一种PHC斜向嵌岩桩及施工装置的制作方法

本发明涉及混凝土灌注施工桩，尤其涉及一种phc斜向嵌岩桩及施工装置。

背景技术：

1、近年来，随着船舶大型化发展，码头工程也日益向开敞化、大型化、深水化发展，其中高桩码头是这些大型码头的主要结构形式。然而在高桩码头的建造过程遇到的地质条件和施工环境越来越多样复杂，这给建造技术提出了更高的要求。

2、在建造高桩码头时，主要存在以下几个方面的问题：

3、一、对于高桩码头建造区域淤泥覆盖层相对较小，或区域易受到冲刷等影响的情况下，底部存在强风化和中风化岩层的地质条件，普通phc预制管桩的打入深度较难满足正常高桩码头结构荷载要求；

4、二、在高桩码头建造施工过程中，主要包括钻孔、钢筋笼固定和浇筑混凝土等多个施工工艺步骤，需要搭建施工作业平台用于安装钻机等特定设备，当技术设计要求将phc预制管桩打入更深的深度时，对施工装置提出了更高的要求，普通的施工设备无法满足要求，需要采用其他特定的大型设备以及特定的施工工艺才能满足施工要求，因此也增加了施工成本，延长了施工工期，对施工经济性影响较大，而且对于海上施工的码头工程而言，需要搭建更大的临时钢结构平台用以大型设备施工，同样给工程项目带来更多造价和安全方面的投入；

5、三、如果采用体积和重量均较小的冲击钻机，虽然能在规格较小的钢平台上作业，但是存在冲击钻头不适用、钻孔方向及钻孔深度均无法有效控制等技术问题。

6、因此，如何提高桩基承载力，弥补现有phc桩施工条件下的缺陷，成为高桩码头施工过程中面临的重大技术研究课题，而采用何种结构的phc预制管桩，以及采用何种结构形式的施工装置，使桩基承载力满足在满足设计要求的前提下，能节约更多的人力、物力、成本，成为phc桩施工过程中的重大技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的之一至少在于，针对现有的phc桩桩基承载力较低，普通phc预制管桩的打入深度较难满足正常高桩码头结构荷载要求，而采用将phc预制管桩打入更深的深度时，又需要采用旋挖钻机和气举反循环钻机等大型设备，对临时钢结构平台提出了更高要求，同时也给工程项目带来更高造价及安全方面的投入问题，提供一种phc斜向嵌岩桩及施工装置，phc斜向嵌岩桩采用斜桩结构，并结合直桩同时布置，一方面改变phc管桩结构，使phc桩更容易锤击入更深深度，另一方面，通过phc斜向嵌岩桩施工装置，在phc管桩的斜桩及直桩内进行冲击钻孔、安装钢筋笼、浇筑混凝土形成嵌岩芯，嵌岩芯与phc管桩形成整体式嵌岩桩结构，嵌岩芯比phc管桩嵌入更深的风化岩层内，从而提高phc嵌岩桩的稳定性，进而提高桩基承载力，而且通过phc斜向嵌岩桩施工装置，可以对斜桩进行施工，在不采用大型设备的前提下，就能提高钻孔能力，满足嵌岩深度要求。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。

3、一种phc斜向嵌岩桩，包括phc管桩，以及浇筑在phc管桩内的嵌岩芯，所述嵌岩芯与phc管桩连接成一体式结构，所述phc管桩用于依次穿过流沙层、淤泥层、粉质黏土层、中砂层、粗砾砂混卵石层、强风化凝灰岩层和中风化凝灰岩层，所述嵌岩芯从中风化凝灰岩层中继续向下嵌入岩体5m或大于5m；所述phc管桩包括管桩主体，以及连接在管桩主体两端的管桩端板，用于穿过岩层一端的管桩端板上焊接连接有钢桩尖，所述钢桩尖的内径与所述管桩主体相同，所述钢桩尖的外径小于管桩主体的外径，所述钢桩尖为钢制结构，所述phc管桩包括斜桩和直桩，所述直桩垂直嵌入岩体内，所述斜桩以1:5~1:7之间的斜度嵌入岩体内，同时布置直桩和斜桩，且直桩和斜桩均嵌入岩体内，进一步提高桩基的承载能力，保障高桩码头的结构安全及应用安全。

4、采用phc斜向嵌岩桩，将phc管桩施打至设计标高完成成桩，然后在phc管桩内进行钻孔、安装钢筋笼及浇筑混凝土形成嵌岩芯，使phc管桩与嵌岩芯形成整体phc嵌岩桩结构，解决了现有phc管桩打入深度较难满足正常高桩码头结构荷载要求的技术难题，提高phc管桩的桩基承载力。

5、优选的，所述钢桩尖和管桩端板的连接部位焊接有多个翼板，多个所述翼板沿钢桩尖和管桩端板的连接环形部位周向布置，所述翼板为直角梯形结构，带直角的腰边焊接在钢桩尖上，下底边焊接在管桩端板上。

