本发明属于桩基施工领域，更具体地，涉及一种桩基开孔装置及方法。
背景技术：
灌注桩是通过直接在所设计的桩位上开孔，成孔后在孔内加放钢筋笼，再灌注混凝土的一种成桩工艺。常见的成桩方法包括冲击成孔和人工挖孔。冲击成孔通常利用冲击式钻机或卷扬机把带钻刃、有较大质量的冲击钻头提高，靠自由下落的冲击力来削切岩层或冲挤土层，然后采用专门的捞渣工具掏土成孔，设备简单，操作方便，但其成孔速度慢，工期时间长，钻头容易磨损，容易出现孔斜、卡钻和掉钻等事故，维护费用高，施工进度难以保证。人工挖孔则是直接采用人力进行挖土成孔，造价低廉，但成孔深度受限，安全措施不当或不全，容易造成人员伤亡，且在地质情况复杂、地下水位高级孔中缺氧或有毒气发生的土层不宜采用。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种桩基开孔装置及方法，由此解决现有成桩方法存在的开孔速度慢，工期时间长，开孔深度受限及施工进度难以保证等的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种桩基开孔装置，包括：开孔力产生机构；
所述开孔力产生机构包括金属通道和/或液体通道，所述开孔力产生机构用于利用所述金属通道中的金属通电气化爆炸产生的第一冲击力、电源对所述液体通道中的液体放电产生的第二冲击力，或者所述金属通道中的金属通电气化爆炸及金属与所述液体通道中的液体反应所产生的第三冲击力作为开孔的驱动力，由所述驱动力引起待开孔土层的挤压和破碎，以达到开孔效果。
优选地，所述桩基开孔装置还包括送丝机构，所述送丝机构用于在单次开孔结束后，自动补充金属，方便开孔作业的连续自动进行。
优选地，所述桩基开孔装置还包括液体补充机构，所述液体补充机构用于在开孔作业结束后，根据液体的消耗情况，自动补充液体。
优选地，所述开孔力产生机构包括至少一条金属通道和/或至少一条液体通道。
按照本发明的另一方面，提供了一种桩基开孔方法，包括：
对金属通道中的金属通入脉冲电流，以使金属高温气化，发生爆炸产生第一冲击力；或者，对液体通道中的液体放电，产生第二冲击力；或者，对所述金属通道中的金属通入脉冲电流，以使所述金属高温气化发生爆炸，同时，所述金属与所述液体通道中的液体发生化学反应，产生第三冲击力；
由所述第一冲击力、所述第二冲击力或者所述第三冲击力作为开孔的驱动力，由所述驱动力引起待开孔土层的挤压和破碎，以达到开孔效果。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明利用金属电爆炸、液体放电或者金属电爆炸与金属和液体化学反应所产生的冲击力作为桩基成孔与扩孔的作用力，装置结构简单，操作简易，设备轻便，灵活性高，不受施工场地和工作面限制，成本低廉，造价低，易于施工和现场作业。扩孔过程可以单次完成，扩孔成形时间短，效果可靠，工作效率高，节约施工时间。成孔及扩孔过程仅使用电能，清洁无污染，安全可靠，运动及控制部件少，维护方便，使用寿命长，地质适应力强，可以适应不同土壤的成孔及扩孔工作，适用于不同桩型及桩尺寸。特别适合黏土层，坚硬土层、砂砾石层等含有岩石的土层及含有地下水的土层。
(2)本发明可以通过调节金属的通入电流、单次放电的总能量和金属的用量灵活调控单次成孔和扩孔的作用力，从而调节成孔的深度及半径、扩孔的范围等几何参数，保证桩身质量及单桩承载力，单次放电时间极短，单次成孔深度高，速度快，可实现不间断连续成孔作业，有利于缩短施工工期。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种灌注桩成孔装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种桩基扩孔装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种灌注桩成孔后的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种桩基扩孔后的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种桩基开孔装置及方法，可用于桩基的成孔与扩孔，能够提高灌注桩成孔的工作效率，结构简单，操作便捷，能耗小，安全可靠无污染，同时冲击力可以灵活调节，适用于不同土壤，尤其适合含有孤石的砂砾石层、坚硬土层、硬质岩层及含有地下水的土层中成孔及扩孔。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。
