CN112343510B - 一种利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，属于桩基础施工技术领域，钻基础孔，钻孔深度至岩层；通过等离子体脉冲沿基础孔轴线对岩层进行环向钻进，沿基础孔的孔壁在岩层上形成环向切削槽，露出环向切削槽内的芯部岩层；扭断芯部岩层以取芯，形成初始桩基孔；对初始桩基孔清孔，桩基孔成型。利用等离子体脉冲破岩取芯，结合脉冲破岩的特点，相较于传统机械钻进取芯工法，无论是钻进效率还是钻进成本都进行了大幅度的优化。本施工方法流程简单，无需采用加压回转方式，直接进行岩层破碎，简化工法工序，降低施工工法的复杂性，提高施工效率，安全性高，人员操作简单；利用等离子体脉冲破岩取芯，钻进效率高；适应不同岩层的破碎。

Description

一种利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法

技术领域

本发明涉及桩基础施工技术领域，具体而言，涉及一种利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法。

背景技术

施工时常要沿地面向下钻桩基孔，然后将钢筋笼吊进桩基孔内，再进行混凝土灌注成桩。

目前钻桩基孔的常用方法是取芯工法，就是不直接钻整个成孔，而是先在岩层上钻一圈切削槽，切削槽内为岩层的芯部，再将芯部的岩层取出。桩机施工取芯工法采用机械破岩或者人工钻凿，常见施工设备为旋挖钻机。在取芯方式上，针对不同地层采用不同规格钻头的筒钻进行钻进。软岩和中硬岩层常用硬质合金切削具回转钻头钻进；在中硬及部分以上岩层中铣齿牙轮钻头钻进；在硬岩中采用金刚石钻头或者钢粒钻头钻进。由于地质条件复杂多变，针对不同的岩层采用需要采用不同型号的设备、配备不同规格的钻具，工法比较繁琐，工作效率低下，时间成本和人工成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，工法简单有效，施工成本低，适用性广。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面提供一种利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，其包括钻基础孔，钻孔深度至岩层；通过等离子体脉冲沿所述基础孔轴线对所述岩层进行环向钻进，沿所述基础孔的孔壁在所述岩层上形成环向切削槽，露出所述环向切削槽内的芯部岩层；扭断所述芯部岩层以取芯，形成初始桩基孔；对所述初始桩基孔清孔，桩基孔成型。

可选地，所述钻基础孔，钻孔深度至岩层包括：采用圆环式钻头钻所述基础孔。

可选地，所述通过等离子体脉冲沿所述基础孔轴线对所述岩层进行环向钻进，沿所述基础孔的孔壁在所述岩层上形成环向切削槽，露出所述环向切削槽内的芯部岩层包括：采用等离子体桩机对所述岩层进行环向钻进。

可选地，所述采用等离子体桩机对所述岩层进行环向钻进包括：将所述等离子体桩机的等离子钻头下降至所述岩层的表面；输送电解质液体至所述等离子钻头和所述岩层的表面的接触面；所述等离子钻头放电，沿所述环向切削槽进行破碎钻进，同时所述电解质液体将破碎的所述岩层冲击出所述环向切削槽至所述基础孔外；钻进至所述等离子钻头的长度极限，停止放电并提钻。

可选地，所述将所述等离子体桩机的等离子钻头下降至所述岩层的表面包括：通过所述等离子体桩机的给进***使所述等离子钻头下降。

可选地，所述输送电解质液体至所述等离子钻头和所述岩层的表面的接触面包括：采用泥浆泵输送所述电解质液体。

可选地，所述扭断所述芯部岩层以取芯，形成初始桩基孔包括：采用旋挖钻具扭断所述芯部岩层取芯。

可选地，所述对所述初始桩基孔清孔，桩基孔成型包括：对取芯后的所述初始桩基孔的孔壁和孔底进行光滑处理以形成所述桩基孔。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，先采用常规钻孔的方式，钻至岩层深度得到基础孔，再采用离子体脉冲沿基础孔轴线对岩层进行环向钻进，沿基础孔的孔壁在岩层上形成环向切削槽，露出环向切削槽内的芯部岩层，扭断芯部岩层以取芯，形成初始桩基孔，最后对初始桩基孔清孔，形成成型的桩基孔。本施工方法利用等离子体脉冲破岩取芯，结合脉冲破岩的特点，相较于传统机械钻进取芯工法，无论是钻进效率还是钻进成本都进行了大幅度的优化。相较旋挖钻机施工工法，本施工方法流程简单，无需采用加压回转方式，直接进行岩层破碎，简化工法工序，降低施工工法的复杂性，提高施工效率，安全性高，人员操作简单；利用等离子体脉冲破岩取芯，钻进效率高；动力源不变，根据桩基需要的直径大小直接采用不同直径的钻头进行钻进，无需像旋挖钻机一样进行设备和不同功能钻具的选型，可适应不同岩层的破碎，配合不同型号的钻头进行不同孔径的桩孔钻进。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法流程图；

