專利名稱：大直徑斜向嵌巖樁施工方法
技術領域：
本發(fā)明設計港口碼頭管樁施工技術領域，特別涉及一種大直徑斜向嵌巖樁施工的系統(tǒng)實現(xiàn)方法。
背景技術：
目前國外在港口工程中，斜向嵌巖樁的應用已相當普遍，其嵌巖直徑也越來越大。 國內(nèi)直樁嵌巖在建筑工程、橋梁工程及港口工程等已較為普遍，如寶鋼馬跡山碼頭嵌巖直徑也達<j^600mm。但斜向嵌巖樁在港口工程的應用實例較少，目前僅在深圳鹽田二、三期碼頭工程、 浙江舟山冊子島金山石化油碼頭工程和武漢陽邏國際集裝箱轉(zhuǎn)運中心碼頭工程中得到一定的應用，其嵌巖直徑為Φ 800 Φ 1200mm，斜度一般為7 1 5 1，施工所用鉆機均為液壓鉆機。其中深圳鹽田港區(qū)二、三期碼頭工程(四航局承建)，斜向芯柱嵌巖直徑為 Φ 1200mm,樁身斜度6 1，斜樁嵌巖分別采用了日本產(chǎn)L-3型斜孔鉆機和德國產(chǎn)B6型斜孔鉆機。L-3型鉆機最大扭矩30kN · m,對鉆頭施加壓力500kN，鉆機自重140kN ；B6型鉆機最大扭矩95kN*m，對鉆頭施加壓力800kN，鉆機自重210kN。浙江舟山冊子島金山石化油碼頭工程(三航局承建)，部分樁基斜向芯柱嵌巖樁直徑為Φ 1200πιπι，樁身斜度為5 1，斜樁嵌巖采用了南京東升公司生產(chǎn)的ZSD-150型斜孔鉆機。ZSD-150型鉆機最大扭矩SOkN ·πι，對鉆頭施加壓力200kN，鉆機自重160kN。武漢陽邏國際集裝箱轉(zhuǎn)運中心碼頭工程(三航局承建)，斜向芯柱嵌巖樁直徑為Φ 1000mm，樁身斜度為7 1，采用GPS-150型回旋鉆機改造底盤結構后實施斜樁嵌巖。以上這些工程嵌巖最大直徑Φ 1200mm,隨著碼頭的深水和大型化發(fā)展，在復雜地質(zhì)條件下，嵌巖直樁將超過Φ 1200mm才能滿足要求。國外的斜向嵌巖樁施工設備價格昂貴，而國內(nèi)在大直徑斜向嵌巖施工仍處于空白狀態(tài)，無相應的施工經(jīng)驗，缺少專業(yè)的斜向嵌巖施工設備和廠家。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種大直徑斜向嵌巖樁施工的系統(tǒng)實現(xiàn)方法。該方法在總結嵌巖樁施工工藝流程的基礎上，主要針對斜樁嵌巖的特點研究了斜向嵌巖樁成孔的鉆壓確定方法、改進了鋼筋籠的安放與混凝土澆筑的工藝方法。上述發(fā)明方法的具體方案包括如下步驟(1)鉆進成孔工藝；(2)鋼筋籠安放；(3)混凝土澆注；其特征在于，所述步驟(1)中在鋼套筒內(nèi)的軟土層中鉆進時，采用梳齒形刮刀鉆頭鉆進；進入巖層時，采用牙輪鉆頭鉆進，并將液壓動力設置為恒壓鉆進；所述鉆機在巖層中鉆進時，由于鉆具和配重塊的作用，可實施減壓鉆進，液壓動力頭施加的鉆壓一般僅為50kN。所述步驟O)中除了采取加強剛度的方法外，在運輸和安裝鋼筋籠時還采用專用的起重支架進行安放；所述起重支架的傾斜角度與樁的斜率一致，安裝過程中起重支架作為鋼筋籠的托架，避免了鋼筋籠傾斜時在重力作用下的變形，保證了在混凝土樁中鋼筋的位置。所述步驟(3)中在鋼筋籠內(nèi)設置復數(shù)道的型鋼導軌，同時，并在混凝土導管上設置導向裝置，每三節(jié)導管設置一個導向器；所述安放導管時，每道均勻分布的導軌保證無論樁身如何旋轉(zhuǎn)，都能保證導向器卡在導軌上，使混凝土導管沿著導軌順利深入孔底，不至于碰撞鋼筋籠。上述方案中，所述型鋼導軌的數(shù)量為6道。本發(fā)明方法的優(yōu)點在于1)針對斜樁嵌巖鋼筋籠安放時變形的問題，設計并提出了起重架配合吊裝安放鋼筋籠的方法，改進了鋼筋籠的安放工藝，提高了安放效率，保證了工程質(zhì)量。2)針對斜樁嵌巖的混凝土澆筑施工時導管難伸入樁底的問題，提出了采用導軌沉入混凝土導管的方法，避免了碰撞鋼筋籠的問題，保證了成樁質(zhì)量。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明。

