大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法与流程

1.本发明涉及分级扩孔施工方法的技术领域，尤其是涉及到大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法。

背景技术：

2.大直径灌注桩钻进在遇到中、微风化硬岩持力层时，通常采用分级扩孔钻进工艺，即以小直径旋挖钻头从桩中心处钻入，至桩底设计标高后再逐级扩大钻孔直径，直至钻进达到设计桩径。这种分级扩孔工艺将旋挖钻机的动力和扭矩最大限度地传递至旋挖钻头，可实现硬岩的快速钻进，已被广泛应用于旋挖硬岩钻进中。但当硬岩地层存在倾斜岩面或岩体完整性存在发育裂隙、破碎带时，采用分级扩孔钻进入岩的过程中，小直径钻头在孔内无侧向支撑，钻进时极易产生偏斜，钻孔纠偏难度大、耗时长，导致钻进效率低、增加施工成本，难以保证桩孔质量。

3.当前发现当桩端持力层为中、微风化花岗岩，中风化岩裂隙发育、岩体较破碎，入岩拟通过直径1600mm、2000mm、2400mm钻头分三级扩孔钻进时，在实际入岩成孔过程中，受中风化岩层裂隙发育、岩体破碎、强度不均的影响，在采用直径1600mm钻头钻进入岩时，由于钻头下入直径2400mm的空孔内，在钻具无侧向约束的条件下受破碎岩面的影响，以及入岩钻进时的震动造成钻孔严重偏斜，而在下一级扩孔时由于前期偏孔造成分级钻进岩壁厚度不均，以致于进一步扩大钻孔偏差，导致入岩段桩孔垂直度超标，无法满足桩孔质量要求。

技术实现要素：

4.为了克服现有技术的不足，本发明提供大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，在首次入岩钻进时采用上扶正钻头施工先导孔，上扶正导向段直径与桩孔设计直径相同，为入岩开孔钻进提供有效的侧向支撑，以克服岩体破碎或倾斜岩面出现的偏孔问题；在后续分级扩孔时，采用下扶正钻头钻进，下扶正导向段直径保持与上一级入岩钻孔直径相同，下扶正导向段为下扶正钻头在岩层中扩孔提供导向；在更下一级扩孔中，持续采用下扶正钻头扩孔钻进，直至完成硬岩段逐级扩孔。该施工方法，通过在钻头上结合上扶正导向段、下扶正导向段，有效保证了钻孔垂直度，达到硬岩钻进效率高、成孔质量好的效果。

5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

6.大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，包括以下步骤：

7.s1、埋设孔口护筒

8.s2、土层段分级钻进至岩面

9.s3、上扶正钻头钻进先导孔

10.s4、沿先导孔钻进至设计桩底标高

11.s5、下扶正钻头硬岩扩孔钻进

12.s6、桩孔终孔验收

13.具体的，所述施工方法包括以下步骤：

14.s1、埋设孔口护筒

15.根据工程灌注桩设计直径的大小，选用合适的护筒进行孔口护壁，护筒上部设有溢流孔；钻进前，再次复核校准桩位，采用钻埋法置入护筒；

16.s2、土层段分级钻进至岩面

17.选用化学泥浆进行钻孔护壁；先用小直径的旋挖钻斗钻进至岩面，再用大直径的旋挖钻斗扩孔钻进，直至完成土层段整体成孔施工；

18.s3、上扶正钻头钻进先导孔

19.将上扶正钻头对准桩位缓慢下放入孔，在下入至护筒底部时，上扶正导向段的直径与土层段钻孔直径一致，两者严格对中重合再继续下放上扶正钻头至岩面位置，上扶正钻头置于岩面位置后向下钻进成孔；

20.s4、沿先导孔钻进至设计桩底标高

21.采用和上扶正钻头中的旋挖钻筒直径等同的牙轮钻筒进行入岩钻进成孔；

22.s5、下扶正钻头硬岩扩孔钻进

23.将下扶正钻头对准桩位缓慢下放入孔，由于下扶正导向段直径与牙轮钻筒施工形成的岩层段钻孔直径一致，两者严格对中重合后将下扶正钻头下放至岩面位置，向下钻进成孔；

24.s6、桩孔终孔验收。

25.进一步的，所述上扶正钻头包括上扶正导向段和设置在上扶正导向段下方的旋挖钻筒，所述上扶正导向段通过钻杆连接到旋挖钻筒，所述旋挖钻筒底部设置有切削齿；

26.更进一步的，所述上扶正导向段的直径大于旋挖钻筒的直径；

27.进一步的，所述下扶正钻头包括牙轮钻筒以及设置在牙轮钻筒下方的下扶正导向段，所述牙轮钻筒通过钻杆连接到下扶正导向段，所述下扶正导向段为截齿钻筒，所述牙轮钻筒底部设置有切削齿；所述下扶正导向段的底部设置有截齿。

