CN105003199B - 一种大直径桩孔作业工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效无污染的大直径桩孔作业工法，包括以下步骤：在成孔位置首先使用振动锤将护壁管压入覆盖层，直至岩石部位，卸去振动锤；旋挖钻机入位，利用常规旋挖钻头，将护壁管内松软覆盖层挖出，清理孔内覆盖层，直至岩石部位；旋挖钻机更换专用集束式潜孔锤，进行入岩作业，直至桩孔满足桩孔尺寸要求；取出专用集束式潜孔锤，进行下钢筋笼、注浆等后续桩孔工作；利用振动锤或拔管器取出护壁管，完成桩孔。专用集束式潜孔锤，包括一筒式锤体，所述筒式锤体的内部安装有若干个可用气体驱动的子锤，子锤的底部安装有钻头，所述若干个子锤围绕筒式锤体中心，按照不同圆周分布。本发明大大缩短了作业时间，作业效率远超常规工法。

Description

一种大直径桩孔作业工法

技术领域

本发明涉及一种桩孔作业工法，具体的说涉及一种高效无污染的大直径桩孔作业工法及专用集束式潜孔锤，属于钻孔工法技术领域。

背景技术

当前在大孔径桩孔（600mm以上）的施工上，多数采用长螺旋钻机、旋挖钻机、手摇冲击钻等，受作业方式限制，长螺旋钻机和旋挖钻机在松软覆盖层和较软岩层上效率较高，但在硬岩，特别是强度较高的花岗岩上效率较差，国内硬岩作业大多使用手摇冲击钻的方式进行作业，作业效率低下，一般成孔时间需数天至十几天，且在遇上覆盖层较松软，岩层较硬的工况时，三种作业均效率低下，且需使用泥浆护壁，环境污染严重！且在河道或其他流质严重的工况，以上作业方式均不理想。

发明内容

本发明要解决的问题是针对当前工作的弊端，提供一种高效无污染的大直径桩孔作业工法，利用旋挖钻，针对不同地质配用不同设备，有效提高了成孔速度，且通过跟管进行护壁，而不需使用泥浆护壁，对环境不存在泥浆污染。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种高效无污染的大直径桩孔作业工法，包括以下步骤：

A、在成孔位置首先使用振动锤将护壁管压入覆盖层，直至岩石部位，卸去振动锤；

B、旋挖钻机入位，利用常规旋挖钻头，将护壁管内松软覆盖层挖出，清理孔内覆盖层，直至岩石部位；

C、旋挖钻机更换专用集束式潜孔锤，进行入岩作业，直至桩孔满足桩孔尺寸要求；

D、取出专用集束式潜孔锤，进行下钢筋笼、注浆等后续桩孔工作；

E、利用振动锤或拔管器取出护壁管，完成桩孔。

本发明采用上述方案，充分利用振动锤、旋挖钻、集束式潜孔锤作业特点，发挥各设备长处，大大缩短了作业时间，作业效率远超常规工法；本工法省去了泥浆护壁环节，采用护壁管的方式，避免了泥浆对环境的污染；本工法特别适用于覆盖层较软、岩层较硬的工况和在河流、海洋中作业的桩孔工况。

本发明还提供一种用于上述工法的专用集束式潜孔锤，包括一筒式锤体，所述筒式锤体的内部安装有若干个可用气体驱动的子锤，子锤的底部安装有钻头，所述若干个子锤围绕筒式锤体中心，按照不同圆周分布。

筒式锤体旋转一周，不同圆周的子锤覆盖的岩石面积相互叠加，可以满足潜孔锤旋转一周，岩层表面均可得到破碎。

进一步优化：所述筒式锤体内靠近上部的位置将筒式锤体连接在旋挖钻机、长螺旋钻机、挖掘机等设备上的安装筒，所述安装筒内具有上空腔，安装筒的上端通过法兰连接有过渡接头，可通过过渡接头使用于旋挖钻机、长螺旋钻机、挖掘机等设备上。

进一步优化：所述安装筒的下部连通有中间腔室，中间腔室的外圆周与筒式锤体的内壁密封连接。各个子锤内分别具有下腔室，各个下腔室的上端与中间腔室的壳壁连通；若干个子锤的上端分别与中间腔室的壳壁之间通过防松装置固定连接，该防松装置为紧固螺栓等类似可拆卸的装置。

