灌注桩下护筒的施工方法

灌注桩下护筒的施工方法

冯浩,许国强

徐州市水利工程建设有限公司 江苏徐州 221000

摘要：灌注桩下护筒的施工方法，具体是一种钻杆下护筒的方法，而这种方法的实施需要用到一种灌注桩的护筒装置。提供一种灌注桩下护筒的施工方法，所述施工方法包括使用一种护筒装置，所述护筒装置包括驱动套、一节或多节护筒、筒靴以及连接销。

    关键词：灌注桩；下护筒；施工方法

一、背景技术

灌注桩是一种就位成孔，灌注混凝土或钢筋混凝土而制成的桩。常用的有：(1)钻孔灌注桩：用螺旋钻机、潜水钻机等就地成孔灌注混凝土而成桩，施工时无振动、不挤土，但桩的沉降量稍大。螺旋钻机宜用于地下水位以上的粘性土、砂土及人工填土等，钻削下来的土块沿钻杆上的螺旋叶片上升排出孔外，孔径300mm左右，钻孔深度8～12m，根据土质和含水量选择钻杆。潜水钻机宜用于粘性土、砂土、淤泥和淤泥质土等，尤宜于地下水位较高的土层中成孔。钻孔时为防止坍孔用泥浆护壁。在粘土中用清水钻进，自造泥浆护壁；在砂土中应注入制备的泥浆钻进。利用泥浆循环排除钻削下的土屑，钻至要求深度后要清孔以排除沉在孔底的土屑，减少桩的沉降量。(2)沉管灌注桩：用锤击或振动将带有钢筋混凝土桩靴(桩尖)或活瓣式桩靴的钢管沉入土中，然后灌注混凝土同时拔管而成桩。用锤击沉管、拔管者称锤击灌注桩；用激振器的振动沉管、拔管者称振动灌注桩。此法成桩易发生断桩、缩颈、吊脚桩、桩靴进水和进泥等弊病，施工中注意检查并及时处理。此外，还有用炸药使桩孔底部形成扩大头以增大承载能力的爆扩灌注桩。

护筒用于钻孔灌注桩施工作业，为钢材制作，圆柱状。一般为钢护筒，壁厚为10mm或以上，一般作为施工预防固定作用。护筒连接处要求筒内无突出物，应耐拉、耐压，不漏水。

旋挖钻机是一种全液压驱动设备，根据实际需求可实现多种功能的施工机器，在桩基础工地中广泛用于周期性循环切削钻进取土成孔的灌注桩施工。作为成孔利器，旋挖钻机具有成孔速度快、作业安全高效、成孔质量好、桩基承载力强、设备性能成熟可靠、性价比高、同时满足环保高要求的特点，因此旋挖钻机市场需求量也越来越多，目前国内市场保有量近10万台。

在施工过程中，为了保护桩孔、设备及人员安全，需要对桩孔内下放护筒(简称下护筒)。护筒强度支撑孔壁防止塌孔，护筒长度可实现钻孔时强制导向，防止偏孔。目前，灌注桩下护筒的施工方法主要有以下五种方式：

1、动力头下护筒。动力头不装钻斗，且需拆下动力头甩土盘，用螺栓(或销轴)连接装上套管(包括护筒和筒靴)驱动器，利用动力头的输出扭矩和加压力埋设套管。利用这种方法下护筒主要问题在于拆卸甩土盘比较麻烦，在下护筒的过程中，若遇到较大阻力需要对护筒内部取土时则不方便(因没有甩土压盘无法打开钻斗斗门)，下完护筒后的钻孔又必须要拆下套管驱动器，重新装上动力头甩土盘，以便斗门开锁泄土。

2、搓管机下护筒。搓管机由底架、夹钳、升/压缸、回转缸、连接杆、滑块和箱体组成。通过在旋挖钻机底盘外接液压能，驱动左右回转油缸约25°和升/压油缸将套管钻入或拔起。搓管机自身需要与旋挖钻机底盘相连固定。这种方法效率高，但移动和拆装困难，所需人力物力大，施工成本大。

3、震动锤下护筒。用履带吊或挖机加长臂吊起震动锤，在护筒上振动将套管埋入与拔起。同样这种方法需要其他辅助设备，同时对护筒的要求也高，可下放比较长的护筒，但需要用到其他大型设备，施工成本大。

4、全回转钻机下护筒。全回转钻机和搓管机作用一样，需要外接液压能，但与搓管机相比，它能正反360°旋转，同时也需要将自身与旋挖钻机底座相连固定。这种方法效率比搓管机更高，但移动和拆装困难，所需人力物力更大，施工成本也大。

