩为大直径桩持力层。为了在坚硬岩中成孔，可选择冲击钻机或全液压钻机。冲击钻机对周边地铁、居民区等敏感建（构）

3、筑物振动影响大、成孔工效低、孔璧垂直度得不到保证，实践中常把全液压钻机作为坚硬岩中成孔的首选设备。全液压钻机具有以下优势：用气举反循环法排渣、清渣，成孔工效高；可选增配重、孔底加压、扶正器辅助钻进，保证孔壁重直度。但是，不均匀风化下的坚硬岩面埋深起伏大，在倾斜岩面条件下如何发挥全液压钻机优势是大直径桩在坚硬岩中成孔的施工难点。难点一穿越抛石层成孔 在沿海地区，为了保护海岸线不受波浪侵蚀，或增加陆地面积，常通过在海岸线附近设置多层抛石，以便降低波浪的动能，避免海岸线受到侵蚀，或者加速波浪携带的颗粒在抛石之间沉淀下来并覆盖抛石，增加陆地面积。于是，在海岸线附近进行大直径桩成孔时，常会遇到如何高效穿

4、越巨厚抛石层的施工难点。难点二大直径桩成孔中穿越巨厚抛石层入坚硬岩施工工法山东鲁泰基础工程有限公司在施工过程中，基于自行研发的套管驱动器；利用旋挖钻机机械动力特征和套管跟进切割工艺；通过自行研发的筒状取石装置，抓取抛石后提到地面；采用自行研发的大直径桩双切面滚刀钻头破碎坚硬岩到设计孔深，解决了大直径桩成孔中高效穿越巨厚抛石层、倾斜岩面条件下发挥全液压钻机优势在坚硬岩中成孔的施工难点。以上述关键技术为基础，形成了大直径桩成孔中穿越巨厚抛石层入坚硬岩施工工法。专利技术该工法的关键技术之一以“大直径桩双切面滚刀钻头”为题目于2020年5月26日向国家知识产权局申请了实用新型专利，申请号2020209

5、15104.6。02第二部分 工法特点图2.0.1 套管驱动器结构示意图1、旋挖钻机的钻杆方头伸入套管驱动器圆中心的中空方形接头内，钻杆方头上的销轴孔与中空方形接头侧面上的销轴孔对齐，销轴通过销轴孔，然后在销轴上插入锁销，套管驱动器连接在旋挖钻机的钻杆上（图2.0.1）。套管驱动器圆环下部通过锥销孔与套管连接，其中第一节套管（套管靴）底部安装用来切削抛石的截齿。旋挖钻机旋转套管驱动器，带动套管旋转下沉时，截齿切割抛石，把孔内要清除的抛石、土与套管外抛石、土隔离。1中空方形接头；2销轴孔；3加强肋板；4圆环；5锥销孔图2.0.3-1 大直径桩双切面滚刀钻头内钻头结构示意图1钻杆；2上法兰盘；3隔

6、板；4下法兰盘；5螺栓；6吸渣管；7加强肋板；8密封橡胶圈；9环形侧板；10底盘；11球齿滚刀；图2.0.3-2 大直径桩双切面滚刀钻头偏转一定角度后结构示意图1钻杆；10底盘；11球齿滚刀；12吸渣口；13外钻筒；14牙轮齿 2、为了、为了发挥全液压钻机在倾斜岩面条件下高效破碎成孔的优势，采用大直发挥全液压钻机在倾斜岩面条件下高效破碎成孔的优势，采用大直径桩双切面滚刀钻头，该钻头具有以下特点：径桩双切面滚刀钻头，该钻头具有以下特点：（1）钻头由内钻头、外钻筒组成。（2）外钻筒高2m，外钻筒通过螺栓与隔板连接，外钻筒下边缘布置牙轮齿。（3）内钻头的球齿滚刀高于外钻筒的牙轮齿，两者存在0.5m的

7、高差。3、优点 工法结合旋挖钻机功率大和全液压钻机破碎坚硬岩工效高、孔壁重直度有保证的优势，高效穿越巨厚抛石层入坚硬岩成孔，社会经济效益显著遇到倾斜的坚硬岩面，外钻筒的牙轮齿与岩面率先接触，破碎出一道环形缝，即外钻筒产生了先导效应，内钻头的球齿滚刀再跟进破碎，能有效防止钻头偏斜；更进一步，筒高2m的外钻筒起到扶正作用，两相结合确保孔壁垂直度。外钻筒先将筒状岩芯与周围岩体分割形成环形缝，实现了应力释放效应，提高了内钻头破碎坚硬岩的效率，应用大直径桩双切面滚刀钻头在坚硬岩中破碎成孔的工效比常规钻头提高50%以上。在外钻筒和内钻头之间设置间隙，钻进中钻渣会沿间隙进入。一增大大直径桩双切面滚刀钻头的自

