[发明专利]一种用于岩溶地区的大直径管桩施工设备及方法

说明书

本发明涉及土木与交通工程领域，具体涉及一种用于岩溶地区的大直径管桩施工设备及方法，施工设备包括钻机，钻机通过钻机动力头吊装有的螺旋钻杆，螺旋钻杆的末端固定有钻头，螺旋钻杆的外周套设有管桩，管桩通过动力头夹具与钻机动力头连接，动力头夹具夹紧或松开管桩；管桩的外周套设有控桩器夹具，控桩器夹具固定安装在预设桩位上，控桩器夹具夹紧或松开管桩；管桩的管壁外侧内嵌有环形橡胶气囊，管桩的管壁内设有至少一根与环形橡胶气囊连通的气囊注浆管。本发明采用预制管桩并配合相关掘进施工技术，能够起到较好的穿越溶洞嵌入岩层的效果，无需进行溶洞灌浆回填处理作业，且能保证桩侧和桩端阻力发挥，施工成本低，成桩质量可靠。

技术领域

本发明属于土木与交通工程领域，具体涉及一种用于岩溶地区的大直径管桩施工设备及方法。

背景技术

岩溶地貌在我国南方地区广泛分布，地下水对可溶性岩石的破坏和改造作用往往导致岩溶地层存在诸多溶洞，进而影响到岩溶地区的工程建设。为满足上部结构对地基基础高承载力的要求，一般采用桩基础作为其基础形式，且需穿越溶洞至洞底到一定入岩深度。然而，岩溶地区大直径嵌岩桩施工一直都是工程界的技术难题。由于部分地区溶洞较大，若采用钻孔灌注桩施工，则需进行溶洞灌浆回填处理或全套筒护壁，这将导致施工成本较高；若采用基于锤击法或静压法PHC管桩施工，其直径通常小于600mm且桩底难以嵌入硬岩土层，因而单桩承载力难以满足设计要求。为此，提出一种适用于岩溶地区的大直径嵌岩PHC桩施工方法非常必要，将具有重要的工程应用价值。

随钻跟管桩是一种预钻成孔的大直径非挤土PHC管桩，其桩径通常控制在800～1400mm范围内，且具有施工速度快、成桩质量好、入岩能力强等优点，但是对于岩溶地区的大直径管桩基础，如果溶洞顶板上覆岩土层的桩侧摩阻力不足，管桩穿越溶洞时容易突然掉入溶洞，无法继续钻进沉桩。

发明内容

为解决上述背景技术中的问题，本发明的第一个目的是提供一种用于岩溶地区的大直径管桩施工设备，包括钻机，钻机通过钻机动力头吊装有的螺旋钻杆，螺旋钻杆的末端固定有钻头，螺旋钻杆的外周套设有管桩，管桩通过动力头夹具与钻机动力头连接，动力头夹具夹紧或松开管桩；管桩的外周套设有控桩器夹具，控桩器夹具固定安装在预设桩位上，控桩器夹具夹紧或松开管桩；管桩的管壁外侧内嵌有环形橡胶气囊，管桩的管壁内设有至少一根与环形橡胶气囊连通的气囊注浆管。

进一步的，管桩的侧壁内还设置有至少一根桩侧注浆管，管桩的外侧壁上设置有出浆口，出浆口位于环形橡胶气囊的上方，桩侧注浆管与出浆口连通。

进一步的，控桩器夹具铰接在控桩器底座上，控桩器底座固定在地面上。

进一步的，钻头的底部间断布置有用于掘进坚硬岩土层的钻头子弹头。

本发明的第二个目的是提供一种应用上述设备进行施工的方法，包括以下步骤：

S1、施工准备：将控桩器夹具固定在预设桩位上，钻机就位，活动吊装螺旋钻杆、钻头，操作动力头夹具夹紧管桩上部使管桩的下端与钻头的上端保持固定距离；

S2、钻孔：通过螺旋钻杆带动钻头旋挖出比管桩外径大的孔洞，将管桩同步沉入孔洞内，岩土渣在螺旋钻杆的作用下通过管桩内腔从管桩顶部排出；

S3、钻孔至溶洞顶部：钻至钻头距离溶洞顶部0.3米-0.8米时，松开动力头夹具，操作控桩器夹具夹紧管桩的桩身限制其下沉，同时转动钻头继续钻进至打穿溶洞顶部后停止钻进；

S4、钻孔至溶洞底部：操作钻机动力头上下移动，调整管桩与钻头的相对位置至固定距离，操作动力头夹具夹紧管桩上部，再逐渐松开控桩器夹具，同步下沉螺旋钻杆和管桩，直至钻头碰到溶洞底部岩土层；

S5、旋挖至设计标高：继续旋挖至设计标高，停止掘进，若桩身深度范围内存在多个溶洞，则重复S2-S4的施工步骤直到旋挖至设计标高；