CN109594918A - 水磨钻岩层钻凿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水磨钻岩层钻凿方法，其通过钻设第一分解孔从而形成第一分解区，同时通过在第一分解区内钻设第二分解孔从而形成多个第二分解区，并在第二分解区内钻设第三分解孔，然后向第三分解孔锥入钢楔，通过捶击钢楔挤压岩体，当挤压力大于岩体极限抗拉力和极限抗剪切力之和时，岩体被拉裂并从底部发生剪切破裂，之后可取出分裂的岩块。本发明的水磨钻岩层钻凿方法通过分层取岩体，分块破裂取岩块的循环工序，达到成孔的目的，打孔效率高，加快了施工进度，同时具有噪音低,扰动小，不破坏岩体，成孔质量好，不受材料供应及环境的制约，对地形地质的适应性高等优点。

Description

水磨钻岩层钻凿方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，特别涉及一种水磨钻岩层钻凿方法。

背景技术

随着经济的增长以及城镇化的快速发展，越来越多的地方新修高大建筑，其中很多建筑的底部都会浇筑孔桩进行稳定承重。在现有技术中，在人工挖孔桩施工中遇到岩石时，传统的施工方法是采用爆破法或人工风镐施工；

但爆破法往往会造成孔壁破坏等安全隐患，而且在施工过程中常常会受到多方面的约束，如等待爆破审批、爆破材料等条件制约，耽误时间，同时由于距离居民、交通要道很近而受到周边环境的制约；另一方面，人工风镐施工，空压机产生较大的噪音，对附近的居民正常生活会产生较大影响。

故需要提供一种水磨钻岩层钻凿方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种水磨钻岩层钻凿方法，其通过钻设第一分解孔从而形成第一分解区，同时通过在第一分解区内钻设第二分解孔从而形成多个第二分解区，并在第二分解区内钻设第三分解孔，然后向第三分解孔锥入钢楔，通过捶击钢楔挤压岩体，挤压岩体破裂，通过分层取岩体，分块破裂取岩块的循环工序，达到成孔的目的，以解决现有技术中采用爆破法造成孔壁破坏等安全隐患，且施工过程中会受到多方面的约束，费时费力，或采用人工风镐施工会产生较大的噪音的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种水磨钻岩层钻凿方法，其包括下列步骤：

S101:根据预设孔桩尺寸确定孔桩的圆心位置基轴，并根据所述圆心位置基轴和预设桩孔直径确定孔桩的孔壁线；

S102:根据所述圆心位置基轴和所述桩孔直径确定多个第一分解孔的第一圆心位置点，并钻出预设第一深度和预设第一直径的多个第一分解孔；

S103:根据所述第一圆心位置点和所述第一直径确定多个第二分解孔的第二圆心位置点，并钻出预设第二深度和预设第二直径的多个第二分解孔；

S104:根据所述第一圆心位置点、所述第二圆心位置点、所述第一直径以及所述第二直径确定多个第三分解孔的第三圆心位置点，并钻出预设第三深度和预设第三直径的多个第三分解孔；

S105:根据所述第三圆心位置点逐个向多个所述第三分解孔内插入钢楔以挤裂岩体，从而形成初级桩孔；

S106:取出挤裂的岩体碎渣；

S107；对所述初级桩孔的内壁面进行修整，从而形成次级桩孔；

S108；返回至步骤S101进行循环打孔，直到桩孔深度达到设定深度则结束。

在本发明中，多个所述第一分解孔均相切于所述孔壁线的内侧分布，相邻的所述第一分解孔相交设置。

其中，多个所述第一分解孔的中部形成第一分解区，多个所述第二分解孔呈交错的线性分布，且线性端部的所述第二分解孔连接所述第一分解孔以将所述第一分解区分解为多个所述第二分解区。

