本發明涉及港口碼頭管樁施工技術領域，具體涉及一種嵌巖樁的鉆進成孔工藝。

背景技術：

在碼頭工程結構中，為滿足承載能力的要求，經常使用到嵌巖樁技術，嵌巖樁是較常用的樁基工程之一，主要是直樁，也有部分斜樁。鉆進成孔工藝是斜嵌巖樁施工最重要的一環，由于超長斜嵌巖樁采用沖擊鉆進施工容易發生偏位，卡錘等問題，目前在超長斜嵌巖樁鉆進成孔工藝中采用回旋鉆機施工效果更佳。但是在回旋鉆機施工過程中，鉆具的自重將造成鉆具下垂彎曲，鉆頭的導向性和鉆頭的軸線會產生較大的偏差，使得鉆頭斜率與鋼套管斜率無法保持一致，影響成孔質量，特別是在嵌巖樁嵌巖深度大于10m，部分嵌巖樁傾斜度較大時，易出現成孔傾斜不順直的問題，施工難度較大，現有的鉆進成孔工藝無法滿足施工的要求。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種嵌巖樁的鉆進成孔工藝，能夠保證斜向嵌巖樁施工中鉆頭斜率與鋼套管斜率保持一致，提高成孔質量和效率，滿足施工設計要求。

為了解決上述技術問題，本發明提供的技術方案如下：

一種嵌巖樁的鉆進成孔工藝，包括以下步驟：

1）在鋼套管內部安裝第一導向器和第一鉆頭，并在鋼套管和第一導向器的導向作用下，對嵌巖樁有鋼套管部分進行鉆孔；

2）將第一鉆頭更換為第二鉆頭，并在第二鉆頭后端安裝第二導向器，在第二導向器和第一導向器的共同導向作用下，對無鋼套管嵌巖段進行導向孔鉆進，鉆進過程中，第一導向器始終位于鋼套管內部，第二導向器跟隨第二鉆頭逐漸進入導向孔中，所述導向孔的鉆進深度大于設計嵌巖深度；

3）導向孔鉆進完成后，拆除第二導向器并將第二鉆頭更換為第三鉆頭，在第三鉆頭前端安裝第三導向器，并在第三導向器和第一導向器的共同導向作用下，進行最終成孔的鉆進，鉆進過程中第三導向器始終位于所述導向孔中，第一導向器始終位于鋼套管內部。

所述第一導向器的直徑與鋼套管內徑相同，第二導向器的直徑和第三導向器的直徑均與導向孔內徑相同。

所述第一鉆頭直徑與鋼套管的內徑相同，第二鉆頭直徑與導向孔的直徑相同，第三鉆頭直徑與最終成孔的直徑相同。

所述步驟1）、步驟2）和步驟3）的鉆進過程均采用反循環回旋鉆進工藝，所述反循環回旋鉆進工藝，具體為：回旋鉆機旋轉加壓，使鉆頭破碎巖面進行鉆進，再利用泵機將破碎巖面產生的石塊或石粉從中空的鉆桿中吸出。

所述鋼套管內部設置多個第一導向器。

所述第一導向器呈等間距布置。

所述第一導向器、第二導向器和第三導向器均通過軸承與鉆桿相連接。

所述第一導向器、第二導向器以及第三導向器的上端和下端均加工有倒角。

所述第一鉆頭、第二鉆頭以及第三鉆頭的上端和下端均加工有倒角。

所述步驟2）中導向孔的鉆進分多次施工完成。

本發明具有以下有益效果：本發明的鉆進成孔工藝，對無鋼套管嵌巖段采用先鉆導向孔再進行成孔鉆進的方式，利用導向孔和鋼套管的導向限位，并配合第一導向器、第二導向器和第三導向器的使用，能夠很好地保證斜向嵌巖樁施工中鉆頭斜率與鋼套管斜率保持一致，提高了成孔質量,使孔壁光滑完整、順直度高，滿足施工要求，提高了施工效率；該工藝操作簡單，施工成本低，具有較好的經濟效益。

附圖說明

圖1是嵌巖樁有鋼套管部分的鉆進原理圖；

圖2是無鋼套管嵌巖段導向孔鉆進原理圖；

圖3是無鋼套管嵌巖段最終的成孔鉆進原理圖；

圖中：1、第一鉆頭，2、第一導向器，3、鉆桿，4、鋼套管，5、第二鉆頭，6、第二導向器，7、第三鉆頭，8、第三導向器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好地理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。