28.更进一步的，所述牙轮钻筒的直径大于下扶正导向段。

29.进一步的，所述化学泥浆，以重量百分比为单位，包括以下原料：50-60％钠基膨润土、5-10％羧甲基纤维素钠、1-2％片碱、余量为水。

30.本发明的有益效果是：

31.1、钻孔垂直度好控制

32.本发明针对大直径灌注桩钻进岩体破碎或具有倾斜岩面的硬岩层，通过在旋挖钻头上增加上扶正导向段，在牙轮钻筒下增加下扶正导向段，进行导向逐级扩孔钻进，使钻头整体受到侧向约束，从而对硬岩中钻进的钻头进行精准定位，确保了钻孔垂直度。

33.2、硬岩钻进效率高

34.本发明采用上扶正钻头、下扶正钻头分级钻进，保证了桩孔垂直度，克服岩体破碎或倾斜岩面导致的偏孔问题，避免了反复对偏斜钻孔的纠偏处理，大大提升硬岩钻进工效。

35.3、有效降低施工成本

36.采用本发明进行岩层段导向逐级扩孔钻进，有效保证了钻孔垂直度，避免了偏位和斜孔处理的机械使用、人工投入和钻具损耗，降低了处理的施工成本，缩短施工工期，综合经济效益显著。

37.4、适用范围广

38.适用于桩径不小于2000mm的旋挖灌注桩；适用于抗压强度超过60mpa且裂隙较发育的硬岩地层灌注桩分级扩孔施工。

附图说明

39.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

40.图1是本发明所述上扶正钻头的结构示意图；

41.图2是本发明所述下扶正钻头的结构示意图；

42.图3是本发明实施例1和实施例2所述第三级入岩的下扶正钻头的结构示意图；

43.图4是本发明实施例2步骤s6所述牙轮钻筒的结构示意图；

44.图5是本发明实施例2步骤s7所述直径2000mm截齿钻筒的结构示意图；

45.图6是本发明所述上扶正钻头的钻进扶正示意图；

46.图7是本发明所述下扶正钻头的钻进扶正示意图。

具体实施方式

47.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

48.实施例1

49.一种大直径灌注桩硬岩旋挖导向钻头，包括上扶正钻头1、下扶正钻头2，所述上扶正钻头1包括上扶正导向段11和设置在上扶正导向段11下方的旋挖钻筒12，所述上扶正导向段11通过钻杆13连接到旋挖钻筒12，所述旋挖钻筒12底部设置有切削齿14；具体的，所述上扶正导向段11为短圆柱状定位导向装置；所述上扶正导向段11的直径大于旋挖钻筒12的直径；

50.所述下扶正钻头2包括牙轮钻筒22以及设置在牙轮钻筒22下方的下扶正导向段21，所述牙轮钻筒22通过钻杆13连接到下扶正导向段21，所述下扶正导向段21为截齿23钻筒，所述牙轮钻筒22底部设置有切削齿14；所述下扶正导向段21的底部设置有截齿23；所述牙轮钻筒22的直径大于下扶正导向段21。

51.具体的，上扶正导向段直径2400mm、长度600mm，为短圆柱状对中定位导向装置，下部的旋挖钻筒直径1600mm、长度1500mm。

52.上扶正钻头钻进原理(第一级入岩钻进)：

53.上扶正钻头施工先导孔，上扶正导向直径与灌注桩设计直径2400mm相同，旋挖钻筒直径1600mm；钻进时，将上扶正导向段对中桩孔下放至钻孔内岩面处，钻进过程中上扶正导向段受到钻孔四周侧向约束，与土层段桩孔侧壁形成相互支挡，即桩孔土层段内壁为入岩开孔钻进提供了有效侧向支撑，从而对下部的旋挖钻筒旋挖硬岩钻进实施精准定位，有效保证了钻孔垂直度。

54.本工法入岩先采用上扶正钻头施工先导孔，先导孔深度约1.5m(下部的旋挖钻筒的高度)；先导孔施工完成后，采用直径1600mm牙轮钻筒将导向孔钻至设计桩底标高，完成第一级入岩施工。

