一种硬土夹层地基高压水射流劲芯复合桩施工方法及钻头与流程

1.本发明涉及工程施工技术领域，具体涉及一种硬土夹层地基高压水射流劲芯复合桩施工方法及钻头。


背景技术：

2.硬土层包含普硬土和坚硬土，一般指土含碎石重粘土，其中包括侏罗纪和石炭纪的硬粘土、含有碎石、卵石、建筑碎料和重达25kg的顽石、(总体积10％以内)等杂质的肥粘土和重粘土冰碛粘土，含有重量在50kg以内的巨砾。
3.作为建筑物的常用基础形式，桩基础已广泛应用于硬土层相关的基础工程问题中。桩基础按照施工方法的不同，可以分为预制桩和灌注桩两大类。而在实际工程中，当持力层以上有坚硬地层时，会出现混凝土预制桩沉桩困难的问题。灌注桩采用现场浇筑混凝土的方式，具有可操作性强、可成桩直径较大和单桩承载力大的优点。
4.然而在硬土层浇筑灌注桩时，由于竖向的硬土层所含碎石、卵石、顽石和巨砾的阻碍，会造成冲孔过程中竖向成孔困难；又由于横向的硬土层所含碎石、卵石、顽石和巨砾的阻碍，会造成孔后下放钢筋笼或预制混凝土管桩困难等问题，从而导致成孔、成桩时间长、效果不佳等不利于工程进展的情况发生。