圖1為斜樁鋼筋籠安放及混凝土灌注工藝示意圖。其中標號表示為101-現(xiàn)澆承臺；102-卷揚機；103-起重支架(h = 15m) ； 104-限位導架；105-十字型起重吊鉤(在限位導架上沿樁孔軸線方向上下滑動)；106-加強型砼導管；107-鋼筋籠定位導向輪；108-鋼筋籠；109-(MOOmm鋼管0根)；110-導向器；111-鋼筋籠底部(呈錐形)。圖加和圖2b為起重鉆架即斜樁鋼筋籠安放工藝示意圖。圖3為鋼筋籠內(nèi)導軌設置示意圖。其中標號表示為301-鋼套筒；302-超聲波檢測管(3根)；303- “ □，，形混凝土面高程檢測管304-鋼筋籠；305- “ I ”形混凝土管導軌。圖如為混凝土導管導向裝置結構圖。圖4b為圖如的1-1剖面圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明在總結嵌巖樁施工工藝流程的基礎上，主要針對斜樁嵌巖的特點研究了斜向嵌巖樁成孔的鉆壓確定方法、改進了鋼筋籠的安放與混凝土澆筑的工藝方法，并在現(xiàn)有成樁質(zhì)量檢測的方法上，改進了斜向嵌巖樁的質(zhì)量檢測方法。
斜向嵌巖樁的施工工藝與現(xiàn)有的直樁嵌巖的工藝大致相同，也包括穩(wěn)樁、搭設鉆孔平臺、成孔、清孔、安放鋼筋籠、澆筑水下混凝土等步驟。只不過由于鉆孔傾斜，受重力作用影響容易導致鉆孔偏離軸線。所以本課題研究過程中進行了相應的研究，并制定了相關的改進方法。(一 )鉆進成孔工藝；鉆進成孔工藝在研究中，針對相關工程的地質(zhì)條件，研究總結了鉆壓的計算方法， 并結合工程實際進行了鉆壓設計和研究。比如，洋山深水港工程嵌巖樁施工區(qū)域存在著不同程度的軟土覆蓋層，課題組針對軟土和巖石的硬度差異提出了不同的鉆進方法。在鋼套筒內(nèi)的軟土層中鉆進時，采用梳齒形刮刀鉆頭鉆進；進入巖層時，采用牙輪鉆頭鉆進，并將液壓動力設置為恒壓鉆進。斜樁鉆進成孔的參數(shù)包括鉆機的轉(zhuǎn)速和鉆壓。其中根據(jù)施工經(jīng)驗，在中等風化巖中鉆孔時，轉(zhuǎn)速η為9 12r/min較為合適。課題研究中提出了鉆壓的計算方法。鉆進總壓力(總鉆壓)P = qfb其中q——比壓，根據(jù)地質(zhì)報告，查得q = 300 ;350kgf/cm ；f——鉆頭刀具布置的重合系數(shù)，f = 1. 1 ；b——半徑方向的破巖帶寬度，b = 75cm。計算得P = 248 ^9kN，取 P = 270kN。巖層中鉆進時，鉆機液壓動力頭施加的鉆壓Pz應為Pz = P-G = 270kN-220kN = 50kN其中G為鉆桿、鉆具的總重。即鉆機在巖層中鉆進時，由于鉆具和配重塊的作用，可實施減壓鉆進，液壓動力頭施加的鉆壓一般僅為50kN。( 二)鋼筋籠安放；大直徑嵌巖樁的鋼筋籠自重通常較大，重達40 50噸，而斜樁嵌巖的鋼筋籠在安裝時由于樁身傾斜，在自重作用下鋼筋籠容易彎曲變形，影響嵌巖樁的鋼筋保護層厚度，從而影響成樁質(zhì)量。為了避免鋼筋籠安裝過程中的變形，通過結合工程施工的開展，除了采取加強剛度的方法外，在運輸和安裝時還提出并設計了專用的起重支架進行安放。支架的傾斜角度與樁的斜率一致，安裝過程中起重支架作為鋼筋籠的托架，避免了鋼筋籠傾斜時在重力作用下的變形，保證了在混凝土樁中鋼筋的位置，也就確保鋼筋保護層厚度能夠滿足設計要求。