本發明應用于原油泊位中的系纜墩建設工程，涉及系纜墩建設工程中的嵌巖樁施工工藝，具體涉及全斷面斜向嵌巖樁施工中的鉆進成孔工藝。

系纜墩處的覆蓋層厚度情況為：前沿選擇散體狀強風化凝灰巖作為樁基持力層，后沿選擇中等風化凝灰巖作為樁基持力層。覆蓋層自上至下分別為：①1.9～2.8m厚的灰色含碎石淤泥；0.1～5.1m厚的雜色含碎石黏性土；②4.6～7.6m厚的灰黃～灰綠色粉質粘土；③0.8～7.8m厚的散體狀強風化凝灰巖，此為前沿樁基持力層；④2.6～4.2m厚的碎裂狀強風化凝灰巖；⑤底層為中等風化凝灰巖，此為后沿樁基持力層。

本工程的系纜墩由八根嵌巖樁支撐，嵌巖樁持力層主要為強風化凝灰巖，部分為中風化凝灰巖，持力層標準貫入擊數N均大于50。根據地質資料顯示，系纜墩附近的ZK15孔飽和單軸抗壓強度為30.56MPa，ZK16孔飽和單軸抗壓強度為87.05MPa。飽和單軸抗壓強度大于60MPa的巖石為堅硬巖，旋挖鉆機難以施工。由于嵌巖樁直徑較大，嵌巖深度達18m，部分嵌巖樁斜度達5:1，若采用沖擊鉆機容易發生偏位，卡錘等問題，因此本工程配置一臺反循環回旋鉆機進行施工作業。

本實施例中鉆桿3為每2m一節，可接長。相鄰鉆桿之間采用螺紋連接。

本實例中鋼套管4的內徑為1.8m。

配備三種鉆頭，第一鉆頭1的直徑為1.8m，用于鋼套管4內鉆進；第二鉆頭5的直徑為1m，用于鉆進導向孔（直徑1m）；第三鉆頭7的直徑為1.6m，與設計嵌巖樁直徑一致,也即與最終成孔（直徑1.6m）的直徑相同。

配備三種導向器，第一導向器2的直徑與鋼套管4的內徑一致，每隔8m布置一個；第二導向器6的直徑與第二鉆頭5的直徑一致，均為1m，第二導向器6長度為2.4m，第三導向器8的直徑為1m，長度為0.8m，第二導向器6和第三導向器8均用于導向孔中導向。

嵌巖樁的鉆進成孔工藝，包括以下步驟：

1）嵌巖樁有鋼套管部分的鉆進：

如圖1所示，在鋼套管4內部設置第一導向器2和第一鉆頭1，在鋼套管4和第一導向器2的導向作用下，對嵌巖樁有鋼套管部分進行鉆孔。

其中第一導向器2與鉆桿3相連接，鉆桿3與第一鉆頭1相連接。

第一鉆頭1采用三翼刮刀鉆頭。

2）無鋼套管嵌巖段導向孔的鉆進：

如圖2所示，將第一鉆頭1更換為第二鉆頭5，并在第二鉆頭5的后端連接有第二導向器6，在第二導向器6和第一導向器2的共同導向作用下，對無鋼套管嵌巖段進行導向孔鉆進，使得鉆進過程中第二鉆頭5始終沿直線方向前進；鉆進過程中，第一導向器2始終位于鋼套管4內部，第二導向器6逐漸進入導向孔中，導向孔的鉆進深度大于設計嵌巖深度。

其中導向孔的直徑為1m，第二導向器6與鉆桿3相連接，鉆桿3與第一導向器2相連接。

第二鉆頭5采用刮刀鉆頭。

優選的，第二鉆頭5與第二導向器6內的鉆桿通過法蘭連接，使得連接更加牢固可靠。

導向孔的鉆進過程可以一次施工完成，優選的，為減少第二鉆頭5的偏移量，導向孔的鉆進過程分兩次施工，第一次鉆10m，剩余長度第二次鉆進完成。

3）無鋼套管嵌巖段最終成孔的鉆進

如圖3所示，導向孔鉆進完成后，將第二鉆頭5更換為第三鉆頭7，并在第三鉆頭7前端連接有第三導向器8，并在第三導向器8和第一導向器2的共同導向作用下，進行最終成孔(直徑為1.6m)鉆進。在最終成孔鉆進過程中，第三導向器8始終保持在導向孔中，第一導向器2始終位于鋼套管內部，使得在第三導向器8和第一導向器2的共同導向和限位作用下，保證最終成孔鉆進的順直度。

最終成孔的直徑為1.6m。

第三鉆頭7采用刮刀鉆頭。

優選的，第三鉆頭7與第三導向器8內的鉆桿通過法蘭連接，以使連接更加牢固可靠，第三鉆頭7與鉆桿3相連接，鉆桿3與第一導向器2相連接。

上述步驟1）、步驟2）和步驟3）的鉆進過程均采用反循環回旋鉆進工藝。

反循環回旋鉆進工藝是利用回旋鉆機旋轉加壓，使鉆頭前端設置的刮刀或牙輪破碎與之接觸的巖面，再利用泵機將破碎巖面產生的石塊或石粉從中空的鉆桿中吸出，鉆進過程要一直向孔內補充清水使孔內液面保持在較高水位，使孔內保持一定的水壓以保持孔壁穩定。

