CN115788293A - 一种深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工方法 - Google Patents

Abstract

一种深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工方法，该施工方法包括：钢护筒初定位，清理覆盖层形成初孔；集束式潜孔锤(1)沿初孔沉入至岩面；集束式潜孔锤(1)钻进，利用子锤破碎岩层形成环形槽，环形槽内形成的柱状岩芯整体通过集束式潜孔锤(1)内部的夹紧装置(6)取出形成桩孔；环形槽部分破碎岩渣通过返渣通道收集至盛渣筒(2)内；旋挖钻提升集束式潜孔锤(1)及盛渣筒(2)，将柱状岩芯及环形槽部分岩渣转移至桩孔外；循环钻进工序，形成合格桩孔。采用该方法具有效率高、能耗低、无污染、成孔质量高的优点，易于推广使用。

Description

一种深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工方法

技术领域

本发明涉及钻孔灌注桩施工领域，具体而言为一种深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工方法，适用于硬质岩层区域超长超大桩基快速成孔施工。

背景技术

目前深水硬质岩层灌注桩成孔工艺主要包括：人工挖孔、冲击钻、旋挖钻等。旋挖钻成孔技术适用桩基直径一般为0.8～2m，最大成孔直径4m，最大孔深在60～90m之间，该方法的主要特点是钻进能力强、机械化程度高。但随着当前跨海跨江等大型工程的兴起，工程的安全质量、工期、环水保要求明显提高，常规旋挖钻成孔的施工方法也显得有些力不从心。

在中国发明专利说明书CN110566114A及实用新型专利说明书CN211230227U中分别公开了一种旋挖集束式潜孔锤的硬岩钻进成孔施工方法及一种旋挖集束式潜孔锤的硬岩钻进成孔施工结构，它主要包括具有软土层以及硬岩层的土体、旋挖钻机、钢筋笼、潜孔锤、旋挖钻筒以及用于对所述潜孔锤输送高压空气的输压装置，其特征在于通过输压装置输送高压气体驱动潜孔锤对桩孔范围内的岩层进行大面积破碎钻进，破碎后的岩渣通过返渣通道循环提升作业转移至桩孔外，最后采用常规旋挖钻机捞渣清孔的工艺进行清孔，直至形成合格桩孔。该方法虽然提高了旋挖钻入岩的钻孔效率，但是破碎岩层产生的大量岩渣排出难度较大，大量的岩渣堆积在孔内容易磨损筒钻的壳体及切削齿，造成牙轮损坏频繁，极大的增加了钻孔成本，并且岩渣排出不及时，容易对孔壁造成损坏，成孔质量差；大量的岩渣清理需要潜孔锤多次循环提升作业转移至桩孔外，捞渣清孔工作量大、清孔质量差，极大的增加了施工周期，同时破碎的岩渣清理给施工水域环水保施工要求增加了难度。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明要解决的问题是提供一种深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔的施工方法，旨在解决当前深水硬质岩层区域超大超深直径桩基采用常规旋挖集束式潜孔锤破碎钻进成孔工艺岩渣多、排出难度大、工艺效率低、清孔质量差、施工工期长的技术难题。

本发明中，深水是指围堰施工期水深大于等于10m的工况。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工方法，其使用的设备包括：

固定组件：所述固定组件设置于旋挖钻机的端部，能够沿旋挖钻机的伸缩钻杆上下移动；

夹紧装置：所述夹紧装置设置于固定组件内部，能够将环切后的完整柱状岩芯整体夹紧移出至桩孔外；

冲击装置：所述冲击装置设置于固定组件的内部，沿着固定组件一周呈正六边形布置；

储渣装置：所述储渣装置设置于固定组件上部，与固定组件连接为一体；

牵引装置：所述牵引装置设置于钻进设备尾部，在动力驱动作用下可以实现自动卷绕；

输气装置：所述输气装置设置于地面，与钻进设备通过输气胶管进行连接。

进一步地，所述固定组件为集束式潜孔锤的锤体，锤体内部安装有6个子锤，子锤围绕锤体一周呈正六边形布置，子锤底部安装有冲击装置。

进一步地，所述夹紧装置为潜孔锤体内部的夹紧器，在潜孔锤体一周呈正六边形布置。

进一步地，所述冲击装置为潜孔钻头，在子锤端部设置。

进一步地，所述储渣装置为盛渣筒，用于子锤破碎岩渣的临时储存。

进一步地，所述牵引装置为绞盘，在动力驱动作用下将输气装置的输气管通过绞盘进行传送。

进一步地，所述输气装置为空气压缩机组，主要用于为集束式潜孔锤冲击作业提供必需的高压气体。

一种深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工方法，包括以下步骤：

S1，采用常规工艺沉入钢护筒至岩面形成初定位，清理岩层上部覆盖层形成初孔，将装有集束式潜孔锤的旋挖钻头沿初孔沉入至岩面；

S2，所述集束式潜孔锤通过绞盘连通所述空气压缩机组，所述集束式潜孔锤朝下移动进行钻进作业，在高压气体作用下利用子锤底部设置的潜孔锤头的冲击破碎能力将硬质岩层化整为散，在桩周岩层上环切出环形槽；