另外，多个所述第二分解孔呈交错的直线分布，且直线两端的所述第二分解孔分别连接所述第一分解孔和所述圆心位置基轴，相邻直线之间的夹角均相等。

进一步的，所述第三分解孔分布在所述第二分解区内，且所述第二分解区内的中部区域的所述第三分解孔的密度大于周侧区域的密度。

进一步的，所述第三分解孔分布在所述第二分解区内，所述第三分解孔与所述第二分解孔之间的孔距等于所述第三分解孔与所述第一分解孔之间的孔距，相邻的所述第三分解孔之间的孔距小于所述第三分解孔与所述第一分解孔之间的孔距。

其中，当所述孔桩的预设桩孔直径大于等于800mm小于1200mm时，多个所述第二分解孔将所述第一分解区等分为三个所述第二分解区，当所述孔桩的预设桩孔直径为大于等于1200mm小于1800mm时，多个所述第二分解孔将所述第一分解区等分为四个所述第二分解区。

在本发明中，所述第三分解孔分布在所述第二分解区内，所述第一直径等于所述第二直径，所述第三直径小于所述第二直径，所述第一深度等于所述第二深度，所述第三深度小于所述第二深度。

进一步的，所述第一深度和所述第二深度为500mm，所述第一直径和所述第二直径介于130mm～160mm之间，相邻的所述第一分解孔之间的孔距为0.85～0.9倍的第一直径，相邻的所述第二分解孔之间的孔距为0.85～0.9倍的第二直径，所述第三深度介于400mm～450mm之间，所述第三直径介于18mm～25mm之间。

在本发明中，所述第一分解孔的中心轴线与所述孔桩的中心轴线呈97.5°～100°的倾角，以使得孔桩上部直径大于下部直径。

本发明相较于现有技术，其有益效果为：本发明的水磨钻岩层钻凿方法通过钻设第一分解孔从而形成第一分解区，同时通过在第一分解区内钻设第二分解孔从而形成多个第二分解区，并在第二分解区内钻设第三分解孔；

然后向第三分解孔锥入钢楔，通过捶击钢楔挤压岩体，当挤压力大于岩体极限抗拉力和极限抗剪切力之和时，岩体被拉裂并从底部发生剪切破裂，之后可取出分裂的岩块；

通过分层取岩体，分块破裂取岩块的循环工序，达到成孔的目的，打孔效率高，加快了施工进度，同时具有噪音低,扰动小，不破坏岩体，成孔质量好，不受材料供应及环境的制约，对地形地质的适应性高等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，下面描述中的附图仅为本发明的部分实施例相应的附图。

图1为利用本发明的水磨钻岩层钻凿方法钻出第一分解孔时的结构示意图。

图2为利用本发明的水磨钻岩层钻凿方法钻出第二分解孔时的结构示意图。

图3为利用本发明的水磨钻岩层钻凿方法钻出第三分解孔时的结构示意图。

图4为利用本发明的水磨钻岩层钻凿方法挤裂部分岩体时的结构示意图。

图5为利用本发明的水磨钻岩层钻凿方法挤裂全部岩体形成初级桩孔时的结构示意图。

图6为利用本发明的水磨钻岩层钻凿方法修整内壁面形成次级桩孔时的结构示意图。

图7为本发明的水磨钻岩层钻凿方法的流程图。

图8为利用本发明的水磨钻岩层钻凿方法钻出分解孔的第一扩展分布形式的结构示意图。

图9为利用本发明的水磨钻岩层钻凿方法钻出分解孔的第二扩展分布形式的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅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。

在现有技术中在人工挖孔桩施工中遇到岩石时，传统的施工方法是采用爆破法或人工风镐施工；

但爆破法往往会造成孔壁破坏等安全隐患，而且在施工过程中常常会受到多方面的约束，如等待爆破审批、爆破材料等条件制约，耽误时间，同时由于距离居民、交通要道很近而受到周边环境的制约；另一方面，人工风镐施工，空压机产生较大的噪音，对附近的居民正常生活会产生较大影响。