55.具体的，下扶正钻进过程包括第二级入岩钻进和第三级入岩钻进；第二级入岩采

用的下扶正钻头，其上部的牙轮钻筒直径2000mm、长度1300mm；下扶正导向段直径1600mm、长度700mm，由截齿钻筒改造形成为短圆柱状定位导向装置；第三级入岩采用的下扶正钻头，其上部的牙轮钻筒直径2400mm、长度1300mm；下扶正导向直径2000mm、长度700mm，由截齿钻筒改造形成为短圆柱状定位导向装置；

56.下扶正导向钻进原理：

57.完成第一级入岩钻进至设计桩底标高后，在岩层段形成直径1600mm导向钻孔，下一级入岩扩孔钻进采用第二级的下扶正钻头，其下部的下扶正导向段直径与第一级入岩钻孔直径1600mm相同，上部的牙轮钻筒直径2000mm；钻进时，将第二级下扶正钻头对中桩孔下放至钻孔内岩面处，钻进过程中，钻孔周边围岩对下扶正导向段提供了侧向定位支撑，从而实现上部的牙轮钻筒扩孔钻进的精准定位，保证了钻孔垂直度。采用第二级下扶正钻头施工至设计桩底标高后，改用直径2000mm牙轮钻筒将孔底下扶正钻头导向段相应部位的岩壁整体削平。

58.完成第二级入岩钻进至设计桩底标高后，在岩层段形成直径2000mm导向钻孔，下一级入岩扩孔钻进换用第三级下扶正钻头，其下部的下扶正导向段直径与第二级入岩钻孔直径2000mm相同，上部的牙轮钻筒直径与灌注桩设计直径2400mm相同。同理，第三级下扶正钻头对中桩孔下放至钻孔内岩面处，钻进时钻孔周边围岩对下扶正导向段提供了侧向定位支撑，可有效实现上部的牙轮钻筒扩孔钻进的精准定位，确保了钻孔垂直度。采用第三级下扶正钻头施工至设计桩底标高后，改用直径2400mm牙轮钻筒将孔底下扶正钻头的下扶正导向段相应部位的岩壁整体削平。

59.实施例2

60.一种大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，包括以下步骤

61.s1、桩位测量放样

62.1)施工前利用挖机对施工场地进行整平、压实；

63.2)测量工程师根据桩位平面布置图进行现场放样，并在地面上使用木桩或焊条等标记桩位；

64.3)施工员根据放样桩位张拉十字交叉线，在线端处安放4个控制桩，作为外护筒的定位参考点。

65.s2、bg46大扭矩旋挖钻机就位

66.1)由于本工程灌注桩最大设计直径φ2400mm，需配置大扭矩旋挖钻机分二次扩孔进行土层段钻进施工，现场选用德国宝峨公司生产的bg46多功能旋挖钻机，该设备发动机功率570kw，动力头最大扭矩460kn

·

m，最大钻孔直径3.1m，最大钻孔深度111.2m，满足灌注桩钻进成孔施工需求；

67.2)在桩孔附近旋挖钻机就位处铺垫多块长8000mm、宽1300mm、厚140mm行车道板，移动旋挖钻机使其履带置于板上，以减小钻机钻进操作对孔口、孔壁的影响；

68.3)旋挖钻机就位后，调整钻头对准桩中心，并调整钻杆垂直度。

69.s3、埋设孔口护筒

70.1)根据该工程灌注桩设计直径的大小，选用直径2.6m、壁厚1.6cm、长度6m护筒进行孔口护壁，护筒上部设有1～2个溢流孔；

71.2)钻进前，再次复核校准桩位，采用钻埋法置入护筒；

72.3)采用旋挖钻机预先钻出地面以下6m深孔洞，竖直吊放压入护筒，全程以吊锤法控制下入垂直度，完成吊放后护筒顶沿高于地面30cm，并保证护筒中心与桩位中心偏差不大于50mm，垂直度不大于1/100。

73.s4、土层段分级钻进至岩面

74.1)选用化学泥浆进行钻孔护壁，泥浆由水、钠基膨润土、cmc、naoh等按一定比例配制而成，泥浆配制在专设的泥浆池中进行。所述化学泥浆，以重量百分比为单位，包括以下原料：50％钠基膨润土、5％羧甲基纤维素钠、1％片碱、余量为水；或者可根据需要，按照原料组成进行调配。

75.2)由于灌注桩设计桩径大，为提高土层钻进效率，先采用直径1600mm旋挖钻斗钻进至岩面，完成直径1600mm成孔至岩面后，换用直径2400mm旋挖钻斗扩孔钻进，直至完成土层段整体成孔施工；

