[发明专利]一种机械钻孔桩的钻孔方法

说明书

技术领域

本发明涉及土木施工打桩技术领域，特别涉及一种机械钻孔桩的钻孔方法。

背景技术

申请号为201510485561.X的发明专利，公开了一种三段式扩底桩的成孔施工方法。

土木施工离不开桩基，而形成桩基之前需要向地面下钻孔。现有的钻孔方法为三段式打法，即将孔沿其长度方向分成三段分别进行成孔施工。

但是对桩径大于1.5米的大桩径时，如：

桩径Φ2.2m，设计桩长98m的桩基，其实际孔深为108m。

在冲至90m的位置，突遇较硬岩层，冲击钻由于孔内泥浆稠度大，冲击钻钻头在下坠冲击时遇到的阻力削减了动能，出现了吸钻现象，极易卡钻。同时岩层对冲击钻反弹作用加强，冲击钻进尺效果已经大打折扣，进尺非常缓慢。

最后，现场采取将冲击钻更换成反循环钻机解决最后这18m的孔深。

但是这种方法成孔，需要在钻孔过程中回填后继续钻孔，增加了施工时长。因为108米深的桩孔，成孔后需要尽快浇灌。否则，随着施工时间的增加，塌孔的风险会增加。万一出现塌孔，处理难度会越来越大，施工资源和资金投入也会更多，造成不必要的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械钻孔桩的钻孔方法，减小了施工过程中的成孔阻力。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种机械钻孔桩的钻孔方法，

第一步，根据实际施工的桩孔直径大小选取至少三种尺寸的钻头；

第二步，按照钻头直径从小到大的顺序依次对成桩地点进行钻孔，且每次钻孔深度为实际设计的孔深，直到成孔的直径与实际设计桩孔直径相同。

通过采用上述技术方案，先用直径尺寸小于成孔直径的钻头钻至需要成孔的深度。由于钻径较小，钻孔过程中成孔阻力变小，遇到较硬的岩层更易打穿，遇到粘稠的泥浆时产生的阻力小，不易发生吸钻现象。然后再一次采用直径更大的钻头进行扩孔，每次扩孔时地面对钻头产生的阻力都小于一次成孔的阻力。所以进尺进度得到加快，并且在本方法中无需对桩孔进行回填处理，大大缩短了成孔工期，从而降低了成孔坍塌的风险。

进一步设置：在选取钻头直径尺寸时，选取的最小的钻头直径不超过1.5米。

通过采用上述技术方案，根据实际施工经验，在桩孔直径小于1.5米时，不易发生钻头掉落的现象，所以第一次钻孔的钻头直径不超过1.5米。

进一步设置：每相邻两次钻孔的钻头直径差不超过0.5米。

通过采用上述技术方案，因为后续的钻孔步骤，是在上一步骤成孔的基础上施工，而钻头与地面接触面积越大，则成孔阻力越大。所以本方案中每相邻两次钻孔的钻头之间差不超过0.5米，将后续步骤中的成孔阻力降低，从而加快了钻孔时的进尺速度。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、因为在钻孔过程中，钻头直径越小，成孔时产生的阻力越小，越容易克服复杂的地质情况进行钻孔。并且此时成孔的进尺速度快，更易钻至设计标高。

2、在后续的扩孔时，钻头尺寸变大，但是与地面之间的实际接触面积变小，成孔阻力变小，遇到较硬的岩层不易发生吸钻现象。使得钻头不易掉落，无需费时打捞，从而缩短了工期，并降低了成孔坍塌的风险。

附图说明

图1是表示Φ1.5m的钻头有限元模型；

图2是基于图1的有限元模型进行模拟实际钻探时钻头的受力分析。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

桩径Φ2.2m，设计桩长98m的桩基，其实际孔深为108m。

第一步，先用Φ1.5m的小钻钻至设计桩底标高；

第二步，提取钻杆更换成Φ1.8m的中钻头钻至设计标高；

第三步，更换成与设计桩径尺寸相同的Φ2.2m的大钻头钻至设计标高。

第一步钻头尺寸的计算分析：

采用GF-400型号反循环钻机，开挖分三步，第一阶段开挖能力直接决定了三步法是否可行。主轴扭矩42000N.m，第一步钻头轮廓直径1.5m，因此换算成单点水平荷载即为：42000/0.75/1000＝56KN。由于钻头处地质情况复杂，采用理论模型也难以模拟接触的4个刀刃细部受力情况，并且也不准确。因此可以通过将钻孔地质反力施加于钻头来模拟，通过弯曲、剪切、轴向作用与极限荷载的比值系数来判断钻头第一步开挖的合理性。