子锤的上端***到中间腔室中，结合部位均采用密封装置，防止高压气体泄漏，造成浪费。

使用过程中，如需更换子锤，仅需将子锤上部的防松装置拆除，即可将子锤取出进行更换或维护。

进一步优化：所述筒式锤体的外圆周上沿轴线设置有若干道向内凹陷的气道；所述筒式锤体内位于中间腔室上方的位置为储渣槽。

进一步优化：所述筒式锤体的底部位于各个钻头之间安装有若干块耐磨护板，所述耐磨护板通过螺栓与潜孔锤底板进行连接。耐磨护板可有效降低底板的磨损，同时便于更换，增加潜孔锤使用寿命。

进一步优化：相邻的耐磨护板之间设置有分别与气道连通的气体通道，可便于岩渣的清理。

进一步优化：所述筒式锤体的下端外圆周上沿轴线均匀设置有若干快耐磨板，可有效防护锤体***，减少***磨损。

工作时，高压气体通过进气管进入封闭的上腔室，之后通过中间腔室进入各子锤内的下腔室，各子锤利用高压气体进行做功破碎岩石；做功完成后的气体通过子锤下端的钻头的中心孔排出筒式锤体外部，排出的气体通过筒式锤体四周的气道将破碎的岩渣携带至储渣槽内。

本发明可直接配用于桩孔市场上常见的旋挖钻机、长螺旋钻机和改造过的挖掘机等，装配过程简单，钻具切换方便；硬岩作业时间短，效率高，相比常规作业时间提升数十倍；使用维护成本底，正常作业时，仅需更换子锤和锤头，且拆卸方便；各个腔室密封可靠，有效减少了高压气体的浪费；在筒式锤体的四周设有专门的排渣通道，便于岩渣的排出；在筒式锤体的底部设有耐磨护板、周边设有耐磨板，有效降低了锤体的磨损，提高使用寿命；作业时，子锤在孔底，地上噪音小，减少噪音污染。

进一步优化：钻头包括钻头体，钻头体的端面上设置有一环状的小平面,所述小平面的内侧设置其截面高度低于小平面的截面高度的内凹平面，内凹平面上均匀安装有若干个中间齿。

以下是本发明对上述方案的进一步优化：中间齿的个数为偶数，两两对称设置。

进一步优化：所述钻头体上位于内凹平面的中心位置沿其轴线设置有连通钻头体内部气道的气孔；可有效排除子锤的废气，同时提高了废气对岩渣的携带能力，匹配集束式潜孔锤的钻头作业要求，有效保证了作业效率。

进一步优化：所述钻头体的端面上位于小平面***的位置设置有环状的斜面，在斜面上均匀设有若干个边齿。边齿的个数为偶数，两两对称设置。边齿和中间齿均采用合金制成，边齿和中间齿分别对称设计，便于受力。

进一步优化：边齿的截面高度与中间齿的截面高度位于同一平面上。有效提高了钻头对岩石破碎的均匀性，磨损更均匀。

进一步优化：所述小平面上均匀设置有若干个排粉槽，所述排粉槽与内凹平面和环状斜面分别连通。进一步优化：且排粉槽与边齿和中间齿交错分布，便于岩渣及废气的均匀排放。

本发明取消了钻头大头的端面斜孔，改为一个直孔通道，同时采用内凹平面式，使钻头合金顶部处以同一平面，增大了对潜孔锤的支撑力度；边齿和中间齿均采用合金制成，边齿和中间齿分别对称设计，便于受力，边齿的截面高度与中间齿的截面高度位于同一平面上。有效提高了钻头对岩石破碎的均匀性，磨损更均匀。取消了原来的数个端面槽，改为较小的排粉槽，且排粉槽与边齿和中间齿交错分布，便于岩渣及废气的均匀排放； 集束式潜孔锤用钻头中间只有通气孔，且钻头端面对称设计，可有效排除子锤的废气，同时提高了废气对岩渣的携带能力，匹配集束式潜孔锤的钻头作业要求，有效保证了作业效率。