5、钻斗下护筒。钻好预制孔，将护筒吊至孔的上方，利用旋挖钻机钻杆钻斗的重量顶着护筒的边缘把护筒往下压，因受力不平衡容易损坏护筒。

以上方法各有利弊，从经济与效益的角度出发，本领域需要一种新的用于灌注桩施工的护筒装置及灌注桩下护筒的施工方法。

二、技术方案

一种灌注桩下护筒的施工方法，具体是一种钻杆下护筒的方法，而这种方法的实施需要用到一种灌注桩的护筒装置。

（一）提供一种灌注桩下护筒的施工方法，所述施工方法包括使用一种护筒装置，所述护筒装置包括驱动套、一节或多节护筒、筒靴以及连接销。

1、驱动套包括两块平行设置的第一方孔板和两块平行设置的第二方孔板，四块方孔板竖直固定设置在圆形底板上，且四块方孔板固定连接而共同形成用于插入钻杆方头的方孔，在每块第一方孔板和第二方孔板的右端均设置有与圆形底板固定连接的加强筋，所述圆形底板的板面下方设置有圆筒，所述方孔的中心线与圆筒的中轴线重合；在所述圆筒上设置有用于驱动套与其下方的护筒或筒靴上下连接的通孔一，在所述圆筒上还设置有用于驱动套与其下方的护筒或筒靴在周向定位的第一定位结构，所述第一定位结构包括第一定位键和/或第一定位孔；

2、护筒包括壁厚为8～50mm的圆柱形护筒体以及设置在护筒体顶端和底端的台阶型连接段，在台阶型连接段处均设置有用于护筒与护筒装置中的其它结构进行上下连接的通孔二以及进行周向定位的第二定位结构，所述第二定位结构包括第二定位键和/或第二定位孔，所述台阶型连接段处的壁厚为护筒体壁厚的4/5以下；

3、筒靴包括壁厚为8～50mm的圆柱形筒靴体、设置在筒靴体顶端的第三台阶型连接段以及设置在筒靴体底端的钻齿，在所述第三台阶型连接段处设置有用于筒靴与护筒装置中的其它结构进行上下连接的通孔三以及进行周向定位的第三定位结构，所述第三定位结构包括第三定位键和/或第三定位孔，所述第三台阶型连接段的壁厚为筒靴体壁厚的4/5以下；

4、连接销用于在上下方向连接驱动套、护筒和筒靴，所述连接销包括处于护筒装置径向外侧的螺纹段和径向内侧的圆台段，且在所述螺纹段的径向中心位置设置有紧固孔，所述紧固孔用于将所述连接销固定设置在驱动套、护筒或筒靴的通孔中；

（二）施工方法包括如下步骤：

A、驱动套与钻杆连接：用销轴使得驱动套与钻杆底部连接；

B、驱动套与筒靴连接：周向对准，将驱动套上的第一定位键或第一定位孔与筒靴的第三定位孔或第三定位键对准插入；也可以还使用连接销连接驱动套与筒靴，从而在周向、轴向和径向全方位固定驱动套与筒靴；

C、定位旋挖钻机与钻孔的位置：确保筒靴中心对准待钻孔的中心；步骤A至步骤C的顺序可以调换；

D、下筒靴：利用钻杆传递的旋转驱动和下压力作为动力源，开始切削钻进下筒靴；

E、下第一节护筒：下筒靴到便于工人拆装连接销的合适位置时，具体是到筒靴顶部高出地面10cm～1.3m的高度时，如果之前在步骤B装了连接销，则拆下驱动套与筒靴之间的连接销，如果步骤B中没装连接销，则不需拆连接销；先将第一节护筒的底部与筒靴的顶部用连接销相连，再使得驱动套与该护筒的顶部在周向上定位对准，让定位键插入定位孔中，使得驱动套与该护筒周向定位，即可开始下第一节护筒；也可以在驱动套与第一节护筒的顶部周向定位后，再在此处装入连接销使得驱动套与第一节护筒的顶部在周向、轴向和径向全方位固定；优选在步骤E中下第一节护筒之前驱动套与第一节护筒的顶部并不使用连接销；

