CN113123388A - 成槽施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种成槽施工方法。成槽施工方法包括以下步骤：确定成槽位置；构筑导墙，以形成导墙槽；将矩形钻头置入导墙槽的底部；利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎，以形成槽段；对槽段的底部和侧壁进行清理；吊装钢筋笼并灌注混凝土。本发明通过矩形钻头产生等离子体并形成等离子通道，等离子体通道形成的同时伴随着高温高压，在高温的作用下，等离子通道内的压力急剧升高，使得等离子通道膨胀并击穿岩石，使得周围的岩石破碎，采用等离子体对各种岩层进行破碎，破岩效果好，不需要更换施工设备，施工效率高，降低施工成本。

Description

成槽施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种成槽施工方法。

背景技术

目前，在桩工连续墙领域中，常见施工设备为双轮铣、抓斗、旋挖钻机、三轴搅拌、挖机等，其成槽直径一般在0.8～1.5m之间。在成槽方式上，针对不同地层不同深度不同槽径，采用不同设备进行施工。根据不同硬度岩层地层及工程的影响，采用不同机械设备或者更换不同钻头，例如，针对近地表土层，通常采用液压式抓斗设备施工成槽；进入强风化岩层或者强度较低的微风化岩层后，需要更换为双轮铣装备，实现入岩钻进；而当地层为硬岩时，需要采用冲击钻或旋挖钻机先行施工，形成引孔，然后采用双轮铣系统，继续入岩钻进，方可完工。

由于传统工法，不同的施工设备均存在其明显针对的地质性质，成孔或成槽施工过程中需要更换机械设备，施工方法繁琐、成本高、施工效率低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种成槽施工方法，以解决现有技术中因地质结构变化而更换施工设备导致的高成本、低效率的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种成槽施工方法，包括以下步骤：确定成槽位置；构筑导墙，以形成导墙槽；将矩形钻头置入导墙槽的底部；利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎，以形成槽段；对槽段的底部和侧壁进行清理；吊装钢筋笼并灌注混凝土。

可选地，矩形钻头包括绝缘座、多个高电极及多个低电极，多个高电极间隔设置在绝缘座上，绝缘座上设有供液体通过的液体通道，相邻的两个高电极之间设置一个低电极，多个高电极的外侧和多个低电极的外侧围成矩形。

可选地，多个高电极的外侧和多个低电极的外侧围成的矩形的长度和宽度等于或小于槽段的长度和宽度。

可选地，槽段的长度和宽度分别是多个高电极的外侧和多个低电极的外侧围成的矩形的长度和宽度的整数倍。

可选地，矩形钻头还包括设置在绝缘座上的中心高电极，多个高电极及多个低电极围绕中心高电极设置，中心高电极具有供液体通过的中心射流孔和侧射流孔，中心射流孔贯穿中心高电极的上下表面并与液体通道连通，侧射流孔设置在中心高电极的侧面上且与中心射流孔连通。

可选地，在利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的同时通过水或泥浆或气体进行清渣。

可选地，在将矩形钻头置入导墙槽的底部的步骤和利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的步骤之间还包括以下步骤：利用矩形钻头产生的等离子体对土层破碎，并通过泥浆进行护壁和清渣；或者，利用液压抓斗对土层进行挖掘，并通过泥浆进行护壁和清渣。

可选地，在利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的步骤之前还包括以下步骤：在距离成槽位置预设距离的位置处制作泥浆池。

可选地，在利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的步骤之前还包括以下步骤：通过膨润土、水以及纯碱制备泥浆。

可选地，在确定成槽位置的步骤和构筑导墙的步骤之间还包括以下步骤：根据成槽位置进行测量放线，以确定成槽位置的中心点和确定导墙的位置。

本发明技术方案，具有如下优点：通过矩形钻头产生等离子体并形成等离子通道，等离子体通道形成的同时伴随着高温高压，在高温的作用下，等离子通道内的压力急剧升高，使得等离子通道膨胀并击穿岩石，使得周围的岩石破碎。采用等离子体对各种岩层进行破碎，破岩效果好，不需要更换施工设备，施工效率高，降低施工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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示出了本发明提供的成槽施工方法的流程示意图；

