一种机械钻孔桩的钻孔方法与流程

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。

技术实现要素：

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。

结合图1与图2，在单元坐标系z轴方向，使用弯矩my、截面数据czp、czm计算的截面应力，输出的是两个数值中绝对值的较大值。最大值为57.6mpa，小于容许应力145mpa，分项比值安全系数：145/57.6＝2.5。因此该钻头无论材质还是安全系数均能够满足要求。

钻头受力情况分析表

综上，第一步采用直径1.5m钻头，完全能够满足使用要求，事实证明第一步开挖也非常顺利。

实施例2：

桩径φ2.4m，设计桩长104m的桩基，其实际孔深为114m。

第一步，先用φ1.4m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，将钻杆取出并更换成φ2.1m的钻头钻至设计标高；

第四步，更换成与设计桩径尺寸相同的φ2.4m的大钻头钻至设计标高。

实施例3：

桩径φ2.0m，设计桩长90m的桩基，其实际孔深为100m。

第一步，先用φ1.3m的小钻钻至设计桩底标高；

第二步，提取钻杆更换成φ1.6m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φ2.0m的大钻头钻至设计标高。

上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。