8、重，增加能耗；二对内钻头的环形侧板造成磨损，降低内钻头的使用寿命。所以，在环形侧板上设置了三道密封橡胶圈，阻挡钻渣进入外钻筒和内钻头的间隙。03第三部分 适用范围桩端持力层岩石单轴饱 和 抗 压 强 度 60MPa。施工振动受限的地铁、居民区等敏感建（构）筑物周边。抛石深度15m。桩直径2.5m的大直径桩；钻孔深度100m。坚硬岩敏感建（构）筑物周边大直径桩、超长桩抛石深度04第四部分 工艺原理图4.0.3-1 同一环带上两把球齿滚刀对称布置图10底盘；11球齿滚刀；15球齿；16刀座；17环带图4.0.3-2 大直径桩双切面滚刀钻头内钻头底盘上球齿滚刀布置图10底盘；11球齿滚刀；12吸渣口

9、；15球齿；16刀座；17环带大直径桩双切面滚刀钻头内钻头的底盘上布置球齿滚刀。球齿由大于岩石饱和抗压强度的硬质合金制成，嵌入球齿滚刀面一定深度。球齿滚刀通过螺栓与刀座连接，而刀座焊接在底盘上。球齿滚刀在底盘上环状排列，球齿滚刀在转盘上按同一环带上对称布置（图4.0.3-1）或均匀布置，内环带上的球齿滚刀布置在外环带上球齿滚刀之间的中间位置（图4.0.3-2），保证球齿滚刀受力均匀，破碎坚硬岩层深度相等，不仅延长了球齿滚刀的使用时间，而且保证每把球齿滚刀的使用时间相同，高效破碎坚硬岩。05第五部分 工艺流程大直径桩成孔中穿越巨厚抛石层入坚硬岩施工工法的工艺流程图下沉套管、切割抛石下沉套管、切割

10、抛石气举反循环清渣气举反循环清渣旋挖钻机就位旋挖钻机就位气举反循环排渣、清渣气举反循环排渣、清渣确定大直径桩桩位确定大直径桩桩位成孔质量检测成孔质量检测全液压钻机穿越第四系全液压钻机穿越第四系破碎坚硬岩成孔破碎坚硬岩成孔抓取抛石提到孔外抓取抛石提到孔外泥浆护壁泥浆护壁下钢筋笼、灌注混凝土后回收套管下钢筋笼、灌注混凝土后回收套管一、旋挖钻机在大直径桩位处利用斗齿钻头引孔二、第一节套管（套管靴）和套管靴底部用来切削抛石层的截齿三、旋挖钻机钻杆方头伸入研发的套管驱动器的中空方形接头内，套管驱动器连接在旋挖钻机的钻杆上四、套管驱动器正准备与套管孔口对接五、套管驱动器与套管孔口对接后，旋转、下沉套管，套

11、管靴底部截齿切割抛石，同时向套管内喷水降温、防尘六、研发的筒状取石装置准备伸入到套管内，抓取抛石及土提到孔外（左为底，右为顶）七、抓取出场地面以下10m的抛石，直径1.4m1.6m八、破碎坚硬岩的大直径桩双切面滚刀钻头，钻头直径3m九、内钻头底盘上布置的球齿滚刀实物、外钻筒下边缘布置的牙轮齿9 9环形侧板；环形侧板；1010底盘；底盘；1111球齿滚球齿滚刀；刀；1515球齿；球齿；1616刀座刀座十、下钢筋笼、灌注混凝土后，起拔套管，分离套管前，用扳手拧开套管之间的连接件锥销06第六部分 应用实例深圳恒大中心大直径桩基础工程1、大直径桩场地北侧濒临深圳地铁11号线和9号线的4条隧道，场地红线

12、距地铁11号上行线最近仅3.0m，选择能消除振动对地铁安全运营影响的成孔工艺是第一个难点；2、混凝土场地面上为厚度10m的填海抛石层，据现场调查抛石直径超过1m，成孔中顺利穿越抛石层且确保孔壁不坍塌是第二个难点；3、钻头高效破碎最大岩石饱和单轴抗压强度136MPa的微风化花岗岩成孔是第三个难点；4、桩基础范围内有3-6根直径89mm用于基坑封底的钢质预注浆管，去除钢质预注浆管确保顺利成孔是第四个难点；5、由于场地位于填海区，花岗岩基岩面埋深起伏大，在倾斜岩面条件下确保孔壁垂直度是第五个难点。难点钢质预注浆管钢质预注浆管深圳恒大中心大直径桩基础工程 以大直径桩双切面滚刀钻头为基础，应用企业级工法大直径桩成孔中穿越巨厚抛石层入坚硬岩施工工法，解决了大直径桩成孔施工中的五个难点，穿越抛石层工效33cm/h，取出的抛石直径1.