图2示出了本发明提供的矩形钻头的立体示意图；

图3示出了图2的矩形钻头的主视示意图；

图4示出了图2的矩形钻头的侧视示意图；

图5示出了图2的矩形钻头的高电极、中心高电极及第一连接座的立体示意图；

图6示出了图5的高电极、中心高电极及第一连接座的俯视示意图；

图7示出了图5的高电极、中心高电极及第一连接座的侧视示意图；

图8示出了图5的高电极、中心高电极及第一连接座的仰视示意图；

图9示出了图2的矩形钻头的低电极及第二连接座的立体示意图；

图10示出了图9的低电极及第二连接座的俯视示意图；

图11示出了图9的低电极及第二连接座的侧视示意图。

附图标记说明：

10、绝缘座；20、高电极；30、低电极；40、第一连接座；50、第二连接座；60、中心高电极；61、中心射流孔；62、侧射流孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示，本实施例的成槽施工方法包括以下步骤：

确定成槽位置；

构筑导墙，以形成导墙槽，构筑导墙简称导墙施工，导墙起着成槽导向、存储泥浆稳定液位、维护上部土体稳定、防止土体坍落等作用，直接关系着顺利成槽和成槽的精度。

将矩形钻头置入导墙槽的底部；

利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎，以形成槽段。

对槽段的底部和侧壁进行清理，简称刷壁和清底。通过刷壁器对槽段的侧壁进行刷壁清洗，刷壁器采用现有技术中的结构即可，清底采用现有技术中的方法即可，在此不再详细赘述。

吊装钢筋笼并灌注混凝土。吊装钢筋笼之前需要制作钢筋笼，将制作好的钢筋笼通过吊车吊装。混凝土浇筑是成槽质量保障的最关键环节，施工时必须严格控制混凝土的配比度以及各种材料的指标性能，保障混凝土的塌落度、流动性、和易性及扩散度，防止离析现象发生，严格控制导管浇筑水下混凝土的施工程序及施工质量，保障成槽的强度性能。吊装钢筋笼并灌注混凝土的具体方法均采用现有技术中的方法即可，在此不再详细赘述。

应用本实施例的成槽施工方法，通过矩形钻头产生等离子体并形成等离子通道，等离子体通道形成的同时伴随着高温高压，在高温的作用下，等离子通道内的压力急剧升高，使得等离子通道膨胀并击穿岩石，使得周围的岩石破碎。采用等离子体对各种岩层进行破碎，破岩效果好，不需要更换施工设备，施工效率高，降低施工成本。

在本实施例中，导墙施工的顺序为挖槽-浇筑垫层-绑扎钢筋-支模板-浇灌混凝土-拆模板并设置支撑-回填土，在导墙施工全过程中，要保持导墙沟内不积水，导墙沟侧壁土体是导墙浇捣混凝土时的外侧土模，应防止导墙沟宽度超挖或土壁坍塌，导墙施工时基底应和土面密贴，以防槽内泥浆渗入导墙后面，导墙是成槽作业在起始阶段的导向物，必须保证导墙的内净宽度尺寸与内壁面的垂直精度达到有关规范的要求。导墙制作好后自然养护到预设强度以上时，方可进行成槽作业，在此之前禁止车辆和起重机等重型机械靠近导墙。导墙施工的施工方法采用现有技术中的方法即可，在此不再详细赘述。

在本实施例中，如图2至图4所示，矩形钻头包括绝缘座10、多个高电极20及多个低电极30，多个高电极20间隔设置在绝缘座10上，绝缘座10上设有供液体通过的液体通道，相邻的两个高电极20之间设置一个低电极30，多个高电极20的外侧和多个低电极30的外侧围成矩形。矩形钻头钻岩层时，向绝缘座10上的液体通道内通入液体，使得液体充满高电极20和低电极30之间的间隙处，在高电极20和低电极30上分别施加高电压和低电压，在电压的作用下形成等离子通道，等离子体通道形成的同时伴随着高温高压，在高温的作用下，等离子通道内的压力急剧升高，使得等离子通道膨胀并击穿岩石，使得周围的岩石破碎，破岩效果好，施工效率高，降低施工成本。多个高电极20的外侧和多个低电极30的外侧围成矩形，可以对矩形桩基础进行施工。

