一种硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法

摘要

本发明公开了一种硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，通过设置中心孔和周边孔，并在周边孔内设置破岩装置，采用高压气体膨胀致裂法对桩址岩体自地表至桩底一次性完成致裂破碎后，再用机械冲孔成孔，桩孔开挖方式为高压气体膨胀致裂法和机械法协同方式，中心孔形成临空面和补偿空间，周边孔布置致裂孔进行岩体致裂后，再进行机械冲孔，使得工作效率得到极大提高，并且十分安全，解决了坚硬岩地层冲孔桩成孔慢、成孔难等技术难题。

权利要求

1.一种硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：根据设计图纸，现场进行测量放样，确定硬岩地层冲孔桩孔的位置及大小；

步骤二：在桩孔中心处用孔钻机或其它机械，打一个中心孔，中心孔打至桩底标高处；

步骤三：沿桩孔周边轮廓线，以中心孔的孔心为中心均匀布置若干个周边孔，所述周边孔为致裂孔；

步骤四：组装破岩装置，并将组装完的各所述破岩装置放入各周边孔中，采用速凝早强水泥或其他速凝快硬的堵孔材料将致裂孔与所述破岩装置之间的空隙以及自最上端的所述破岩装置的上端面以上的1.2～1.5m长的致裂孔空隙填满；

步骤五：待堵孔材料的强度达到10MPa以上后，将所述破岩装置的一端与充气装置连接，向所述破岩装置中充入高压空气，待所述破岩装置内充气压力达到预计值后，停止充气，封闭所述破岩装置的上端，将各所述破岩装置首尾两端引出的导线串联或并联，并用专用触发电线将串联或并联后的各所述破岩装置引出的导线分别连接至放置在安全距离外的电触发器的正、负极，待确认破岩现场人员和设备均撤离至安全处后，发出触发警示信号，启动电触发器开关进行桩井致裂破岩；

步骤六：半小时后，检查桩井致裂效果，冲桩设备进场进行机械冲孔，然后完成桩井成孔；

所述破岩装置包括若干个连接管、柱体和气能管，所述气能管的两端均设置有连接结构，所述连接结构设置有外螺纹，相邻的所述气能管之间设置有所述连接管，所述连接管的两端的连接处的管壁外侧各套设一个可活动的卡套螺帽，所述连接管的两端的末端连接处各设置一个法兰环，所述连接管与所述连接结构通过所述连接管两端设置的所述可活动的卡套螺帽连接，所述可活动的卡套螺帽套设在所述法兰环的外部，所述连接结构的外螺纹与所述可活动的卡套螺帽的内螺纹匹配，通过所述可活动的卡套螺帽拧紧在所述连接结构的外螺纹上，将所述连接结构端头面与所述法兰环紧密相连，各所述连接管外侧包裹有一个所述柱体，所述破岩装置的最上端和最下端均为所述气能管，最上端的所述气能管的上端通过所述连接结构和充气管一端的所述可活动的卡套螺帽连接，所述充气管的一端设置有一个所述法兰环和一个所述可活动的卡套螺帽，所述可活动的卡套螺帽套设在所述充气管的所述法兰环外部，所述连接结构的外螺纹与所述可活动的卡套螺帽的内螺纹匹配，通过所述可活动的卡套螺帽拧紧在所述连接结构的外螺纹上，将所述连接结构端头面与所述充气管的所述法兰环紧密相连，所述充气管的另一端设置有外螺纹和内螺纹，所述充气装置与所述充气管的外螺纹端连接；最上端的所述气能管的上端、最下端的所述气能管的下端分别引出导线，最下端的所述气能管的下端的所述连接结构的下端设置有封头；

所述气能管包括内管和外管，所述内管设置在所述外管内，所述内管的两端均设置有圆环板，所述圆环板的外侧圆周边与所述外管的内壁固定，所述圆环板的内侧圆周边与所述内管的外壁固定，所述内管用于盛放气体发生剂，所述内管的内部设置有激发元件，所述激发元件的两根脚线分别从所述连接结构与所述外管之间伸出，相邻的所述激发元件的脚线通过连接导线连接，所述连接导线缠绕在所述连接管的外壁上，所述连接结构设置在所述外管的两端，所述外管的外壁向外突出形成若干气能管凸角，所述气能管凸角沿所述外管的外壁的半圆周均匀设置，且所述气能管凸角与所述外管等长设置，所述气能管凸角形成的空间与所述内管和所述外管之间的内部容腔相连通，各所述气能管的所述气能管凸角的位置上下对应；