技术实现要素：

5.针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种施工效率高的硬土夹层地基高压水射流劲芯复合桩施工方法及钻头。
6.为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
7.提供一种硬土夹层地基高压水射流劲芯复合桩施工方法，其包括以下步骤：
8.s1：采用卫星定位装置对预钻孔的位置进行定位；
9.s2：将钻机安装在定位的位置上方，调整钻机的钻杆的垂直度，确保钻杆垂直于定位的土体表面；
10.s3：测试安装在钻头前端竖向高压水射流破岩喷头和横向高压水射流破岩喷头与高压水装置的导通程度，确保竖向高压水射流破岩喷头和横向高压水射流破岩喷头喷出的水压达到设定水压；
11.s4：打开高压水装置与竖向高压水射流破岩喷头之间的高压水通道，钻头从土体表面向下方钻孔，通过竖向高压水射流破岩喷头切割钻头下方的土体，且竖向高压水射流破岩喷头喷出的水压为p；
12.s5：钻头向土体下方匀速移动，若钻头在一段设定时间内不移动，则判定钻头下端存在大石块，此时增大竖向高压水射流破岩喷头排出的水压，直到钻头继续匀速向下移动，再将竖向高压水射流破岩喷头喷出的水压减小到p；
13.s6：钻头向下移动设定距离h后，关闭竖向高压水射流破岩喷头与高压水装置之间的高压水通道，打开横向高压水射流破岩喷头与高压水装置之间的高压水通道，进行钻孔
的横向扩大；
14.s7：经过设定时间后，再次打开竖向高压水射流破岩喷头与高压水装置之间的高压水通道，关闭横向高压水射流破岩喷头与高压水装置之间的高压水通道；
15.s8：重复步骤s5
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s7，直到钻孔达到设定的深度；
16.s9：提升钻头，关闭高压水装置，利用钻头中部的注浆通道向钻孔内喷射水泥浆；
17.s10：水泥浆从钻头前端的水泥浆喷口喷向钻头四周的土体，且对水泥浆和土体进行搅拌，形成水泥土桩；
18.s11：将预制的混凝土管桩、钢管桩、h型钢或工字钢插入水泥土桩中，形成复合桩基。
19.进一步地，调整钻杆垂直度的方法为：
20.s21：分别通过全站仪测试钻杆顶端和底端的中点，若钻杆顶端的中点和钻杆低端的中点均位于同一竖直线上，则判定钻杆为竖直；否则钻杆倾斜，进入下一步；
21.s22：固定钻杆的顶端，在全站仪的视角上调整钻杆的低端，直到钻杆垂直。
22.进一步地，步骤s3包括：
23.s31：打开钻头前端竖向高压水射流破岩喷头和横向高压水射流破岩喷头与高压水装置之间的高压水通道，将竖向高压水射流破岩喷头和横向高压水射流破岩喷头的水压调整到设定压强；
24.s32：利用钻头在任意土体表面进行表层试钻，通过土体表层被破坏的强度来判断竖向高压水射流破岩喷头和横向高压水射流破岩喷头的导通度，若被破坏的强度达到要求，则竖向高压水射流破岩喷头和横向高压水射流破岩喷头已经完全导通，否则需要对竖向高压水射流破岩喷头和横向高压水射流破岩喷头进行清理。
25.提供一种上述硬土夹层地基高压水射流劲芯复合桩施工方法所使用的钻头，包括钻头本体，钻头本体的内部设置有水泥浆输送通道，水泥浆输送通道与钻头本体前端的侧面设置的若干水泥浆喷口连通，钻头本体前端的端部设置有若干竖向高压水射流破岩喷头，若干竖向高压水射流破岩喷头成一字形排列，水泥浆喷口的上方设置有若干横向高压水射流破岩喷头，横向高压水射流破岩喷头和竖向高压水射流破岩喷头通过钻头本体侧面设置的高压水通道连通。
26.提供一种上述硬土夹层地基高压水射流劲芯复合桩施工方法所使用的钻头，其包括钻头本体，钻头本体的内部设置有水泥浆输送通道，水泥浆输送通道与钻头本体前端的侧面设置的若干水泥浆喷口连通，钻头本体前端的端部设置有若干竖向高压水射流破岩喷头，若干竖向高压水射流破岩喷头成一字形排列，水泥浆喷口的上方设置有若干横向高压水射流破岩喷头，横向高压水射流破岩喷头和竖向高压水射流破岩喷头通过钻头本体侧面设置的高压水通道连通。
27.本发明的有益效果为：本发明采用高压水射流切割大块石的方法，可以通过竖向高压水射流高效破岩，提高施工效率，减小污染，降低生产成本。而本发明的施工方法可有效通过水平旋转高压水射流破岩，对于已被水平旋转高压水射破碎的岩石，预制混凝土管桩、钢管桩、h型钢或工字钢可直接下放而不受阻碍。通过水平的高压喷射注浆，将原先切割的碎石和土体通过高压水泥浆的灌入后形成水泥土桩，无需考虑将碎石土体从孔中挖出。本发明便于操作，施工的成本低廉，可有效提高对硬土层竖向和水平向的大块石的破碎作
