CN113931572A - 复合地层大直径桩基的施工方法及钻头系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合地层大直径桩基的施工方法及钻头系统，施工方法包括以下步骤：在预设桩基的土层钻设第一段桩孔；在入岩施工前，确认当前岩层强度低于预设值时，使用捞渣钻采用逐渐扩孔的方式钻设第二段桩孔，后一次钻设所采用的钻头直径比前一次钻设所采用的钻头直径大0.5‑0.6m；确认当前岩层强度高于预设值时，交替使用筒钻和捞渣钻采用逐渐扩孔的方式钻设第三段桩孔，后一轮次钻设所采用的钻头直径比前一轮次钻设所采用的钻头直径大0.5‑0.6m。通过采用上述技术方案，降低机械设备所需扭矩、提升复合地层的施工工效。

Description

复合地层大直径桩基的施工方法及钻头系统

技术领域

本发明涉及钻进施工的技术领域，具体涉及一种复合地层大直径桩基的施工方法及钻头系统。

背景技术

复合地层是指在地下工程开挖断面范围内和开挖延伸方向上，由两种或两种以上不同地层组成，且复合地层的岩土力学、工程地质和水文地质等特征相差悬殊的组合地层。当需要对复合地层进行大直径桩基施工时，一般采用旋挖成孔施工，根据地层情况选用刮刀钻、筒钻或滚刀钻，常规工序是从开孔直接使用大直径的筒钻进行钻进。

由于复合地层的地质特征之间相差悬殊，采用常规的旋挖成孔施工工艺进行大直径桩施工，无法及时根据不同地层进行施工，特别在两个底层交接处，难以确认最优的钻头类型，致使钻设设备所需的扭矩要求高，造成机械设备费用偏高；同时，在泥岩地层区域施工易出现卡钻、钻头易结泥饼的问题，从而导致施工工效偏低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低机械设备所需扭矩、提升复合地层的施工工效的复合地层大直径桩基的施工方法及钻头系统。

为实现该目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，提供一种复合地层大直径桩基的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

在预设桩基的土层钻设第一段桩孔；

在入岩施工前，确认当前岩层强度低于预设值时，使用捞渣钻采用逐渐扩孔的方式钻设第二段桩孔，后一次钻设所采用的钻头直径比前一次钻设所采用的钻头直径大0.5-0.6m；

确认当前岩层强度高于预设值时，交替使用筒钻和捞渣钻采用逐渐扩孔的方式钻设第三段桩孔，后一轮次钻设所采用的钻头直径比前一轮次钻设所采用的钻头直径大0.5-0.6m。

通过采用上述技术方案，由于预设桩基的土层强度较低，施工难度较小，无需采用分级套钻成孔的方式，开设的第一段桩孔为入岩施工起到导向的作用。确认当前岩层强度低于预设值时，使用捞渣钻头采用逐渐扩孔的方式钻设第二段桩孔，工艺简单，每一次扩孔均在上一级成孔的基础上进行扩张，起到将钻孔和扩孔两者的操作相分离，使得机械设备开孔更为容易，无需过大的设备扭矩，降低对设备、人力资源的浪费；同时，由于其岩层强度较低(小于5MPa)，采用捞渣钻分级套钻成孔，减少钻具的更换次数，提高桩基的施工效率。当确认当前岩层强度高于预设值时，由于此时岩层强度较大，且岩层吸水性能力较强，钻具与孔壁密闭形成缩颈状态，增大了钻孔摩阻力，通过采用旋挖钻和捞渣钻交替使用的方式，旋挖钻起到将桩基内岩土回转破碎，捞渣钻将旋挖钻破碎后的岩土装入斗内并排出，辅以分级套钻逐步扩孔，减少岩土对钻头回转所带来的阻力，降低缩颈现象带来的岩土黏附，进而降低机械设备的损耗，提升设备施工的工效。通过提供对存在土层、强风化岩层以及中、微风化岩层的复合地层钻进方法，进而提升了在复合地层的施工效率。