所述气能管凸角的顶角角度为30°，所述气能管凸角远离所述外管的自由端所在的圆的直径为55mm，所述气能管凸角与所述外管的连接端所在的圆的直径为45mm；所述气能管采用PE材料制成。

2.根据权利要求1所述的硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，其特征在于：所述柱体包括内壁、外壁、上顶面和下底面，所述内壁位于所述外壁内侧，所述内壁形成中空部，所述中空部用于套设所述连接管，所述中空部的直径比所述连接管的外径大5‑8mm，所述内壁、所述外壁、所述上顶面和所述下底面形成用于盛放液体的腔体，所述柱体上设置有注液口；所述柱体的外壁上设置有柱体凸角，所述柱体凸角的形状、数量和尺寸均与所述气能管凸角的形状、数量和尺寸相同。

3.根据权利要求2所述的硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，其特征在于：所述柱体的外壁与所述气能管的所述外管的形状和尺寸均相同，所述柱体的长度与所述连接管的长度相同；所述连接结构和所述连接管的所述法兰环的接合处、所述连接结构和所述充气管的所述法兰环的接合处均设置有环形气密性垫圈，所述连接结构、所述法兰环和所述环形气密性垫圈的内径均相同，所述连接结构和所述环形气密性垫圈的外径与所述可活动的卡套螺帽的内径均相同；所述破岩装置组装时，各所述柱体的柱体凸角位置与各所述气能管的气能管凸角的位置上下对应。

4.根据权利要求1所述的硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，其特征在于：所述中心孔的直径为桩径的1/5～1/4，所述中心孔的孔深至桩底标高，若干所述周边孔的孔径相同，所述周边孔的直径为70～90mm，相邻的所述周边孔的孔间距为0.55～0.80m，所述中心孔和所述周边孔的偏斜率均小于1％；

所述周边孔包括第一周边孔和第二周边孔，所述第一周边孔和所述第二周边孔间隔设置，所述第一周边孔的深度等于所述中心孔深度的一半，所述第二周边孔的深度小于桩底标高1m。

5.根据权利要求1所述的硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，其特征在于：所述连接管为N个，N≤8，N个所述连接管的长度自下而上由小到大，所述连接管的长度为0.4～1.0m；所述气能管为N+1个，所有的所述气能管的长度均相同。

6.根据权利要求2所述的硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，其特征在于：所述步骤四中的所述破岩装置组装前，利用自然纯净水源或自来水管通过注液口向各所述柱体中注满水，注满水后用盖子将注液口密封；组装时，将所述连接管插入注好水的所述柱体内，并将所述连接管的端部与相邻的所述气能管的所述连接结构通过所述可活动的卡套螺帽进行连接，重复此步骤，直到安装好最后一根所述气能管，各所述气能管的气能管凸角和各所述柱体的柱体凸角均朝向中心孔方向，在连接所述气能管和所述连接管的同时，将相邻的所述气能管依次通过连接导线连接，且将相邻的所述气能管之间的连接导线缠绕在所述连接管的外壁上，并从最下端的所述气能管下端的脚线引出一根导线，从最上端的所述气能管上端的脚线引出一根导线，将导线引出至致裂孔孔口外，并将所述破岩装置首尾两端引出的导线临时搭接好形成短路。

7.根据权利要求1所述的硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，其特征在于：所述步骤五中充气时，将所述充气管的一端与所述充气装置连接，所述充气管的另一端通过最上端的所述气能管的所述连接结构与所述气能管内部容腔连通，向所述气能管中充入2～5MPa的高压空气，高压空气通过所述连接管进入各所述气能管中，待所述气能管内充气压力达到预计值后，停止充气，封闭所述充气管的上端，除所述气能管破岩的触发人员外，撤离现场其他所有人员，将所述破岩装置首尾两端引出的导线解开，并用导线将各所述破岩装置的导线串联或并联，并用2根长度超过150m的专用触发电线将串联或并联后的各所述破岩装置引出的导线分别连接至放置在安全距离外的电触发器的正、负极。

