CN111622669B - 一种用于斜岩面的钻孔辅助装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于斜岩面的钻孔辅助装置及其施工方法，涉及桥梁基础施工技术领域，该装置包括至少一节导向套管，导向套管包括：多个第一钻进孔管，等间距排布形成至少两个同心的圆环；多个第一加密孔管，分布在最大圆环外直径同一侧的多个半圆环上，且相邻两个第一钻进孔管之间均设有一个第一加密孔管；包边组件，包括外环形板和内环形板，每个包边组件的外环形板和内环形板分别套设于一个圆环的外圆周和内圆周；相邻的包边组件中，外圆环的内环形板和内圆环的外环形板之间设有用于支撑固定的第一支撑结构。本申请的钻孔辅助装置及其施工方法，有效减小高强度的倾斜岩石层对钻孔施工的影响，避免造成斜孔，显著提高钻进效率和桩基的成孔质量。

Description

一种用于斜岩面的钻孔辅助装置及其施工方法

技术领域

本申请涉及桥梁基础施工技术领域，特别涉及一种用于斜岩面的钻孔辅助装置及其施工方法。

背景技术

目前，在深水条件下，钻孔桩一般都是通过搭设水上平台进行作业，而水中桥梁主墩的桩基础数量较多，需要多台机械同时钻进。当河床覆盖层为高强度块石地质条件时，容易导致水上平台搭设锚固深度不足，造成平台所能承受的荷载受到较大限制。若采用大型、重型钻孔机器进行施工，则需要加固水上平台，不仅大大提高工程成本，而且施工周期较长。

另外，对于基岩地质层为弱风化凝灰岩、花岗岩、辉绿岩等高强度斜面岩的大直径钻孔桩施工中，采用冲击钻机进行钻进施工时，不仅钻进进尺十分困难，钻头受损严重，导致钻头加焊时间过长，且极易受斜岩面影响而造成斜孔，进而在修整孔型时导致施工工效低下，施工进度缓慢，成孔质量不高。

发明内容

本申请实施例提供一种用于斜岩面的钻孔辅助装置，以解决相关技术中针对高强度斜岩面钻进困难以及桩基钻进易斜孔的问题。

第一方面，提供了一种用于斜岩面的钻孔辅助装置，其包括套设于钢护筒内的至少一节导向套管，上述导向套管包括：

多个第一钻进孔管，等间距排布形成至少两个同心的圆环，至少一条过圆心的直线上设置的第一钻进孔管的数量为圆环数量的两倍；

多个第一加密孔管，其数量为上述第一钻进孔管的一半，分布在最大圆环外直径同一侧的多个半圆环上，且相邻两个第一钻进孔管之间均设有一个第一加密孔管；上述第一钻进孔管和第一加密孔管的内径均与潜孔钻的钻杆外径相适配；

包边组件，其数量与上述第一钻进孔管排布形成的圆环的数量相同，每个包边组件包括外环形板和内环形板，每个包边组件的外环形板和内环形板分别套设于一个圆环的外圆周和内圆周，以固定上述第一钻进孔管和第一加密孔管；

相邻的包边组件中，外圆环的内环形板和内圆环的外环形板之间设有用于支撑固定的第一支撑结构。

一些实施例中，上述第一钻进孔管和第一加密孔管位于上述外环形板和内环形板之间的部分均设有第二支撑结构。

一些实施例中，相邻的包边组件中，外圆环的内环形板和内圆环的外环形板之间还设有第二加密孔管，上述第二加密孔管的数量与外圆环中第一加密孔管的数量相同，且一一对应设置；