在本实施例中，连续墙体包括多个槽段，既可以使用小尺寸钻头重复多次施工形成连续墙槽，也可以大钻头直接一次施工形成整个墙体槽。具体而言，多个高电极20的外侧和多个低电极30的外侧围成的矩形的长度和宽度小于槽段的长度和宽度。根据槽的尺寸可以选择合适比例的矩形钻头，可以选择与槽的尺寸相同或小于槽的尺寸的矩形钻头，例如，当槽段的长度为9米，宽度为6米时，矩形的长度和宽度均为3米，通过六次完成槽段的施工，或者，矩形的长度为9米，宽度为6米，通过一次就完成槽段的施工。优选地，槽段的长度和宽度分别是多个高电极20的外侧和多个低电极30的外侧围成的矩形的长度和宽度的整数倍。其中，整数为1、2或3等。

在本实施例中，矩形钻头还包括设置在绝缘座10上的中心高电极60，多个高电极20及多个低电极30围绕中心高电极60设置，中心高电极60具有供液体通过的中心射流孔61和侧射流孔62，中心射流孔61贯穿中心高电极60的上下表面并与液体通道连通，侧射流孔62设置在中心高电极60的侧面上且与中心射流孔61连通。中心高电极60上施加高电压，在电压的作用下形成等离子通道，等离子体通道形成的同时伴随着高温高压，在高温的作用下，等离子通道内的压力急剧升高，使得等离子通道膨胀并击穿周围的岩石，使周围的岩石破碎。高电极20的设置可以形成环形碎岩效果，中心高电极60的设置可以在中心位置处也可以实现碎岩效果，进一步提高碎岩效果。

在本实施例中，如图5至图8所示，矩形钻头还包括可拆卸地设置在绝缘座10上的第一连接座40，多个高电极20固定在第一连接座40上，第一连接座40呈正方形。维修或更换高电极20时，只需要将第一连接座40从绝缘座10上拆卸下来即可，然后对高电极20进行维修或更换，不需要拆卸绝缘座10，方便维修。多个高电极20与第一连接座40采用焊接等连接方式连接。当然，也可以不设置第一连接座40，多个高电极20可拆卸地设置绝缘座10上。

在本实施例中，如图9至图11所示，矩形钻头还包括可拆卸地设置在绝缘座10上的第二连接座50，多个低电极30固定在第二连接座50上，第二连接座50呈正方形。维修或更换低电极30时，只需要将第二连接座50从绝缘座10上拆卸下来即可，然后对低电极30进行维修或更换，不需要拆卸绝缘座10，方便维修。多个低电极30与第二连接座50采用焊接等连接方式连接。当然，也可以不设置第二连接座50，多个低电极30可拆卸地设置绝缘座10上。

优选地，第一连接座40和第二连接座50分别通过螺栓与绝缘座10连接。具体地，第一连接座40和第二连接座50上分别设有供螺栓穿设的通孔，螺栓穿过通孔与绝缘座10上的螺纹孔螺纹连接。

在本实施例中，矩形为正方形，可以实现方形桩基础的施工。作为可替换的实施方式，矩形可以为长方形，此时第一连接座40、第二连接座50以及绝缘座10均呈长方形。

在本实施例中，如图2至图8所示，绝缘座10呈正方形，便于与绝缘座10配合。绝缘座10包括上方块和设置在上方块的下表面上的下方块，下方块的尺寸小于上方块的尺寸，第一连接座40固定在下方块上，第二连接座50固定在上方块的下表面上。其中，“上”、“下”是指矩形钻头在使用时的“上”、“下”。当然，绝缘座10也可以呈圆形等，并不局限于此。

在本实施例中，中心高电极60呈上大下小的棱台状，中心高电极60的棱边呈弧形，中心高电极60形成漏斗状结构，可以便于喷洒液体。优选地，中心射流孔61呈上大下小的棱台状，进一步提高喷洒效果。当然，中心高电极60也可以呈上大下小的圆台状。

在本实施例中，侧射流孔62设有一个且呈三角形。当然，侧射流孔也可以呈梯形或圆形等。

下面对矩形钻头的工作原理进行说明：

高电极20和中心高电极60上施加高电压，低电极30施加低电压，当电压的上升沿小于100ns时，在岩石的内部形成等离子通道，等离子体通道形成的同时伴随着高温高压，在高温的作用下，等离子通道内的压力急剧升高，使得等离子通道膨胀并挤裂岩石，此时液体为绝缘液；当电压的上升沿大于等于100ns时，液体发生电离形成等离子通道，等离子体通道形成的同时伴随着高温高压，在高温的作用下，等离子通道内的压力急剧升高，使得等离子通道膨胀并形成冲击波，冲击波击穿岩石，此时液体为电解液。

