本发明涉及一种硬岩旋挖施工方法，尤其涉及一种大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法。
背景技术：
目前，对于直径1500毫米及以上的大直径旋挖灌注桩，其硬岩钻进通常采用分级扩孔钻进工艺，即采用从小直径取芯、捞渣，逐步分级扩大钻进直径，直至达到设计桩径，如图1所示，直径2800毫米的灌注桩旋挖入硬岩，一般从小孔逐步扩大分级扩孔施工。
这种分级扩孔工艺需要配备多种不同直径的旋挖入岩钻筒和捞渣钻斗，钻进和清渣过程中需频繁更换钻头，增加了旋挖钻机起钻的次数，直接影响钻进效率，同时，随着分机钻头直径的加大，其在硬岩中的扭矩也将增大，其钻进速度慢，钻进效率低，因此现有的这种钻机工艺有待改善。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，以解决上述技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，采用直径不同的大钻筒和小钻筒，灌注桩的设计桩径为a毫米，大钻筒的直径为a毫米，小钻筒的直径在0.3a至0.55a毫米之间；所述钻进方法的施工步骤包括：s1、硬岩钻进旋挖钻机就位；s2、旋挖钻机小阵列孔钻进准备；s3、在设计桩径范围内，利用小钻筒依次钻出至少两个取芯孔并捞渣；s4、在设计桩径范围内，利用大钻筒整体钻芯并捞渣。
作为优选，在s3步骤中，所述取芯孔以设计桩径的圆心圆周阵列分布。
作为优选，当硬岩抗压强度小于或等于40mpa时，小钻筒的直径在0.45a毫米至0.55a毫米之间。
作为优选，所述灌注桩的设计桩径在1500毫米至2800毫米之间时，所述小钻筒的直径在800毫米至1400毫米之间，所述灌注桩的设计桩径越大，所选取的小钻筒的直径越大。
作为优选，当灌注桩的设计桩径为1500毫米、1800毫米、2200毫米、2500毫米或2800毫米时，对应的小钻筒的直径依次为800毫米、900毫米、1000毫米、1200毫米或1400毫米。
作为优选，所述灌注桩的设计桩径大于或等于1800毫米时，在s3步骤中，小钻筒依次钻出至少三个取芯孔。
作为优选，当硬岩抗压强度大于40mpa时，小钻筒的直径在0.35a毫米至0.55a毫米之间。
作为优选，所述灌注桩的设计桩径在1500毫米至2800毫米之间时，所述小钻筒的直径在800毫米至1000毫米之间。
作为优选，当灌注桩的设计桩径为1500毫米、1800毫米、2200毫米、2500毫米或2800毫米时，对应的小钻筒的直径依次为800毫米、900毫米、1000毫米、800毫米或900毫米。
作为优选，所述灌注桩的设计桩径在2400毫米至3000毫米时，在s3步骤中，小钻筒依次钻出至少七个取芯孔。
本发明的有益效果是：
1、硬岩钻进扭矩小，通常采取的分级扩孔硬岩旋挖钻进(即背景技术中提到的施工工艺)后期扭矩逐渐加大，钻进速度慢、钻进效率低，而本发明采用的“小钻阵列取芯，大钻整体削平”工艺，使用的是小直径小钻筒钻取芯，钻进始终处于小扭矩状态，硬岩钻进速度快、钻进效率高；
2、优化了现场管理，采用硬岩分级扩孔钻进，需要准备各种不同直径的截齿和捞渣钻头，对钻头的使用量非常大，而采用本发明则只需要大、小二种钻头就能解决硬岩钻进，大大减少了钻头的种类和数量，优化了施工现场的管理；
3、降低了成桩成本，采用本钻进施工工艺，加快了成桩进度，减少了机具投入，有效降低了施工成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为现有技术分级扩孔施工方法的步骤示意图；
图2为本发明的实施例6中的施工步骤示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
一种大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，采用直径不同的大钻筒和小钻筒，若将灌注桩所需要达到的设计桩径设为a毫米，选取大钻筒的直径为a毫米，即大钻筒的直径与设计桩径相同即可。
小钻筒的直径根据硬岩抗压强度、设计桩径的不同而不同，其直径的范围在0.3a至0.55a毫米之间。
具体的施工步骤包括：
s1、硬岩钻进旋挖钻机就位；
s2、旋挖钻机小阵列孔钻进准备；
s3、在设计桩径范围内，利用小钻筒依次钻出至少两个取芯孔并捞渣，其中，取芯孔以设计桩径的圆心圆周阵列分布；
s4、在设计桩径范围内，利用大钻筒整体钻芯并捞渣。
在s3步骤中，所述取芯孔以设计桩径的圆心圆周阵列分布。
根据实际施工时的情况，将硬岩抗压强度分为小于或等于40mpa和大于40mpa两个区间进行划分使用不同直径的小钻筒。
