本发明专利技术公开了一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩成桩的钻头，钻头包括与钻杆连接的钻头本体、以及设置在钻头本体上的若干通道；通道包括有水泥浆通道、水平高压水通道、竖直高压水通道和末端连接在水平高压水通道、竖直高压水通道上的若干磨料通道；水泥浆通道、水平高压水通道的出口端分别设置有径向的水泥浆喷嘴和水平高压水射流喷嘴，竖直高压水通道的末端设置有竖向高压水射流喷嘴。本发明专利技术利用水泥浆通道灌注水泥浆，还可以通过在水平高压水通道和竖直高压水通道内添加磨料，增强高压水体的切割强度，从而提升钻头本体整体的切割强度，同时减小钻头本体头部的损耗，使钻头具有更长的使用寿命。更长的使用寿命。更长的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩的成桩方法及钻头
[0001]本专利技术涉及建筑施工领域，具体涉及一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩的成桩方法及钻头及其成桩方法。
技术介绍
[0002]随着社会经济的高速发展，国家对各类军用、民用超级工程的需求增加，对于桩基础的承载力和抗震性能提出了更高的要求。我国道路桥涵规范将桩身直径大于2.5m的桩基础划为大直径桩基础。在高层建筑、海上风电、核电设施工程中，大直径桩基础凭借其较高的承载力和良好的抗震性能受到大规模的应用。
[0003]嵌岩桩即为桩端部分嵌入岩层的桩基础。其轴向承载力由桩周土侧摩阻力、嵌岩段侧摩阻力及桩端阻力三部分组成。嵌岩桩桩端嵌入岩层，使桩基和岩层接触更为紧密协调，岩层在一定程度上能够阻止桩基向下沉降，且岩层较普通土层刚度更大，因此嵌岩桩呈现出承载力大，变形沉降小的特点。
[0004]相较于传统大直径等截面桩，扩底桩引入变截面形式，桩身的尾部局部扩大桩径，在合理增加材料用量的情况下，其竖向和水平向承载力会得到显著提高，节省材料、控制成本的同时保证建筑体施工安全和使用可靠。
[0005]然而传统大直径扩底嵌岩桩在施工过程中主要利用机械式钻头成孔，钻头常采用金刚钻等材料，当达到设计标高时，更换成孔钻头，继续掘进作业。机械式钻头通常采用金刚钻等切割破碎岩石，施工过程中对钻头磨损较大，钻头寿命周期有限。在扩底作业时需要更换直径不同的钻头，施工工艺也较为繁琐。而将高压水射流技术应用到扩底桩基础施工中，以高压水射流代替传统机械钻头，避免了钻头的磨损老化，并且施工中使用的水资源环保经济，符合绿色建筑发展理念。在扩大桩径时，也不需再次更换钻头，简化施工流程，提高施工效率。
技术实现思路
[0006]针对现有技术的上述不足，本专利技术提供了一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩的成桩方法及钻头及其成桩方法。
[0007]一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩成桩的钻头，包括与钻杆连接的钻头本体、以及设置在钻头本体上的若干通道；通道包括有水泥浆通道、水平高压水通道、竖直高压水通道和末端连接在水平高压水通道、竖直高压水通道上的若干磨料通道；水泥浆通道、水平高压水通道的出口端分别设置有径向的水泥浆喷嘴和水平高压水射流喷嘴，竖直高压水通道的末端设置有竖向高压水射流喷嘴。
[0008]进一步地，钻头本体底部设置有若干个竖向高压水射流喷嘴，竖向高压水射流喷嘴呈一字形均布。
[0009]进一步地，水泥浆通道、水平高压水通道、竖直高压水通道、磨料通道的入口端分别连接有泥浆灌注装置、水平高压水加压装置、竖向高压水加压装置和磨料输送装置，以及
驱动钻杆旋转的钻杆旋转装置和带动钻杆升降的钻杆升降装置。
