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1、10申请公布号CN103233466A43申请公布日20130807CN103233466ACN103233466A21申请号201310166956422申请日20130423E02D5/38200601E21B10/26200601E21B10/54200601E21B10/62200601C09K8/1420060171申请人罗海军地址325000浙江省温州市鹿城区蒲鞋市街道学院中路276号72发明人罗海军54发明名称穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法57摘要本发明公开了一种穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是利用人工化学造浆技术，调节泥浆性能，钻头型式采用专用滚刀钻头，。
2、滚刀钻头设置导向保护圈，钢钻头和滚刀通过螺栓连接，孔深在35M以内泥浆循环方式采用正循环钻进，孔深超过35M，泥浆循环方式根据进尺速度选择正反循环组合钻进。本发明能大幅度提高钻进效率、减低能耗、节约成本。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图1页10申请公布号CN103233466ACN103233466A1/2页21一种穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是利用人工化学造浆技术，调节泥浆性能，钻头型式采用专用滚刀钻头，滚刀钻头设置导向圈，钢钻头和滚刀通过螺栓连接，孔深在35M以内泥浆循环方式采用正循。
3、环钻进，孔深超过35M，泥浆循环方式根据进尺速度选择正反循环组合钻进，各种土层钻进参数采用表1。表1不同土层钻进参数地层名称钻压KN转速RPM进尺速度M/H泵量L/MIN护筒部位地层150510051010001500淤泥层1501020255018002000砂土层3003501020152518002000粘土层20020302530200025002根据权利要求1所述的穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是施工步骤包括1桩位放线对场址永久性控制点进行闭合复核，采用异点角度交汇法对初样点进行复核；2埋设护筒为了防止泥浆与地表水连通，以及当孔口泥浆面发生变化时引起孔口孔壁坍塌，钢护。
4、筒高度应大于4M，钢板厚度大于8MM，护筒地表周边用低标号水泥砂浆密封；3桩机就位安装钻机时要使转盘、底座处于水平并平稳，保证在钻进时不产生位移和沉降；起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖线；4钻进成孔钻进成孔的倾斜度小于05，终孔后进行第一次清孔；5钢筋笼安装下放钢筋笼主筋采用剥肋滚压直螺纹套管连接；钢筋笼运输到孔口时必须按底笼到顶笼顺序放置，运输过程中严禁钢筋笼拖地，防止损坏丝头；起吊钢筋笼时笼顶笼底同时离地，严禁拖地；6下放导管导管底端距孔底高度为0508M；7检查沉渣二次清孔后沉渣的容许厚度为15MM；8混凝土灌注导管埋入混凝土面的深度以24M，在灌注过程中，导管应勤提勤。
5、拆；每隔15MIN将导管上下活动三次，活动幅度为20M。3根据权利要求1所述的穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是滚刀钻头包括导向圈、芯管、法兰、钢钻头、耐磨条、螺栓、滚刀，滚刀高度为7080MM，螺栓直径为14MM，钢钻头表面设置两道耐磨条，钢钻头通过法兰与芯管连接，芯管直径为100权利要求书CN103233466A2/2页3110MM，滚刀钻头底部以上2530M处设置导向圈。4根据权利要求1所述的穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是滚刀钻头修复方法为将待修复滚刀置于水中，防止因电焊或气割产生高温损害内部轴承密封性，用气割吹掉损坏的合金及胎体，然后用新的合金代替，用直。