当硬岩抗压强度小于或等于40mpa时，小钻筒的直径在0.45a毫米至0.55a毫米之间，具体地，所述灌注桩的设计桩径在1500毫米至2800毫米之间时，所述小钻筒的直径在800毫米至1400毫米之间，所述灌注桩的设计桩径越大，所选取的小钻筒的直径越大；所述灌注桩的设计桩径大于或等于1800毫米时，在s3步骤中，小钻筒依次钻出至少三个取芯孔。
当硬岩抗压强度大于40mpa时，小钻筒的直径在0.35a毫米至0.55a毫米之间，具体地，所述灌注桩的设计桩径在1500毫米至2800毫米之间时，所述小钻筒的直径在800毫米至1000毫米之间；所述灌注桩的设计桩径在2400毫米至3000毫米时，在s3步骤中，小钻筒依次钻出至少七个取芯孔。
本发明的原理如下：
1、小扭矩钻头快速钻进
旋挖钻机硬岩钻进时，钻头的直径越大，其克服硬岩内进尺的阻力越大，所需要的钻进扭矩越大，本发明专利采用小直径阵列取芯钻进的方法，用钻机本身在大扭矩实施小断面钻进，有效克服硬岩中的钻进阻力，可大大加快钻进效率；
2、临空面破碎
在进行s3步骤时，先利用小钻筒钻出第一个取芯孔后，在钻出第二个取芯孔时，第二个取芯孔所在圆与第一个取芯孔所在圆有重合的地方，使得在钻出第二个取芯孔时更加容易，如此阵列钻出若干取芯孔，减小了相邻钻孔的入岩难度，提高了后序取芯孔的钻进效率。
以下将分别根据不同的硬岩抗压强度和设计桩径来列举出多个实施例。
实施例1
本实施例中的设计桩径的直径为1500mm，岩石抗压强度小于或等于40mpa，选取的大钻筒的直径为1500mm，小钻筒的直径为800mm，在s3步骤中，利用小钻筒以设计桩径所在圆的圆心圆周阵列钻出两个取芯孔并捞渣，两个取芯孔所在圆与设计桩径所在圆均相切。
实施例2
本实施例中的设计桩径的直径为1800mm，岩石抗压强度小于或等于40mpa，选取的大钻筒的直径为1800mm，小钻筒的直径为900mm，在s3步骤中，利用小钻筒以设计桩径所在圆的圆心圆周阵列钻出三个取芯孔并捞渣，三个取芯孔所在圆与设计桩径所在圆均相切。
实施例3
本实施例中的设计桩径的直径为2200mm，岩石抗压强度小于或等于40mpa，选取的大钻筒的直径为2200mm，小钻筒的直径为1000mm，在s3步骤中，利用小钻筒以设计桩径所在圆的圆心圆周阵列钻出三个取芯孔并捞渣，三个取芯孔所在圆与设计桩径所在圆均相切。
实施例4
本实施例中的设计桩径的直径为2500mm，岩石抗压强度小于或等于40mpa，选取的大钻筒的直径为2500mm，小钻筒的直径为1200mm，在s3步骤中，利用小钻筒以设计桩径所在圆的圆心圆周阵列钻出三个取芯孔并捞渣，三个取芯孔所在圆与设计桩径所在圆均相切。
实施例5
本实施例中的设计桩径的直径为2800mm，岩石抗压强度小于或等于40mpa，选取的大钻筒的直径为2800mm，小钻筒的直径为1400mm，在s3步骤中，利用小钻筒以设计桩径所在圆的圆心圆周阵列钻出两个取芯孔并捞渣，两个取芯孔所在圆与设计桩径所在圆均相切。
实施例6
如图2所示，本实施例中的设计桩径的直径为1500mm，岩石抗压强度大于40mpa，选取的大钻筒的直径为1500mm，小钻筒的直径为800mm，在s3步骤中，利用小钻筒以设计桩径所在圆的圆心圆周阵列钻出三个取芯孔并捞渣，三个取芯孔所在圆与设计桩径所在圆均相切。
图2中的数字代表优选的钻出取芯孔的顺序。
实施例7
本实施例中的设计桩径的直径为1800mm，岩石抗压强度大于40mpa，选取的大钻筒的直径为1800mm，小钻筒的直径为900mm，在s3步骤中，利用小钻筒以设计桩径所在圆的圆心圆周阵列钻出四个取芯孔并捞渣，四个取芯孔所在圆与设计桩径所在圆均相切。
实施例8
本实施例中的设计桩径的直径为2200mm，岩石抗压强度大于40mpa，选取的大钻筒的直径为2200mm，小钻筒的直径为1000mm，在s3步骤中，利用小钻筒以设计桩径所在圆的圆心圆周阵列钻出四个取芯孔并捞渣，四个取芯孔所在圆与设计桩径所在圆均相切。
实施例9
本实施例中的设计桩径的直径为2500mm，岩石抗压强度大于40mpa，选取的大钻筒的直径为2500mm，小钻筒的直径为800mm，在s3步骤中，利用小钻筒以设计桩径所在圆的圆心圆周阵列钻出七个取芯孔并捞渣，其中六个取芯孔所在圆与设计桩径所在圆均相切，剩余一个取芯孔所在圆的圆心与设计桩径所在圆的圆心重合。
实施例10
本实施例中的设计桩径的直径为2800mm，岩石抗压强度大于40mpa，选取的大钻筒的直径为2800mm，小钻筒的直径为900mm，在s3步骤中，利用小钻筒以设计桩径所在圆的圆心圆周阵列钻出七个取芯孔并捞渣，其中六个取芯孔所在圆与设计桩径所在圆均相切，剩余一个取芯孔所在圆的圆心与设计桩径所在圆的圆心重合。