通过后一轮次钻设所采用的钻头直径比前一轮次钻设所采用的钻头直径大0.5-0.6m，设置相对合理的扩孔范围，若是扩孔范围过大，将增大钻进设备的扭矩要求，无法起到降低设备成本的作用；同时，或是扩孔过小，致使施工工效较低。

本发明进一步设置为：所述第一段桩孔的直径与预设的桩孔直径值相等设置。

通过采用上述技术方案，第一段桩孔与预设的桩孔直径值相等，使得第一段桩孔与第二段桩孔、第三段桩孔保持直径的一致性，使得三者共同构成连贯的桩基。

本发明进一步设置为：所述第一段桩孔直接采用与桩基等直径的捞渣钻一步成孔。

通过采用上述技术方案，由于预设桩基的土层强度较低，施工难度较小，无需采用分级套钻成孔的方式,通过等直径的捞渣钻一步成孔以及清渣，提升了成孔的施工工效。

本发明进一步设置为：使用捞渣钻头采用逐渐扩孔的方式钻设第二段桩孔，其具体步骤包括有：

根据预设的桩孔直径值确定分级扩孔级数，利用所述捞渣钻在桩位钻进出一级孔，一级孔的直径小于预设的桩孔直径值，逐级增大桩孔的直径，直至N级孔的直径与预设的桩孔直径值相等为止。

通过采用上述技术方案，在确认当前岩层强度高于预设值时，根据预设的桩孔直径值确定分级扩孔级数，工艺简单，将一次成孔改为N次成孔，且一级孔的直径小于桩基的预设直径，使得开设一级孔时无需选取大型的机械设备进行钻取，而后期N级扩孔，均在上一级成孔的基础上进行扩张，起到将钻孔和扩孔两者的操作相分离，使得机械设备开孔更为容易，无需过大的设备扭矩，降低对设备、人力资源的浪费；同时，由于其岩层强度较低(小于5MPa)，采用捞渣钻分级套钻成孔，减少钻具的更换次数，提高桩基的施工效率。

本发明进一步设置为：交替使用筒钻和捞渣钻采用逐渐扩孔的方式钻设第三段桩孔，其具体步骤包括有：

利用筒钻在桩位钻设一级孔，再用捞渣钻对一级孔进行清渣，之后逐级通过筒钻和捞渣钻交替的方式扩孔清渣，直至N级孔的直径与预设的桩孔直径值相等设置。

通过采用上述技术方案，在确认当前岩层强度高于预设值时，由于岩层强度较大，且岩层吸水性能力较强，钻具与孔壁密闭形成缩颈状态，增大了钻孔摩阻力，通过采用筒钻和捞渣钻交替使用的方式，筒钻起到将桩基内岩土回转破碎，捞渣钻将筒钻破碎后的岩土装入斗内并排出，辅以分级套钻逐步扩孔，减少岩土对钻头回转所带来的阻力，降低缩颈现象带来的岩土黏附，进而降低机械设备的损耗，提升设备施工的工效；同时，使得筒钻伸缩钻杆实现钻头快速升降，加快在泥岩层、砂层的钻进速度。

本发明进一步设置为：确认当前岩层强度高于预设值时，钻设同一级的桩孔所采用的筒钻和捞渣钻两者的尺寸相一致。

通过采用上述技术方案，使得捞渣钻可将基孔内的渣土排出，使得清渣更为彻底，利于后一级的扩孔。

本发明进一步设置为：所述预设值包括有风化系数，风化系数设为0.4。

通过采用上述技术方案，进而对强风化岩、中微风化岩进行定量划分，便于施工人员根据预设值选定钻进方式，对复合地层的钻进更为合理。

第二方面，提供一种复合地层大直径桩基的钻头系统，包括有筒钻和捞渣钻，所述筒钻和所述捞渣钻分别连接有与钻杆相连接的连接体，所述筒钻的下方开口边沿均设有若干钻齿，所述筒钻的外缘设置有螺旋肋条，所述螺旋肋条绕所述筒钻的外缘圈数至少为两圈。