76.3)钻进时采用化学泥浆护壁，成孔初期应慢速钻速，并注意轻稳放斗、提斗，最后采用清渣钻斗捞渣清孔。

77.s5、上扶正钻头第一级硬岩钻进先导孔

78.1)采用上扶正钻头施工先导孔，上扶正钻头导向段直径2400mm，下部牙轮钻筒直径1600mm；

79.2)将上扶正钻头对准桩位缓慢下放入孔，在下入至护筒底部时，钻头导向段直径与土层段钻孔直径一致，此时保证两者严格对中重合才能继续下放钻头至岩面位置；

80.3)钻头置于岩面位置后，向下钻进成孔以2400mm土层段孔壁为导向，可有效保证钻孔垂直度，实现扶正效果；

81.4)缓慢下压转动钻头开始先导孔施工，注意钻进过程中控制钻压，保证钻机平稳；

82.5)先导孔钻进至深度1500mm时(与上扶正钻头下部的牙轮钻筒长度一致)停止施工，微调钻筒位置，将岩芯取出。

83.s6、直径1600mm牙轮钻筒沿先导孔钻进至设计桩底标高

84.1)完成先导孔施工后，更换为直径1600mm牙轮钻筒进行第一级入岩钻进成孔；

85.2)钻进过程中控制钻压，保持钻机平稳，当钻至设计入岩深度后，微调钻筒位置，将破碎岩芯缓慢提出钻孔；

86.3)完成第一级入岩钻进作业后，若孔内残留较多岩渣，则及时采用捞渣筒清理孔内残渣。

87.s7、下扶正钻头第二级硬岩扩孔钻进

88.1)采用第二级下扶正钻头进行扩孔钻进入岩施工，第二级下扶正钻头导向段直径1600mm，上部牙轮钻筒直径2000mm；

89.2)将第二级下扶正钻头对准桩位缓慢下放入孔，由于导向段直径与第一级施工形成的岩层段钻孔直径一致，保证两者严格对中重合方可将上部牙轮钻筒下放至岩面位置；

90.3)上部牙轮钻筒下放至岩面位置后，向下钻进成孔以1600mm第一级入岩钻孔为导向，可有效保证钻孔垂直度，实现扶正效果；

91.4)钻进过程中控制钻压，轻压慢转，保证钻机平稳；成孔时配套采用捞渣筒及时清理孔内脱落的岩壁残渣；

92.5)采用下扶正钻头钻进成孔至其导向段达到设计桩底标高后，缓慢提钻出孔，更

换为直径2000mm截齿钻筒，下放入孔将孔底下扶正钻头导向段相应部位的岩壁整体削平，最后采用捞渣筒清理孔内残渣。

93.s8、下扶正钻头第三级硬岩扩孔钻进

94.1)采用第三级下扶正钻头进行扩孔钻进入岩施工，第三级下扶正钻头导向段直径2000mm，上部牙轮钻筒直径2400mm；

95.2)将第三级下扶正钻头对准桩位缓慢下放入孔，由于导向段直径与第二级施工形成的岩层段钻孔直径一致，保证两者严格对中重合方可将上部牙轮钻筒下放至岩面位置；

96.3)上部牙轮钻筒下放至岩面位置后，向下钻进成孔以2000mm第二级入岩钻孔为导向，可有效保证钻孔垂直度，实现扶正效果；

97.4)钻进过程中控制钻压，轻压慢转，保证钻机平稳；成孔时配套采用捞渣筒及时清理孔内脱落的岩壁残渣；

98.5)采用下扶正钻头钻进成孔至其导向段达到设计桩底标高后，缓慢提钻出孔，更换为直径2400mm截齿钻筒，放入孔将孔底下扶正钻头导向段相应部位的岩壁整体削平，最后采用捞渣筒清理孔内残渣；

99.6)至此，分三级逐级扩孔完成φ2400mm灌注桩岩层段的钻进成孔施工。

100.s9、桩孔终孔验收

101.1)终孔后，采用直径2400mm旋挖钻斗反复捞渣，尽可能清除孔内沉渣，经2～3个回次将岩壁钻渣及土层沉渣基本捞除干净；

102.2)使用测绳测量终孔深度，并作为灌注混凝土前二次验孔依据；

103.3)验收完毕后，进行钢筋笼安放、混凝土导管安装作业，并及时灌注桩身混凝土成桩。

104.本发明所述的施工方法，具体应用在某地市区的生态园a区(2栋、3栋、4栋)施工总承包中工程，原计划为：设计最大灌注桩桩径φ2400mm，桩端持力层为中、微风化花岗岩，中风化岩裂隙发育、岩体较破碎，设计要求桩端入中风化岩16m或入微风化岩0.5m，平均桩长48m。现场采用宝峨bg46旋挖钻机进行灌注桩施工，入岩拟通过直径1600mm、2000mm、2400mm钻头分三级扩孔钻进。