6、流电焊机ZX5400缓慢堆焊复原，在焊接每枚合金过程中应自然冷却34次。5根据权利要求1所述的穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是人工辅助造浆具体操作步骤采用如下先将优质膨润土浸泡24小时，若钙质膨润土加适量火碱，火碱量为土重量的12，然后按土水重量比14搅拌均匀，将搅拌后浆液集中到储浆池中陈化24小时后即可使用，每100M3泥浆膨润土用量为68吨；先将纯碱稀释成浓度为2530溶液，然后浸泡24小时以上，用量为每100M3泥浆加入纯碱300500KG；将钠羧甲基纤维素水解成浓度为1溶液，用量为每100M3泥浆加入钠羧甲基纤维素100300KG；在钻进到碎石层中，按上述比例同时加入膨。
7、润土浆液、纯碱溶液、钠羧甲基纤维素溶液。6根据权利要求1所述的穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是碎石层钻进中泥浆性能指标按表2选用。表2碎石层钻进中泥浆性能指标7根据权利要求1所述的穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是在泥浆中加入水解聚丙烯酰胺调整泥浆粘度，制作聚丙烯酰胺浆液步骤采用如下在常温下将聚丙烯酰胺稀释浓度为1015溶液，并不断搅拌使其水解成聚丙烯酰胺溶液，搅拌时间不少于24小时，搅拌速度为3040R/MIN；在聚丙烯酰胺溶液中加入火碱，火碱加量为聚丙烯酰胺的10，并均匀搅拌，促使聚丙烯酰胺水解充分，形成浓聚丙烯酰胺溶液。8根据权利要求1所述的穿越深厚碎石层大。
8、直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是当钻进到碎石层时，将钻头提离孔底约500MM并低速旋转，同时将聚丙烯酰胺溶液加入正在循环的泥浆中。9根据权利要求1所述的穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是当孔深超过80M时，泥浆比重采用125G/CM3。10根据权利要求1所述的穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法，其特征是当碎石层密实度为松散时，钻杆压力小于200KN，并且降低进尺速度，进尺速度小于2M/H；当碎石层密实度为中密时，钻杆压力为200KN250KN，当碎石层密实度为密实时，钻杆压力大于250KN。权利要求书CN103233466A1/6页4穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩施工方法技术。
9、领域0001本发明涉及一种钻孔灌注桩，特别涉及一种穿越深厚碎石层大直径钻孔灌注桩的施工方法。背景技术0002对于长度大于80M，桩径大于1000MM，单桩承载力高的钻孔灌注桩，一旦地层复杂，存在易漏浆、易缩径、易失稳地层，钻孔灌注桩质量难以得到保证。特别是地质出现深厚碎石层超厚且硬度大、碎石含量大于50的情况，钻孔灌注桩钻进会非常困难且钻进效率较低，钻孔灌注桩塌孔等不良现象会比较严重。穿越深厚碎石层必须解决二项关键技术，分别是防止地层失稳和提高地层钻进效率。防止地层失稳关键在于泥浆合理运用；地层钻进效率取决于钻头结构形式、钻进方法。发明内容0003本发明所要解决的技术问题是提供一种质量可靠的钻。