在本发明的一个方面，提供了一种桩基开孔装置，包括：开孔力产生机构；
开孔力产生机构包括金属通道和/或液体通道，开孔力产生机构用于利用金属通道中的金属通电气化爆炸产生的第一冲击力、电源对液体通道中的液体放电产生的第二冲击力，或者金属通道中的金属通电气化爆炸及金属与液体通道中的液体反应所产生的第三冲击力作为开孔的驱动力，由驱动力引起待开孔土层的挤压和破碎，以达到开孔效果。
在本发明实施例中，金属在气化后，与液体的接触面大大增加，提高了金属与液体发生化学反应产生的冲击力。
在本发明实施例中，金属材料可以为铝、铁或者钨等任意一种金属材料，液体材料可以是水等任意一种液体材料，具体采用何种金属材料与何种液体材料进行化学反应，本发明实施例不作唯一性限定。
在本发明实施例中，开孔力产生机构包括至少一条金属通道和/或至少一条液体通道，具体使用的数量本发明实施例不作唯一性限定。
在本发明实施例中，金属可以是丝状，带状或者箔状等，或绕制成单个线圈形状，具体采用何种形状本发明实施例不作唯一性限定。
其中，线圈可以是整体单独一个线圈，也可以是多个小线圈，方便扩容，灵活装配，具体采用何种方式本发明实施例不作唯一性限定。
其中，通过调整金属/液体的用量，可以灵活控制开孔驱动力，从而达到最佳打夯效果和夯实质量。
作为一种可选的实施方式，桩基开孔装置还包括送丝机构，送丝机构用于在单次开孔结束后，自动补充金属，方便开孔作业的连续自动进行。
作为一种可选的实施方式，桩基开孔装置还包括液体补充机构，液体补充机构用于在开孔作业结束后，根据液体的消耗情况，自动补充液体。
以下结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明实施例的灌注桩成孔装置的总体结构包括：高压电极1、接地电极2、铝丝3、土层4、进水管5、出水管6。
铝丝3设置在土层4表面，两端分别与高压电极1和接地电极2连接。高压电极1和接地电极2之间充满水。
成孔方法包括以下步骤：
(1)铝丝3紧贴土层4放置，沿条状平行排布在土层4表面，铝丝3的两端分别接高压电极1和接地电极3；
(2)通过进水管5，将水引入高压电极1和接地电极2之间，使得高压电极1和接地电极2之间充满水，同时铝丝3浸泡浸没在水中；
(3)高压电极1与接地电极2之间放电，使得铝丝3中流经高脉冲电流，焦耳热效应使得能量迅速在铝丝中积聚，铝丝高温气化，发生爆炸产生巨大的冲击波，同时，铝丝气化后，与水的接触面大大增加，铝丝与水发生化学反应，产生氢气，这两种力叠加引起土层的挤压和破碎；
(4)土渣随水进入出水管6排除到桩孔外，单次作业成孔形貌如图3所示(7为原始土层位置，8为成孔后的土层位置)；
(5)单次放电完成后，重新填装铝丝；
(6)重复步骤(2)-(5)，直至成孔至指定深度。
在一个可选的实施方式中，可根据单次成孔的半径和深度，调节铝丝用量和排布方式，从而灵活调控下一次成孔的范围和深度。
在一个可选的实施方式中，可以增设送丝机构，自动补充消耗的铝丝。
实施例2
如图2所示，本发明实施例的扩孔装置的总体结构包括：线圈3、土层4。
扩孔方法包括以下步骤：
(1)线圈3放置在水槽内，并且紧贴土层4放置，水槽中充满水；
(2)线圈3通电，由于线圈3采用铝材料绕制而成，大电流下焦耳热效应显著，能量在线圈中积聚，铝丝高温气化，发生爆炸产生巨大的冲击波，同时，铝气化后，与水的接触面大大增加，铝与水发生化学反应，产生氢气，释放巨大能量，进一步增大了冲击力。这两种力叠加引起土层的挤压和破碎，达到扩孔效果，扩孔后的桩孔轮廓如图4所示(7为原始土层位置，8为扩孔后的土层位置)。
(3)如果单次扩孔未达到指定要求，则重复步骤(1)-(2)，直到扩孔完成。
在一个可选的实施方式中，可根据扩孔的参数要求，调节线圈的匝数、尺寸和形状(绕制铝丝用量)，从而只需设置单次放电即可完成整个扩孔过程。
在一个可选的实施方式中，可以增设送丝机构和补水机构，自动补充消耗的铝丝和水，同时自动将土渣随水排出孔外。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。