用，是一种有效针对硬土夹层中坚硬岩土体破碎的方法。
附图说明
28.图1为钻头的结构图。
29.图2为钻头施工示意图。
30.图3为复合桩基的示意图。
31.图4为水泥浆喷口的施工示意图。
32.图5为钻杆垂直度调整施工示意图。
33.其中，1、横向高压水射流破岩喷头，2、竖向高压水射流破岩喷头，3、水泥浆喷口，4、高压水通道，5、钻头本体，6、注浆通道，7、水泥土桩，8、复合桩基。
具体实施方式
34.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
35.本方案的硬土夹层地基高压水射流劲芯复合桩施工方法包括以下步骤：
36.s1：采用卫星定位装置对预钻孔的位置进行定位；
37.s2：将钻机安装在定位的位置上方，调整钻机的钻杆的垂直度，如图5所示，确保钻杆垂直于定位的土体表面；调整钻杆垂直度的方法为：
38.s21：分别通过全站仪测试钻杆顶端和底端的中点，若钻杆顶端的中点和钻杆低端的中点均位于同一竖直线上，则判定钻杆为竖直；否则钻杆倾斜，进入下一步；
39.s22：固定钻杆的顶端，在全站仪的视角上调整钻杆的低端，直到钻杆垂直。
40.s3：测试安装在钻头前端竖向高压水射流破岩喷头2和横向高压水射流破岩喷头1与高压水装置的导通程度，确保竖向高压水射流破岩喷头2和横向高压水射流破岩喷头1喷出的水压达到设定水压；包括：
41.s31：打开钻头前端竖向高压水射流破岩喷头2和横向高压水射流破岩喷头1与高压水装置之间的高压水通道，将竖向高压水射流破岩喷头2和横向高压水射流破岩喷头1的水压调整到设定压强；
42.s32：利用钻头在任意土体表面进行5
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10cm的表层试钻，通过土体表层被破坏的强度来判断竖向高压水射流破岩喷头2和横向高压水射流破岩喷头1的导通度，若被破坏的强度达到要求，则竖向高压水射流破岩喷头2和横向高压水射流破岩喷头1已经完全导通，否则需要对竖向高压水射流破岩喷头2和横向高压水射流破岩喷头1进行清理。
43.s4：打开高压水装置与竖向高压水射流破岩喷头2之间的高压水通道，钻头从土体表面向下方钻孔，如图2所示，通过竖向高压水射流破岩喷头2切割钻头下方的土体，且竖向高压水射流破岩喷头2喷出的水压为p；
44.s5：钻头向土体下方匀速移动，若钻头在一段设定时间内不移动，则判定钻头下端存在大石块，此时增大竖向高压水射流破岩喷头2排出的水压，直到钻头继续匀速向下移动，再将竖向高压水射流破岩喷头2喷出的水压减小到p；增大竖向高压水射流破岩喷头2排
出的水压的范围为：80mpa～400mpa。
45.s6：钻头向下移动设定距离h后，关闭竖向高压水射流破岩喷头2与高压水装置之间的高压水通道，打开横向高压水射流破岩喷头1与高压水装置之间的高压水通道，进行钻孔的横向扩大；
46.s7：经过设定时间后，再次打开竖向高压水射流破岩喷头2与高压水装置之间的高压水通道，关闭横向高压水射流破岩喷头1与高压水装置之间的高压水通道；
47.s8：重复步骤s5
‑
s7，直到钻孔达到设定的深度；
48.s9：提升钻头，关闭高压水装置，利用钻头中部的注浆通道6向钻孔内喷射水泥浆，如图4所示；
49.s10：水泥浆从钻头前端的水泥浆喷口3喷向钻头四周的土体，且对水泥浆和土体进行搅拌，形成水泥土桩7；
50.s11：将预制的混凝土管桩、钢管桩、h型钢或工字钢插入水泥土桩7中，形成复合桩基8，如图3所示。
51.上述硬土夹层地基高压水射流劲芯复合桩施工方法所使用的钻杆的结构为，如图1所示，包括钻头本体5，钻头本体5的内部设置有水泥浆输送通道，水泥浆输送通道与钻头本体5前端的侧面设置的若干水泥浆喷口3连通，钻头本体5前端的端部设置有若干竖向高压水射流破岩喷头2，若干竖向高压水射流破岩喷头2成一字形排列，水泥浆喷口3的上方设置有若干横向高压水射流破岩喷头1，横向高压水射流破岩喷头1和竖向高压水射流破岩喷头2通过钻头本体5侧面设置的高压水通道4连通。
52.本发明采用高压水射流切割大块石的方法，可以通过竖向高压水射流高效破岩，提高施工效率，减小污染，降低生产成本。而本发明的施工方法可有效通过水平旋转高压水射流破岩，对于已被水平旋转高压水射破碎的岩石，预制混凝土管桩、钢管桩、h型钢或工字钢可直接下放而不受阻碍。
53.通过水平的高压喷射注浆，将原先切割的碎石和土体通过高压水泥浆的灌入后形成水泥土桩7，无需考虑将碎石土体从孔中挖出。本发明便于操作，施工的成本低廉，可有效提高对硬土层竖向和水平向的大块石的破碎作用，是一种有效针对硬土夹层中坚硬岩土体破碎的方法。