105.而在实际入岩成孔过程中，受中风化岩层裂隙发育、岩体破碎、强度不均的影响，在采用直径1600mm钻头钻进入岩时，由于钻头下入直径2400mm的空孔内，在钻具无侧向约束的条件下受破碎岩面的影响，以及入岩钻进时的震动造成钻孔严重偏斜，而在下一级扩孔时由于前期偏孔造成分级钻进岩壁厚度不均，以致于进一步扩大钻孔偏差，导致入岩段桩孔垂直度超标，无法满足桩孔质量要求。

106.先采用本发明所述的施工方法，在钻入中风化岩层时，通过上扶正钻头和下扶正钻头的组合钻进方式设计，钻孔的垂直度偏差低于1％，垂直度好，满足桩孔质量要求。

107.上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。技术特征：

1.大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、埋设孔口护筒s2、土层段分级钻进至岩面s3、上扶正钻头钻进先导孔s4、沿先导孔钻进至设计桩底标高s5、下扶正钻头硬岩扩孔钻进s6、桩孔终孔验收。2.根据权利要求1所述的大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：s1、埋设孔口护筒根据工程灌注桩设计直径的大小，选用护筒进行孔口护壁，护筒上部设有溢流孔；钻进前，再次复核校准桩位，采用钻埋法置入护筒；s2、土层段分级钻进至岩面选用化学泥浆进行钻孔护壁；先用小直径的旋挖钻斗钻进至岩面，再用大直径的旋挖钻斗扩孔钻进，直至完成土层段整体成孔施工；s3、上扶正钻头钻进先导孔将上扶正钻头对准桩位缓慢下放入孔，在下入至护筒底部时，上扶正导向段的直径与土层段钻孔直径一致，两者严格对中重合再继续下放上扶正钻头至岩面位置，上扶正钻头置于岩面位置后向下钻进成孔；s4、沿先导孔钻进至设计桩底标高采用和上扶正钻头中的旋挖钻筒直径等同的牙轮钻筒进行入岩钻进成孔；s5、下扶正钻头硬岩扩孔钻进将下扶正钻头对准桩位缓慢下放入孔，由于下扶正导向段直径与牙轮钻筒施工形成的岩层段钻孔直径一致，两者严格对中重合后将下扶正钻头下放至岩面位置，向下钻进成孔；s6、桩孔终孔验收。3.根据权利要求2所述的大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，其特征在于，所述上扶正钻头包括上扶正导向段和设置在上扶正导向段下方的旋挖钻筒，所述上扶正导向段通过钻杆连接到旋挖钻筒，所述旋挖钻筒底部设置有切削齿。4.根据权利要求3所述的大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，其特征在于，所述上扶正导向段的直径大于旋挖钻筒的直径。5.根据权利要求4所述的大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，其特征在于，所述下扶正钻头包括牙轮钻筒以及设置在牙轮钻筒下方的下扶正导向段，所述牙轮钻筒通过钻杆连接到下扶正导向段，所述下扶正导向段为截齿钻筒，所述牙轮钻筒底部设置有切削齿；所述下扶正导向段的底部设置有截齿。6.根据权利要求5所述的大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，其特征在于，所述牙轮钻筒的直径大于下扶正导向段。7.根据权利要求2所述的大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，其特征在于，所述化学泥浆，以重量百分比为单位，包括以下原料：50-60％钠基膨润土、5-10％羧甲基纤维素钠、1-2％片碱、余量为水。

技术总结

本发明公开了大直径灌注桩硬岩旋挖导向分级扩孔施工方法，包括以下步骤：S1、埋设孔口护筒；S2、土层段分级钻进至岩面；S3、上扶正钻头钻进先导孔；S4、沿先导孔钻进至设计桩底标高；S5、下扶正钻头硬岩扩孔钻进；S6、桩孔终孔验收。本发明所述的施工方法通过在钻头上结合上扶正导向段、下扶正导向段，有效保证了钻孔垂直度，达到硬岩钻进效率高、成孔质量好的效果。果。果。

技术研发人员：刘彪 雷斌 朱陶园 林桂森 孔德健 王涛 韩凯 高世泉

受保护的技术使用者：深圳市工勘基础工程有限公司

技术研发日：2022.02.10

技术公布日：2022/6/7