進一步的，鋼套管4內部的第一導向器2的布置間距和數量可根據具體鉆進情況進行調整，第一導向器2之間既可以采用等間距布置，也可采用非等間距布置。相鄰的第一導向器2之間通過鉆桿連接。

優選的，第一導向器2、第二導向器6和第三導向器8均通過軸承與鉆桿相連接，使得鉆桿旋轉時，第一導向器2、第二導向器6和第三導向器8均不會隨鉆桿旋轉，防止因上述各個導向器與導向孔或鋼套管的接觸摩擦而磨損，從而防止因導向器磨損而無法實現其導向和限位作用。

優選的，第一導向器2的上端和下端均加工有倒角,第二導向器6的上端和下端均加工有倒角,第三導向器8的上端和下端均加工有倒角，且第一鉆頭1的上端和下端均加工有倒角、第二鉆頭5的上端和下端均加工有倒角、第三鉆頭7的上端和下端均加工有倒角，在導向器和鉆頭設置倒角可以防止鉆孔或提鉆頭時發生卡錘現象。

本實施例在進行嵌巖樁有鋼套管部分的鉆進時，通過將鋼套管4對第一導向器2的導向限位以及鋼套管4對第一鉆頭1的導向限位相結合，對第一鉆頭1的鉆進進行共同導向，可保證鉆進過程中鉆頭斜率和鋼套管斜率一致，另外鋼套管4還起到護壁作用；在進行導向孔（直徑1m）鉆進時，通過將第二導向器6的導向限位和鋼套管4對第一導向器2的限位相結合，對第二鉆頭5的鉆進進行共同導向，可保證鉆頭斜率和鉆孔中心位置與設計值一致；在最終成孔（直徑為1.6m）鉆進時，通過使第三導向器8始終保持在導向孔中，使得導向孔對第三導向器8起到很好地限位作用，再結合鋼套管4對第一導向器2的限位作用，最終對第三鉆頭7的鉆進過程起到較好的導向作用，能夠保證最終成孔鉆進的順直度，另外由于第三導向器8設置在第三鉆頭7的前端，因此在之前進行導向孔鉆進時，導向孔的鉆進深度要大于設計嵌巖深度1m，以確保第三鉆頭7所鉆進的最終成孔的鉆進深度能達到設計值。

本實施例中導向孔主要起到導向和限位的作用，防止鉆頭在鉆進斜樁過程中受重力作用影響導致成孔向重力方向傾斜成弧線，從而避免引發卡錘、鋼筋籠無法下放、嵌巖樁承載力下降等問題。

本實施例的鉆進成孔工藝采用清水反循環，反循環清孔后基本無沉渣，清渣效果較好，相較于使用泥漿進行反循環，更利于施工現場的環境保護；成孔后，孔壁光滑完整，順直度高，斜率控制好，便于下鋼筋籠過程順利進行。

在鉆進過程中，根據鉆孔深度進行鉆機轉速調整，具體為：在鉆頭即將出鋼套管4的底部時減慢轉速，防止轉速過快造成孔壁不穩發生塌孔、卡錘等事故；鉆頭入巖4m以上且孔壁穩定的情況下可提高轉速加快鉆進效率；基巖較完整孔壁穩定的情況下可提高轉速，基巖破碎裂隙較發育孔壁不穩定的情況下應降低轉速，防止孔壁坍塌。

鉆進過程如遇鉆進困難可采取增加配重或更換鉆頭的措施：

1、增加配重，需要增加配重時將焊接了配重塊的鉆桿連接到普通鉆桿上即可。增加配重的重力通過鉆頭傳遞到巖面，相當于鉆頭對巖面的一個加壓，適當加壓可提高鉆進效率。

2、替換鉆頭，本工藝配置了兩種類型的鉆頭，一種為刮刀鉆頭，一種為滾刀鉆頭，刮刀鉆頭對巖層的破碎主要是通過鉆頭前端布置的刮刀對巖層進行切割，刮刀鉆頭的鉆進效率高，適用于強度較低的巖層；對于強度較高刮刀鉆頭難以切割的巖層，采用滾刀鉆頭進行鉆進，滾刀鉆頭對巖層的破碎主要是通過鉆頭前端布置的牙輪對巖層的進行研磨，滾刀鉆頭鉆進效率較低，但是能將強度較大的巖層磨碎。

鉆進過程中如果遇到呈斜坡狀的基巖面，會導致施工不利，容易導致鉆頭在鉆進過程中偏移中軸線、巖面破碎發生擴孔、甚至鋼護筒下沉等情況。因此在遇到斜坡狀的基巖面時，可減小鉆壓、降低鉆機轉速，待斜坡狀基巖面磨平后再繼續施工。

以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書為準。