以上10个实施例是分别针对5种不同的设计桩径和2种不同的岩石抗压强度范围分别提供的数据，其中包括针对不同情况选用不同直径的小钻筒，以及针对不同情况在s3步骤中，利用小钻筒钻出的取芯孔的数量，将上述数据综合制作表格如下。
表一阵列布孔方式
其中，布孔排列中的数字代表的是优选的钻孔顺序。
关于“回次进尺控制”的要求如下。
硬岩钻进根据阵列孔(取芯孔)直径大小、硬岩抗压强度和使用的旋挖筒钻钻头的形式(截齿或牙轮)，一般阵列小钻回次进尺控制在1.0～1.4m，大断面整体钻头钻进进尺控制一般1.0m。
与现有的分级扩孔硬岩旋挖钻进施工方法相比，本发明提供的一种大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，具有以下优点：
1、硬岩钻进扭矩小
通常采取的分级扩孔硬岩旋挖钻进后期扭矩逐渐加大，钻进速度慢、钻进效率低，而本专利采用的“小钻阵列取芯，大钻整体削平”工艺，使用的是小直径截齿筒钻取芯，钻进始终处于小扭矩状态，硬岩钻进速度快、钻进效率高。
2、优化了现场管理
采用硬岩分级扩孔钻进，需要准备各种不同直径的截齿和捞渣钻头，对钻头的使用量非常大，而采用本专利技术则只需要大、小二种钻头就能解决硬岩钻进，大大减少了钻头的种类和数量，优化了施工现场的管理。
3、降低了成桩成本
采用本钻进施工工艺，加快了成桩进度，减少了机具投入，有效降低了施工成本。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
1.一种大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，采用直径不同的大钻筒和小钻筒，灌注桩的设计桩径为a毫米，其特征在于，大钻筒的直径为a毫米，小钻筒的直径在0.3a至0.55a毫米之间；
所述钻进方法的施工步骤包括：
s1、硬岩钻进旋挖钻机就位；
s2、旋挖钻机小阵列孔钻进准备；
s3、在设计桩径范围内，利用小钻筒依次钻出至少两个取芯孔并捞渣；
s4、在设计桩径范围内，利用大钻筒整体钻芯并捞渣。
2.根据权利要求1所述的大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，其特征在于，在s3步骤中，所述取芯孔以设计桩径的圆心圆周阵列分布。
3.根据权利要求1所述的大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，其特征在于，当硬岩抗压强度小于或等于40mpa时，小钻筒的直径在0.45a毫米至0.55a毫米之间。
4.根据权利要求3所述的大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，其特征在于，所述灌注桩的设计桩径在1500毫米至2800毫米之间时，所述小钻筒的直径在800毫米至1400毫米之间，所述灌注桩的设计桩径越大，所选取的小钻筒的直径越大。
5.根据权利要求4所述的大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，其特征在于，当灌注桩的设计桩径为1500毫米、1800毫米、2200毫米、2500毫米或2800毫米时，对应的小钻筒的直径依次为800毫米、900毫米、1000毫米、1200毫米或1400毫米。
6.根据权利要求3所述的大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，其特征在于，所述灌注桩的设计桩径大于或等于1800毫米时，在s3步骤中，小钻筒依次钻出至少三个取芯孔。
7.根据权利要求1所述的大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，其特征在于，当硬岩抗压强度大于40mpa时，小钻筒的直径在0.35a毫米至0.55a毫米之间。
8.根据权利要求7所述的大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，其特征在于，所述灌注桩的设计桩径在1500毫米至2800毫米之间时，所述小钻筒的直径在800毫米至1000毫米之间。
9.根据权利要求8所述的大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，其特征在于，当灌注桩的设计桩径为1500毫米、1800毫米、2200毫米、2500毫米或2800毫米时，对应的小钻筒的直径依次为800毫米、900毫米、1000毫米、800毫米或900毫米。
10.根据权利要求7所述的大直径旋挖灌注桩硬岩小钻阵列取芯钻进方法，其特征在于，所述灌注桩的设计桩径在2400毫米至3000毫米时，在s3步骤中，小钻筒依次钻出至少七个取芯孔。
技术总结