通过采用上述技术方案，由于中风化及微风化岩层占比较大，普通的筒钻在转动过程中外壁易粘附岩土，加上泥岩吸水性能力较强，筒钻与孔壁密闭形成缩颈状态，增大了钻孔摩阻力，钻进效率降低，甚至出现卡钻现象，通过在筒钻的外缘设置有螺旋肋条，有效改善筒钻外壁易粘附泥岩现状，提升钻孔工效；同时，设置螺旋肋条绕筒钻的外缘圈数至少为两圈，保持筒钻的外壁的螺纹，降低泥土的粘附，防止筒钻出现卡钻的现象。

本发明进一步设置为：所述螺旋肋条凸出所述筒钻的外缘25～35mm。

通过采用上述技术方案，当螺旋肋条凸出筒钻的外缘过大时，易于对桩基的预设直径造成误差，影响成孔的精准性。当螺旋肋条凸出筒钻的外缘过小时，则难以起到有效改善筒钻外壁易粘附泥岩的现状。

本发明进一步设置为：所述捞渣钻的外缘底端设有若干间隔设置的加强肋条。

通过采用上述技术方案，为了保证捞渣钻刃角的刚度及强度，提升捞渣钻的牢固性。

本发明进一步设置为：所述加强肋条的轴向方向与所述捞渣钻的轴向方向相一致，若干所述加强肋条之间相互平行设置。

通过采用上述技术方案，对捞渣钻的钻刃起到均匀一致的加强作用，且相对于传统的增设加强环节省了钢材的用料，降低了成本。

本发明进一步设置为：所述加强肋条的长度小于所述捞渣钻的筒体高度的二分之一。

通过采用上述技术方案，减少对钢材的使用，降低钻头的制造成本。

本发明进一步设置为：所述捞渣钻的底部开口设置有底板，所述底板设有至少一个用于聚集渣土的截齿板，所述截齿板从所述底板的旋转中心向外延伸，所述截齿板向外突出有若干截齿。

通过采用上述技术方案，底板设有至少一个截齿板，使得渣土能够向截齿板的中间聚集，更好的推动渣土进入捞渣钻，提高捞渣钻的进渣效果。

本发明进一步设置为：所述捞渣钻和所述筒钻两者的直径包括有1400mm、2000mm、2500mm以及3000mm。

通过采用上述技术方案，根据桩基的预设直径确定分级扩孔级数，并进行逐级的扩孔，合理选取钻头型号，将钻具的扭矩要求维持在较低水平。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：

1.在风化系数小于0.4的岩层中，根据桩基的预设直径确定分级扩孔级数，工艺简单，将一次成孔改为N次成孔，且一级孔的直径小于桩基的预设直径，使得开设一级孔时无需选取大型的机械设备进行钻取，而后期N级扩孔，均在上一级成孔的基础上进行扩张，起到将钻孔和扩孔两者的操作相分离，使得机械设备开孔更为容易，无需过大的设备扭矩，降低对设备、人力资源的浪费；同时，由于其岩层强度较低(小于5MPa)，采用捞渣钻分级套钻成孔，减少钻具的更换次数，提高桩基的施工效率；

2.在风化系数大于0.4的岩层中，由于岩层强度较大，且岩层吸水性能力较强，钻具与孔壁密闭形成缩颈状态，增大了钻孔摩阻力，通过采用筒钻和捞渣钻交替使用的方式，筒钻起到将桩基内岩土回转破碎，捞渣钻将旋挖钻破碎后的岩土装入斗内并排出，辅以分级套钻逐步扩孔，减少岩土对钻头回转所带来的阻力，降低缩颈现象带来的岩土黏附，进而降低机械设备的损耗，提升设备施工的工效；同时，使得旋挖钻伸缩钻杆实现钻头快速升降，加快在泥岩层、砂层的钻进速度；

3.由于风化系数大于0.4的岩层占比较大，普通的筒钻在转动过程中外壁易粘附岩土，加上泥岩吸水性能力较强，筒钻与孔壁密闭形成缩颈状态，增大了钻孔摩阻力，钻进效率降低，甚至出现卡钻现象，通过在筒钻的外缘设置有螺旋肋条，有效改善筒钻外壁易粘附泥岩现状，提升钻孔工效；同时，设置螺旋肋条绕筒钻的外缘圈数至少为两圈，保持筒钻的外壁的螺纹，降低泥土的粘附，防止筒钻出现卡钻的现象；