8.根据权利要求1所述的硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，其特征在于：所述充气装置为带有压力表的手动式高压打气筒；所述连接管、所述连接结构和所述充气管均为金属管；

所述柱体内盛放有水；所述柱体采用PET材料制成。

说明书

一种硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及破岩技术领域，特别是涉及一种硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法。

背景技术

[0002] 在我国经济的持续快速发展和土地的集约开发利用大背景下，工程建设密度越来越大，常遇到紧邻既有建(构)筑物旁修建新的工程，新建工程施工可能导致对既有建(构)
筑物影响和破坏，特别是在既有建筑物旁进行硬岩地层冲孔成桩施工，常成为新建工程中
的技术难点，甚至关系到新建工程能否进行得下去。

[0003] 尽管传统的控制爆破技术已应用于很多工程项目建设中，但在某些特殊和敏感的地区，钻爆法仍然不能适用，比如，高铁、城市地铁、重要管线附近，紧邻民宅，争议性较大的
敏感地区等等。因为在特殊复杂施工环境下，譬如，邻近既有建构筑或重要设施、周围人多、
车多等等，采用炸药爆破施工存在振动、噪声和飞石三大公害，影响范围大，且采用爆破施
工易引发安全事故。即使在远离既有建筑物和重要设施的地方，若采用炸药爆破一次成孔
或冲孔桩岩体致裂预处理，仍然存在因炸药拒爆后无法合理处理，给后续机械冲孔或人工
挖孔，带来严重安全隐患，甚至引发安全事故的风险。

[0004] 而采用液态CO2相变破岩技术来进行冲孔桩岩体致裂预处理，它具有振动小，但噪声较大、成本高、破岩效率低，对强度超过60MPa的硬岩，效率极低甚至无法实施。而且采用
液态CO2相变破岩技术来进行冲孔桩岩体致裂预处理，它目前只能进行浅孔致裂，无法一次
性处理10米以上的桩井岩体致裂问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，以解决上述现有技术存在的问题，使预处理效率得到提高，解决了坚硬岩层冲孔桩成孔慢、成孔难等技术难题。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0007] 本发明提供了一种硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，包括如下步骤：

[0008] 步骤一：根据设计图纸，现场进行测量放样，确定硬岩地层冲孔桩孔的位置及大小；

[0009] 步骤二：在桩孔中心处用孔钻机或其它机械，打一个中心孔，中心孔打至桩底标高处；

[0010] 步骤三：沿桩孔周边轮廓线，以中心孔的孔心为中心均匀布置若干个周边孔；

[0011] 步骤四：组装破岩装置，并将组装完的各所述破岩装置放入各周边孔中，采用速凝早强水泥或其他速凝快硬的堵孔材料将致裂孔与所述破岩装置之间的空隙以及自最上端
的所述破岩装置的上端面以上的1.2～1.5m长的致裂孔空隙填满；

[0012] 步骤五：待堵孔材料的强度达到10MPa以上后，将所述破岩装置的一端与充气装置连接，向所述破岩装置中充入高压空气，待所述破岩装置内充气压力达到预计值后，停止充
气，封闭所述破岩装置的上端，将各所述破岩装置首尾两端引出的导线串联或并联，并用专
用触发电线将串联或并联后的各所述破岩装置引出的导线分别连接至放置在安全距离外
的电触发器的正、负极，待确认破岩现场人员和设备均撤离至安全处后，发出触发警示信
号，启动电触发器开关进行桩井致裂破岩；

