一种复合式大直径硬岩桩基钻孔施工方法及装置

技术领域

本发明涉及桩基施工技术领域，特别涉及一种复合式大直径硬岩桩基钻孔施工方法及装置。

背景技术

目前，大直径桩基础施工广泛采用冲击钻或旋挖钻机钻孔成桩，当钻遇硬岩时往往钻进效率低、进尺困难，尤其是当岩石抗压强度超过90MPa时，旋挖钻机钻头切削破碎岩石极为困难，且截齿易折断，钻头寿命低。

随着空气潜孔锤钻进技术的不断发展，其潜孔式冲击回转的碎岩方式碎岩效率高，可很好地钻进硬岩地层。然而，常规的大直径集束式或单体式空气潜孔锤，对设备要求高，且由于空气介质的可压缩性，能耗较大。现场噪声大、空气粉尘污染严重。

金刚石绳锯切割是将穿有金刚石“串珠”的绳链通过导向轮连接到绳锯机设备形成闭环，绳链与切割体接触面摩擦转动，在绳锯机的带动下完成切割工作。由于使用金刚石单晶作为研磨材料，故金刚石绳锯切割可对石材、钢筋混凝土、硬岩等坚硬物体进行切割。

发明内容

本发明的目的是：针对传统大直径桩基施工过程中的技术难题，借鉴金刚石绳锯技术在岩石切割方面的优势，提出一种集成金刚石绳锯切割、空气潜孔锤钻进以及旋挖钻机钻进的硬岩桩基施工方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种复合式大直径硬岩桩基钻孔施工方法，包括如下步骤：

S1，利用旋挖钻机揭露硬质岩层，当旋挖钻机就位后，利用旋挖钻机螺旋钻头破碎表面松软土层，同时压入护筒，进行清渣工作至完全揭露硬质基岩层面；

S2，采用空气潜孔锤钻进，沿桩孔边缘位置钻取多个绳锯钻孔；

S3，每相邻两个绳锯钻孔之间采用绳锯机带导向轮将金刚石绳压入绳锯钻孔内盲切，形成多个垂向切面，各个垂向切面之间围成切割体；

S4，采用背切方式将切割体切断并吊装取出，形成中空；

S5，采用空气潜孔锤在各个垂向切面附近均匀施工小直径钻孔，进一步弱化地层，采用旋挖钻机进行扩孔与修孔，形成圆形桩孔；

S6，重复S1～S5多次直到形成预设深度的桩孔。

进一步地，S1中需要清理至硬质基岩层面平整。

进一步地，S2中绳锯钻孔的数量至少为四个，S3、S4中的切割体为方形切割体。

进一步地，S2中绳锯钻孔的数量大于四个，以形成多个方形子切割体，S4中将方形子切割体依次吊装取出。

进一步地，绳锯钻孔的直径和深度根据工艺要求确定。

进一步地，绳锯钻孔、小直径钻孔可同时或相继钻孔完成后再进行S3中的绳锯切割。

进一步地，绳锯钻孔、小直径钻孔距离桩边设置为一倍以上钻孔直径距离。

本发明还提供了一种复合式大直径硬岩桩基钻孔施工装置，采用如前所述的一种复合式大直径硬岩桩基钻孔施工方法，包括护筒、旋挖钻机、空气潜孔锤、绳锯机；

所述旋挖钻机通过螺旋钻头破碎表面松软土层；所述护筒用于压入桩孔以界定桩孔范围并对桩孔侧壁支护；所述空气潜孔锤用于钻取绳锯钻孔以及小直径钻孔；所述绳锯机通过所述绳锯钻孔，将金刚石绳压入所述绳锯钻孔内进行盲切，以将桩孔中部的切割体分离并吊出。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的复合式大直径硬岩桩基钻孔施工方法及装置，在原有硬岩桩基钻孔施工的基础上，利用了金刚石绳锯切割技术进行桩孔中部的切割以及将切割体吊运取出，减少了大直径硬岩桩基钻孔施工时体积破碎造成的能量损耗，具有高效率、低成本的特点，同时采用空气潜孔锤施工绳锯钻孔与小直径钻孔，进一步保证了硬岩桩基钻孔的高效低能耗，总体施工方案复合性强、适应条件广，具备高效、低成本的优势；

本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图；

图2为本发明中的桩孔示意图(四绳锯钻孔)；

图3为本发明中的桩孔示意图(九绳锯钻孔)；

【附图标记说明】

1-护筒；2-绳锯钻孔；3-垂向切面；4-方形切割体；5-小直径钻孔；6-方形子切割体。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

如图1、图2所示，本发明的实施例提供了一种复合式大直径硬岩桩基钻孔施工方法，在施工前进行场地平整，依据施工设计要求对桩孔位置进行测量定位，确定位置。施工具体包括如下步骤：

S1，利用旋挖钻机揭露硬质岩层，当旋挖钻机就位后，利用旋挖钻机螺旋钻头破碎表面松软土层，同时压入护筒1，进行清渣工作至完全揭露硬质基岩层面，清孔过程力求使岩层面平整以便绳锯机和空气潜孔锤施工。