上述第二加密孔管位于该外圆环的内环形板和内圈的外环形板之间的部分设有第三支撑结构。

一些实施例中，多个同心的圆环上排布的第一钻进孔管的数量从内到外逐渐增多。

一些实施例中，最小圆环的内环形板的内壁沿周向设有多个支撑杆，该内环形板的圆心处设有第二钻进孔管，上述支撑杆的另一端与上述第二钻进孔管的外壁固定连接。

一些实施例中，最大圆环的第一钻进孔管的至少一端设有法兰盘，相邻导向套管之间的第一钻进孔管通过法兰盘连接。

一些实施例中，最大圆环中，至少包括四个呈十字形排列的第一钻进孔管。

第二方面，提供了一种基于上述用于斜岩面的钻孔辅助装置的施工方法，其包括步骤：

在已插打的钢护筒内下放至少一节导向套管，并将上述导向套管与钢护筒固定连接；

潜孔钻机定位，并通过上述导向套管最大圆环中的至少部分第一钻进孔管对倾斜的岩石层进行钻孔取芯，得到芯样；

整理上述芯样的资料，确定上述岩石层的倾斜方向，以及上述岩石层在钢护筒范围内竖向上的高度差；

以具有第一加密孔管的半圆作为加密区，根据倾斜方向和高度差旋转上述导向套管至上述加密区对准上述岩石层的较高的一侧；

潜孔钻机通过上述第一加密孔管钻进至低于上述岩石层的最低点不超过第一阈值处，形成第一加密孔，并通过上述第一钻进孔管钻进至高于桩基的设计孔底标高第二阈值处，形成第一钻进孔；

移除上述导向套管，并回填黄土造浆，再冲击钻进至上述设计孔底标高。

一些实施例中，最大圆环中，至少包括四个呈十字形排列的第一钻进孔管；

上述至少部分第一钻进孔管包括四个呈十字形排列的第一钻进孔管。

一些实施例中，还包括：插打钢护筒，通过冲击钻机冲击钻进至上述岩石层表面或接近岩石层的顶标高位置，然后进行清孔。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种用于斜岩面的钻孔辅助装置及其施工方法，多个第一钻进孔管和多个第一加密孔管通过包边组件和第一支撑结构支撑固定，并组合形成导向套管，由于将具有第一加密孔管的半圆作为导向套管的加密区，对准倾斜的岩石层的较高一侧进行钻孔，可形成第一加密孔和第一钻进孔，因此，可使岩石层的较高一侧形成密集孔区，有效减小高强度的倾斜岩石层对钻孔施工的影响，以便于后续冲击钻进成孔，不仅结构简单，安装及拆除方便，还可避免造成斜孔，显著提高钻进效率和桩基的成孔质量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。

图1为本申请实施例提供的用于斜岩面的钻孔辅助装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的施工方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的步骤S5的示意图；

图4为本申请实施例提供的步骤S6的示意图。

附图标记：

1-第一钻进孔管，11-法兰盘，12-第一钻进孔；

2-第一加密孔管，21-第一加密孔；

3-包边组件，31-外环形板，32-内环形板；

4-第一支撑结构；

5-第二支撑结构；

6-第二加密孔管；

7-第三支撑结构；

8-第二钻进孔管，81-支撑杆；

9-钢护筒。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种用于斜岩面的钻孔辅助装置，其能解决高强度斜岩面钻进困难以及桩基钻进易斜孔的问题。

如图1所示，本申请实施例的用于斜岩面的钻孔辅助装置包括套设于钢护筒9内的至少一节导向套管。上述导向套管包括多个第一钻进孔管1、多个第一加密孔管2和包边组件3。

多个第一钻进孔管1等间距排布形成至少两个同心的圆环，每个圆环上均有多个第一钻进孔管1。至少一条过圆心的直线上设置的第一钻进孔管1的数量为圆环数量的两倍。

本实施例中，多个第一钻进孔管1排布形成两个同心的圆环，至少一条过圆心的直线上设有四个第一钻进孔管1，其中两个第一钻进孔管1位于外圆环上，另外两个第一钻进孔管1位于内圆环上。