10、孔灌注桩施工方法。0004为此，本发明提供的施工方法是利用人工化学造浆技术，调节泥浆性能，防止孔内发生急性漏浆。钻头型式采用专用滚刀钻头，滚刀钻头设置导向圈，钢钻头和滚刀通过螺栓连接，孔深在35M以内泥浆循环方式采用正循环钻进，孔深超过35M，泥浆循环方式根据进尺速度选择正反循环组合钻进，各种土层钻进参数采用表1。0005表1不同土层钻进参数0006地层名称钻压KN转速RPM进尺速度M/H泵量L/MIN护筒部位地层150510051010001500淤泥层1501020255018002000砂土层3003501020152518002000粘土层20020302530200025000007。
11、本发明施工步骤包括00081桩位放线0009对场址永久性控制点进行闭合复核，采用异点角度交汇法对初样点进行复核。00102埋设护筒0011为了防止泥浆与地表水连通，以及当孔口泥浆面发生变化时引起孔口孔壁坍塌，钢护筒高度应大于4M，钢板厚度大于8MM，护筒地表周边用低标号水泥砂浆密封。00123桩机就位0013安装钻机时要使转盘、底座处于水平并平稳，保证在钻进时不产生位移和沉降。起说明书CN103233466A2/6页5重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖线。00144钻进成孔0015钻进成孔的倾斜度小于05，终孔后进行第一次清孔。00165钢筋笼安装下放0017钢筋笼主筋采用剥肋滚。
12、压直螺纹套管连接。钢筋笼运输到孔口时必须按底笼到顶笼顺序放置，运输过程中严禁钢筋笼拖地，防止损坏丝头。起吊钢筋笼时笼顶笼底同时离地，严禁拖地。00186下放导管0019导管底端距孔底高度为0508M。00207检查沉渣0021二次清孔后沉渣的容许厚度为端承桩不大于5MM，摩擦桩不大于15MM。00228混凝土灌注0023导管埋入混凝土面的深度以24M，在灌注过程中，导管应勤提勤拆。每隔15MIN将导管上下活动三次，活动幅度为20M。0024深厚碎石层钻进，选择合适的钻头非常关键，钻头型式决定地层的可钻性与钻进效率，若使用常规刮刀钻头将存在以下几个方面的缺限第一，钻头在深厚碎石层旋转过程中，由于。
13、受力不均匀，导致钻具上下跳动，对钻具及主机传动机构产生机械损伤，维修成本高；第二，尽管钎头合金硬度高，但非常脆，容易崩离，合金消耗大，影响钻进成本与效率；第三，对碎石破碎效率低，能耗高；第四，容易偏孔，垂直度无法保证。而筒式焊齿滚刀钻头可克服上述缺限，故选择滚刀钻头钻进碎石层是合理的。0025钢钻头和滚刀通过螺栓连接，滚刀高度为7080MM，螺栓直径为14MM，钢钻头表面设置两道耐磨条，钢钻头通过法兰与芯管连接，芯管直径为100110MM，滚刀钻头底部以上2530M处设置导向圈。导向圈可以确保滚刀钻头成孔的质量，使孔的垂直度与完整度满足要求，保证钢筋笼能顺利下放。0026滚刀钻头在钻进深厚碎石。
14、层时，由于碎石粒径大小不一致，软硬有差别，容易使滚刀受力不均匀而出现抖动，引起齿状合金损耗增大。为了使滚刀维修便捷，滚刀与底座改为螺柱连接，提钻检查时若发现滚刀需要维修保养时，直接替换滚刀，在正常钻进时再维修滚刀，这样，不浪费成孔时间。0027滚刀钻头底部滚刀与底座是通过螺栓固定的，属组装式，便于维修与保养。滚刀结构是中间为密封的轴承组件，外缘部分为齿状合金。在钻进过程中齿状合金因磨损而消耗，故应定期对外缘齿状合金进行修复。其目的修复滚刀钻头成本比直接更换滚刀钻头成本要低得多；保持滚刀外齿锋利，提高碎石层钻进效率。0028滚刀钻头修复方法为将待修复滚刀置于水中，防止因电焊或气割产生高温损害内部。
15、轴承密封性，用气割吹掉损坏的合金及胎体，然后用新的合金代替，用直流电焊机ZX5400缓慢堆焊复原，在焊接每枚合金过程中应自然冷却34次。0029泥浆护壁是成孔前提，不同性能的泥浆在不同地层中功能的侧重点不相同，在碎石层钻进中，主要通过调节泥浆性状，以达到增强泥浆护壁功能，防止漏浆、坍孔的目的。0030如果地层中砂土、粉土含量较高，适合自然造浆的粘土含量较低，无法满足碎石层钻进要求，必须通过人工辅助方法来调节泥浆性能，使泥浆的指标按表2选用。说明书CN103233466A3/6页60031表2碎石层钻进中泥浆性能指标00320033人工辅助造浆具体操作步骤采用如下0034先将优质膨润土浸泡24小。
