风积沙深覆盖凝灰岩地层端承桩的组合钻进方法
技术领域
本发明申请涉及公路工程、桥梁工程等风积沙地质大直径超长桩桩基施工领域，具体而言，涉及一种风积沙深覆盖凝灰岩地层端承桩的组合钻进方法。
背景技术
大直径钻孔灌注桩因承载大,能够满足单桩单柱的需要，日益得到广泛推广应用，常规地质条件下的钻孔灌注桩施工工艺也得到长足发展，但随着西部经济落后地区的交通基础建设的加快，西部地区的巨厚、超厚风积沙层地质的大直径长桩的设计越来越多，而我国很多地区存在第四季冲积洪形成的厚度超过40米以上的风积沙地层区域，地层中均存在较厚的砂层、卵砾石，地基自身稳定性较差，桩基成孔、浇筑质量和安全风险较高。
发明内容
本发明申请的主要目的在于提供一种风积沙深覆盖凝灰岩地层端承桩的组合钻进方法，以解决由于风积沙地层区域，地层中均存在较厚的砂层、卵砾石，地基自身稳定性较差，导致采用常规的大直径钻孔灌注桩方案进行施工，容易造成桩基成孔、浇筑质量和安全风险较高的技术问题。
为了实现上述目的，提供了一种风积沙深覆盖凝灰岩地层端承桩的组合钻进方法。
根据本发明申请的风积沙深覆盖凝灰岩地层端承桩的组合钻进方法的步骤，包括：
第一步，钻机就位，进行桩位放样，将钻机行驶到要施工的孔位，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，并放入孔内；调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环刀自由浮动孔内；旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整；
第二步，覆盖层钻进，利用自造浆调整护壁泥浆指标，当泥浆池内泥浆的各项技术指标符合要求后开始钻进；钻机按桩基中心对正就位，钻机调平后开钻，钻进至深度5m，复查开孔垂直度偏差，合格后继续钻进；细砂层采用φ2.5m捞砂钻斗钻进，钻机用动力头驱动钻杆和钻头旋转，利用钻头下端的切削刃对土层进行切削破碎，切削的土体被挤进钻斗，装满后将钻斗提出孔口，旋转钻机底盘然后反转，并开启钻斗阀门，将土体排放到地面；钻头下部装有外切削刀，使钻头与孔壁之间留有一定间隙，防止提钻时产生抽吸作用，造成真空，使孔壁坍塌；
第三步，岩层内钻进，钻机钻进前，将配置好泥浆输送至桩基孔内，同时在钻孔过程中，应常对钻孔泥浆进行试验检测，不符合要求时，随时调整改正；开钻时应保持钻锤稳定，在软硬岩石交界面处应慢速钻进，防止桩孔坍塌、倾斜，使用小冲程(1.5-2m)冲击；钻进过程中随时观察护筒内的水头差变化，孔内泥浆水平面须高出2m以上，但比护筒顶面低0.3m，防止孔壁坍塌及泥浆溢出；水头不足时应及时补浆，在排渣、提渣或其他原因停钻时，应注意保持孔内水头以防塌孔造成埋钻；应经常检查护筒内泥浆的各项指标，不能因为泥浆过浓影响钻进速度，也不能因为泥浆浓度过小造成塌孔；冲击钻孔时，随时察看钢丝绳的回弹情况，耳听钻锥的冲击声，以判别孔底情况；冲击过程中勤抽查，勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况，预防安全质量事故的发生；f钻进过程中，每进2m～3m应检查钻孔竖直度，注意地层变化，并根据实际地层变化采用相应的钻进方式，在钻至松软石层时，钻进速度必须放慢，以确保成孔质量；钻进过程中应做好钻进记录，要记录好进尺与地质变化，交接班时应交代上一班的钻进情况以及注意事项；钻头刃口在钻井中不断磨损，直径磨耗不得超过1.5cm，应经常检查钻头直径，有缺损时应及时补焊，不宜中途停钻修补，应准备备用钻头轮换使用。
进一步的，所述钻机就位操作步骤中，液压多功能旋挖钻机就位时与平面最大倾角不超过4°；现场地面承载能力应大于150kPa，所以钻机平台处必需碾压密实；钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。
进一步的，所述覆盖层钻进操作步骤中，砂层钻进宜采用快转速挡钻进；初始钻进进尺要缓慢，尽量减少钻杆晃动，保证钻孔的垂直度；钻进过程中，应随时调整机架保持钻杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底沉渣；在钻孔过程中钻机提钻甩渣复位后，应检查钻头是否对中；斗底铁门在钻进中始终要保持关闭状态，以防止钻斗旋挖钻孔的土砂掉落到孔内；钻斗在孔内的升降速度必须控制好，速度过快，钻斗内的水流会冲刷孔壁，甚至在钻斗下方产生负压而导致塌孔；严格控制钻进速度，钻斗升降速度过快时，易造成孔壁缩颈、坍塌事故；钻斗升降速度控制在0.5m/s；钻进过程中要始终保证孔内泥浆面高度，并对泥浆性能进行随时观测和试验，以保证钻孔过程中泥浆的性能稳定，防止孔内水位波动，护壁质量不佳，使孔壁砂向孔内涌流；钻孔过程中应观察主机所在地面和支脚支承地面处的变化情况，发现沉降现象及时停机处理；因故停机时间较长时，应做好孔桩及钻机的保护措施。