6、对应地，本技术方案还提供了一种phc斜向嵌岩桩施工装置，在对phc斜向嵌岩桩施工时，采用phc斜向嵌岩桩施工装置进行，所述phc斜向嵌岩桩施工装置包括固定在施工作业平台上的冲击钻机，所述冲击钻机上设置有通过起吊钢丝绳控制钻具升降的卷扬机，所述起吊钢丝绳倾斜设置，倾斜角度为phc桩倾斜角度β，使得冲击钻机的钻头与phc管桩的桩身在同一中心线上，通过控制起吊钢丝绳倾斜角度，使钻机的起吊钢丝绳、钻头、phc管桩和钻孔中心位于同一条线上，保证phc斜向嵌岩桩顺利施工，形成对桩基承载能力加强的phc斜向嵌岩桩结构。

7、优选的，所述钻具包括冲击钻机的空心锤头，所述空心锤头为加长型，其长度在14-18m之间，根据冲孔钻机自重及带动锤头重量，同时兼顾现场施工桩长，优选采用增加空心锤头的长度，使空心锤头始终保持在phc管桩内，通过现场焊接加长锤头至14-18m之间，进一步解决钻孔深度及方向控制问题，加长空心锤头长度后，钻头的最大偏差角度可以大大降低，从而保持空心锤头的稳定性，确保顺利冲钻，同时保护phc桩不被破坏或出现废桩。而空心锤头作为筒式冲击钻头，其钻头体为筒状或钻头轴心部位带中心筒，钻进时不仅破碎岩石，同时还将钻渣压入或抽吸到筒内，然后随钻头一起带出地面，钻头重量越大，冲击功就越大，破碎岩石的效果就越好。

8、进一步地，所述钻具包括钻杆和空心锤头，并在空心锤头及钻杆上设置多个导向器，所述导向器沿钻杆和空心锤头的外侧周向布置，在phc管桩内的钻杆上每隔3节钻杆间隔设置一道导向器，由于phc嵌岩桩包括直桩和斜桩，通过对钻机的锤型进行改造以及在钻杆上安装导向装置，使钻机适用于phc斜向嵌岩桩的施工过程，很好地控制冲孔方向，在完成嵌岩芯浇筑孔位施工的同时，保护phc管桩中的斜桩结构安全，避免损坏phc管桩及卡钻现象的发生。

9、优选的，所述空心锤头上安装有反浆清洗管，所述反向清洗管包括钢管段和软管段，所述钢管段安装在空心锤头的底部，长度范围在300mm-600mm，所述软管段与钢管段连接，并接出至phc管桩孔外。

10、采用部分钢管段与软管作为反浆清洗管，而软清洗管的长度非常短，能保证清孔反浆正常进行，避免当进入中风化岩层钻进过程中由于岩石强度硬导致锤头内钢管开裂无法进行反浆的问题，该长度范围的钢管段不会发生开裂的问题。

11、此外，所述冲击钻机上还设置有排渣管、回浆管和供风管，其中排渣管和回浆管与配套的沉渣箱、泥浆分离器连接，供风管与配套的空压机连接，所述沉渣箱、泥浆分离器和空压机布置在施工作业平台上，所述泥浆分离器上设置有回浆管，设置排渣管，能将孔底带钻渣的泥浆排到沉渣箱的过滤筛上，泥浆管能将能向孔内供应泥浆，同时使泥浆分离器内的泥浆通过回浆管接入流回孔内，循环使用，设置风管，让空压机压缩气体通过钻杆风道送风直接形成孔内回流翻浆，转动钻头时，使孔内泥浆不停旋转翻动，充分溶解膨润土及泥浆添加剂。

12、优选的，所述phc斜向嵌岩桩施工装置还包括用于浇筑嵌岩芯的浇筑导管，浇筑导管的底口离孔底0.3m～0.5m，浇筑导管上设置多个导向定位器，所述导向定位器采用锥鼓形结构，包括直径较小的两端端头和直径较大的中间段，中间段向两端端头延伸，直径渐变变小，直径较小的两端端头开设有用于浇筑导管穿过的通孔，通孔设置在端部中间部位；

13、在phc管桩斜桩施工中，因为浇筑导管的自重作用会出现偏向下方的情况，通过设置导向定位器，能有效避免在浇筑导管下方和提升导管的过程中会出现碰撞钢筋笼的情况，从而保护浇筑导管，避免卡钢筋笼的情况发生。

14、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：

15、通过施工phc管桩，将phc管桩施打至设计标高完成成桩，然后再在phc管桩内进行钻孔、安装钢筋笼及浇筑混凝土形成嵌岩芯，使phc管桩与嵌岩芯形成整体phc嵌岩桩结构，解决了现有phc管桩打入深度较难满足正常高桩码头结构荷载要求的技术难题，提高phc管桩的桩基承载力；

16、由于phc嵌岩桩包括直桩和斜桩，采用对钻机的锤型进行改造以及在钻杆上安装导向装置的phc斜向嵌岩桩施工装置，使钻机适用于phc斜向嵌岩桩的施工过程，在完成嵌岩芯浇筑孔位施工的同时，保护phc管桩中的斜桩结构安全，避免损坏phc管桩及卡钻现象的发生；

17、采用部分钢管段与软管作为反浆清洗管，而软清洗管的长度非常短，能保证清孔反浆正常进行，避免当进入中风化岩层钻进过程中由于岩石强度硬导致锤头内钢管开裂无法进行反浆的问题，该长度范围的钢管段不会发生开裂的问题。