S2，采用空气潜孔锤钻进，沿桩孔靠近边缘位置钻取四个均匀分布(即相对于桩孔环形阵列分布)的绳锯钻孔2，绳锯钻孔2直径根据绳锯机施工标准设置，绳锯钻孔2完成后进行清孔，保证绳锯机的导向轮在绳锯钻孔2内可自由移动。

需要说明的是，对于绳锯钻孔2的直径和深度，可以根据工艺要求确定，钻孔深度需要避免过大，造成切割体体积过大而导致取出困难。

S3，每相邻两个绳锯钻孔2之间采用绳锯机，带导向轮将金刚石绳压入绳锯钻孔2内盲切，形成四个垂向切面3，四个垂向切面3之间围成方形切割体4。

S4，采用背切方式将方形切割体4切断并吊装取出，形成方形中空。

S5，采用空气潜孔锤在四个垂向切面3附近均匀施工小直径钻孔5，进一步弱化地层，再采用旋挖钻机进行扩孔与修孔，形成圆形桩孔。

需要说明的是，对于该小直径钻孔5，其孔径、位置和数量可依据桩孔直径、岩石强度、垂向切面位置来确定，以求达到最高的施工效率。

S6，重复S1～S5多次直到形成预设深度的桩孔。

需要说明的是，桩孔施工过程可依据地层条件进行分段钻进以便更好应对软弱夹层、破碎地层等，例如对于软弱夹层，可以在该分段直接利用旋挖钻机进行钻进即可。

需要说明的是，绳锯钻孔2、小直径钻孔5也可同时或相继施工完成后再进行绳锯切割，以进一步提升施工效率。

另外需要说明的是，当桩孔直径较大时，可以在前述四个绳锯钻孔2之间进一步布置若干绳锯钻孔2，从而形成多个方形子切割体6，避免了单次取出的切割体体积过大，造成取出困难。

当然，本实施例中主要以方形切割体4进行举例，实际施工时还可以设置六边形切割体等其它多边形切割体，此处并非对其进行限制。

作为本实施例的优选实施方式，绳锯钻孔2和小直径钻孔5距离桩边保持一倍以上钻孔直径距离，以降低桩孔扩孔率，提升桩孔整体施工效率。

由上所述，本实施例提供的施工方法，在原有硬岩桩基钻孔施工基础上进行了改进，主要在于利用了金刚石绳锯切割岩体的技术，减少了大直径硬岩桩孔体积破碎造成的能量损耗，具有高效率、低成本的特点，同时采用空气潜孔锤施工绳锯钻孔2与小直径钻孔5，进一步保证了硬质岩层钻孔的高效低能耗，总体施工方法复合性强、适应条件广，具备高效、低成本的优势。

以下通过具体案例进一步说明本施工方法，所涉及的示意图如图3所示，考虑了需钻取的桩孔直径较大的情况，为避免单次取出的切割体体积过大，本案例中将方形切割体4均分成四块方形子切割体6，以方便取出，由此绳锯钻孔2的数量增加至九个。在埋设好护筒1的基础上，首先确定方形切割体4的大小，四个顶点仍然作为绳锯钻孔2的位置选择，之后在桩孔中心位置及相邻绳锯钻孔2的中点位置进一步布置绳锯钻孔2，最终的九个绳锯钻孔2呈矩形阵列分布，外周位置的绳锯钻孔2的圆心距桩边的距离大于一倍绳锯钻孔2直径，运用空气潜孔锤依次进行绳锯钻孔2的钻取。完成绳锯钻孔2施工后，采用绳锯机带导向轮将金刚石绳压入绳锯钻孔2内进行盲切，当绳锯切割施工合适的深度时，考虑由四个垂向切面3组成的方形子切割体6的体积大小，及时进行背切将方形子切割体6切断并逐次吊装取出。待方形中空达到阶段所需桩孔深度后，在剩余基岩块表面上确定小直径钻孔5的位置，一般选择在方形中空各侧的基岩体区域均布小直径钻孔5，使岩块破碎程度均匀化。在本案例中，考虑方形切割体4每条边附近剩余基岩面积较大，将单侧基岩体区域小直径钻孔5数量增加至两个。定位完成后，继续采用相同直径的空气潜孔锤依次钻取小直径钻孔5至所需桩孔深度，然后采用旋挖钻机进行扩孔与修孔，直至护筒1内形成的桩孔达到预设的要求。重复上述操作直至达到预定深度的桩孔后进行清渣及终孔工作。

另外需要说明的是，对于空气潜孔锤施工的小直径钻孔5，还可以采用二氧化碳气体致裂管等爆破来进行硬质岩层的破碎，再通过旋挖钻机进一步处理。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种施工设备，包括护筒1、旋挖钻机、空气潜孔锤、绳锯机等。其中，旋挖钻机通过螺旋钻头破碎表面松软土层，之后护筒1用于压入桩孔界定桩孔范围并对桩孔(松软土层)侧壁支护，空气潜孔锤用于连接旋挖钻机后钻取绳锯钻孔2以及小直径钻孔5，绳锯机通过绳锯钻孔2，带着导向轮将金刚石绳压入绳锯钻孔2内进行盲切，以将桩孔中部的方形切割体4分离并吊出。本实施例提供的施工设备，与前述的施工方法具有相同的有益效果，此处不再赘述。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。