[0010]进一步地，水泥浆喷嘴的高度高于水平高压水射流喷嘴的高度；水泥浆通道、水平高压水通道分别对称设置有两处，每处水泥浆通道和水平高压水通道的出口端分别设置有两个水泥浆喷嘴和水平高压水射流喷嘴。
[0011]一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩的成桩方法，还包括如下步骤：
[0012]S1：确认成桩数据，以及与钻杆连接的外部连接设备的数据
[0013]设备正式作业前工作准备，确定所成桩基的直径、扩底半径、桩身长度、扩底长度、外部高压水的工作水压，并结合现场地质条件确定高压水加压装置、磨料输送装置、泥浆灌注装置的压力及其变化范围，确认钻杆升降装置、钻杆旋转装置能正常运行；
[0014]S2：确认成桩位置，修正钻杆的垂直度，检测各个外部连接设备的数据
[0015]确认成桩位置，调整钻机使钻杆的位置移动到成桩位置，调整钻杆位于成桩位置上方，并使钻杆与成桩位置所在地平面垂直；利用定位设备测得的数据对钻杆的垂直度进行修正，直至钻杆垂直于成桩位置所在地平面，完成垂直度测试；检测钻杆旋转装置、高压水加压装置、磨料输送装置、泥浆灌注装置，确保外部设备能正常安全的协同作业；
[0016]S3：调节高压水加压装置的工作水压，启动钻杆旋转装置、高压水加压装置
[0017]启动钻杆旋转装置前，先对钻杆的若干通道进行疏通，确保钻杆的若干通道疏通后，再调节高压水加压装置，使高压水加压装置压力至工作水压；然后再启动动力旋转装置带动钻杆旋转，同时打开竖向高压水加压装置，使竖向高压水射流喷嘴开始喷射，钻杆底部的钻头在动力旋转装置和钻杆升降装置的作用下旋转式向下掘进，切割岩石；
[0018]S4：水平高压水射流喷嘴进行扩径工作
[0019]启动水平高压水加压装置使水平高压水射流喷嘴开始工作，对水平方向的岩土体进行切割，从而扩大桩基的桩径至设计的扩底半径；
[0020]S5：钻孔、扩孔过程中的切割破碎岩土体处理
[0021]在钻孔和扩孔过程中，钻杆与桩基孔之间会累计有一定量的切割破碎岩土体，利用机械抓斗定期将切割破碎岩土体抓出，保证钻杆高效工作，被切割破碎岩土体取出后，将切割破碎岩土体放置在预定场地；
[0022]S6：遇到坚硬岩层，在钻头本体的通道中加入磨料
[0023]当钻杆在单位时间内的钻孔速度下降时，则判定竖向高压水射流喷嘴工作时遇到坚硬岩层，此时通过磨料输送装置，将磨料导入到水平高压水通道和竖直高压水通道中，增大竖向高压水射流喷嘴和水平高压水射流喷嘴射流的切割强度，用于切割坚硬岩石；
[0024]S7：调节高压水加压装置，进行扩底楔形桩孔
[0025]当钻孔的深度达到等直径桩身的桩身长度，调节水平高压水加压装置水平高压水射流喷嘴的水压，使水平高压水混合体切割周围岩石的范围逐渐增大；并通过钻杆旋转装置和钻杆升降装置带动竖向高压水射流喷嘴旋转式向下掘进，形成扩底楔形桩孔，并一直钻孔至扩底长度；
[0026]S8：扩底楔形桩孔完成，进行水泥浆灌注
[0027]达到预设孔的桩身长度、扩底长度和扩底半径设计深度后，启动外部泥浆灌注装置利用水泥浆喷嘴进行水泥浆灌注，水泥浆灌注完成后，通过外部钻杆升降设备将钻杆旋转式提升，完成水泥浆喷射完成，形成大直径扩底嵌岩桩。
[0028]进一步地，磨料为金刚砂或者石英砂。
[0029]进一步地，步骤S6中的磨料通过外部的磨料输送装置或者通过钻头通道内高压水的文丘里效应将其带入至钻头本体的通道内。
[0030]进一步地，高压水加压装置包括有水平高压水加压装置和竖向高压水加压装置。
[0031]在步骤S7中，扩底楔形桩孔开始到完成的过程中，水平高压水加压装置的水压逐渐增大。
[0032]进一步地，修正钻杆垂直度的方法为：
[0033]S21：利用全站仪测量钻杆顶部和底部的中点坐标，并对通过测得的顶部和底部中点坐标进行计算判断，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，该轴线垂直与成桩位置所在地平面，则判定钻杆为竖直；否则钻杆倾斜，进入下一步；