[0013] 步骤六：半小时后，检查桩井致裂效果，冲桩设备进场进行机械冲孔，然后完成桩井成孔。

[0014] 优选的，所述破岩装置包括若干个连接管、柱体和气能管，所述气能管的两端均设置有连接结构，所述连接结构设置有外螺纹，相邻的所述气能管之间设置有所述连接管，所
述连接管的两端的连接处的管壁外侧各套设一个可活动的卡套螺帽，所述连接管的两端的
末端连接处各设置一个法兰环，所述连接管与所述连接结构通过所述连接管两端设置的所
述可活动的卡套螺帽连接，所述可活动的卡套螺帽套设在所述法兰环的外部，所述连接结
构的外螺纹与所述可活动的卡套螺帽的内螺纹匹配，通过所述可活动的卡套螺帽拧紧在所
述连接结构的外螺纹上，将所述连接结构端头面与所述法兰环紧密相连，各所述连接管外
侧包裹有一个所述柱体，所述破岩装置的最上端和最下端均为所述气能管，最上端的所述
气能管的上端通过所述连接结构和所述充气管一端的所述可活动的卡套螺帽连接，所述充
气管的一端设置有一个所述法兰环和一个所述可活动的卡套螺帽，所述可活动的卡套螺帽
套设在所述充气管的所述法兰环外部，所述连接结构的外螺纹与所述可活动的卡套螺帽的
内螺纹匹配，通过所述可活动的卡套螺帽拧紧在所述连接结构的外螺纹上，将所述连接结
构端头面与所述充气管的所述法兰环紧密相连，所述充气管的另一端设置有外螺纹和内螺
纹，所述充气装置与所述充气管的外螺纹端连接；最上端的所述气能管的上端、最下端的所
述气能管的下端分别引出导线，最下端的所述气能管的下端的所述连接结构的下端设置有
封头。

[0015] 优选的，所述气能管包括内管和外管，所述内管设置在所述外管内，所述内管的两端均设置有圆环板，所述圆环板的外侧圆周边与所述外管的内壁固定，所述圆环板的内侧
圆周边与所述内管的外壁固定，所述内管用于盛放气体发生剂，所述内管的内部设置有激
发元件，所述激发元件的两根脚线分别从所述连接结构与所述外管之间伸出，相邻的所述
激发元件的脚线通过连接导线连接，所述连接导线缠绕在所述连接管的外壁上，所述连接
结构设置在所述外管的两端，所述外管的外壁向外突出形成若干气能管凸角，所述气能管
凸角沿所述外管的外壁的半圆周均匀设置，且所述气能管凸角与所述外管等长设置，所述
气能管凸角形成的空间与所述内管和所述外管之间的内部容腔相连通，各所述气能管的所
述气能管凸角的位置上下对应；

[0016] 所述气能管凸角的顶角角度为30°，所述气能管凸角远离所述外管的自由端所在的圆的直径为55mm，所述气能管凸角与所述外管的连接端所在的圆的直径为45mm；所述气
能管采用PE材料制成。

[0017] 优选的，所述柱体包括内壁、外壁、上顶面和下底面，所述内壁位于所述外壁内侧，所述内壁形成中空部，所述中空部用于套设所述连接管，所述中空部的直径比所述连接管
的外径大5‑8mm，所述内壁、所述外壁、所述上顶面和所述下底面形成用于盛放液体的腔体，
所述柱体上设置有注液口；所述柱体的外壁上设置有柱体凸角，所述柱体凸角的形状、数量
和尺寸均与所述气能管凸角的形状、数量和尺寸相同。

[0018] 优选的，所述柱体的外壁与所述气能管的所述外管的形状和尺寸均相同，所述柱体的长度与所述连接管的长度相同；所述连接结构和所述连接管的所述法兰环的接合处、
所述连接结构和所述充气管的所述法兰环的接合处均设置有环形气密性垫圈，所述连接结
构、所述法兰环和所述环形气密性垫圈的内径均相同，所述连接结构和所述环形气密性垫
圈的外径与所述可活动的卡套螺帽的内径均相同；所述破岩装置组装时，各所述柱体的柱
体凸角位置与各所述气能管的气能管凸角的位置上下对应。

[0019] 优选的，所述中心孔的直径为桩径的1/5～1/4，所述中心孔的孔深至桩底标高，若干所述周边孔的孔径相同，所述周边孔的直径为70～90mm，相邻的所述周边孔的孔间距为
0.55～0.80m，所述中心孔和所述周边孔的偏斜率均小于1％；

[0020] 所述周边孔包括第一周边孔和第二周边孔，所述第一周边孔和所述第二周边孔间隔设置，所述第一周边孔的深度等于所述中心孔深度的一半，所述第二周边孔的深度小于
桩底标高1m。