如下为本发明提供的一种能解决以上技术问题的水磨钻岩层钻凿方法的优选实施例。

本发明术语中的“第一”“第二”仅作为描述目的，而不能理解为指示或暗示相对的重要性，以及不作为对先后顺序的限制。

请参照图1至图7，在图中，结构相似的单元是以相同标号表示。

本发明提供的水磨钻岩层钻凿方法的优选实施例为：一种水磨钻岩层钻凿方法，其包括下列步骤：

S101:根据预设孔桩尺寸确定孔桩的圆心位置基轴，并根据圆心位置基轴和预设桩孔直径确定孔桩的孔壁线11，这里的圆心位置基轴为虚拟轴，相对于挖孔平面上，圆心位置基轴即为圆心位置点，以此便可通过预设桩孔直径确定孔桩的孔壁线11。

S102:根据圆心位置基轴和桩孔直径确定多个第一分解孔12的第一圆心位置点，并钻出预设第一深度和预设第一直径的多个第一分解孔12，如图1所示。

S103:根据第一圆心位置点和第一直径确定多个第二分解孔14的第二圆心位置点，并钻出预设第二深度和预设第二直径的多个第二分解孔14，具体可根据多个第一分解孔12分割形成的第一分解区13的面积大小来设置第二分解孔14的分布路径，其可为如图2所示，分解为三个第二分解区15，但不限于此。

S104:根据第一圆心位置点、第二圆心位置点、第一直径以及第二直径确定多个第三分解孔16的第三圆心位置点，并钻出预设第三深度和预设第三直径的多个第三分解孔16。

S105:根据第三圆心位置点逐个向多个第三分解孔16内插入钢楔以挤裂岩体(钢楔未画出)，从而形成初级桩孔17，具体可为在插入钢楔后，用大锤锤击钢楔使岩体获得一个水平的冲击力，在水平冲击力作用下岩体沿铅锤面被拉裂，同时底部会发生水平剪切破裂，然后可通过向多个第三分解孔16逐个插入钢楔依次分裂岩体，直至该层桩芯岩体全部被破裂。

S106:取出挤裂的岩体碎渣，其中可通过电动提升机进行人工出渣，出渣从桩孔的一侧进行，然后插入钢楔，击打钢楔分裂岩体后再进行一次出渣。

S107。由于钻出第一分解孔12后桩孔孔的内壁面上会留有锯齿状的凸部18，为保证有效桩径与设计桩径一致，就需对初级桩孔17的内壁面进行修整，从而形成次级桩孔19。

S108。返回至步骤S101进行循环打孔，直到桩孔深度达到设定深度则结束，其中，进行下一循环的打孔时，需要通过在桩孔内重新标出桩孔的中心，即圆心位置基轴相对新的平面上的圆心位置点，同时检查桩孔底部的偏位情况并及时纠偏。

其中，本发明中的第一分解孔12和第二分解孔14可采用水磨钻机进行打孔，第三分解孔16可采用手电钻进行打孔，水磨钻机通过钻机支架固定在桩孔侧壁上，其高度位置应满足每轮循环钻进尺寸要求，且每次更改高度位置时需要重新加固，对于钻机支架底部凹凸不平的地方，可采用木块垫平。

另一方面，在实际挖桩孔的过程中，一般先需要挖非岩层，非岩层的挖孔工作具体如下：

首先，可采用经纬仪测量放桩位和控制桩，根据桩基平面图确定各桩位的中心点位置，用红砖砌井圈，经复核桩位无误进行开挖，在成孔施工中，每节应当量校正桩孔的位置和垂直度，及时调整，垂直度可采用十字架吊锤进行测量。

然后，每开挖0.95m则进行孔壁支护，采用弧形组合钢模拼装形成护壁支模,并进行混凝土的浇筑，再用钢钎振将混凝土捣密实，待该节护壁砼达1Mpa(约24小时)后即可拆模。