图2为本发明实施例提供的基础孔结构示意图；

图3为本发明实施例提供的利用等离子体脉冲碎岩的过程图；

图4为本发明实施例提供的等离子钻头结构示意图；

图5为本发明实施例提供的桩基孔结构示意图。

图标：20－等离子体桩机；21－等离子钻头；100－基础孔；110－环向切削槽；120－芯部岩层；130－桩基孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前桩基础施工大多采用机械破岩的方式，包括旋挖钻机、潜孔锤或者震动锤等等，钻进效率慢，岩层越硬，钻进速度越慢，钻进成本也越高，包括截齿的磨损以及柴油的消耗，面对180mpa以上的岩石，基本没有什么破碎办法，而目前随着建筑大型化进程的加快，桩基础施工需要入岩作业的地方越来越多，岩层越来越硬，桩径桩深要求越来越大，传统机械破岩方式逐渐满足不了需求。

专利CN102425387A一种硬岩取芯机构及桩工设备，公开了一种硬岩取芯机构及桩工设备，借助加压回转操作实现硬岩岩芯的切割、剪断及取芯。

针对上述桩机传统取芯工法领域技术问题：施工工法复杂，面对不同地层需配备不同型号钻机、钻具；现有施工工法效率低下，在处理花岗岩等较硬的岩层时，需要花费大量的时间进行钻进。

在此基础上，本实施例提供一种利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，不需要机械钻具或者刀具的配合，直接通过脉冲放电对岩层(岩石)破碎，然后借助旋挖钻具进行取芯。此方法不易产生故障，工法简单有效，可适应不同口径、不同硬度的岩石地层，属于等离子体脉冲在桩机领域的一种新的应用方式，在工作效率、工作成本以及应用范围优于现有技术。本施工方法操作简单，可适应不同口径、不同硬度的地层，提高了工作效率，降低了施工成本。

请参照图1，本实施例提供一种利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，其包括：

如图2所示，S100：钻基础孔100，钻孔深度至岩层。

采用圆环式钻头，从选取的地面位置向地下钻基础孔100，直至圆环式钻头碰到岩层，停止钻孔，因为圆环式钻头无法钻碎较硬的岩层。

图2为基础孔100，钻基础孔100时，根据桩基需要的直径大小，确定圆环式钻头的直径大小，圆环式钻头的直径等于或者略小于桩基直径，桩基直径和基础孔100直径相同。

如图3所示，S110：通过等离子体脉冲沿基础孔100轴线对岩层进行环向钻进，沿基础孔100的孔壁在岩层上形成环向切削槽110，露出环向切削槽110内的芯部岩层120。

等离子体碎岩技术原理是利用高压电源将交流电转化为直流电，然后将电能储存到储能电容里，当储能电容的储能达到预设的阈值时，能量会瞬间击穿开关，将能量以一种大功率的形式传递到电极端，在电极端形成等离子体通道，伴随着高温、高压的极端物理环境。其技术特点是，岩层破碎效率高，破碎范围可控，可以根据需要设定功率，满足不同桩径的作业需求；破碎成本低，工作一小时仅需50度电左右，且没有机械磨损，折旧率低；针对硬岩作业，基本可以满足任何硬岩地层作业。

而相较于现有机械破岩，等离子体破岩技术特点是，钻进速度高，钻进成本低，范围可控，岩层硬度基本不会影响钻进速度，基本可以满足任何桩径和任何硬岩地层的作业需求。

钻完基础孔100后，采用等离子体桩机对岩层进行环向钻进，具体步骤如下：

S111：将等离子体桩机20的等离子钻头21下降至岩层的表面。

通过等离子体桩机20的给进***使等离子钻头21下降。

S112：输送电解质液体至等离子钻头21和岩层的表面的接触面。

采用泥浆泵输送电解质液体，将电解质液体输送至等离子钻头21和岩层的表面的接触面。

如图3所示，S113：等离子钻头21放电，沿环向切削槽110进行破碎钻进，同时电解质液体将破碎的岩层冲击出环向切削槽110至基础孔100外。

在基础孔100的基础上，沿基础孔100的孔壁向下钻进，钻进时沿环向切削槽110钻进，这样沿基础孔100的孔壁向下，在岩层上钻出一个如图4所示的环形的环向切削槽110，露出环向切削槽110内的芯部岩层120。