4.在钻设第一、二以及三段桩孔时，采用同一套钻头即可适应复合地层较为复杂的施工环境，既解决了施工时在中、微风岩层中易于出现的卡钻现象，提升了钻孔的工效，同时克服了施工时在强风化和全风化岩层中对钻孔设备扭矩要求过高的问题，提升了同一套钻头的适应性能，降低对复合地层的钻孔成本。

附图说明

图1为本实施例的施工流程图；

图2为本实施例的第一段桩孔的钻进示意图；

图3为本实施例的第二段桩孔的一级孔的开孔示意图；

图4为本实施例的第二段桩孔的N级孔的开孔示意图；

图5为本实施例的第三段桩孔的一级孔的钻进示意图；

图6为本实施例的第三段桩孔的一级孔的清渣示意图；

图7为本实施例的第三段桩孔的N级孔的钻进示意图；

图8为本实施例的第三段桩孔的N级孔的清渣示意图；

图9为本实施例的筒钻的结构示意图；

图10为本实施例的捞渣钻的结构示意图。

附图标记：1、筒钻；2、连接体；3、钻齿；4、螺旋肋条；5、捞渣钻；6、加强肋条；7、底板；8、截齿。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地描述，其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。

对实施例的描述应当详细，使本领域的技术人员在不需创造性就可实现本技术方案。实施例可以是一个或多个，应视具体情况而定，以支持所要保护的范围。

对于产品对的发明，具体实施方式应结合附图详细描述产品的机械构成，说明各部件之间的相互关系，例如它们之间的连接关系、配合关系等，必要时还应说明其动作过程或操作步骤。涉及方法发明时，除写明步骤外，还应写出其工艺条件。

如图1所示，本发明公开的一种复合地层大直径桩基的施工方法，施工方法包括以下步骤：

S1、施工前期准备，对预设位置的地质进行超前钻探，了解预设位置的地层状况，并确定桩基的桩位中心。

S2、钢护筒的施工，对准桩位中心对钢护筒进行埋设。

S3、如图2所示，在入岩施工前，对旋挖钻机配备捞渣钻5钻头，在预设桩基的土层钻设第一段桩孔。

S4、如图3和图4所示，在入岩施工前，确认当前岩层强度低于预设值时，使用捞渣钻5采用逐渐扩孔的方式钻设第二段桩孔，后一次钻设所采用的钻头直径比前一次钻设所采用的钻头直径大0.5-0.6m；

S5、如图5和图6所示，确认当前岩层强度高于预设值时，交替使用筒钻1和捞渣钻5采用逐渐扩孔的方式钻设第三段桩孔，后一轮次钻设所采用的钻头直径比前一轮次钻设所采用的钻头直径大0.5-0.6m。

S6、在完成桩基的施工后，对桩基进行成孔检查。

S7、钢筋笼放置，将拼装完成的钢筋笼吊装进入桩基当中。

S8、混凝土灌注，在钢护筒顶部安装导管平台，下放导管并将导管调至钢筋笼中心位置，通过导管对钢筋笼灌注混凝土，灌注至相对应的设计标高为止。

可选地，在S1中，其具体步骤包括有：

根据施工图纸对施工土层进行超前钻探，根据超前钻探了解桩位各种土质的分布情况，测量复合地层的风化系数，分析得出超前钻探报告及工期要求，进而确定强风化岩层所需钻进深度和中、微风化岩层所需钻进深度，施工配备包括有全站仪、探孔器、旋挖钻机以及钻头，钻头包括筒钻1和捞渣钻5。

确定桩位中心，对预设的桩基位置进行测量放样，采用全站仪在桩基的桩位四周放出呈十字形布置的4个控制点，然后采用全站仪测量十字线交点复核桩中线坐标，通过全站仪确定桩基的桩位中心并进行标记。