[0021] 优选的，所述连接管为N个，N≤8，N个所述连接管的长度自下而上由小到大，所述连接管的长度为0.4～1.0m；所述气能管为N+1个，所有的所述气能管的长度均相同。

[0022] 优选的，所述步骤四中的所述破岩装置组装前，利用自然纯净水源或自来水管通过注液口向各所述柱体中注满水，注满水后用盖子将注液口密封；组装时，将所述连接管插
入注好水的所述柱体内，并将所述连接管的端部与相邻的所述气能管的所述连接结构通过
所述可活动的卡套螺帽进行连接，重复此步骤，直到安装好最后一根所述气能管，各所述气
能管的气能管凸角和各所述柱体的柱体凸角均朝向中心孔方向，在连接所述气能管和所述
连接管的同时，将相邻的所述气能管依次通过连接导线连接，且将相邻的所述气能管之间
的连接导线缠绕在所述连接管的外壁上，并从最下端的所述气能管下端的脚线引出一根导
线，从最上端的所述气能管上端的脚线引出一根导线，将导线引出至致裂孔孔口外，并将所
述破岩装置首尾两端引出的导线临时搭接好形成短路。

[0023] 优选的，所述步骤五中充气时，将所述充气管的一端与所述充气装置连接，所述充气管的另一端通过最上端的所述气能管的所述连接结构与所述气能管内部容腔连通，向所
述气能管中充入2～5MPa的高压空气，高压空气通过所述连接管进入各所述气能管中，待所
述气能管内充气压力达到预计值后，停止充气，封闭所述充气管的上端，除所述气能管破岩
的触发人员外，撤离现场其他所有人员，将所述破岩装置首尾两端引出的导线解开，并用导
线将各所述破岩装置的导线串联或并联，并用2根长度超过150m的专用触发电线将串联或
并联后的各所述破岩装置引出的导线分别连接至放置在安全距离外的电触发器的正、负
极。

[0024] 优选的，所述充气装置为带有压力表的手动式高压打气筒；所述连接管、所述连接结构和所述充气管均为金属管；所述柱体内盛放有水；所述柱体采用PET材料制成。

[0025] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

[0026] 本发明采用高压气体膨胀致裂法对桩址岩体进行致裂破碎后，再用机械冲孔成孔，桩孔开挖方式为高压气体膨胀致裂法和机械法协同方式，中心孔形成临空面和补偿空
间，周边孔布置致裂孔进行岩体致裂后，再进行机械冲孔，使得工作效率得到提高，并且十
分安全，解决了冲孔桩成孔慢、成孔难等技术难题。

附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获
得其他的附图。

[0028] 图1为本发明中的中心孔及周边孔排布示意图

[0029] 图2为本发明中的桩孔的剖视图一；

[0030] 图3为图2中A处放大图；

[0031] 图4为图3中B处放大图；

[0032] 图5为本发明中的桩孔的剖视图二；

[0033] 图6为本发明的气能管示意图；

[0034] 图7为本发明的气能管的截面示意图；

[0035] 图8为本发明的连接管(或充气管)的法兰环与可活动的卡套螺帽关系示意图一；

[0036] 图9为本发明的连接管(或充气管)的法兰环与可活动的卡套螺帽关系示意图二；

[0037] 图10为本发明的气能管的连接结构与连接管连接示意图；

[0038] 其中：1‑充气管，2‑外管，3‑内管，4‑连接管，5‑柱体，6‑可活动的卡套螺帽，7‑气能管凸角，8‑连接结构，9‑激发元件，10‑脚线，11‑堵孔材料，12‑封头，13‑中心孔，14‑周边孔，
15‑桩孔，16‑第一周边孔，17‑第二周边孔，18‑破岩装置，19‑导线，20‑法兰环。

具体实施方式

[0039] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0040] 本发明的目的是提供一种硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，以解决上述现有技术存在的问题，使预处理效率得到提高，解决了坚硬岩层冲孔桩成孔慢、成孔难等技术难题。

[0041] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0042] 如图1‑图10所示：本实施例提供了一种硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法，包括如下步骤：

