一种硬岩大直径桩施工设备及其施工工法

技术领域

本发明属于硬岩施工技术领域，尤其涉及一种硬岩大直径桩施工设备及其施工工法。

背景技术

在桩基础施工中，旋挖钻机钻孔成桩具有施工效率高、机械化智能化程度高、工程质量好、环保等优点。近几年来逐渐成为桩基施工的首选。旋挖钻机使用不同钻具，可在粘土、粉土、砂土、砂卵砾。石层以及基岩地层中进行成孔作业，对地层的适应性较广，成孔直径最大可达1.5-4m，成孔深度可达60-90m，有些机型施工深度可达130m，基本上满足了目前常规桩基施工的需求，采用旋挖钻机在基岩地层中施工时，旋挖钻机钻头对岩体进行。切削或磨碎岩屑(岩心)通过钻头携带并提出孔口卸弃，钻进、出渣等施工多次循环，最终形成桩孔。

旋挖钻机成孔使用的钻头常见的有短螺旋钻头、筒式取心钻头和捞砂斗等，这些钻头在硬岩中施工时会出现截齿磨损严重、进尺缓慢、震动大、施工经济性较差等问题。实践表明，若岩石抗压强度达到80MPa以上时，旋挖成孔进尺非常缓慢，若岩石抗压强度>150MPa时，旋挖钻机钻头切削破碎岩石极为困难，几乎形成不了进尺，钻齿严重磨损而失效，如果强行钻进，还会造成一些机械和孔内事故。所以，解决大桩径硬岩地层钻进尤为迫切，所以需要提供一种硬岩大直径桩施工设备及其施工工法。

发明内容

本发明实施例提供一种硬岩大直径桩施工设备及其施工工法，以解决现有技术中的问题。

本发明实施例采用下述技术方案：一种硬岩大直径桩施工设备，包括旋挖钻机、卷扬加压装置、扶正装置、气动潜孔锤和动力头，所述卷扬加压装置位于旋挖钻机，所述动力头设置在卷扬加压装置上，所述卷扬加压装置可带动气动潜孔锤进行上下移动，所述动力头为气动潜孔锤提供转动动力和一定的加压力，所述扶正装置设置在旋挖钻机的下端，所述动力头上设有竖直设置的连杆，所述气动潜孔锤的顶部螺纹连接在连杆的底部，所述气动潜孔锤在扶正装置内上下移动。

进一步的，还包括筒钻钻具和截齿捞砂斗钻具，所述筒钻钻具和截齿捞砂斗钻具的顶部均与连杆的底部通过销轴形式连接。

进一步的，所述气动潜孔锤包括上螺纹头、锤击头和锤杆，所述上螺纹头位于锤杆的顶部，所述锤击头位于锤杆的底部，所述气动潜孔锤的直径为400-500mm。

一种硬岩大直径桩施工设备及其施工工法，所述施工工法包括如下步骤：

S1：在进行施工时遇到大直径硬岩地层，旋挖钻机移动至待开凿的位置，将气动潜孔锤安装在动力头上的连杆上，通过卷扬加压装置和动力头在带动气动潜孔锤进行上下移动和进行旋转，对硬岩地层进行钻孔作业；

S2：在对硬岩地层进行钻孔时，首先气动潜孔锤在中间位置进行钻进序号b孔，再通过气动潜孔锤在中间位置的周边进行钻进序号c孔，这样大直径桩孔形成很多自由面的岩层体，使得岩石的强度降低，有利于后续的施工；

S3：在对硬岩地层进行钻孔后，在连杆的底部更换筒钻钻具，通过卷扬加压装置和动力头带动筒钻钻具对岩石进行破碎取岩，由于前面气动潜孔锤小孔钻进形成了自由面，岩石强度降低，旋挖钻机钻进时需要的扭矩力及加压力大大降低，岩石更容易形成裂纹并破碎；

S4：最后在连杆的底部更换截齿捞砂斗钻具，通过卷扬加压装置和动力头带动截齿捞砂斗钻具对桩孔进行清孔作业，将桩孔内的岩石向外移动出，形成完整桩孔，实现硬岩地层大直径桩孔成孔。

本发明实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

其一，利用小直径气动潜孔锤硬岩地层施工效率高特点，充分发挥入岩优势，提高钻进效率。

其二，由于采用小直径气动潜孔锤作业，降低对空压机等其他设备的要求，同时降低施工成本。

其三，旋挖钻机为潜孔锤装置提供转速和加压力，同时可以快速转换为旋挖钻机工法施工，实现一机多用，降低设备成本及施工成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的气动潜孔锤成孔作业示意图；