可选地，当多个第一钻进孔管1排布形成三个同心的圆环，则至少一条过圆心的直线上设有六个第一钻进孔管1，每两个第一钻进孔管1设置在一个同一个圆环上。

多个第一加密孔管2的数量为上述第一钻进孔管1数量的一半，多个第一加密孔管2分布在最大圆环外直径同一侧的多个半圆环上，且相邻两个第一钻进孔管1之间均设有一个第一加密孔管2。上述第一钻进孔管1和第一加密孔管2的内径均与潜孔钻的钻杆外径相适配。

包边组件3的数量与上述第一钻进孔管1排布形成的圆环的数量相同，上述包边组件3包括外环形板31和内环形板32，每个包边组件3的外环形板31和内环形板32分别套设于一个圆环的外圆周和内圆周，以固定上述第一钻进孔管1和第一加密孔管2。其中，最大圆环上的外环形板31的外径与钢护筒的内径相适配，以便于可将导向套管整体套设在钢护筒9的内部。

相邻的包边组件3中，外圆环的内环形板32和内圆环的外环形板31之间设有用于支撑固定的第一支撑结构4。可选地，第一支撑结构4为支撑角钢，支撑角钢一端焊接固定在外圆环的内环形板32的内壁，其另一端焊接固定在内圆环的外环形板31的外壁上。

本申请实施例的钻孔辅助装置，适用于大直径的桩基钻孔，多个第一钻进孔管1和多个第一加密孔管2通过包边组件3和第一支撑结构4支撑固定，并组合形成导向套管，由于将具有第一加密孔管2的半圆作为导向套管的加密区，对准倾斜的岩石层的较高一侧进行钻孔，可形成第一加密孔和第一钻进孔，因此，可使岩石层的较高一侧形成密集孔区，有效减小高强度的倾斜岩石层对钻孔施工的影响，以便于后续冲击钻进成孔，不仅结构简单，安装及拆除方便，还可避免造成斜孔，显著提高钻进效率和桩基的成孔质量，减少因斜孔而产生的处理费用，节约施工成本。

优选地，上述第一钻进孔管1和第一加密孔管2位于上述外环形板31和内环形板32之间的部分均设有第二支撑结构5。可选地，第二支撑结构5为角钢。每两个角钢为一组，每组角钢固定一个第一钻进孔管1或第一加密孔管2。角钢一端焊接固定在该外环形板31内壁，其另一端焊接固定在对应的内环形板32的外壁，通过角钢可增加第一钻进孔管1或第一加密孔管2与包边组件3的连接稳定性。

进一步地，相邻的包边组件3中，外圆环的内环形板32和内圆环的外环形板31之间还设有第二加密孔管6，上述第二加密孔管6的数量与外圆环中第一加密孔管2的数量相同，且一一对应设置。通过增设第二加密孔管6，可有效增加半圆的加密效果。

为进一步增加破坏岩石整体性的效果，还可在相邻第二加密孔管6之间设置第三加密孔管。

上述第二加密孔管6位于该外圆环的内环形板32和内圆环的外环形板31之间的部分设有第三支撑结构7，通过第三支撑结构7分别与外圆环的内环形板32和内圆环的外环形板31固定连接，可增加第二加密孔管6的稳固性。可选地，第三支撑结构7为角钢，角钢一端焊接固定在外圆环的内环形板32的内壁，其另一端焊接固定在内圆环的外环形板31的外壁，每两个角钢之间固定一个第二加密孔管6。

本实施例中，多个同心的圆环上排布的第一钻进孔管1的数量从内到外逐渐增多，以进一步确保后期钻孔的密集型。

可选地，最小圆环的内环形板32的内壁沿周向设有多个支撑杆81，该内环形板32的圆心处设有一个第二钻进孔管8，上述支撑杆81的另一端与上述第二钻进孔管8的外壁固定连接。

优选地，最大圆环的第一钻进孔管1的至少一端设有法兰盘11，相邻导向套管最大圆环的第一钻进孔管1之间通过法兰盘11连接固定。当单个导向套管的长度不匹配施工现场的深度时，可通过法兰盘11将多个导向套管连接以进行加长。