16、时，若钙质膨润土加适量火碱，火碱量为土重量的12，然后按土水重量比14搅拌均匀，将搅拌后浆液集中到储浆池中陈化24小时后即可使用，每100M3泥浆膨润土用量为68吨。0035先将纯碱稀释成浓度为2530溶液，然后浸泡24小时以上，用量为每100M3泥浆加入纯碱300500KG。0036将钠羧甲基纤维素水解成浓度为1溶液，用量为每100M3泥浆加入钠羧甲基纤维素100300KG。0037在钻进到碎石层中，按上述比例同时加入膨润土浆液、纯碱溶液、钠羧甲基纤维素溶液。0038在泥浆中加入水解聚丙烯酰胺可以在10分钟内将泥浆粘度提高到3050S，防止漏浆坍孔。现场实践表明只有当聚丙烯酰胺的水解度大于6。
17、0，分子量超过500万，加量不低于1000PPM时，才具有防漏防坍功能，否则只能起絮凝作用，制作聚丙烯酰胺浆液步骤采用如下0039在常温下将聚丙烯酰胺稀释浓度为1015溶液，并不断搅拌使其水解成聚丙烯酰胺溶液，搅拌时间不少于24小时，搅拌速度为3040R/MIN。在聚丙烯酰胺溶液中加入火碱，火碱加量为聚丙烯酰胺的10，并均匀搅拌，促使聚丙烯酰胺水解充分，形成浓聚丙烯酰胺溶液。0040当钻进到碎石层时，将钻头提离孔底约500MM并低速旋转，同时将聚丙烯酰胺溶液加入正在循环的泥浆中。0041在碎石层钻进过程中，由于地层本身无法造浆，泥浆性能是在不断发生变化的，在现场通常用三项泥浆指标来监测泥浆性能。
18、动态变化情况，分别是比重、含砂率、粘度，具体控制指标见表2。正常情况下，随着进尺加深，比重变小，含砂率增高，粘度降低，此时应通过上述人工调浆方法来调控泥浆比重与粘度，在现场使用除砂机或沉淀池来控制泥浆含砂率。0042当孔深超过80M时，结合场址地层特征与试成孔经验，泵吸效率略降低，此时，泥浆比重应适当降低，取表2指标下限，即125G/CM3。0043碎石层钻进效率由钻头对碎石层扰动效率与钻杆排渣能力共同决定的。当碎石层密实度为松散时，钻头很容易搅松碎石，在泵吸力作用下，碎石迅速被吸入钻杆而排出，此时应减压钻进，钻杆压力小于200KN，并且降低进尺速度，进尺速度小于2M/H，否则泥浆中碎石含量过。
19、高易在钻杆内形成架桥而堵塞钻杆；当碎石层密实度为中密时，钻杆压力为200KN250KN，当碎石层密实度为密实时，由于钻杆排渣能力未到达极限，应加大钻压，钻杆压力大于250KN，使钻头扰动碎石效率提高。说明书CN103233466A4/6页70044本发明能大幅度提高钻进效率、减低能耗、节约成本。附图说明0045图1滚刀钻头示意图。0046附图标志1、导向圈，2、芯管，3、法兰，4、钢钻头，5、耐磨条，6、螺栓，7、滚刀。具体实施方式0047某工程桩型为钻孔灌注桩，属摩擦桩，桩径为1100MM，桩数为252根，水下混凝土强度等级为C50，孔深为95至100M，52M深度部位有34M厚的碎石层，该。
20、工程特点为孔深大，地下水位高，地层易失稳且漏浆。0048本实施例利用人工化学造浆技术，调节泥浆性能，防止孔内发生急性漏浆。钻头型式采用专用滚刀钻头，滚刀钻头设置导向圈，钢钻头和滚刀通过螺栓连接，孔深在35M以内泥浆循环方式采用正循环钻进，孔深超过35M，泥浆循环方式根据进尺速度选择正反循环组合钻进，各种土层钻进参数采用表1。0049本实施例施工步骤包括00501桩位放线0051对场址永久性控制点进行闭合复核，采用异点角度交汇法对初样点进行复核。00522埋设护筒0053为了防止泥浆与地表水连通，以及当孔口泥浆面发生变化时引起孔口孔壁坍塌，钢护筒高度应大于4M，钢板厚度大于8MM，护筒地表周边用。