另外，当桩孔内有大量渗水时，可在孔底设集水井并使用小型水泵将水排出桩孔外排水沟内，对于桩密集区，也可利用超前开挖桩作为集水井，用潜水泵抽出，起到深井降水作用。

本发明的水磨钻岩层钻凿方法通过钻设第一分解孔12从而形成第一分解区13，同时通过在第一分解区13内钻设第二分解孔14从而形成多个第二分解区15，并在第二分解区15内钻设第三分解孔16。

然后向第三分解孔锥入钢楔，通过捶击钢楔挤压岩体，当挤压力大于岩体极限抗拉力和极限抗剪切力之和时，岩体被拉裂并从底部发生剪切破裂，之后可取出分裂的岩块，分层取岩体，分块破裂取岩块的循环工序，达到成孔的目的，打孔效率高，加快了施工进度。

该方法有如下优点：

1、水磨钻施工作业发出的声音基本上来源于钻取岩体时设备与岩体的磨切,响度有限,对附近居民的生活不会构成太大影响，噪音低,扰动小。

2、水磨钻施工技术基本上不会对岩体造成扰动、破坏,增加了安全保证。

3、水磨钻施工无需使用任何材料,且不受到天气及周围环境影响,施工进度较快。

4、水磨钻施工成孔规则,超挖欠挖控制良好,所以可大大降低混凝土的超灌几率,减小了损失，成孔质量好,扩孔系数小。

5、不需要为钻机平整场地，对地质、地形适应性高。

在本实施例中，多个第一分解孔12均相切于孔壁线11的内侧分布，相邻的第一分解孔12相交设置，以此可先将整个岩体与桩孔的孔壁隔离分割，即可在多个第一分解孔12的中部形成第一分解区13。

其中，多个第二分解孔14呈交错的线性分布，且线性端部的第二分解孔14连接第一分解孔12以将第一分解区13分解为多个第二分解区15，从而能将中部的第一分解区13进一步细分为更小的块区，第二分解区15数量的多少可根据第一分解区13的面积大小进行考量，其中，这里的线性可以是直线或各种曲线。

请参照图8和图9，其中图8为利用本发明的水磨钻岩层钻凿方法钻出分解孔的第一扩展分布形式的结构示意图，图9为利用本发明的水磨钻岩层钻凿方法钻出分解孔的第二扩展分布形式的结构示意图，其中图8和图9中的尺寸比例并非实际比例，其仅用于更清楚表明本发明的技术方案。

在本实施例中，多个第二分解孔14呈交错的直线分布，且直线两端的第二分解孔14分别连接第一分解孔12和圆心位置基轴，相邻直线之间的夹角均相等，通过此方式可将第一分解区13等分为多个第二分解区15，节省工序，简单便捷易操作，工作效率更高。

需要说明的是，第二分解孔14对第一分解区13的分解不限于等分的方式，其还可根据岩体的强度分布对第一分解区13进行不均等的分割，如可将强度较强的区域分解为面积更小的第二分解区15，所有岩体区域均更为靠近边沿，从而使得岩体更容易向边沿破裂。

优选的，由于周侧区域更加靠近边沿，从而也更容易破裂，而在逐渐向岩体中部区域进行破裂的过程中，由于前次操作过程未必能很好的造成岩体的破裂，从而就会增加后续破裂的困难程度，本实施例中的第三分解孔16分布在第二分解区15内，且第二分解区15内的中部区域的第三分解孔16的密度大于周侧区域的密度，以此能减轻岩体中部区域的破裂难度。

另一方面，本实施例中的第一分解孔12和第二分解孔14均采用水磨钻机钻出较大且连续的孔，第一分解孔12和第二分解孔14作用类似，即形成了分割线，故可将第三分解孔16与第二分解孔14之间的孔距设置为等于第三分解孔16与第一分解孔12之间的孔距；