本发明利用旋挖钻机常规钻具在覆盖层效率高，中硬岩效率低的特点，而集束式潜孔锤入岩效率高的特点，将两者进行结合，旋挖钻具仅进行覆盖层作业，集束式潜孔锤进行入岩作业，两者均与旋挖钻头采用标准方头切换，切换方便，效率高。同时利用护壁管对覆盖层进行护壁。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步声明。

附图说明

附图1为本发明实施例中第一工法步骤的状态示意图；

附图2为本发明实施例中第二工法步骤的状态示意图；

附图3为本发明实施例中第三工法步骤的状态示意图；

附图4为本发明实施例中第四工法步骤的状态示意图；

附图5为本发明实施例中第五工法步骤的状态示意图；

附图6为本发明实施例中集束式潜孔锤的结构示意图；

附图7为附图6的仰视图；

附图8为本发明实施例中集束式潜孔锤用钻头的结构示意图；

附图9为附图8的侧视图。

图中：1-振动锤；2-护壁管；3-覆盖层；4-岩石；5-旋挖钻机；6-常规旋挖钻头；7-集束式潜孔锤；8-钢筋笼；1A-筒式锤体；2A-上腔室；3A-子锤；4A-接头进气孔；5A-钻头；6A-气道；7A-储渣槽；8A-防松装置；9-耐磨护板；10-气体通道；11-耐磨板；12-法兰；13-过渡接头；14-进气管；15-连接筒；16-中间腔室；17-下腔室；1B-钻头体；2B-小平面；3B-环状斜面；4B-边齿；5B-内凹平面；6B-中间齿；7B-气孔；8B-螺纹；9B-排粉槽。

具体实施方式

实施例，一种高效无污染的大直径桩孔作业工法，包括以下步骤：

A、如图1所示，在成孔位置首先使用振动锤1将护壁管2压入覆盖层3，直至岩石4部位，卸去振动锤1；

B、如图2所示，旋挖钻机5入位，利用常规旋挖钻头6，将护壁管2内松软覆盖层挖出，清理孔内覆盖层，直至岩石部位4；

C、如图3所示，旋挖钻机更换专用集束式潜孔锤，进行入岩作业，直至桩孔满足桩孔尺寸要求；

D、如图4所示，取出专用集束式潜孔锤，进行下钢筋笼8、注浆等后续桩孔工作；

E、最后如图5所示，利用振动锤1或拔管器取出护壁管2，完成桩孔。

经验证，按照上述工法：在岩石硬度较高的花岗岩上，实际入岩作业时间，传统冲击钻的作业效率为30小时/米，而使用本工法后作业效率为0.5小时/米，大大缩短了作业时间。

本发明采用上述方案，充分利用振动锤、旋挖钻、集束式潜孔锤作业特点，发挥各设备长处，大大缩短了作业时间，作业效率远超常规工法；省去了泥浆护壁环节，采用护壁管的方式，避免了泥浆对环境的污染；特别适用于覆盖层较软、岩层较硬的工况和在河流、海洋中作业的桩孔工况。

本发明还提供一种用于上述工法的专用集束式潜孔锤，如图6所示，该集束式潜孔锤包括一筒式锤体1A，所述筒式锤体1A的内部安装有若干个子锤3A，子锤3A的底部安装有钻头5A，所述若干个子锤3A围绕筒式锤体1A中心，按照不同圆周分布。

筒式锤体1A旋转一周，不同圆周的子锤3覆盖的岩石面积相互叠加，可以满足潜孔锤旋转一周，岩层表面均可得到破碎。

所述筒式锤体1A内靠近上部的位置将筒式锤体1A连接在旋挖钻机、长螺旋钻机、挖掘机等设备上的安装筒15，所述安装筒15内具有上空腔2A，安装筒15的上端通过法兰12连接有过渡接头13，可通过过渡接头13使用于旋挖钻机、长螺旋钻机、挖掘机等设备上。