进一步的，所述岩层内钻进操作步骤中，桩机作业区域应平整，必须采取安全防护措施，并设立警示标志，非工作人员未经批准不得人内；在进行钻机安装时，机架应垫平，保持稳定，不得产生位移或沉陷，钻架顶端应用缆风绳对称张拉，地锚应牢固，并设专人现场协调指挥，严禁盲目作业；检查钻机的配电系统，钢丝绳等，确保配电箱及电源线路完好，钢丝绳无严重锈蚀和断丝情况；套吊栓挂应稳固，并经检查认为可靠后方能试吊；随着桅杆的升起或落放，应用桅杆两边的绷绳，或在桅杆中点绑一保险绳，以防桅杆倾倒；立好桅杆后，应及时挂好绷绳；开孔应采用间断冲击，直至钻具全部进入孔内且冲击平稳后，方可连续冲击；钻进中，突然发现有塌孔迹象或成槽以后突然大量漏浆，应立即停钻、移机，并采取措施进行处理。
在本发明申请实施例中，采用对施工步骤及采用的施工设施进行调整的方式，通过两种钻机接力钻进，达到了有效保证施工质量，确保施工安全的目的，从而实现了缩短工期，降低施工成本的技术效果，进而解决了由于风积沙地层区域，地层中均存在较厚的砂层、卵砾石，地基自身稳定性较差，导致采用常规的大直径钻孔灌注桩方案进行施工，容易造成桩基成孔、浇筑质量和安全风险较高的技术问题。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明申请方案，下面将对本发明申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明申请保护的范围。
需要说明的是，本发明申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将详细说明本发明申请。
现就下列项目作为具体实施方式的案例进行施工方案的说明：
某项目为矮塔斜拉桥，某一主墩桩基桩径为2.5m，桩长68m，墩位处风积沙较厚，风积沙颗粒成分以石英、长石为主，含少量锈色斑纹，分选性较好。桩基桩身大部分处于细粒径的风积沙地层中，部分地层砂卵砾石交错，桩基底部为晶屑凝灰岩，岩层厚度达18-20m，岩层强度较大，因此传统单一钻进施工方法钻进成本过高，速度较慢。本项目施工工期紧张，施工过程中制约因素多，直接影响着工程进度的正常有序进行。
总结出一套能够适用于风积沙及岩层的大直径桩基钻进的方法，达到有效的控制风积沙及岩层条件下的大直径桩基施工质量，降低成本，节省工期，最大限度地为同类型地质桥梁施工提供宝贵的借鉴方法，是完全可以实现和必要的。
本发明申请提供一种适合于风积沙及岩层的大直径桩基钻进的方法，该方法采用两种钻机接力钻进，能有效保证施工质量，确保施工安全，缩短工期，降低施工成本。具体实施方法如下：
本发明申请涉及一种风积沙深覆盖凝灰岩地层端承桩的组合钻进方法，该风积沙深覆盖凝灰岩地层端承桩的组合钻进方法的具体操作步骤包括：
桩基钻进旋挖钻机结合冲击钻机工艺组合成孔，提高钻进效率；首先采用旋挖钻机进行覆盖砂层钻进，钻至强风化凝灰岩后，采用φ2.5m冲击锤一径破岩到设计桩底，终孔后清孔成桩。
1.钻机就位
(1)操作要点：
a.进行桩位放样，将钻机行驶到要施工的孔位，调整桅杆角度，操作卷扬机，将钻头中心与钻孔中心对准，并放入孔内。
b.调整钻机垂直度参数，使钻杆垂直，同时稍微提升钻具，确保钻头环刀自由浮动孔内。
c.旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。
(2)注意事项：
a.液压多功能旋挖钻机就位时与平面最大倾角不超过4°。
b.现场地面承载能力应大于150kPa，所以钻机平台处必需碾压密实。
c.钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。
2.覆盖层钻进
(1)操作要点：
a.利用自造浆调整护壁泥浆指标，当泥浆池内泥浆的各项技术指标符合要求后开始钻进。
b.钻机按桩基中心对正就位，钻机调平后开钻，钻进至一定深度(5m左右)，复查开孔垂直度偏差，合格后继续钻进。
c.细砂层采用φ2.5m捞砂钻斗钻进，钻机用动力头驱动钻杆和钻头旋转，利用钻头下端的切削刃对土层进行切削破碎，切削的土体被挤进钻斗，装满后将钻斗提出孔口，旋转钻机底盘然后反转，并开启钻斗阀门，将土体排放到地面。