另一实施例是对预设的桩基位置进行测量放样，并采用十字交叉法标示出桩位中心，之后用实线标示出桩的外部轮廓以及对桩位中心进行标记。

可选地，在S2中，其具体步骤包括有：

根据S1获得的桩位中心结果，将钢护筒吊装至设计孔位处，先下放钢护筒并对其进行固定，钢护筒顶面高出钻孔平台顶面一定高度，钢护筒采用振动锤振动下沉，振动锤将钢护筒振动下沉；由于基坑底为石方爆破开挖后地质，该基底地质为强风化岩层，强度较低；在钢护筒不再下沉后，采用旋挖钻钻孔，在旋挖钻钻进过程中，钢护筒继续振动下沉跟进。

可选地，在S3中，其成孔的具体包括以下步骤：

第一段桩孔通过捞渣钻5钻头钻进成孔，第一段桩孔的直径与预设桩孔的直径值相等设置，第一段桩孔直接采用与预设桩孔等直径的捞渣钻5一步成孔。

另一实施例是，在预设桩基的土层采用逐渐扩孔的方式钻设第一段桩孔，钻头选用为捞渣钻5，后一次钻设所采用的捞渣钻5直径比前一次钻设所采用的捞渣钻5直径大0.5-0.6m，直至钻设的第一段桩孔的直径与桩基的预设直径相等为止。

可选地，在S4中，其具体步骤包括有：

如图3和图4所示，预设值包括有风化系数，其中风化系数设为0.4，将地层的数值与预设值进行对比，判定岩层的风化程度，进而确定钻进的方式，当确认当前岩层强度低于预设值时，表示当前岩层所受的风化程度较为严重，可判别为强风化或全风化岩层，即岩层被节理的裂隙分割为成块的碎块状或散体状，岩层结构大部分被破坏，构造层理不清晰，甚至岩层的碎石可用手捏碎，因此，当前岩层的强度和吸水能力均较弱，针对当前岩层无需采用筒钻1进行钻取，直接采用捞渣钻5即可完成钻设，且同步对桩孔进行清渣，提升成孔的效率。然后，根据预设的桩孔直径值确定分级扩孔级数，利用捞渣钻5在桩位钻进出一级孔，一级孔的直径小于预设桩孔的直径值，逐级增大桩孔的直径，直至N级孔的直径与桩基的预设直径相等为止，每级桩孔的孔深之间均相同设置。

具体地，当预设桩孔的直径值为3000mm时，根据预设桩孔的直径值分四级进行钻进施工，捞渣钻5分别选取直径为1400mm、2000mm、2500mm以及3000mm的钻头，在旋挖机上安装上1400mm的捞渣钻5钻头，对强风化岩层进行钻进至预设深度，钻成一级孔，之后依次通过2000mm、2500mm以及3000mm的捞渣钻5钻头在与一级孔相同深度基础上进行扩孔，直至在层开出直径为3000mm的第二段桩孔。

可选地，在S5中，其具体步骤包括有：

如图5和图6所示，预设值包括有风化系数，其中风化系数设为0.4，将地层的数值与预设值进行对比，判定岩层的风化程度，进而确定钻进的方式，当确认当前岩层强度高于预设值时，表示当前岩层受风化程度较低，岩层的组织构造未被明显破坏，仍有较强的吸水能力，其岩层强度较强，需采用筒钻1对当前岩层进行钻取，利用筒钻1在桩位钻设一级孔，再用捞渣钻5对一级孔进行清渣，之后逐级通过筒钻1和捞渣钻5交替的方式扩孔清渣，直至N级孔的直径与预设桩孔的直径值相等设置，钻设同一级的基孔所采用的筒钻1和捞渣钻5两者的尺寸相一致，钻设不同级的基孔的孔深之间均相同设置。

