[发明专利]复杂地层灌注桩施工采用多级合金超前牙轮钻头回旋钻进成孔工法

摘要

一种基于回旋钻成孔方式的强岩溶地区灌注桩施工工法，其要点在于：（1）采用常规钻头钻进到岩溶层和碎石土层表面；（2）结合岩土力学的基本理论，找出多级合金超前牙轮钻头的倾角的最优化值与岩土材料和钻头界面之间的滑动摩擦系数的数学关系；（3）采用常规钻头钻进到岩溶层和碎石土层表面后，将常规钻头换成多级合金超前牙轮钻头，先高压低速钻进，待钻头入岩深度在50cm以上后，低压高速钻进，直到入岩或孔深满足设计要求；（4）为防止桩孔坍塌，提高桩基的承载力，对泥浆比重分阶段优化设计；（5）采用钻具打捞器、落物打捞箕斗处理钻孔过程的断钻杆、掉钻、埋钻、孔内牙轮掌断裂、牙轮掌及其他小型操作工具不慎坠落孔等突发性事故。

主权项

一种基于回旋钻成孔方式的强岩溶地区灌注桩施工工法，其特征在于：其步骤如下：⑴采用常规钻头钻进到岩溶层和碎石土层表面；⑵根据勘察报告提供的岩层特性，对多级合金超前牙轮钻头的倾角进行优化设计；⑶采用常规钻头钻进到岩溶层和碎石土层表面后，将多级合金超前牙轮钻头运至孔口，并通过钻具连接器与原钻头设备的钻具连为一体，借助钻探设备的动力下放到孔内，通过钻探记录确定钻孔的深度，将多级合金超前牙轮钻头下放到孔底；⑷轻轻拉直钢丝绳，让活动滑车的弹簧处于压缩状态，保证牙轮处于全钻压状态，以2档速度转动钻机转盘，观察钻具进尺，当活动滑车的弹簧处于放松状态时，缓缓下放钢丝绳，使弹簧处于压缩状态；⑸钻头入岩深度在50cm以上后，轻提钢丝绳，使弹簧处于压缩状态，离合器挂到3~4档，采用低压高速钻进，直到入岩或孔深满足设计要求；⑹根据钻孔超前钻资料，钻进过程中，当钻头进入岩溶接近下层溶洞顶板时，应降低转速，低压低速钻进，以免因进尺过快造成钻头偏移，影响钻孔垂直度；⑺钻孔过程中，泥浆能保护孔壁，防止塌孔，并且浮渣可以加快钻进速度，有溶洞桩孔可加强上部护壁强度以防止“流泥”引起孔壁开裂，局部下钢护筒以防孤石引起较大的塌孔等事故，上部可以采用人工挖孔清障，而随着孔深的逐渐增加，则需要选用比重较大的泥浆增强泥浆在该孔段的护壁效果；⑻泥浆比重大、粘度大虽然可以防坍塌，对成孔有利，但容易造成泥皮过厚，对桩基的承载力不利，因此选择泥浆参数前，需先分析泥浆的失水过程：⑼加大泥浆的比重在“瞬时失水”和“动失水”阶段进行，泥浆的基浆配方为水和优质膨润土采取的改进措施主要包括：增加固相含量（膨润土的加量由5%增加到10%）、增粘（添加Na‑CMC.(Hv)剂，将其在钻孔泥浆中的含量增加至0.3%）、添加“桥接堵漏”材料（主要有细颗粒核桃壳和棉籽壳）；⑽当泥浆改进后，向孔内投以泥包、碎石等，并用钻具低锤夯实，使泥浆中的大分子增粘材料和桥接堵漏材料与泥包碎石充分混合，从而携带填充物堵塞裂隙，根除桩孔漏浆现象；泥包、碎石的选择简单，把孔周围杂石土，或泥浆孔沉淀物反铲，直接挖填，重复利用有效（但要经过净化沉淀后才能使用）；个别坍漏现象较为严重的孔，需要投入水泥砂浆包，下钻低锤夯实，在泥浆稳定后起钻，导到水下，待凝固后，再利用低标号混凝土灌满，待其具有一定的强度后，即可再次进行钻探成孔；⑾当地下孔内、孔底因不良地层造成断钻杆、掉钻具及钻头时，采用钻具打捞器进行打捞；⑿当施工过程中孔内牙轮掌断裂或不慎落入孔中及其他小型操作工具不慎坠落孔中时，采用落物打捞箕斗进行打捞；⒀本工法的施工工艺操作流程严格按照《建筑桩基技术规范（JGJ 94‑2008）》中关于钻孔灌注桩施工的要求执行。