21、低标号水泥砂浆密封。00543桩机就位0055安装钻机时要使转盘、底座处于水平并平稳，保证在钻进时不产生位移和沉降。起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖线。00564钻进成孔0057钻进成孔的倾斜度小于05，终孔后进行第一次清孔。00585钢筋笼安装下放0059钢筋笼主筋采用剥肋滚压直螺纹套管连接。钢筋笼运输到孔口时必须按底笼到顶笼顺序放置，运输过程中严禁钢筋笼拖地，防止损坏丝头。起吊钢筋笼时笼顶笼底同时离地，严禁拖地。00606下放导管0061导管底端距孔底高度为0508M。00627检查沉渣0063二次清孔后沉渣的容许厚度为15MM。00648混凝土灌注0065导管埋入混凝土。
22、面的深度以24M，在灌注过程中，导管应勤提勤拆。每隔15MIN将导管上下活动三次，活动幅度为20M。0066图1为滚刀钻头示意图，滚刀钻头包括导向圈1、芯管2、法兰3、钢钻头4、耐磨条5、螺栓6、滚刀7。钢钻头4和滚刀7通过螺栓6连接，滚刀高度为75MM，螺栓6直径为14MM，钢钻头4表面设置两道耐磨条5，钢钻头4通过法兰3与芯管2连接，芯管2直径为100MM，说明书CN103233466A5/6页8滚刀钻头底部以上28M处设置导向圈1。导向圈1可以确保滚刀钻头成孔的质量，使孔的垂直度与完整度满足要求，保证钢筋笼能顺利下放。0067滚刀钻头修复方法为将待修复滚刀置于水中，防止因电焊或气割产生高。
23、温损害内部轴承密封性，用气割吹掉损坏的合金及胎体，然后用新的合金代替，用直流电焊机ZX5400缓慢堆焊复原，在焊接每枚合金过程中应自然冷却34次。0068人工辅助造浆具体操作步骤采用如下0069先将优质膨润土浸泡24小时，若钙质膨润土加适量火碱，火碱量为土重量的12，然后按土水重量比14搅拌均匀，将搅拌后浆液集中到储浆池中陈化24小时后即可使用，每100M3泥浆膨润土用量为68吨。0070先将纯碱稀释成浓度为2530溶液，然后浸泡24小时以上，用量为每100M3泥浆加入纯碱300500KG。0071将钠羧甲基纤维素水解成浓度为1溶液，用量为每100M3泥浆加入钠羧甲基纤维素100300KG。0。
24、072在钻进到碎石层中，按上述比例同时加入膨润土浆液、纯碱溶液、钠羧甲基纤维素溶液。0073在泥浆中加入水解聚丙烯酰胺调整泥浆粘度，制作聚丙烯酰胺浆液步骤采用如下0074在常温下将聚丙烯酰胺稀释浓度为1015溶液，并不断搅拌使其水解成聚丙烯酰胺溶液，搅拌时间不少于24小时，搅拌速度为3040R/MIN。在聚丙烯酰胺溶液中加入火碱，火碱加量为聚丙烯酰胺的10，并均匀搅拌，促使聚丙烯酰胺水解充分，形成浓聚丙烯酰胺溶液。0075当钻进到碎石层时，将钻头提离孔底约500MM并低速旋转，同时将聚丙烯酰胺溶液加入正在循环的泥浆中。0076当孔深超过80M时，泥浆比重采用125G/CM3。0077当碎石层密。
25、实度为松散时，钻杆压力小于200KN，并且降低进尺速度，进尺速度小于2M/H；当碎石层密实度为中密时，钻杆压力为200KN250KN，当碎石层密实度为密实时，钻杆压力大于250KN。0078根据对本发明各工序所需时间统计分析表明，深厚碎石层钻进所需时间占总耗时70以上，故通过工艺创新、技术改进，采用改进后滚刀钻头、正反循环组合钻进法代替传统刮刀钻头单循环钻进法，提高深厚碎石层钻进效率，降低碎石层钻进成本，体现了本发明的社会效益和经济效益。0079社会效益主要有由于深厚碎石层钻进效率提高，单孔成孔时间缩短，施工进度加快，总工期提前。由于成孔时间快，孔壁稳定性更好，工程质量更易保证。经济效益主要反映在两个方面在深厚碎石层钻进中，采用滚刀钻头替代传统的刮刀钻头，平均进尺速度提高约71，总工期提前，项目管理成本降低。另外，使用滚刀钻头，使得钻机扭矩降低，电机负荷降低，用电节本节损。0080深厚碎石层钻进过程中，滚刀材料消耗成本占成孔总成本约1525，用现场维修法代替直接更换滚刀法，可将滚刀耗材成本控制在总成孔成本10以内。0081相关经济效益对照表见表3。说明书CN103233466A6/6页90082表3经济效益对照表0083说明书CN103233466A1/1页10图1说明书附图CN103233466A10。