大直徑樁成孔中穿越巨厚拋石層入堅(jiān)硬巖工法

1、大直徑樁成孔中穿越巨厚拋石層入堅(jiān)硬巖施工工法公司簡(jiǎn)介 / P r e f a c e山東魯泰基礎(chǔ)工程有限公司成立于1998年，是山東省路橋集團(tuán)有限公司和肥城市巖土工程公司出資成立的公司，主要從事大直徑樁基礎(chǔ)施工，尤其擅長(zhǎng)復(fù)雜地層、樁直徑3-5m、樁長(zhǎng)150m以內(nèi)樁基礎(chǔ)施工。 公司成立以來(lái)，先后施工20多座跨黃河大橋樁基礎(chǔ)；南京南京長(zhǎng)江二橋、三橋、四橋、大勝關(guān)橋、青島海灣大橋、蘇通長(zhǎng)江大橋、嘉紹跨海大橋、武漢天興州長(zhǎng)江大橋等100多座國(guó)家重點(diǎn)大橋樁基礎(chǔ)；各類高層建筑物樁基礎(chǔ)150多座，“建一座工程，樹一座豐碑”是公司對(duì)社會(huì)的承諾。目 錄 Contents01工法簡(jiǎn)介02工法特點(diǎn)03適用范圍04工

2、藝原理05工藝流程06應(yīng)用實(shí)例01第一部分 工法簡(jiǎn)介鉆孔灌注樁鉆孔灌注樁不擾動(dòng)周圍土層，適應(yīng)性強(qiáng)，單樁承載力高，使用靈活、受力明確、計(jì)算簡(jiǎn)潔，有成熟的施工設(shè)備和工藝，使鉆孔灌注樁在大型建筑物、跨江跨河橋梁等建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)中得到了廣泛的應(yīng)用。為了降低成本，盡量減少鉆孔灌注樁數(shù)量，對(duì)樁基礎(chǔ)承載力要求更高，樁直徑2.5m的大直徑鉆孔灌注樁（簡(jiǎn)稱大直徑樁）越來(lái)越多。優(yōu)點(diǎn)大直徑樁在巖面傾斜堅(jiān)硬巖中成孔大直徑樁所受的上部荷載大，加上樁基礎(chǔ)本身重量大，設(shè)計(jì)人員選擇巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度60MPa的堅(jiān)硬巖為大直徑樁持力層。為了在堅(jiān)硬巖中成孔，可選擇沖擊鉆機(jī)或全液壓鉆機(jī)。沖擊鉆機(jī)對(duì)周邊地鐵、居民區(qū)等敏感建（構(gòu)）

3、筑物振動(dòng)影響大、成孔工效低、孔璧垂直度得不到保證，實(shí)踐中常把全液壓鉆機(jī)作為堅(jiān)硬巖中成孔的首選設(shè)備。全液壓鉆機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：用氣舉反循環(huán)法排渣、清渣，成孔工效高；可選增配重、孔底加壓、扶正器輔助鉆進(jìn)，保證孔壁重直度。但是，不均勻風(fēng)化下的堅(jiān)硬巖面埋深起伏大，在傾斜巖面條件下如何發(fā)揮全液壓鉆機(jī)優(yōu)勢(shì)是大直徑樁在堅(jiān)硬巖中成孔的施工難點(diǎn)。難點(diǎn)一穿越拋石層成孔 在沿海地區(qū)，為了保護(hù)海岸線不受波浪侵蝕，或增加陸地面積，常通過(guò)在海岸線附近設(shè)置多層拋石，以便降低波浪的動(dòng)能，避免海岸線受到侵蝕，或者加速波浪攜帶的顆粒在拋石之間沉淀下來(lái)并覆蓋拋石，增加陸地面積。于是，在海岸線附近進(jìn)行大直徑樁成孔時(shí)，常會(huì)遇到如何高效穿