本实施例中，将3个导向套管依次连接，中间的导向套管最大圆环处的第一钻进孔管1两端均设有法兰盘11，以便于与其两侧的导向套管连接。

本实施例中，最大圆环中，至少包括四个呈十字形排列的第一钻进孔管1，以便于钻孔施工取芯样时，最少只需要取呈十字形排列的四个第一钻进孔管1对应处的芯样即可。

如图2-4所示，本实施例的用于斜岩面的钻孔辅助装置的施工方法，其包括步骤：

S1.在已插打的钢护筒9内下放至少一节导向套管，并将上述导向套管与钢护筒9固定连接。

本实施例中，导向套管的节数可根据施工现场的孔内深度确定。

S2.潜孔钻机定位，并通过上述导向套管最大圆环中的至少部分第一钻进孔管1对倾斜的岩石层进行钻孔取芯，得到芯样。

S3.整理上述芯样的资料，以及当前的地质资料，确定上述岩石层的倾斜方向，以及上述岩石层在钢护筒9范围内竖向上的高度差。

S4.以具有第一加密孔管2的半圆作为加密区，根据倾斜方向和高度差旋转上述导向套管至上述加密区对准上述岩石层的较高的一侧。

S5.潜孔钻机通过上述第一加密孔管2钻进至低于上述岩石层的最低点不超过第一阈值处，形成第一加密孔21，并通过上述第一钻进孔管1钻进至高于桩基的设计孔底标高第二阈值处，形成第一钻进孔12。

可选地，上述第一阈值为10cm，即第一加密孔的最低点低于上述岩石层的最低点且不超过10cm，以避免第一加密孔深度过大，造成岩石层的密集孔区强度过度降低，后期冲击钻进时，钻头受力不均造成新的斜孔。上述第二阈值为20cm，即第一钻进孔的最低点高于桩基的设计孔底标高20cm。

S6.移除上述导向套管，并回填黄土造浆，再利用冲击钻机的冲击钻头钻进至上述设计孔底标高，完成桩基的钻孔施工。

本实施例中，最外圈的圆中，至少包括四个呈十字形排列的第一钻进孔管1。

上述步骤S2中的至少部分第一钻进孔管1包括四个呈十字形排列的第一钻进孔管1。因此，取芯时，至少取呈十字形排列的四个第一钻进孔管1对应处的芯样，以便于得到尽可能准确的芯样资料。

优选地，潜孔钻机还可通过第二加密孔管6和第二钻进孔管8进行钻进，分别形成第二加密孔和第二钻进孔。

本实施例中，在已插打的钢护筒9内下方导向套管之前还包括：插打钢护筒9，通过冲击钻机冲击钻进至原河床的岩石层表面或接近岩石层的顶标高处，然后利用清孔设备进行清孔，以便于后续在已插打的钢护筒9内下方导向套管。可选地，通过冲击钻机冲击钻进至高于岩石层的顶标高不超过20cm。

本实施例的施工方法，适用于上述各钻孔辅助装置，利用潜孔钻机在高强度斜岩面上取芯，并钻出一系列适合斜岩面的蜂窝小孔，将取芯、处理斜岩的加密孔和辅助钻进的钻进孔集于一体，破坏岩石层的整体性，减低其强度，不仅可降低平台荷载要求，减少冲击钻头的受力面积，增加大直径钻孔桩施工工效，加快施工进度，还有效降低因斜岩面造成的斜孔现象，保证桩基的孔型和成孔质量。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于斜岩面的钻孔辅助装置，其特征在于，其包括套设于钢护筒(9)内的至少一节导向套管，所述导向套管包括：

多个第一钻进孔管(1)，等间距排布形成至少两个同心的圆环，至少一条过圆心的直线上设置的第一钻进孔管(1)的数量为圆环数量的两倍；

多个第一加密孔管(2)，其数量为所述第一钻进孔管(1)的一半，分布在最大圆环外直径同一侧的多个半圆环上，且相邻两个第一钻进孔管(1)之间均设有一个第一加密孔管(2)；所述第一钻进孔管(1)和第一加密孔管(2)的内径均与潜孔钻的钻杆外径相适配；