同时，岩体向分割线的边沿破裂较为容易，而向岩体中部破裂较为困难，因此可将相邻的第三分解孔16之间的孔距设置为小于第三分解孔16与第一分解孔12之间的孔距，使得岩体整体的破裂均较为容易。

其中，当孔桩的预设桩孔直径大于等于800mm小于1200mm时，形成的第一分解区13的面积较小，因此可通过多个第二分解孔14将第一分解区13等分为三个第二分解区15，从而获得面积合理的第二分解区15，便于第二分解区15的破裂。

当孔桩的预设桩孔直径为大于等于1200mm小于1800mm时，形成的第一分解区13的面积较大，因此可通过多个第二分解孔14将第一分解区13等分为四个第二分解区15，从而获得面积合理的第二分解区15，便于第二分解区15的破裂，其中虽然增加了第二分解孔14的数量，但却能大大减少了第三分解孔16的数量，从而提供工作效率。

挤压破裂不需要非常大的孔，因此本实施例中的第一直径等于第二直径，即第一分解孔12的孔径等于第二分解孔14的孔径，第三直径小于第二直径，即第三分解孔16的孔径小于第一分解孔12、第二分解孔14的孔径，从而能节约成本。

另一方面，大部分情况下，由于钢楔对岩体进行破裂时，在插至孔底之前即可对岩体造成破裂，因此第一深度等于第二深度，即第一分解孔12的深度等于第二分解孔14的深度，第三深度小于第二深度，即第三分解孔16的深度小于第一分解孔12、第二分解孔14的深度，从而能提供工作效率，同时能节省成本。

具体的，本实施例中的具体参数可选如下：

第一深度和第二深度为500mm，第一直径和第二直径介于130mm～160mm之间，第三深度介于400mm～450mm之间，第三直径介于18mm～25mm之间。

其中，第一分解孔12和第二分解孔14的孔径过小，完成一轮连续循环链所需的钻孔数量过多，钻孔时间过长，工作效率较低，拉长施工进度，孔径太大，单个钻孔完成时间较长，并增加了敲除锯齿状的凸部18的工作量，根据施工经验，第一直径和第二直径介于130mm～160mm之间最为合理。

相邻的第一分解孔12之间的孔距为0.85～0.9倍的第一直径，相邻的第二分解孔14之间的孔距为0.85～0.9倍的第二直径，保证在深度方向上相邻的分解孔之间能绝对的连通，破裂稳定性高。

需要说明的是，孔距的大小与岩体硬度直接相关，选择合适的孔距，即可保证破碎效果，又可节约成本，岩石硬度大，孔距可小些，硬度小，孔距可大些。

在本实施例中，第一分解孔12的中心轴线与孔桩的中心轴线呈97.5°～100°的倾角，以使得孔桩上部直径大于下部直径，即孔壁具有一定倾斜；

这样在下一循环才可以保证水磨钻机就位后，水磨钻机的套筒起钻点能够置于设计孔壁线上而不致造成缩孔，同时此措施使桩孔呈节段式倒台体，虽然增加了少量开挖掘进量和桩体混凝土浇筑量，但是由于套筒经过了孔壁线从而保证了成孔截面尺寸的精度。

本优选实施例的水磨钻岩层钻凿方法通过钻设第一分解孔从而形成第一分解区，同时通过在第一分解区内钻设第二分解孔从而形成多个第二分解区，并在第二分解区内钻设第三分解孔；

然后向第三分解孔锥入钢楔，通过捶击钢楔挤压岩体，当挤压力大于岩体极限抗拉力和极限抗剪切力之和时，岩体被拉裂并从底部发生剪切破裂，之后可取出分裂的岩块；

通过分层取岩体，分块破裂取岩块的循环工序，达到成孔的目的，打孔效率高，加快了施工进度，同时具有噪音低,扰动小，不破坏岩体，成孔质量好，不受材料供应及环境的制约，对地形地质的适应性高等优点。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种水磨钻岩层钻凿方法，其特征在于，包括下列步骤：