鋼筋籠的安裝見圖1，專用起重支架結構見圖加和圖2b。(三)混凝土澆筑；水下混凝土澆筑也同樣采用導管回頂法進行，即通過導管深入孔底，通過混凝土澆筑將泥漿回頂出樁孔。在斜向嵌巖樁施工時，樁身的斜率極大程度增加了導管的安放難度，導管安放時會觸碰鋼筋網(wǎng)籠導致鋼筋籠變形。嚴重時導管與鋼筋籠的碰撞會是導管伸不到樁底，或者脫落，影響成樁的質(zhì)量。因此常規(guī)的直樁安放導管方法已經(jīng)不適合在斜樁嵌巖施工中使用，必須提出針對斜樁嵌巖的專用方法。為此課題組在經(jīng)過大量的調(diào)研和研究后，提出了在鋼筋籠內(nèi)側設置導管導軌的方法，即在鋼筋籠內(nèi)設置相應數(shù)量的型鋼導軌(洋山工程1500mm的斜樁鋼筋籠中設置6道導軌)，鋼筋籠和導軌的做法如圖3所示。同時，并在混凝土導管上設置導向裝置，每三節(jié)導管 (約9m)設置一個導向器，導向器詳見圖如和圖4b。安放導管時，六道均勻分布的導軌保證無論樁身如何旋轉(zhuǎn)，都能保證導向器卡在導軌上，使混凝土導管沿著導軌順利深入孔底，不至于碰撞鋼筋籠。這種改進極大程度了保證了混凝土澆筑的順利，保證了成樁質(zhì)量。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.大直徑斜向嵌巖樁施工方法，包括如下步驟(1)鉆進成孔工藝；(2)鋼筋籠安放；(3)混凝土澆注；其特征在于，所述步驟(1)中在鋼套筒內(nèi)的軟土層中鉆進時，采用梳齒形刮刀鉆頭鉆進；進入巖層時，采用牙輪鉆頭鉆進，并將液壓動力設置為恒壓鉆進；所述鉆機在巖層中鉆進時，由于鉆具和配重塊的作用，可實施減壓鉆進，液壓動力頭施加的鉆壓一般僅為50kN。所述步驟O)中除了采取加強剛度的方法外，在運輸和安裝鋼筋籠時還采用專用的起重支架進行安放；所述起重支架的傾斜角度與樁的斜率一致，安裝過程中起重支架作為鋼筋籠的托架，避免了鋼筋籠傾斜時在重力作用下的變形，保證了在混凝土樁中鋼筋的位置。所述步驟(3)中在鋼筋籠內(nèi)設置復數(shù)道的型鋼導軌，同時，并在混凝土導管上設置導向裝置，每三節(jié)導管設置一個導向器；所述安放導管時，每道均勻分布的導軌保證無論樁身如何旋轉(zhuǎn)，都能保證導向器卡在導軌上，使混凝土導管沿著導軌順利深入孔底，不至于碰撞鋼筋籠。
2.根據(jù)權利要求1的大直徑斜向嵌巖樁施工方法，其特征在于，所述型鋼導軌的數(shù)量為6道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大直徑斜向嵌巖樁施工的系統(tǒng)實現(xiàn)方法。該方法在總結嵌巖樁施工工藝流程的基礎上，主要針對斜樁嵌巖的特點研究了斜向嵌巖樁成孔的鉆壓確定方法、改進了鋼筋籠的安放與混凝土澆筑的工藝方法。主要包括如下步驟(1)鉆進成孔工藝；(2)鋼筋籠安放；(3)混凝土澆注。本發(fā)明方法針對斜樁嵌巖鋼筋籠安放時變形的問題，設計并提出了起重架配合吊裝安放鋼筋籠的方法，改進了鋼筋籠的安放工藝，提高了安放效率，保證了工程質(zhì)量。同時還針對斜樁嵌巖的混凝土澆筑施工時導管難伸入樁底的問題，提出了采用導軌沉入混凝土導管的方法，避免了碰撞鋼筋籠的問題，保證了成樁質(zhì)量。
文檔編號E02D5/34GK102191773SQ201010127499
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權日2010年3月18日
發(fā)明者嚴建平, 劉凌云, 尹海卿, 張曦, 徐明賢, 曹義國, 管有干, 陸大偉, 顧華平 申請人:中交第三航務工程局有限公司