在本实施例中，在利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的同时通过水进行清渣，仅通过水就可以清渣，节约膨润土、水以及纯碱等原料。水通过输送泵输入矩形钻头的液体通道中，并从矩形钻头的底部喷出，携带钻下的砂砾等沿槽壁向上流动并流入混合池中，然后将水从砂砾等中分离出来，分离处理的水可以重复利用，由此形成一个循环回路。采用现有技术中的分离设备将水从砂砾等中分离出来，分离出来的砂砾等沉渣通过运输车运输至所要的施工地，简称沉渣外运。在距离成槽位置预设距离的位置处制作清水池，清水池用于储存水。作为可替换的实施方式，通过泥浆进行清渣，此时泥浆通过输送泵输入矩形钻头的液体通道中，并从矩形钻头的底部喷出，携带钻下的砂砾等沿槽壁向上流动并流入混合池中，然后将泥浆从砂砾等中分离出来，分离处理的泥浆可以重复利用，由此形成一个循环回路，或者，通过气体进行清渣，通过空气压缩机将高压气体输入高压气管中，高压气管与钻杆连接，泥浆或水通过钻杆和槽壁之间流入槽段中，高压气体从高压气管喷出后与泥浆或水混合，在钻杆的内部形成一个气液混合段，由于密度较低，在其下方形成负压，由该段下部的泥浆或水不断补充，槽底沉渣在泥浆或水运动的带动下进入钻杆，随泥浆或水排出槽外并排入混合池中，然后将泥浆或水从砂砾等中分离出来，分离处理的泥浆或水可以重复利用，利用等离子体破碎岩石时破碎颗粒很小，可以利用气举反循环方式进行清渣。

在本实施例中，在将矩形钻头置入导墙槽的底部的步骤和利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的步骤之间还包括以下步骤：利用矩形钻头产生的等离子体对土层破碎，并通过泥浆进行护壁和清渣。泥浆的作用是在槽壁上形成不透水的泥皮，从而使泥浆的静水压力有效地作用在槽壁上，防止地下水的渗水和槽壁的剥落，保持壁面的稳定，同时泥浆还有悬浮土渣和将土渣携带出地面的功能。作为可替换的实施方式，利用液压抓斗对土层进行挖掘，并通过泥浆进行护壁和清渣。

在本实施例中，在利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的步骤之前还包括以下步骤：在距离成槽位置预设距离的位置处制作泥浆池。泥浆池用于储存泥浆，泥浆循环采用泥浆泵输送、回收，由泥浆泵和管路组成泥浆循环管路，在施工过程中，由于泥浆要与地下水、泥土、砂石、混凝土接触，其中难免会混入细微的泥沙颗粒、水泥成分等，必然会使泥浆受到污染而变质，因此，泥浆使用一个循环之后，要对泥浆进行分离净化，尽可能提高泥浆的重复使用率，循环泥浆经过分离净化之后，虽然清除了许多混入其间的土渣，但并未恢复其原有的护壁性能，因为泥浆在使用过程中，要与地基土、地下水接触，并在槽壁表面形成泥皮，这就会消耗泥浆中的膨润土、纯碱等成分，并受混凝土中水泥成分的污染而削弱了护壁性能，因此，循环泥浆经过分离净化之后，还需调整其性能指标，恢复其原有的护壁性能，这就是泥浆的再生处理，施工中要经常测试泥浆的性能指标发现不符合指标要求时要及时调整处理，以保证施工安全。

在本实施例中，在利用矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的步骤之前还包括以下步骤：通过膨润土、水以及纯碱制备泥浆。将膨润土、水以及纯碱等放入搅拌器中进行搅拌，搅拌后形成泥浆，将制备好的泥浆储存在泥浆池中。

在本实施例中，在确定成槽位置的步骤和构筑导墙的步骤之间还包括以下步骤：根据成槽位置进行测量放线，以确定成槽位置的中心点和确定导墙的位置，然后根据放线位置进行导墙的施工；便于导墙的开挖和槽的开挖，进而保证后期成槽精度。

下面对成槽的施工步骤进行说明：

根据成槽位置进行测量放线；

根据放线位置进行导墙施工；

按照地层进行泥浆制备，将制备好的泥浆储存在泥浆池中；

根据槽长和槽宽选择合适比例的矩形钻头，根据成槽位置采用等离子体桩机直接放电破碎硬岩，在破碎的同时，利用水、泥浆或气体进行排渣；

对槽段的侧壁和底部分别进行机械刷壁和清底。

钢筋笼吊装并进行混凝土灌注成槽。

上述的施工方法设备故障率低、工法简单有效，可适应不同槽径、不同硬度的岩石地层，在工作效率、工作成本以及应用范围方面均优于传统的采用旋挖钻机、双轮铣槽机等设备施工桩基础的施工方法；通过等离子体设备控制电流，进而控制电极来控制破碎岩体的大小，清渣成槽，大大缩短成槽时间。