如图7和图8所示，具体地，当预设桩孔的直径值为3000mm时，根据预设桩孔的直径值分四级进行钻进施工，筒钻1和捞渣钻5两者分别选取直径为1400mm、2000mm、2500mm以及3000mm的钻头，先在旋挖机装上1400mm的筒钻1钻头对风化系数大于0.4的岩层进行钻进至设计深度，将筒钻1钻头从所开设的一级孔的孔底升上，在旋挖机换上直径相同的捞渣钻5钻头，并降下捞渣钻5钻头对一级孔进行清渣处理，将开设一级孔过程中所产生的渣土排出，便于作业人员的后续扩孔，之后继续采用筒钻1和捞渣钻5交替的方式进行扩孔清渣，其中钻头的使用顺序为2000mm筒钻1、2000mm捞渣钻5、2500mm筒钻1、2500mm捞渣钻5、3000mm筒钻1以及3000mm捞渣钻5，直至四级孔的直径达到3000mm为止。

其一实施例是，当预设桩孔的直径值为3000mm时，第一段桩孔的成孔直径大于3000mm，第二段桩孔的成孔直径大于3000mm，且第二段桩孔的成孔直径小于第一段桩孔的成孔直径，继续在第二段桩孔基础上向下钻取，直至第N段桩孔的直径为3000mm为止，即第一段桩孔、第二段桩孔到第N段桩孔之间呈逐渐缩小的趋势，直至第N段桩孔的直径与预设桩孔的直径值相等为止，使得开设的桩基更为牢靠。

另一实施例是，对预设的桩基进行纵向分段钻取，即先对预设桩基的土层钻设深度为m1的第一段桩孔，第一段桩孔的深度m1小于预设桩孔的深度，第一段桩孔的直径小于预设桩孔的直径值，第二段桩孔是在第一段桩孔的基础上进行扩孔，后一次钻设所采用的钻头直径比前一次钻设所采用的钻头直径大0.5-0.6m，并在m1基础上继续掘进深度为m2，m1和m2两者的和值小于预设桩孔的深度，第三段桩孔是在第二段桩孔基础上继续扩孔，并在m1和m2基础上继续掘进深度m3，直至第N段桩孔的深度(m1+m2+m3....+mn)与预设桩孔的深度相同，且第N段桩孔的直径与预设桩孔的直径值相等为止，完成对预设的桩基钻设。

可选地，在S6中，其对桩基的成孔检测的步骤包括有：

使用探孔器对桩基的倾斜度、孔位以及孔径进行检查，其中，探孔器检查倾斜度时，将探孔器下放到桩基的底部，从横桥向、顺桥向测量吊探孔器钢丝绳与桩位中心水平距离，将水平距离值除以孔深，获取倾斜度；

探孔器检查孔位时，将探孔器下放到护筒底口处，从横桥向、顺桥向测量吊探孔器钢丝绳与桩位中心水平距离，获取偏差；

探孔器检查孔径时，采用直径与设计桩径相同，长为设计桩径4-5倍的探孔器，当探孔器顺利下放到桩基的孔底，孔径合格。

可选地，在S7中，其具体步骤包括有：

在安装钢筋笼时，采用多点起吊。吊点可设于钢筋笼的下部、中部或中上部，并采取措施加强吊点的结构强度，以保证钢筋笼在起吊时不致变形；吊放钢筋笼进入桩基时应对准孔径，保持钢筋笼的轴向方向的垂直设置，钢筋笼进入桩基后逐渐缓慢下放，钢筋笼中心与设计桩中心位置对正，并将钢筋笼焊接定位于钢护筒上，完成钢筋笼的安装。

另一方面，如图9和图10所示，公开了一种复合地层大直径桩基的钻头系统，包括有筒钻1和捞渣钻5，筒钻1和捞渣钻5两者的上方分别固定连接有与钻杆相连接的连接体2，其中，筒钻1起到将桩基内岩土回转破碎，筒钻1的下方开口边沿均焊接有若干均匀分布的钻齿3，钻齿3的材质可选为硬质合金，筒钻1钻头呈中空桶状设置，筒钻1的侧壁分别开设有用于向外排气和水的排泄孔，筒钻1的高度可根据所需钻进的深度进行选取，筒钻1的宽度可根据桩基的预设直径和分级扩孔次数进行选取。