4、越巨厚拋石層的施工難點(diǎn)。難點(diǎn)二大直徑樁成孔中穿越巨厚拋石層入堅(jiān)硬巖施工工法山東魯泰基礎(chǔ)工程有限公司在施工過(guò)程中，基于自行研發(fā)的套管驅(qū)動(dòng)器；利用旋挖鉆機(jī)機(jī)械動(dòng)力特征和套管跟進(jìn)切割工藝；通過(guò)自行研發(fā)的筒狀取石裝置，抓取拋石后提到地面；采用自行研發(fā)的大直徑樁雙切面滾刀鉆頭破碎堅(jiān)硬巖到設(shè)計(jì)孔深，解決了大直徑樁成孔中高效穿越巨厚拋石層、傾斜巖面條件下發(fā)揮全液壓鉆機(jī)優(yōu)勢(shì)在堅(jiān)硬巖中成孔的施工難點(diǎn)。以上述關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)，形成了大直徑樁成孔中穿越巨厚拋石層入堅(jiān)硬巖施工工法。專利技術(shù)該工法的關(guān)鍵技術(shù)之一以“大直徑樁雙切面滾刀鉆頭”為題目于2020年5月26日向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)了實(shí)用新型專利，申請(qǐng)?zhí)?020209

5、15104.6。02第二部分 工法特點(diǎn)圖2.0.1 套管驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖1、旋挖鉆機(jī)的鉆桿方頭伸入套管驅(qū)動(dòng)器圓中心的中空方形接頭內(nèi)，鉆桿方頭上的銷軸孔與中空方形接頭側(cè)面上的銷軸孔對(duì)齊，銷軸通過(guò)銷軸孔，然后在銷軸上插入鎖銷，套管驅(qū)動(dòng)器連接在旋挖鉆機(jī)的鉆桿上（圖2.0.1）。套管驅(qū)動(dòng)器圓環(huán)下部通過(guò)錐銷孔與套管連接，其中第一節(jié)套管（套管靴）底部安裝用來(lái)切削拋石的截齒。旋挖鉆機(jī)旋轉(zhuǎn)套管驅(qū)動(dòng)器，帶動(dòng)套管旋轉(zhuǎn)下沉?xí)r，截齒切割拋石，把孔內(nèi)要清除的拋石、土與套管外拋石、土隔離。1中空方形接頭；2銷軸孔；3加強(qiáng)肋板；4圓環(huán)；5錐銷孔圖2.0.3-1 大直徑樁雙切面滾刀鉆頭內(nèi)鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖1鉆桿；2上法蘭盤；3隔

6、板；4下法蘭盤；5螺栓；6吸渣管；7加強(qiáng)肋板；8密封橡膠圈；9環(huán)形側(cè)板；10底盤；11球齒滾刀；圖2.0.3-2 大直徑樁雙切面滾刀鉆頭偏轉(zhuǎn)一定角度后結(jié)構(gòu)示意圖1鉆桿；10底盤；11球齒滾刀；12吸渣口；13外鉆筒；14牙輪齒 2、為了、為了發(fā)揮全液壓鉆機(jī)在傾斜巖面條件下高效破碎成孔的優(yōu)勢(shì)，采用大直發(fā)揮全液壓鉆機(jī)在傾斜巖面條件下高效破碎成孔的優(yōu)勢(shì)，采用大直徑樁雙切面滾刀鉆頭，該鉆頭具有以下特點(diǎn)：徑樁雙切面滾刀鉆頭，該鉆頭具有以下特點(diǎn)：（1）鉆頭由內(nèi)鉆頭、外鉆筒組成。（2）外鉆筒高2m，外鉆筒通過(guò)螺栓與隔板連接，外鉆筒下邊緣布置牙輪齒。（3）內(nèi)鉆頭的球齒滾刀高于外鉆筒的牙輪齒，兩者存在0.5m的