从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果：

1、通过高电极和低电极交叉布置，实现地下连续墙、方桩等多种方形桩基础施工，即采用脉冲放电的方式直接对岩石破碎成槽，尤其适用在岩层施工，省略了各种不同规格的钻具及与之能力匹配的动力设备，相比传统的旋挖钻机、双轮铣槽机等设备施工桩基础，施工方法简单，钻进效率大幅度提高，施工效率提高，施工成本大幅度降低，且结构简单，制造成本与维护成本低，可适应不同岩层的破碎，配合不同型号的矩形钻头还可以进行不同孔径的连续墙施工。

2、根据槽径大小不同利用等离子脉冲破岩成槽，不需要旋挖引孔等，可以提高成槽的垂直度，满足高精度要求的工地；通过等离子体设备控制电极，进而控制破碎岩体大小来满足排渣颗粒大小，泥浆泵的要求也降低，甚至泥浆管可以减少以增大扬程。

3、高电极、中心高电极及低电极合理配置，放电部位全覆盖，破碎效率高。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种成槽施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定成槽位置；

构筑导墙，以形成导墙槽；

将矩形钻头置入所述导墙槽的底部；

利用所述矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎，以形成槽段；

对所述槽段的底部和侧壁进行清理；

吊装钢筋笼并灌注混凝土。

2.根据权利要求1所述的成槽施工方法，其特征在于，所述矩形钻头包括绝缘座(10)、多个高电极(20)及多个低电极(30)，多个所述高电极(20)间隔设置在所述绝缘座(10)上，所述绝缘座(10)上设有供液体通过的液体通道，相邻的两个所述高电极(20)之间设置一个所述低电极(30)，多个所述高电极(20)的外侧和多个所述低电极(30)的外侧围成矩形。

3.根据权利要求2所述的成槽施工方法，其特征在于，多个所述高电极(20)的外侧和多个所述低电极(30)的外侧围成的矩形的长度和宽度等于或小于所述槽段的长度和宽度。

4.根据权利要求3所述的成槽施工方法，其特征在于，所述槽段的长度和宽度分别是多个所述高电极(20)的外侧和多个所述低电极(30)的外侧围成的矩形的长度和宽度的整数倍。

5.根据权利要求2所述的成槽施工方法，其特征在于，所述矩形钻头还包括设置在所述绝缘座(10)上的中心高电极(60)，多个所述高电极(20)及多个所述低电极(30)围绕所述中心高电极(60)设置，所述中心高电极(60)具有供液体通过的中心射流孔(61)和侧射流孔(62)，所述中心射流孔(61)贯穿所述中心高电极(60)的上下表面并与所述液体通道连通，所述侧射流孔(62)设置在所述中心高电极(60)的侧面上且与所述中心射流孔(61)连通。

6.根据权利要求1所述的成槽施工方法，其特征在于，在利用所述矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的同时通过水或泥浆或气体进行清渣。

7.根据权利要求1所述的成槽施工方法，其特征在于，在将矩形钻头置入所述导墙槽的底部的步骤和利用所述矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的步骤之间还包括以下步骤：

利用所述矩形钻头产生的等离子体对土层破碎，并通过泥浆进行护壁和清渣；

或者，

利用液压抓斗对土层进行挖掘，并通过泥浆进行护壁和清渣。

8.根据权利要求7所述的成槽施工方法，其特征在于，在利用所述矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的步骤之前还包括以下步骤：

在距离成槽位置预设距离的位置处制作泥浆池。

9.根据权利要求7所述的成槽施工方法，其特征在于，在利用所述矩形钻头产生的等离子体对岩层进行破碎的步骤之前的步骤中还包括以下步骤：

通过膨润土、水以及纯碱制备泥浆。

10.根据权利要求1所述的成槽施工方法，其特征在于，在确定成槽位置的步骤和构筑导墙的步骤之间还包括以下步骤：

根据成槽位置进行测量放线，以确定成槽位置的中心点和确定导墙的位置。

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