所述安装筒15的下部连通有中间腔室16，中间腔室16的外圆周与筒式锤体1的内壁密封连接。

各个子锤3A内分别具有下腔室17，各个下腔室17的上端与中间腔室16的壳壁连通；

若干个子锤3A的上端分别与中间腔室16的壳壁之间通过防松装置8A固定连接，该防松装置8A为紧固螺栓等类似可拆卸的装置。

子锤3A的上端***到中间腔室16中，结合部位均采用密封装置，防止高压气体泄漏，造成浪费。

使用过程中，如需更换子锤3A，仅需将子锤3A上部的防松装置8A拆除，即可将子锤3A取出进行更换或维护。

所述安装筒15上连通有进气管14，所述钻头5A上设有与子锤3A内的下腔室17连通的中心孔。

所述筒式锤体1A的外圆周上沿轴线设置有若干道向内凹陷的气道6A；所述筒式锤体1A内位于中间腔室16上方的位置为储渣槽7A，储渣槽7A通过中间腔室16上方周圈的数个防松装置8的凸起部分进行定位，确保气道6A和储渣槽气道相对应，废气利用残余压力携带岩渣沿气道6A进入储渣槽7A。

所述筒式锤体1A的底部位于各个钻头5A之间安装有若干块耐磨护板9，所述耐磨护板通过螺栓与潜孔锤底板进行连接。耐磨护板9可有效降低底板的磨损，同时便于更换，增加潜孔锤使用寿命。

相邻的耐磨护板9之间设置有分别与气道6A连通的气体通道10，可便于岩渣的清理。

所述筒式锤体1A的下端外圆周上沿轴线均匀设置有若干快耐磨板11或耐磨焊条连成的耐磨筋，可有效防护锤体***，减少***磨损。

工作时，高压气体通过进气管14进入封闭的上腔室2A，之后通过中间腔室16进入各子锤3A内的下腔室17，各子锤3利用高压气体进行做功破碎岩石；做功完成后的气体通过子锤3A下端的钻头5A的中心孔排出筒式锤体1A外部，排出的气体通过筒式锤体1A四周的气道6A将破碎的岩渣携带至储渣槽7A内。

如图8、图9所示，钻头5A包括钻头体1B，钻头体1B的端面上设置有一环状的小平面2B,所述小平面2B的内侧设置其截面高度低于小平面2B的截面高度的内凹平面5B，内凹平面5B上均匀安装有若干个中间齿6B。

中间齿6B的个数为偶数，相对应的两个均匀对称设置。

所述钻头体1B上位于内凹平面5B的中心位置沿其轴线设置有连通钻头体内部气道的气孔7B；可有效排除子锤的废气，同时提高了废气对岩渣的携带能力，匹配集束式潜孔锤的钻头作业要求，有效保证了作业效率。

气孔7B内设有一段螺纹8B，螺纹8B主要用于配合潜孔锤的快换锤头工具，实现子锤锤头的快速免拆更换。

所述气孔7B的端部与内凹平面5B的连接位置呈锥型设置，便于携带岩渣的废气的均匀分流。

所述钻头体1B的端面上位于小平面2B***的位置设置有环状的斜面3B，在斜面3B上均匀设有若干个边齿4B。边齿4B的个数为偶数，相对应的两个均匀对称设置。

边齿4B和中间齿6B均采用合金制成，边齿4B和中间齿6B分别对称设计，便于受力，边齿4B的截面高度与中间齿6B的截面高度位于同一平面上。有效提高了钻头对岩石破碎的均匀性，磨损更均匀。

所述小平面上均匀设置有若干个排粉槽9B，所述排粉槽9B与内凹平面4B和环状斜面3B分别连通。且排粉槽9B与边齿4B和中间齿6B交错分布，便于岩渣及废气的均匀排放。

将导向的两个大端面槽改为均匀分布的多个小排粉槽9B，使气流的分散更合理，更利于集束式潜孔锤的单个子锤锤头周边岩渣的清理。

本发明借鉴潜孔钻具在硬岩作业中的优势，同时利用旋挖钻机或长螺旋钻机等其他设备，将数个单体子锤进行捆绑作业，通过单独设计的进气通道，为集束式潜孔锤的子锤进行供气，使潜孔锤内子锤分别进行作业，同时利用旋挖钻机带动集束式潜孔锤进行旋转，完成整个岩层面的破碎，通常作业时间仅为几个小时，大大缩短了大口径孔的作业时间，特别适合抢险救援孔、紧急作业孔等硬岩作业工况。