筒钻1的外缘固定连接有螺旋肋条4，螺旋肋条4绕筒钻1的外缘圈数至少为两圈，螺旋肋条4凸出筒钻1的外缘25～35mm，螺旋肋条4采用钢板焊接制成。

优选地，螺旋肋条的凸出筒钻的外缘δ为30mm。

捞渣钻5，用于将筒钻1破碎后的岩土装入斗内并排出，其形成呈中空桶状设置，捞渣钻5的底部开口活动连接有底板7，底板7可沿筒钻1的底部开口中心旋转，底板7开设有进渣口，渣土从进渣口穿过底板7，从而进入捞渣钻5的内腔。

底板7的底端固定连接有至少一个截齿8板，截齿8板从底板7的旋转中心向外延伸，起到对渣土的推动效果，截齿8板的下方向外突出有若干均匀分设的截齿8，其中截齿8起到破坏土层的作用，同时起到一定的推动渣土的作用。

捞渣钻5的外缘底端焊接有若干间隔设置的加强肋条6，加强肋条6的轴向方向与捞渣钻5的轴向方向相一致，若干加强肋条6之间相互平行设置，加强肋条6的长度小于捞渣钻5的筒体高度的二分之一。

捞渣钻5和筒钻1两者的直径包括有1400mm、2000mm、2500mm以及3000mm。

综上，本申请提供的施工方法及钻头系统具有如下有益效果：

在风化系数小于0.4的岩层中，根据预设桩孔的直径值确定分级扩孔级数，工艺简单，将一次成孔改为N次成孔，且一级孔的直径小于桩基的预设直径，使得开设一级孔时无需选取大型的机械设备进行钻取，而后期N级扩孔，均在上一级成孔的基础上进行扩张，起到将钻孔和扩孔两者的操作相分离，使得机械设备开孔更为容易，无需过大的设备扭矩，降低对设备、人力资源的浪费；同时，由于其岩层强度较低(小于5MPa)，采用捞渣钻5分级套钻成孔，减少钻具的更换次数，提高桩基的施工效率。

在风化系数大于0.4的岩层中，由于岩层强度较大，且岩层吸水性能力较强，钻具与孔壁密闭形成缩颈状态，增大了钻孔摩阻力，通过采用筒钻1和捞渣钻5交替使用的方式，筒钻1起到将桩基内岩土回转破碎，捞渣钻5将旋挖钻破碎后的岩土装入斗内并排出，辅以分级套钻逐步扩孔，减少岩土对钻头回转所带来的阻力，降低缩颈现象带来的岩土黏附，进而降低机械设备的损耗，提升设备施工的工效；同时，使得旋挖钻伸缩钻杆实现钻头快速升降，加快在泥岩层、砂层的钻进速度。

并通过在筒钻1的外缘上设有螺旋肋条4，有效改善筒钻1外壁易粘附泥岩现状，提升钻孔工效；同时，设置螺旋肋条4绕筒钻1的外缘圈数至少为两圈，保持筒钻1的外壁的螺纹，降低泥土的粘附，防止筒钻1出现卡钻的现象。

对不同风化岩层采用不同方式进行施工，使得该施工方法无需采用扭矩较大的钻进设备，降低机械能耗，使得钻进的成本较低，且克服了钻头在钻进过程中的卡钻问题，使得该施工方法及其钻头结构可适应地质较为复杂的复合地质，提升了对复合地质施工的施工工效。

在钻设第一、二以及三段桩孔时，采用同一套钻头即可适应复合地层较为复杂的施工环境，既解决了施工时在中、微风岩层中易于出现的卡钻现象，提升了钻孔的工效，同时克服了施工时在强风化和全风化岩层中对钻孔设备扭矩要求过高的问题，提升了同一套钻头的适应性能，降低对复合地层的钻孔成本。

虽然上面已经示出了本发明的一些示例性实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理或精神的情况下，可以对这些示例性实施例做出改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (14)

