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多功能锚杆钻机施工微型桩的能力分析

2015-08-17 722 0

关丽杰¹，乔伊娜¹，赵伟民¹，张兴莲²

(1.东北石油大学，黑龙江大庆　163318；2.渤海装备辽河重工有限公司，辽宁盘锦　124009)

　　摘要：近年来，为了适应城市建设的需要，欧、美和日本等国家都研发了多功能锚杆钻机，我国随着现代化建设发展的需要，也着手研究开发。但了解并较好使用多功能锚杆钻机是当务之急。本论文结合黑龙江省教委科研课题，根据实际需求，总结国外的先进微型桩施工工法供专业参考。
　　关键词：多功能锚杆钻机；微型桩；深基础；钻孔方式
　　1 微型桩的应用范围
　　微型桩指的是桩径小于100～300mm左右，在地面上钻孔，插入钢筋或钢管等加强材料，然后注入灰浆形成现场灌注桩和埋入桩等的总称。微型桩也称为根桩、支杆桩、mini桩等。微型桩是在上世纪1950年代，以欧美为中心，对砖、石构筑的寺院、教堂等历史建筑修补、对其地基进行加强而产生的技术[1]。
　　近年来，为了进行现有建筑的维护、修整及地基的增强，防止地震或山体滑坡带来的地质灾害，人们研究了机动性良好的多功能锚杆钻机，同时也开发了适用于既有建筑基础或地基斜面的加固增强等，在狭窄的场地、低矮的空间也能施工各种微型桩的工法，引起行业内的注目。

图1 斜面加强

图2 桥墩基础

图3 隧道护围

图4 竖井施工

图5 地铁固化

图6 基础加固

图7 挡土墙壁

图8 防水墙壁

　　多功能锚杆钻机主要的施工对象为：岩石螺栓（高强钢杆等，直径在30mm，长度达100m以上）、土钉墙（钢绳束等，直径在150mm，长度为20m左右）、旋喷桩（直径达2m，深度达50m）、微型桩（内插异形钢或钢管等，直径为100～300mm，长度为50m）。由于多功能锚杆钻机的工作装置采用了组合式调整机构，操作动作灵活，角度方位任意，适用范围很大，如图1～图7所示。

　　2 微型桩的成孔方式

图9 钻孔方式的组合

　　一般情况下，微型桩的成孔方法如图9所示，仅回转钻孔的称为回转式；用回转和冲击钻孔的称为回转冲击式。与驱动装置、排渣方式、钻孔方式相关联的有回转钻孔式和螺旋钻孔式；而回转冲击式分为顶锤钻孔式和潜孔锤钻孔式。另外，按钻孔时与排渣方式、使用稳定液（清水、泥水等）、孔壁防护等可分为湿式和干式及单管外返方式和双层管内返方式。
　　采用螺旋钻孔的特点为：
　　（1）钻孔时不使用稳定液，不需要泥水处理设备，施工现场整洁；
　　（2）对应大深度钻孔（50m以上）时，适用钢管直径（100~300mm）多；
　　（3）回转钻孔时噪音、振动小，适用于粘性土、砂质土等。

图10 采用螺旋钻孔的工序
多功能锚杆钻机施工微型桩的能力分析

图11 螺旋钻孔时扩孔刀具
多功能锚杆钻机施工微型桩的能力分析

图12 旋喷钻具的结构
多功能锚杆钻机施工微型桩的能力分析

图13 潜孔锤的结构与工序

　　回转冲击钻孔（潜孔锤钻孔）的特点为：
　　采用潜孔锤方式回转冲击钻孔，将钻孔刀具直接安装在钻具本体上，通过钻杆输送的压缩空气，驱动缸体内的锤体活塞往复运动，直接打击前端的钻孔刀具。因此，能量损失少，钻孔的方向性良好。不仅是岩基，对于巨砾层、孤石、混有卵石的砂砾层等，甚至是在复杂的地基上钻孔性能都很高[2]。但对于输送岩屑来说，在锤的有效运动和清孔作业中，对应钻孔孔径、使用工具的空气量、空气压力、管内流速的设定以及对应施工环境的粉尘处理等都是很重要。

　　图14为多功能锚杆钻机施工配置。

　　施工程序为：采用多功能锚杆钻机首先钻孔或旋喷水泥浆形成改良体并钻孔；然后插入带有凸节的钢管；再注入水泥浆使钢管与地基或改良体全面固定在一起。

图14 多功能锚杆钻机施工配置

　　3 微型桩基本结构

图15 微型桩的结构形式

　　图15所示为微型桩的结构形式，其中：
　　（1）型微型桩使用的加强材料为异形钢筋，在地基中的固定方式为前面固定；
　　（2）型微型桩使用的加强材料为钢筋或钢管，在地基中的固定方式为下部固定；
　　（3）型微型桩使用的加强材料为钢管，在地基中的固定方式为全部固定；
　　（4）型微型桩使用的加强材料为钢管，在地基中的固定方式为全部固定。
　　采用通常的微型桩加压注浆技术与高压旋喷搅拌地基改良技术相结合，增强材料采用焊有凸节的钢管所研发的高强微型桩（如图16和图17所示的Ⅰ型桩和Ⅱ型桩），对提高单桩承载力，扩大使用范围，推广多功能锚杆钻机的应用起到和很大作用[3]。
　　Ⅰ型桩——将直径300mm以下的小口径钢管作为外管，钻孔打入地基中，在管外分段注入水泥浆，使钢管完全固定在地基中。这种桩适用于在受限制条件下的建筑基础桩；既有建筑基础桩的增强；斜面的增强等。作为需要水平支持力较大的斜桩也可行。
　　Ⅱ型桩——有高压旋喷搅拌工法在地基中形成改良桩，然后在其中插入直径300mm以下的小口径钢管，使带有凸节的钢管与旋喷桩一体化固定在地基中。这种桩即使采用小型桩机施工也能获得很大的支持力。这种桩适用于在受限制条件下的需要大的支持力的建筑基础桩以及既有建筑基础桩的增强等。

图16 Ⅰ型桩　　　　　　　　　图17 Ⅱ型桩

　　综上所述，微型桩是一种灌注桩，由于施工振动、噪声小，适用于公害受到严格控制的市区；长细比大,单桩耗用材料少；采用加压注浆技术与高压旋喷搅拌地基改良技术相结合，增强材料采用焊有凸节的钢管所研发的高强微型桩，承载力较高。上述的微型桩施工已经有许多施工案例。
　　参考文献：
　　［1］日本NIJ工法研究会.Strong Tubfix Micropile. 2014年3月.
　　［2］日本NIJ工法研究会.STマィクロパィル工法. 2014年7月.
　　［3］日本NIJ工法研究会.ST微型桩工法设计施工手册. 2013年7月.

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