本发明利用旋挖钻机常规钻具在覆盖层效率高，中硬岩效率低的特点，而集束式潜孔锤入岩效率高的特点，将两者进行结合，旋挖钻具仅进行覆盖层作业，集束式潜孔锤进行入岩作业，两者均与旋挖钻头采用标准方头切换，切换方便，效率高。同时利用护壁管对覆盖层进行护壁。

Claims (1)

1.一种大直径桩孔作业工法，包括以下步骤：

A、在成孔位置首先使用振动锤（1）将护壁管（2）压入覆盖层（3），直至岩石（4）部位，卸去振动锤（1）；

B、旋挖钻机（5）入位，利用常规旋挖钻头（6），将护壁管（2）内松软覆盖层挖出，清理孔内覆盖层，直至岩石（4）部位；

C、旋挖钻机更换集束式潜孔锤，进行入岩作业，直至桩孔满足桩孔尺寸要求；

D、取出集束式潜孔锤，进行下钢筋笼（8）、注浆后续桩孔工作；

E、利用振动锤（1）或拔管器取出护壁管（2），完成桩孔，本工法作业效率为0.5小时/米，

所述集束式潜孔锤包括一个筒式锤体（1A），所述筒式锤体（1A）的内部安装有若干个子锤（3A），子锤（3A）的底部安装有钻头（5A），所述若干个子锤（3A）围绕筒式锤体（1A）中心，按照不同圆周分布，

所述筒式锤体（1A）内靠近上部的位置将筒式锤体（1A）连接在旋挖钻机上的安装筒（15），所述安装筒（15）内具有上空腔（2A），所述安装筒（15）的下部连通有中间腔室（16），中间腔室（16）的外圆周与筒式锤体（1）的内壁密封连接；

各个子锤（3A）内分别具有下腔室（17），各个下腔室（17）的上端与中间腔室（16）的壳壁连通，子锤（3A）的上端***到中间腔室（16）中，结合部位均采用密封装置；

所述安装筒（15）上连通有进气管（14），所述钻头（5A）上设有与子锤（3A）内的下腔室（17）连通的中心孔；

所述筒式锤体（1A）的外圆周上沿轴线设置有若干道向内凹陷的气道（6A）；所述筒式锤体（1A）内位于中间腔室（16）上方的位置为储渣槽（7A），储渣槽（7A）通过中间腔室（16）上方周圈的数个防松装置（8）的凸起部分进行定位，确保气道（6A）和储渣槽气道相对应，废气利用残余压力携带岩渣沿气道（6A）进入储渣槽（7A）；

所述筒式锤体（1A）的底部位于各个钻头（5A）之间安装有若干块耐磨护板（9），所述耐磨护板通过螺栓与潜孔锤底板进行连接；

相邻的耐磨护板（9）之间设置有分别与气道（6A）连通的气体通道（10），可便于岩渣的清理；

所述筒式锤体（1A）的下端外圆周上沿轴线均匀设置有若干块耐磨板（11），可有效防护锤体***，减少***磨损；

钻头（5A）包括钻头体（1B），钻头体（1B）的端面上设置有一环状的小平面（2B）,所述小平面（2B）的内侧设置其截面高度低于小平面（2B）的截面高度的内凹平面（5B），内凹平面（5B）上均匀安装有若干个中间齿（6B）；

中间齿（6B）的个数为偶数，相对应的两个均匀对称设置；

所述钻头体（1B）上位于内凹平面（5B）的中心位置沿其轴线设置有连通钻头体内部气道的气孔（7B）；

所述气孔（7B）的端部与内凹平面（5B）的连接位置呈锥型设置；

所述钻头体（1B）的端面上位于小平面（2B）***的位置设置有环状的斜面（3B），在斜面（3B）上均匀设有若干个边齿（4B）；

边齿（4B）的个数为偶数，相对应的两个均匀对称设置；

边齿（4B）和中间齿（6B）均采用合金制成，边齿（4B）和中间齿（6B）分别对称设计，便于受力，边齿（4B）的截面高度与中间齿（6B）的截面高度位于同一平面上；

所述小平面上均匀设置有若干个排粉槽（9B），所述排粉槽（9B）与内凹平面（5B）和环状的斜面（3B）分别连通，且排粉槽（9B）与边齿（4B）和中间齿（6B）交错分布。