S3，所述硬质岩层在所述集束式潜孔锤高压冲击破碎后在环形槽内形成完整的柱状岩芯，柱状岩芯在所述集束式潜孔锤的转动扭力作用下整体切断，环形槽部分硬质岩层在潜孔锤高压冲击破碎后形成岩渣，岩渣在高压气体的作用下通过返渣通道落入所述集束式潜孔锤体上部的盛渣筒内；

S4，切断后的岩芯在所述集束式潜孔锤内部的夹紧器作用下将岩芯整体夹紧，岩芯及盛渣筒内部的岩渣在旋挖钻机钻杆伸缩作用下提升至桩孔外，松开所述夹紧器并按压伸缩钻杆将完整岩芯及盛渣筒内的岩渣倾倒至桩孔外，实现岩渣转移，再次下钻继续进行下一回次钻进；

S5，循环钻进工序，直至设计孔深后，采用所述集束式潜孔锤对桩孔进行最后的气举清孔，直至形成合格桩孔。

本发明的有益效果在于：

本发明采用一种深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工方法，通过利用集束式潜孔锤冲击子锤的冲击破碎原理，对桩孔周长范围内的岩层进行环切并形成环形槽，环形槽部分破碎的岩层通过返渣通道落入盛渣筒内，环形槽内形成的完整柱状岩芯在潜孔锤转动扭力作用下整体切断，通过潜孔锤内部的夹紧器夹紧，然后提升钻杆将潜孔锤夹紧的柱状岩芯及盛渣筒内的岩渣转移至桩孔外。采用该工艺不需要对桩孔内的岩层进行全部破碎，不损伤钻机设备及孔壁，可以有效解决超大超深直径硬质岩层下常规旋挖集束式潜孔锤钻进破碎成孔作业岩渣较多、排出难度大、工艺效率低、施工周期长的技术难题。采用此方法极大地提高了该岩质情况下桩基成孔的作业效率，能耗低，整体工作无污染，成孔质量高，适合推广使用。

集束式潜孔锤施工方法中，设备结构较为简单，集束式潜孔锤筒体采用箱式结构焊接加工而成，结构紧凑、强度高，潜孔锤体带有自动夹紧装置，能够将环切的岩芯整体取出至桩孔外。空气压缩机产生的高压空气通过输气胶管进入通气接头中心，通气接头连接通气室，气室连通各个子锤，高压气体通过配气接头进入单体潜孔锤内部，驱动潜孔锤工作。子锤破碎桩周岩层后环切成环形槽，环形槽部分硬质岩层在潜孔锤高压冲击破碎后形成岩渣，岩渣在高压气体的作用下通过返渣通道落入集束式潜孔锤体上部的盛渣筒内，环形槽内则形成完整的柱状岩芯，在潜孔锤转动扭力作用下整体切断，潜孔锤内部的夹紧器将柱状岩芯夹紧跟随潜孔锤体整体移至桩孔外。

该施工方法中，筒体采用焊接式结构，整体性强、安全可靠，潜孔锤拆卸简单，易于维修及更换锤头，可有效提升桩基成孔效率。

附图说明

图1为本发明深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工方法的工艺设备示意图。

图2为本发明的施工方法中集束式潜孔设备与盛渣装置的示意图。

图3为本发明的施工方法中潜孔锤端部子锤设置情况断面示意图。

图4为本发明的施工方法中集束式潜孔锤内部的夹紧装置示意图。

图5为本发明深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工流程图。

图中：

1-集束式潜孔锤；2-盛渣筒；3-潜孔锤头；4-绞盘；5-空压机组；6、夹紧器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示，本实施例提供一种深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工方法，该方法涉及的相关设备包括固定组件、储渣装置、冲击装置、牵引装置、输气装置和夹紧装置。其中，固定组件为集束式潜孔锤1，储渣装置为盛渣筒2，冲击装置为潜孔锤头3，牵引装置为绞盘4，输气装置为空压机组5，夹紧装置为夹紧器6。

如图3所示，集束式潜孔锤1的锤体内部安装有6个子锤，子锤围绕锤体周围呈正六边形布置，子锤底部安装有冲击钻头。潜孔锤头3，共包含6个锤头，固定安装于子锤底部。

如图5所示，该施工方法具体步骤如下：

采用常规工艺沉入钢护筒至岩面形成初定位，清理岩层上部覆盖层形成初孔，将集束式潜孔锤1沿初孔沉入至岩面；

当该集束式潜孔锤体1作用于岩石上时，冲击子锤的潜孔锤头3抵靠在岩石表面上，通过绞盘4将集束式潜孔锤1与空压机组5进行连接，由空压机组5输送高压气源驱动工作，利用冲击子锤驱动潜孔锤头3冲击岩石表面在桩孔一周形成环形槽，环形槽部分的硬质岩层化整为散形成岩渣，岩渣与环形槽内完整的岩芯脱离，从而达到不断钻进深入岩石层的目的；