7、高差。3、優(yōu)點(diǎn) 工法結(jié)合旋挖鉆機(jī)功率大和全液壓鉆機(jī)破碎堅(jiān)硬巖工效高、孔壁重直度有保證的優(yōu)勢(shì)，高效穿越巨厚拋石層入堅(jiān)硬巖成孔，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著遇到傾斜的堅(jiān)硬巖面，外鉆筒的牙輪齒與巖面率先接觸，破碎出一道環(huán)形縫，即外鉆筒產(chǎn)生了先導(dǎo)效應(yīng)，內(nèi)鉆頭的球齒滾刀再跟進(jìn)破碎，能有效防止鉆頭偏斜；更進(jìn)一步，筒高2m的外鉆筒起到扶正作用，兩相結(jié)合確?？妆诖怪倍?。外鉆筒先將筒狀巖芯與周圍巖體分割形成環(huán)形縫，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力釋放效應(yīng)，提高了內(nèi)鉆頭破碎堅(jiān)硬巖的效率，應(yīng)用大直徑樁雙切面滾刀鉆頭在堅(jiān)硬巖中破碎成孔的工效比常規(guī)鉆頭提高50%以上。在外鉆筒和內(nèi)鉆頭之間設(shè)置間隙，鉆進(jìn)中鉆渣會(huì)沿間隙進(jìn)入。一增大大直徑樁雙切面滾刀鉆頭的自

8、重，增加能耗；二對(duì)內(nèi)鉆頭的環(huán)形側(cè)板造成磨損，降低內(nèi)鉆頭的使用壽命。所以，在環(huán)形側(cè)板上設(shè)置了三道密封橡膠圈，阻擋鉆渣進(jìn)入外鉆筒和內(nèi)鉆頭的間隙。03第三部分 適用范圍樁端持力層巖石單軸飽 和 抗 壓 強(qiáng) 度 60MPa。施工振動(dòng)受限的地鐵、居民區(qū)等敏感建（構(gòu)）筑物周邊。拋石深度15m。樁直徑2.5m的大直徑樁；鉆孔深度100m。堅(jiān)硬巖敏感建（構(gòu)）筑物周邊大直徑樁、超長(zhǎng)樁拋石深度04第四部分 工藝原理圖4.0.3-1 同一環(huán)帶上兩把球齒滾刀對(duì)稱布置圖10底盤；11球齒滾刀；15球齒；16刀座；17環(huán)帶圖4.0.3-2 大直徑樁雙切面滾刀鉆頭內(nèi)鉆頭底盤上球齒滾刀布置圖10底盤；11球齒滾刀；12吸渣口

9、；15球齒；16刀座；17環(huán)帶大直徑樁雙切面滾刀鉆頭內(nèi)鉆頭的底盤上布置球齒滾刀。球齒由大于巖石飽和抗壓強(qiáng)度的硬質(zhì)合金制成，嵌入球齒滾刀面一定深度。球齒滾刀通過(guò)螺栓與刀座連接，而刀座焊接在底盤上。球齒滾刀在底盤上環(huán)狀排列，球齒滾刀在轉(zhuǎn)盤上按同一環(huán)帶上對(duì)稱布置（圖4.0.3-1）或均勻布置，內(nèi)環(huán)帶上的球齒滾刀布置在外環(huán)帶上球齒滾刀之間的中間位置（圖4.0.3-2），保證球齒滾刀受力均勻，破碎堅(jiān)硬巖層深度相等，不僅延長(zhǎng)了球齒滾刀的使用時(shí)間，而且保證每把球齒滾刀的使用時(shí)間相同，高效破碎堅(jiān)硬巖。05第五部分 工藝流程大直徑樁成孔中穿越巨厚拋石層入堅(jiān)硬巖施工工法的工藝流程圖下沉套管、切割拋石下沉套管、切割