S114：钻进至等离子钻头21的长度极限，停止放电并提钻。

通过等离子体桩机20的等离子钻头21钻进岩层时，直至钻到等离子钻头21的长度极限停止钻进。

也可以提高等离子体桩机20的放电功率，对芯部岩层120的底部进一步破碎，使得芯部岩层120的底部的岩层部分破碎，方便下一步取芯。

S120：扭断芯部岩层120以取芯，形成初始桩基孔。

在岩层上钻出环向切削槽110，露出芯部岩层120后，采用旋挖钻具扭断芯部岩层120以取芯，形成初始桩基孔。也就是说，初始桩基孔是在基础孔100的基础上，沿基础孔100的孔底向下破碎岩层所得。

如图5所示，S130：对初始桩基孔清孔，桩基孔130成型。

取芯后，因钻环向切削槽110和扭断芯部岩层120时，会残留部分未破碎的芯层在初始桩基孔内，因此取芯后需对初始桩基孔进行清孔。

具体地，对取芯后的初始桩基孔的孔壁和孔底进行光滑处理以形成图5所示的桩基孔130。初始桩基孔清孔后即可得到桩基孔130。

在形成桩基孔130后，将钢筋笼吊进桩基孔130，向桩基孔130内灌注混凝土成桩。

本发明实施例提供的利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，先采用常规钻孔的方式，钻至岩层深度得到基础孔100，再采用离子体脉冲沿基础孔100轴线对岩层进行环向钻进，沿基础孔100的孔壁在岩层上形成环向切削槽110，露出环向切削槽110内的芯部岩层120，扭断芯部岩层120以取芯，形成初始桩基孔，最后对初始桩基孔清孔，形成成型的桩基孔130。本施工方法利用等离子体脉冲破岩取芯，结合脉冲破岩的特点，相较于传统机械钻进取芯工法，无论是钻进效率还是钻进成本都进行了大幅度的优化。相较旋挖钻机施工工法，本施工方法流程简单，无需采用加压回转方式，直接进行岩层破碎，简化工法工序，降低施工工法的复杂性，提高施工效率，安全性高，人员操作简单；利用等离子体脉冲破岩取芯，钻进效率高；动力源不变，根据桩基需要的直径大小直接采用不同直径的钻头进行钻进，无需像旋挖钻机一样进行设备和不同功能钻具的选型，可适应不同岩层的破碎，配合不同型号的钻头进行不同孔径的桩孔钻进。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，其特征在于，所述方法包括：

采用圆环式钻头，从选取的地面位置向地下钻基础孔，直至所述圆环式钻头碰到岩层，停止钻孔；其中，桩基的直径与所述基础孔的直径相同；

通过等离子体脉冲沿所述基础孔轴线对所述岩层进行环向钻进，沿所述基础孔的孔壁在所述岩层上形成环向切削槽，露出所述环向切削槽内的芯部岩层；

采用旋挖钻具扭断所述芯部岩层以取芯，形成初始桩基孔；

对所述初始桩基孔清孔，桩基孔成型。

2.根据权利要求1所述的利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，其特征在于，所述通过等离子体脉冲沿所述基础孔轴线对所述岩层进行环向钻进，沿所述基础孔的孔壁在所述岩层上形成环向切削槽，露出所述环向切削槽内的芯部岩层包括：

采用等离子体桩机对所述岩层进行环向钻进。

3.根据权利要求2所述的利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，其特征在于，所述采用等离子体桩机对所述岩层进行环向钻进包括：

将所述等离子体桩机的等离子钻头下降至所述岩层的表面；

输送电解质液体至所述等离子钻头和所述岩层的表面的接触面；

所述等离子钻头放电，沿所述环向切削槽进行破碎钻进，同时所述电解质液体将破碎的所述岩层冲击出所述环向切削槽至所述基础孔外；

钻进至所述等离子钻头的长度极限，停止放电并提钻。

4.根据权利要求3所述的利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，其特征在于，所述将所述等离子体桩机的等离子钻头下降至所述岩层的表面包括：

通过所述等离子体桩机的给进***使所述等离子钻头下降。

5.根据权利要求3所述的利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，其特征在于，所述输送电解质液体至所述等离子钻头和所述岩层的表面的接触面包括：

采用泥浆泵输送所述电解质液体。

6.根据权利要求1所述的利用等离子体脉冲碎岩取芯的施工方法，其特征在于，所述对所述初始桩基孔清孔，桩基孔成型包括：

对取芯后的所述初始桩基孔的孔壁和孔底进行光滑处理以形成所述桩基孔。

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