[0043] 步骤一：根据设计图纸，现场进行测量放样，确定硬岩地层冲孔桩孔的位置及大小；

[0044] 步骤二：在桩孔中心处用孔钻机或其它机械，打一个中心孔13，中心孔13打至桩底标高处；

[0045] 步骤三：沿桩孔周边轮廓线，以中心孔13的孔心为中心均匀布置若干个周边孔14；

[0046] 步骤四：组装破岩装置18，并将组装完的各破岩装置18放入各周边孔14中，采用速凝早强水泥或其他速凝快硬的堵孔材料将致裂孔与破岩装置18之间的空隙以及自最上端
的所述破岩装置的上端面以上的1.2～1.5m长的致裂孔空隙填满；

[0047] 步骤五：待堵孔材料的强度达到10MPa以上后，将破岩装置18的一端与充气装置连接，向破岩装置18中充入高压空气，待破岩装置18内充气压力达到预计值后，停止充气，封
闭破岩装置18的上端，将各破岩装置18首尾两端引出的导线19串联或并联，并用专用触发
电线将串联或并联后的各破岩装置18引出的导线19分别连接至放置在安全距离外的电触
发器的正、负极，待确认破岩现场人员和设备均撤离至安全处后，发出触发警示信号，启动
电触发器开关进行桩井致裂破岩；

[0048] 步骤六：半小时后，检查桩井致裂效果，冲桩设备进场进行机械冲孔，然后完成桩井成孔。

[0049] 本实施例采用高压气体膨胀致裂法对桩址岩体进行致裂破碎后，再用机械冲孔成孔，桩孔开挖方式为高压气体膨胀致裂法和机械法协同方式，中心孔形成临空面和补偿空
间，周边孔布置致裂孔进行岩体致裂后，再进行机械冲孔，使得工作效率得到提高，并且十
分安全，解决了冲孔桩成孔慢、成孔难等技术难题。

[0050] 本实施例中，桩长13m，桩身直径为160cm，桩址岩层为坚硬的微风化凝灰岩，单轴抗压强度最大达到132MPa。中心孔13的直径为桩径的1/5～1/4，中心孔13的直径本实施例
优选为320mm，中心孔13的孔深至桩底标高，中心孔13主要用来创造临空面和补偿空间。

[0051] 本实施例中，若干周边孔14的孔径相同，周边孔14孔心距离桩心的长度为755mm，周边孔14的直径为70～90mm，周边孔14的直径优选为90mm，相邻的周边孔14的孔间距为
0.55～0.80m，相邻的周边孔14的孔间距优选为0.578m，中心孔13和周边孔14的偏斜率均小
于1％，周边孔14共8个，周边孔14包括第一周边孔16和第二周边孔17，第一周边孔16和第二
周边孔17间隔设置，第一周边孔16的深度等于中心孔13深度的一半，第二周边孔17的深度
小于桩底标高1m。

[0052] 本实施例中，破岩装置18包括若干个连接管4、柱体5和气能管，各气能管的气能管凸角7的位置上下对应，气能管的两端均设置有连接结构8，连接结构8设置有外螺纹，相邻
的气能管之间设置有连接管4，连接管4的两端各设置一个可活动的卡套螺帽6，连接管4与
连接结构8通过连接管4两端设置的可活动的卡套螺帽6连接，连接管4的两端的末端连接处
各设置一个法兰环20，连接管4与连接结构8通过连接管4两端设置的可活动的卡套螺帽6连
接，可活动的卡套螺帽6套设在法兰环20的外部，连接结构8的外螺纹与可活动的卡套螺帽6
的内螺纹匹配，通过可活动的卡套螺帽6拧紧在连接结构8的外螺纹上，将连接结构8端头面
与法兰环20紧密相连，各连接管4外侧包裹有一个柱体5，破岩装置18的最上端和最下端均
为气能管，最上端的气能管的上端通过连接结构8和充气管1一端的可活动的卡套螺帽6连
接，充气管1的一端设置有一个法兰环20和一个可活动的卡套螺帽6，法兰环20与充气管1和
连接管4均可拆卸连接，可活动的卡套螺帽6套设在充气管1的法兰环20外部，连接结构8的
外螺纹与可活动的卡套螺帽6的内螺纹匹配，通过可活动的卡套螺帽6拧紧在连接结构8的
外螺纹上，将连接结构8端头面与充气管1的法兰环20紧密相连，可活动的卡套螺帽6在连接
管(或充气管)端头法兰环20上可自由活动，充气管1的另一端设置有外螺纹和内螺纹，充气
管1设置内螺纹的作用是充好气后，在充气管1管口内螺纹处拧上一个带垫片的螺钉，堵塞
充气管1；充气时，充气装置与充气管1的外螺纹端连接，充气装置为带有压力表的手动便携
式高压打气筒，采用带有压力表的手动便携式高压打气筒充气，便于携带、无需施工现场电
源，提高了充气作业的便捷性和安全性，气体通过充气管1进入最上端的气能管，然后通过
连接结构8和连接管4依次进入各气能管。最上端的气能管的上端、最下端的气能管的下端
分别引出导线19，最下端的气能管的下端的连接结构8的下端设置有封头12，封头12防止气
能管内的气体外逸。