[0034]S22：固定钻杆的顶端，在全站仪的视角上调整钻杆的低端，直到钻杆垂直与成桩位置所在地平面。
[0035]本专利技术的有益效果为：本专利技术的钻本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩成桩的钻头，其特征在于，包括与钻杆连接的钻头本体、以及设置在钻头本体上的若干通道；所述通道包括有水泥浆通道、水平高压水通道、竖直高压水通道和末端连接在所述水平高压水通道、所述竖直高压水通道上的若干磨料通道；所述水泥浆通道、所述水平高压水通道的出口端分别设置有径向的水泥浆喷嘴(16)和水平高压水射流喷嘴(14)，所述竖直高压水通道的末端设置有竖向高压水射流喷嘴(10)。2.根据权利要求书1所述的一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩成桩的钻头，其特征在于，所述钻头本体底部设置有若干个竖向高压水射流喷嘴(10)，所述竖向高压水射流喷嘴(10)呈一字形均布。3.根据权利要求书1所述的一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩成桩的钻头，其特征在于，所述水泥浆通道、水平高压水通道、竖直高压水通道、磨料通道的入口端分别连接有泥浆灌注装置、水平高压水加压装置、竖向高压水加压装置和磨料输送装置，以及驱动钻杆旋转的钻杆旋转装置和带动钻杆升降的钻杆升降装置。4.根据权利要求书1所述的一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩成桩的钻头，其特征在于，所述水泥浆喷嘴(16)的高度高于水平高压水射流喷嘴(14)的高度；所述水泥浆通道、所述水平高压水通道分别对称设置有两处，每处所述水泥浆通道和所述水平高压水通道的出口端分别设置有两个水泥浆喷嘴(16)和水平高压水射流喷嘴(14)。5.一种高压水射流大直径扩底嵌岩桩的成桩方法，利用如权利要求1
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4所述的高压水射流大直径扩底嵌岩桩成桩的钻头，其特征在于，包括如下步骤：S1：确认成桩数据，以及与钻杆连接的外部连接设备的数据设备正式作业前工作准备，确定所成桩基的直径、扩底半径、桩身长度、扩底长度、外部高压水的工作水压，并结合现场地质条件确定高压水加压装置、磨料输送装置、泥浆灌注装置的压力及其变化范围，确认钻杆升降装置、钻杆旋转装置能正常运行；S2：确认成桩位置，修正钻杆的垂直度，检测各个外部连接设备的数据确认成桩位置，调整钻机使钻杆的位置移动到成桩位置，调整钻杆位于成桩位置上方，并使钻杆与成桩位置所在地平面垂直；利用定位设备测得的数据对钻杆的垂直度进行修正，直至钻杆垂直于成桩位置所在地平面，完成垂直度测试；检测钻杆旋转装置、高压水加压装置、磨料输送装置、泥浆灌注装置，确保外部设备能正常安全的协同作业；S3：调节高压水加压装置的工作水压，启动钻杆旋转装置、高压水加压装置启动钻杆旋转装置前，先对钻杆的若干通道进行疏通，确保钻杆的若干通道疏通后，再调节高压水加压装置，使高压水加压装置压力至工作水压；然后再启动动力旋转装置带动钻杆旋转，同时打开竖向高压水加压装置，使竖向高压水射流喷嘴(10)开始喷射，钻杆底部的钻头在动力旋转装置和钻...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧强，丁选明，曹琴，曹光伟，赵津桥，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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