10、拋石氣舉反循環(huán)清渣氣舉反循環(huán)清渣旋挖鉆機(jī)就位旋挖鉆機(jī)就位氣舉反循環(huán)排渣、清渣氣舉反循環(huán)排渣、清渣確定大直徑樁樁位確定大直徑樁樁位成孔質(zhì)量檢測(cè)成孔質(zhì)量檢測(cè)全液壓鉆機(jī)穿越第四系全液壓鉆機(jī)穿越第四系破碎堅(jiān)硬巖成孔破碎堅(jiān)硬巖成孔抓取拋石提到孔外抓取拋石提到孔外泥漿護(hù)壁泥漿護(hù)壁下鋼筋籠、灌注混凝土后回收套管下鋼筋籠、灌注混凝土后回收套管一、旋挖鉆機(jī)在大直徑樁位處利用斗齒鉆頭引孔二、第一節(jié)套管（套管靴）和套管靴底部用來(lái)切削拋石層的截齒三、旋挖鉆機(jī)鉆桿方頭伸入研發(fā)的套管驅(qū)動(dòng)器的中空方形接頭內(nèi)，套管驅(qū)動(dòng)器連接在旋挖鉆機(jī)的鉆桿上四、套管驅(qū)動(dòng)器正準(zhǔn)備與套管孔口對(duì)接五、套管驅(qū)動(dòng)器與套管孔口對(duì)接后，旋轉(zhuǎn)、下沉套管，套

11、管靴底部截齒切割拋石，同時(shí)向套管內(nèi)噴水降溫、防塵六、研發(fā)的筒狀取石裝置準(zhǔn)備伸入到套管內(nèi)，抓取拋石及土提到孔外（左為底，右為頂）七、抓取出場(chǎng)地面以下10m的拋石，直徑1.4m1.6m八、破碎堅(jiān)硬巖的大直徑樁雙切面滾刀鉆頭，鉆頭直徑3m九、內(nèi)鉆頭底盤上布置的球齒滾刀實(shí)物、外鉆筒下邊緣布置的牙輪齒9 9環(huán)形側(cè)板；環(huán)形側(cè)板；1010底盤；底盤；1111球齒滾球齒滾刀；刀；1515球齒；球齒；1616刀座刀座十、下鋼筋籠、灌注混凝土后，起拔套管，分離套管前，用扳手?jǐn)Q開套管之間的連接件錐銷06第六部分 應(yīng)用實(shí)例深圳恒大中心大直徑樁基礎(chǔ)工程1、大直徑樁場(chǎng)地北側(cè)瀕臨深圳地鐵11號(hào)線和9號(hào)線的4條隧道，場(chǎng)地紅線

12、距地鐵11號(hào)上行線最近僅3.0m，選擇能消除振動(dòng)對(duì)地鐵安全運(yùn)營(yíng)影響的成孔工藝是第一個(gè)難點(diǎn)；2、混凝土場(chǎng)地面上為厚度10m的填海拋石層，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查拋石直徑超過(guò)1m，成孔中順利穿越拋石層且確?？妆诓惶堑诙€(gè)難點(diǎn)；3、鉆頭高效破碎最大巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度136MPa的微風(fēng)化花崗巖成孔是第三個(gè)難點(diǎn)；4、樁基礎(chǔ)范圍內(nèi)有3-6根直徑89mm用于基坑封底的鋼質(zhì)預(yù)注漿管，去除鋼質(zhì)預(yù)注漿管確保順利成孔是第四個(gè)難點(diǎn)；5、由于場(chǎng)地位于填海區(qū)，花崗巖基巖面埋深起伏大，在傾斜巖面條件下確?？妆诖怪倍仁堑谖鍌€(gè)難點(diǎn)。難點(diǎn)鋼質(zhì)預(yù)注漿管鋼質(zhì)預(yù)注漿管深圳恒大中心大直徑樁基礎(chǔ)工程 以大直徑樁雙切面滾刀鉆頭為基礎(chǔ)，應(yīng)用企業(yè)級(jí)工法大直徑樁成孔中穿越巨厚拋石層入堅(jiān)硬巖施工工法，解決了大直徑樁成孔施工中的五個(gè)難點(diǎn)，穿越拋石層工效33cm/h，取出的拋石直徑1.