图3为本发明的筒钻钻具的结构示意图；

图4为本发明的截齿捞砂斗钻具的结构示意图；

图5为本发明的气动潜孔锤的立体结构示意图；

图6为本发明的扶正装置的立体结构示意图；

附图标记

旋挖钻机1、卷扬加压装置2、扶正装置3、气动潜孔锤4、动力头5、连杆6、筒钻钻具7、截齿捞砂斗钻具8、上螺纹头9、锤击头10、锤杆11。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。

参照图1至图6所示，本发明实施例提供一种硬岩大直径桩施工设备，包括旋挖钻机1、卷扬加压装置2、扶正装置3、气动潜孔锤4和动力头5，所述卷扬加压装置2位于旋挖钻机1，所述动力头5设置在卷扬加压装置2上，所述卷扬加压装置2可带动气动潜孔锤4进行上下移动，所述动力头5为气动潜孔锤4提供转动动力和一定的加压力，所述扶正装置3设置在旋挖钻机1的下端，所述动力头5上设有竖直设置的连杆6，所述气动潜孔锤4的顶部螺纹连接在连杆6的底部，所述气动潜孔锤4在扶正装置3内上下移动；还包括筒钻钻具7和截齿捞砂斗钻具8，所述筒钻钻具7和截齿捞砂斗钻具8的顶部均与连杆6的底部通过销轴形式连接。该旋挖钻机1设置加压卷扬，可以实现动力头5提升至设备顶部，达到设备一次性最大成孔深度要求；同时在旋挖钻机1底部设置扶正装置3，在进行施工时起到扶正作用，确保施工垂直度；气动潜孔锤4通过动力头5与旋挖钻机1相连接，并由动力头5提供转动动力及一定加压力，在进行对岩石进行钻孔后，通过筒钻钻具7和截齿捞砂斗钻具8将破碎的岩石进行取出，形成完整桩孔。卷扬加压装置2属于现有技术，参照中国专利号CN101440620B。

具体地，所述气动潜孔锤4包括上螺纹头9、锤击头10和锤杆11，所述上螺纹头9位于锤杆11的顶部，所述锤击头10位于锤杆11的底部，所述气动潜孔锤4的直径为400-500mm，在桩孔钻孔时，可以先进行多个小孔的钻进，小孔钻进形成了自由面，岩石强度降低。通过螺纹连接，在使用时安装和拆卸方便，有利于后续的使用。

一种硬岩大直径桩施工设备及其施工工法，所述施工工法包括如下步骤：

S1：在进行施工时遇到大直径硬岩地层，旋挖钻机1移动至待开凿的位置，将气动潜孔锤4安装在动力头5上的连杆6上，通过卷扬加压装置2和动力头5在带动气动潜孔锤4进行上下移动和进行旋转，对硬岩地层进行钻孔作业；

S2：在对硬岩地层进行钻孔时，首先气动潜孔锤4在中间位置进行钻进序号b孔，再通过气动潜孔锤4在中间位置的周边进行钻进序号c孔，在中间位置钻进序号b孔后，岩石的中间的就会形成有一定的空间，在后续对序号c孔进行钻孔时，岩石的之间的压力就会减小，在钻孔时带来的作用力就会向序号b孔移动，使得钻孔更便捷，这样大直径桩孔形成很多自由面的岩层体，使得岩石的强度降低，有利于后续的施工；

S3：在对硬岩地层进行钻孔后，在连杆6的底部更换筒钻钻具7，通过卷扬加压装置2和动力头5带动筒钻钻具7对岩石进行破碎取岩，由于前面气动潜孔锤4小孔钻进形成了自由面，岩石强度降低，旋挖钻机1钻进时需要的扭矩力及加压力大大降低，岩石更容易形成裂纹并破碎；

S4：最后在连杆6的底部更换截齿捞砂斗钻具8，通过卷扬加压装置2和动力头5带动截齿捞砂斗钻具8对桩孔进行清孔作业，将桩孔内的岩石向外移动出，形成完整桩孔，实现硬岩地层大直径桩孔成孔。

该设备施工选择垂体大小根据桩孔直径不同会有所不同，设备配套筒钻钻具7、截齿捞砂斗钻具8根据附图2所示尺寸a的不同进行布齿，确保钻具钻进时有1-2颗齿作用到岩面，产生有效作用力，破碎岩体。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。