d.钻头下部装有外切削刀，使钻头与孔壁之间留有一定间隙，防止提钻时产生抽吸作用，造成真空，使孔壁坍塌。
(2)控制参数：
钻进参数
泥浆性能
(3)注意事项：
a.砂层钻进宜采用快转速挡钻进；
b.初始钻进进尺要缓慢，尽量减少钻杆晃动，保证钻孔的垂直度。
c.钻进过程中，应随时调整机架保持钻杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底沉渣。
d.在钻孔过程中钻机提钻甩渣复位后，应检查钻头是否对中。
e.斗底铁门在钻进中始终要保持关闭状态，以防止钻斗旋挖钻孔的土砂掉落到孔内。
f.钻斗在孔内的升降速度必须控制好，速度过快，钻斗内的水流会冲刷孔壁，甚至在钻斗下方产生负压而导致塌孔。严格控制钻进速度，钻斗升降速度过快时，易造成孔壁缩颈、坍塌事故。钻斗升降速度控制在0.5m/s。
g.钻进过程中要始终保证孔内泥浆面高度，并对泥浆性能进行随时观测和试验，以保证钻孔过程中泥浆的性能稳定，防止孔内水位波动，护壁质量不佳，使孔壁砂向孔内涌流。
h.钻孔过程中应观察主机所在地面和支脚支承地面处的变化情况，发现沉降现象及时停机处理。因故停机时间较长时，应做好孔桩及钻机的保护措施。
岩层内钻进
a.钻机钻进前，将配置好泥浆输送至桩基孔内，同时在钻孔过程中，应常对钻孔泥浆进行试验检测，不符合要求时，随时调整改正。
b开钻时应保持钻锤稳定，在软硬岩石交界面处应慢速钻进，防止桩孔坍塌、倾斜，使用小冲程(1.5-2m)冲击。
c钻进过程中随时观察护筒内的水头差变化，孔内泥浆水平面须高出2m以上，但比护筒顶面低0.3m，防止孔壁坍塌及泥浆溢出。水头不足时应及时补浆，在排渣、提渣或其他原因停钻时，应注意保持孔内水头以防塌孔造成埋钻。
d应经常检查护筒内泥浆的各项指标，不能因为泥浆过浓影响钻进速度，也不能因为泥浆浓度过小造成塌孔。
e冲击钻孔时，随时察看钢丝绳的回弹情况，耳听钻锥的冲击声，以判别孔底情况。冲击过程中勤抽查，勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况，预防安全质量事故的发生。
f钻进过程中，每进2m～3m应检查钻孔竖直度，注意地层变化，并根据实际地层变化采用相应的钻进方式，在钻至松软石层时，钻进速度必须放慢，以确保成孔质量。
g钻进过程中应做好钻进记录，要记录好进尺与地质变化，交接班时应交代上一班的钻进情况以及注意事项。
h钻头刃口在钻井中不断磨损，直径磨耗不得超过1.5cm，应经常检查钻头直径，有缺损时应及时补焊，不宜中途停钻修补，应准备备用钻头轮换使用。
(2)控制参数：
(3)注意事项
a桩机作业区域应平整，必须采取安全防护措施，并设立警示标志，非工作人员未经批准不得人内。
b在进行钻机安装时，机架应垫平，保持稳定，不得产生位移或沉陷，钻架顶端应用缆风绳对称张拉，地锚应牢固，并设专人现场协调指挥，严禁盲目作业。
c检查钻机的配电系统，钢丝绳等，确保配电箱及电源线路完好，钢丝绳无严重锈蚀和断丝情况。
d套吊栓挂应稳固，并经检查认为可靠后方能试吊。
e随着桅杆的升起或落放，应用桅杆两边的绷绳，或在桅杆中点绑一保险绳，以防桅杆倾倒。立好桅杆后，应及时挂好绷绳。
f开孔应采用间断冲击，直至钻具全部进入孔内且冲击平稳后，方可连续冲击。
g钻进中，突然发现有塌孔迹象或成槽以后突然大量漏浆，应立即停钻、移机，并采取措施进行处理。
采用本发明申请的技术方案进行施工，能够极大的保证施工过程中的安全质量，提高施工工效，保证施工工期。在实际施工过程中，效果突出：
1、该方法砂层采用旋挖钻捞沙斗钻头钻进，保证护壁效果、成孔质量的同时提高了钻进效率。
2、该方法采用不同种类钻机接力钻进，不同地质使用不同型号的钻机，保证了钻机的最大利用效率。
3、该方法岩层采用冲击钻钻进，降低施工成本，保证钻进速度及成孔质量。
在本发明申请实施例中，采用对施工步骤及采用的施工设施进行调整的方式，通过两种钻机接力钻进，达到了有效保证施工质量，确保施工安全的目的，从而实现了缩短工期，降低施工成本的技术效果，进而解决了由于风积沙地层区域，地层中均存在较厚的砂层、卵砾石，地基自身稳定性较差，导致采用常规的大直径钻孔灌注桩方案进行施工，容易造成桩基成孔、浇筑质量和安全风险较高的技术问题。
以上所述仅为本发明申请的优选实施例而已，并不用于限制本发明申请，对于本领域的技术人员来说，本发明申请可以有各种更改和变化。凡在本发明申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明申请的保护范围之内。