1.一种复合地层大直径桩基的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：

在预设桩基的土层钻设第一段桩孔；

在入岩施工前，确认当前岩层强度低于预设值时，使用捞渣钻(5)采用逐渐扩孔的方式钻设第二段桩孔，后一次钻设所采用的钻头直径比前一次钻设所采用的钻头直径大0.5-0.6m；

确认当前岩层强度高于预设值时，交替使用筒钻(1)和捞渣钻(5)采用逐渐扩孔的方式钻设第三段桩孔，后一轮次钻设所采用的钻头直径比前一轮次钻设所采用的钻头直径大0.5-0.6m。

2.根据权利要求1所述的复合地层大直径桩基的施工方法，其特征在于，所述第一段桩孔的直径与预设的桩孔直径值相等设置。

3.根据权利要求2所述的复合地层大直径桩基的施工方法，其特征在于，所述第一段桩孔直接采用与预设桩孔等直径的捞渣钻(5)一步成孔。

4.根据权利要求1所述的复合地层大直径桩基的施工方法，其特征在于，使用捞渣钻(5)头采用逐渐扩孔的方式钻设第二段桩孔，其具体步骤包括有：

根据预设的桩孔直径值确定分级扩孔级数，利用所述捞渣钻(5)在桩位钻进出一级孔，一级孔的直径小于预设的桩孔直径值，逐级增大桩孔的直径，直至N级孔的直径与预设的桩孔直径值相等为止。

5.根据权利要求1所述的复合地层大直径桩基的施工方法，其特征在于，交替使用筒钻(1)和捞渣钻(5)采用逐渐扩孔的方式钻设第三段桩孔，其具体步骤包括有：

利用筒钻(1)在桩位钻设一级孔，再用捞渣钻(5)对一级孔进行清渣，之后逐级通过筒钻(1)和捞渣钻(5)交替的方式扩孔清渣，直至N级孔的直径与预设的桩孔直径值相等设置。

6.根据权利要求5所述的复合地层大直径桩基的施工方法，其特征在于，确认当前岩层强度高于预设值时，钻设同一级的桩孔所采用的筒钻(1)和捞渣钻(5)两者的尺寸相一致。

7.根据权利要求1所述的复合地层大直径桩基的施工方法，其特征在于，所述预设值包括有风化系数，风化系数设为0.4。

8.一种复合地层大直径桩基的钻头系统，其特征在于，包括有筒钻(1)和捞渣钻(5)，所述筒钻(1)和所述捞渣钻(5)分别连接有与钻杆相连接的连接体(2)，所述筒钻(1)的下方开口边沿均设有若干钻齿(3)，所述筒钻(1)的外缘设置有螺旋肋条(4)，所述螺旋肋条(4)绕所述筒钻(1)的外缘圈数至少为两圈。

9.根据权利要求8所述的复合地层大直径桩基的钻头系统，其特征在于，所述螺旋肋条(4)凸出所述筒钻(1)的外缘25～35mm。

10.根据权利要求8所述的复合地层大直径桩基的钻头系统，其特征在于，所述捞渣钻(5)的外缘底端设有若干间隔设置的加强肋条(6)。

11.根据权利要求10所述的复合地层大直径桩基的钻头系统，其特征在于，所述加强肋条(6)的轴向方向与所述捞渣钻(5)的轴向方向相一致，若干所述加强肋条(6)之间相互平行设置。

12.根据权利要求10所述的复合地层大直径桩基的钻头系统，其特征在于，所述加强肋条(6)的长度小于所述捞渣钻(5)的筒体高度的二分之一。

13.根据权利要求10所述的复合地层大直径桩基的钻头系统，其特征在于，所述捞渣钻(5)的底部开口设置有底板(7)，所述底板(7)设有至少一个用于聚集渣土的截齿(8)板，所述截齿(8)板从所述底板(7)的旋转中心向外延伸，所述截齿(8)板向外突出有若干截齿(8)。

14.根据权利要求8所述的复合地层大直径桩基的钻头系统，其特征在于，所述捞渣钻(5)和所述筒钻(1)两者的直径包括有1400mm、2000mm、2500mm以及3000mm。

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