F、下后续的护筒：当第一节护筒钻进到便于工人拆装连接销的合适位置时，具体是到第一节护筒顶部高出地面10cm～1.5m的高度时，则先断开驱动套与第一节护筒顶部的连接，此时至少包括断开此处定位键与定位孔的连接，如果步骤E中在驱动套与第一节护筒的顶部之间装入了连接销，则此处还包括拆卸该连接销；然后在第一节护筒上增加第二节标准护筒，用连接销将第二节护筒的底部与第一节护筒的顶部连接，再在驱动套与第二节护筒的顶部处，让定位键插入定位孔中，使得二者周向定位，即可开始下第二节护筒；也可以在驱动套与第二节护筒的顶部周向定位后，再在此处装入连接销使得驱动套与第二节护筒的顶部在周向、轴向和径向全方位固定；优选在步骤F中下第二节护筒之前驱动套与第二节护筒的顶部并不使用连接销；

G、完成下护筒：循环以上步骤F，一直到所需的护筒深度，完成下护筒。

本方案中：

1、当步骤B中使用连接销时，则先实施步骤B再实施步骤C，因为步骤B中的连接销已经在周向、轴向和径向全方位固定驱动套与筒靴，这样在步骤C中可以由钻杆和驱动套吊起筒靴，顺利地使得筒靴中心对准待钻孔的中心；步骤B中的连接销在后续的步骤E中需要先拆除。当步骤B中并不使用连接销时，则一般先实施步骤C再实施步骤B，先使用吊车或者是旋挖钻机自带的副卷扬将筒靴吊起，确保筒靴中心对准待钻孔的中心，再使得驱动套和筒靴上的定位键和定位孔间周向对准，即可开始步骤D，即旋转下筒靴。

2、在实施步骤D时不必使用连接销，是因为下筒靴的过程中不必将筒靴向上提起，而只需钻杆和驱动套对筒靴正向钻进的下压力即可下筒靴。

3、在驱动套、护筒和筒靴的周向上，一般共周向均匀设置8～12个连接销，在施工过程中，可以先周向对称地连接2～4个连接销，也可以拧上更多的连接销或直接拧上所有的连接销。

4、当步骤E中在下第一节护筒之前，驱动套与第一节护筒的顶部使用连接销连接时，因为护筒的高度达2～4米或以上，因而在第一节护筒的顶部拧上连接销会有些不便，因而优选在步骤E中下第一节护筒之前驱动套与第一节护筒的顶部并不使用连接销；而使用吊车或者是旋挖钻机自带的副卷扬将第一节护筒吊起，使其底部与筒靴的顶部周向对准，并在第一节护筒的底部与筒靴的顶部之间装上连接销，即可开始下第一节护筒。

5、步骤G中还包括在钻杆上装上钻斗取土的过程；具体地，若在下护筒过程中因地质结构对护筒阻力较大，使得下护筒的速度过低时，此时先断开钻杆与驱动套的连接，改为在钻杆上装上钻斗，并采用钻斗在护筒内部取土钻进以减小护筒内部土层对护筒阻力的方法，阻力降低后再切换为驱动套下护筒，直至完成下护筒。

6、在驱动套四块方孔板上部的外侧还设置有方形的加强环；所述加强筋为靠近方孔板的位置高度大而远离圆形底板中心点的位置高度小，且板面竖直设置和包含倾斜顶边的加强筋。

7、同一个护筒的顶端为外台阶型连接段时，其底端为内台阶型连接段；同一个护筒的顶端为内台阶型连接段时，其底端为外台阶型连接段，且护筒的台阶型连接段的壁厚为护筒体壁厚的2/5～3/5；所述筒靴的第三台阶型连接段为外台阶型或内台阶型，且第三台阶型连接段的壁厚为筒靴体壁厚的2/5～3/5。

三、有益效果

1、灵活性好。驱动套与钻杆方头采用销轴连接，与背景技术中的下护筒方法相比，在实际使用中拆装与转场搬运方便，零部件制作简单，加工成本低，能让施工变得更便利。

2、实用性好。筒靴下端朝下端径向内外相间地镶嵌合金钻齿，包括截齿或斗齿，通过旋转和轴压，环切各类地层及岩石，减缓埋没套管的阻力，提升套管钻入能力，防止塌孔和引偏。该方法在实际使用中操作简捷，同时节约大量人力物力，节约时间，减少大量的工作量。

3、经济性好。无需另接管路，不必伸出支架固定在旋挖钻机的底盘上，一套护筒能反复使用，维护成本低。

4、提高作业效率。在实际使用中无需钻预制孔，驱动套与钻杆方头采用销轴连接，避免繁复的拆装，简单高效，为用户创造更多利润。

总之，一种旋挖钻机在灌注桩施工中通过钻杆加压与旋转驱动护筒下放的施工方法。本发明给工地施工提供了一种经济实用、高效节能的施工方法，在降低施工成本，为用户创造更多利益的同时，让施工更安全、安心。