包边组件(3)，其数量与所述第一钻进孔管(1)排布形成的圆环的数量相同，每个包边组件(3)包括外环形板(31)和内环形板(32)，每个包边组件(3)的外环形板(31)和内环形板(32)分别套设于一个圆环的外圆周和内圆周，以固定所述第一钻进孔管(1)和第一加密孔管(2)；

相邻的包边组件(3)中，外圆环的内环形板(32)和内圆环的外环形板(31)之间设有用于支撑固定的第一支撑结构(4)。

2.如权利要求1所述的用于斜岩面的钻孔辅助装置，其特征在于：所述第一钻进孔管(1)和第一加密孔管(2)位于所述外环形板(31)和内环形板(32)之间的部分均设有第二支撑结构(5)。

3.如权利要求1所述的用于斜岩面的钻孔辅助装置，其特征在于：

相邻的包边组件(3)中，外圆环的内环形板(32)和内圆环的外环形板(31)之间还设有第二加密孔管(6)，所述第二加密孔管(6)的数量与外圆环中第一加密孔管(2)的数量相同，且一一对应设置；

所述第二加密孔管(6)位于该外圆环的内环形板(32)和内圈的外环形板(31)之间的部分设有第三支撑结构(7)。

4.如权利要求1所述的用于斜岩面的钻孔辅助装置，其特征在于：多个同心的圆环上排布的第一钻进孔管(1)的数量从内到外逐渐增多。

5.如权利要求1所述的用于斜岩面的钻孔辅助装置，其特征在于：最小圆环的内环形板(32)的内壁沿周向设有多个支撑杆(81)，该内环形板(32)的圆心处设有第二钻进孔管(8)，所述支撑杆(81)的另一端与所述第二钻进孔管(8)的外壁固定连接。

6.如权利要求1所述的用于斜岩面的钻孔辅助装置，其特征在于：最大圆环的第一钻进孔管(1)的至少一端设有法兰盘(11)，相邻导向套管之间的第一钻进孔管(1)通过法兰盘(11)连接。

7.如权利要求1所述的用于斜岩面的钻孔辅助装置，其特征在于：所述最大圆环中，至少包括四个呈十字形排列的第一钻进孔管(1)。

8.一种基于权利要求1所述的用于斜岩面的钻孔辅助装置的施工方法，其特征在于，其包括步骤：

在已插打的钢护筒(9)内下放至少一节导向套管，并将所述导向套管与钢护筒(9)固定连接；

潜孔钻机定位，并通过所述导向套管最大圆环中的至少部分第一钻进孔管(1)对倾斜的岩石层进行钻孔取芯，得到芯样；

整理所述芯样的资料，确定所述岩石层的倾斜方向，以及所述岩石层在钢护筒(9)范围内竖向上的高度差；

以具有第一加密孔管(2)的半圆作为加密区，根据倾斜方向和高度差旋转所述导向套管至所述加密区对准所述岩石层的较高的一侧；

潜孔钻机通过所述第一加密孔管(2)钻进至低于所述岩石层的最低点不超过第一阈值处，形成第一加密孔，并通过所述第一钻进孔管(1)钻进至高于桩基的设计孔底标高第二阈值处，形成第一钻进孔；

移除所述导向套管，并回填黄土造浆，再冲击钻进至所述设计孔底标高。

9.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于：最大圆环中，至少包括四个呈十字形排列的第一钻进孔管(1)；

所述至少部分第一钻进孔管(1)包括四个呈十字形排列的第一钻进孔管(1)。

10.如权利要求8所述的施工方法，其特征在于，还包括：插打钢护筒(9)，通过冲击钻机冲击钻进至所述岩石层表面或接近岩石层的顶标高位置，然后进行清孔。

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