S101:根据预设孔桩尺寸确定孔桩的圆心位置基轴，并根据所述圆心位置基轴和预设桩孔直径确定孔桩的孔壁线；

S102:根据所述圆心位置基轴和所述桩孔直径确定多个第一分解孔的第一圆心位置点，并钻出预设第一深度和预设第一直径的多个第一分解孔；

S103:根据所述第一圆心位置点和所述第一直径确定多个第二分解孔的第二圆心位置点，并钻出预设第二深度和预设第二直径的多个第二分解孔；

S104:根据所述第一圆心位置点、所述第二圆心位置点、所述第一直径以及所述第二直径确定多个第三分解孔的第三圆心位置点，并钻出预设第三深度和预设第三直径的多个第三分解孔；

S105:根据所述第三圆心位置点逐个向多个所述第三分解孔内插入钢楔以挤裂岩体，从而形成初级桩孔；

S106:取出挤裂的岩体碎渣；

S107；对所述初级桩孔的内壁面进行修整，从而形成次级桩孔；

S108；返回至步骤S101进行循环打孔，直到桩孔深度达到设定深度则结束。

2.根据权利要求1所述的水磨钻岩层钻凿方法，其特征在于，多个所述第一分解孔均相切于所述孔壁线的内侧分布，相邻的所述第一分解孔相交设置。

3.根据权利要求2所述的水磨钻岩层钻凿方法，其特征在于，多个所述第一分解孔的中部形成第一分解区，多个所述第二分解孔呈交错的线性分布，且线性端部的所述第二分解孔连接所述第一分解孔以将所述第一分解区分解为多个所述第二分解区。

4.根据权利要求3所述的水磨钻岩层钻凿方法，其特征在于，多个所述第二分解孔呈交错的直线分布，且直线两端的所述第二分解孔分别连接所述第一分解孔和所述圆心位置基轴，相邻直线之间的夹角均相等。

5.根据权利要求4所述的水磨钻岩层钻凿方法，其特征在于，所述第三分解孔分布在所述第二分解区内，且所述第二分解区内的中部区域的所述第三分解孔的密度大于周侧区域的密度。

6.根据权利要求4所述的水磨钻岩层钻凿方法，其特征在于，所述第三分解孔分布在所述第二分解区内，所述第三分解孔与所述第二分解孔之间的孔距等于所述第三分解孔与所述第一分解孔之间的孔距，相邻的所述第三分解孔之间的孔距小于所述第三分解孔与所述第一分解孔之间的孔距。

7.根据权利要求4所述的水磨钻岩层钻凿方法，其特征在于，当所述孔桩的预设桩孔直径大于等于800mm小于1200mm时，多个所述第二分解孔将所述第一分解区等分为三个所述第二分解区，当所述孔桩的预设桩孔直径为大于等于1200mm小于1800mm时，多个所述第二分解孔将所述第一分解区等分为四个所述第二分解区。

8.根据权利要求3所述的水磨钻岩层钻凿方法，其特征在于，所述第三分解孔分布在所述第二分解区内，所述第一直径等于所述第二直径，所述第三直径小于所述第二直径，所述第一深度等于所述第二深度，所述第三深度小于所述第二深度。

9.根据权利要求8所述的水磨钻岩层钻凿方法，其特征在于，所述第一深度和所述第二深度为500mm，所述第一直径和所述第二直径介于130mm～160mm之间，相邻的所述第一分解孔之间的孔距为0.85～0.9倍的第一直径，相邻的所述第二分解孔之间的孔距为0.85～0.9倍的第二直径，所述第三深度介于400mm～450mm之间，所述第三直径介于18mm～25mm之间。

10.根据权利要求2所述的水磨钻岩层钻凿方法，其特征在于，所述第一分解孔的中心轴线与所述孔桩的中心轴线呈97.5°～100°的倾角，以使得孔桩上部直径大于下部直径。