环形槽内完整的柱状岩芯在潜孔锤转动扭力作用下整体切断，环形槽部分岩渣在高压气体的作用下通过返渣通道落入集束式潜孔锤体上部的盛渣筒2内；

通过潜孔锤内部的夹紧器将切断后的岩芯整体夹紧，岩芯及盛渣筒内部的岩渣在旋挖钻机钻杆伸缩作用下提升至桩孔外，松开夹紧器并按压伸缩钻杆将完整柱状岩芯及盛渣筒内的岩渣倾倒至桩孔外，实现芯样及岩渣转移，再次下钻继续进行下一回次钻进；

循环钻进工序，直至设计孔深后，将集束式潜孔锤1更换为常规钻头对桩孔进行最后的捞渣清孔，直至形成合格桩孔。

以φ2.8m，桩长40m桩基为例，采用本发明的施工方法比常规旋挖集束式潜孔锤钻进破碎成孔效率提高了3～6倍。

以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并非对本发明的保护范围作任何形式上的限制。对本领域技术人员而言，可根据工程实际进行优化选择。凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术原理对以上实施例进行的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种深水裸岩区域集束式潜孔锤桩基快速取芯成孔施工方法，其使用的设备包括：

固定组件：所述固定组件设置于旋挖钻机的钻杆端部，能够沿旋挖钻机的伸缩钻杆上下移动；夹紧装置：所述夹紧装置设置于固定组件内部，能够将环切后的完整柱状岩芯整体夹紧移出至桩孔外；

冲击装置：所述冲击装置设置于固定组件的内部，沿着固定组件一周呈正六边形布置；

储渣装置：所述储渣装置设置于固定组件上部，与固定组件连接为一体；

牵引装置：所述牵引装置设置于钻进设备的尾部，在动力驱动作用下实现自动卷绕；

输气装置：所述输气装置设置于地面，与钻进设备通过输气胶管进行连接。

2.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：

所述固定组件为集束式潜孔锤(1)的锤体，锤体内部安装有6个子锤，子锤围绕锤体中心呈正六边形分布，子锤底部安装有钻头，钻进过程中利用子锤的冲击破碎能力在桩周环切成环形槽，环形槽内的完整岩芯可以在潜孔锤体的转动扭力作用下实现整体切断。

3.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：

所述夹紧装置为集束式潜孔锤内部自带的夹紧器，能够将环形槽内形成的完整芯样整体夹紧取出至桩孔外，完成取芯成孔作业。

4.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：

所述牵引装置为绞盘(4)，在动力驱动作用下将输气装置的输气管通过绞盘传送至集束式潜孔锤(1)的锤体。

5.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于：

所述固定组件为集束式潜孔锤(1)的锤体，储渣装置为盛渣筒(2)，冲击装置为潜孔锤头(3)，牵引装置为绞盘(4)，输气装置为空压机组(5)，夹紧装置为潜孔锤内部的夹紧器(6)；

该施工方法主要包括以下步骤：

S1，采用常规工艺沉入钢护筒至岩面形成初定位，清理岩层上部覆盖层形成初孔，将所述集束式潜孔锤(1)沿初孔沉入至岩面；

S2，所述集束式潜孔锤(1)通过绞盘(4)连通所述空气压缩机组(5)，所述集束式潜孔锤(1)朝下移动进行钻进，在高压气体作用下利用子锤底部设置的潜孔锤头的冲击破碎能力将硬质岩层化整为散，在桩周岩层上环切出环形槽；

S3，环形槽内的柱状岩芯在潜孔锤的转动扭力作用下整体切断，环形槽部分硬质岩层在所述集束式潜孔锤(1)高压冲击破碎后形成岩渣，岩渣在高压气体的作用下通过返渣通道落入所述集束式潜孔锤体上部的盛渣筒(2)内；

S4，切断后的岩芯在潜孔锤(1)内部的所述夹紧器(6)作用下将岩芯整体夹紧，岩芯及盛渣筒内部的岩渣在旋挖钻机钻杆伸缩作用下提升至桩孔外，松开所述夹紧器(6)并按压伸缩钻杆将完整岩芯及盛渣筒内的岩渣倾倒至桩孔外，实现岩渣转移，再次下钻继续进行下一回次钻进；

S5，循环钻进工序，直至设计孔深后，采用所述集束式潜孔锤(1)对桩孔进行最后的气举清孔，直至形成合格桩孔。

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