[0053] 本实施例中，可活动的卡套螺帽6包括相互连接的卡套段和螺纹段，卡套段不设置内螺纹，螺纹段设置有内螺纹，卡套段的内径小于螺纹段的内径，卡套段的内径比连接管4
的外径大1mm，卡套段的内径比法兰环20的外径小6mm，螺纹段的内径比法兰环20的外径大
1mm，法兰环20的内径、连接管4的内径以及连接结构8的内径尺寸相同。

[0054] 本实施例中，连接结构8和连接管4的法兰环20的接合处、连接结构8和充气管1的法兰环20的接合处均设置有环形气密性垫圈，环形气密性垫圈的材质为橡胶或其它气密性
材料，厚度为0.5‑0.8mm，连接结构8、法兰环20和环形气密性垫圈的内径均相同，连接结构8
和环形气密性垫圈的外径与可活动的卡套螺帽6的内径均相同。

[0055] 安装时，可活动的卡套螺帽6套设在法兰环20上，当法兰环20位于连接管4下端时，可活动的卡套螺帽6的螺纹段位于卡套段的下方，螺纹段用于与连接结构8螺纹连接，卡套
段用于限制法兰环20相对于可活动的卡套螺帽6无法向上运动，将环形气密性垫圈放于法
兰环20与连接结构8之间，旋紧可活动的卡套螺帽6，使连接结构8的端面与法兰环20在环形
气密性垫圈的作用下紧密连接、密封不漏气。

[0056] 本实施例中，气能管包括内管3和外管2，内管3设置在外管2内，内管3的两端均设置有圆环板，圆环板的外侧圆周边与外管2的内壁固定，圆环板的内侧圆周边与内管3的外
壁固定，圆环板用于将内管3固定外管2上，内管3用于盛放气体发生剂，内管3的内部设置有
激发元件9，激发元件9的两根脚线10分别从连接结构8与外管2之间伸出，相邻的激发元件9
的脚线10通过连接导线连接，连接导线缠绕在连接管4的外壁上，外管2的两端均设置有连
接结构8，连接结构8设置有外螺纹，激发元件9的两根脚线10分别从连接结构8与外管2之间
伸出，脚线10的作用与普通导线相同，外管2的外壁向外突出形成若干气能管凸角7，圆环板
与气能管凸角7处的空隙可用于气体通过，气能管凸角7沿外管2的外壁的半圆周均匀设置，
且气能管凸角7与外管2等长设置，气能管凸角7形成的空间与内管3和外管2之间的内部容
腔相连通。本实施例的气能管的外管2设置有向外突出的气能管凸角7，使得气能管的内管3
和外管2形成的内部容腔具有向外突出的空间，在进行岩石致裂时，内管3中的气体发生剂
产生气体，由于气能管凸角7的设置使得产生的气体能够集中作用在气能管凸角7处，并且
多个气能管凸角7的设置使得产生的气体以多个集中方向充分对岩石产生力学作用，提高
气能管的致裂硬岩的能力。

[0057] 本实施例中，内管3和外管2均为圆柱形，气能管凸角7沿外管2径向的剖面呈三角形，气能管凸角7沿外管2的外壁的半圆周均匀设置，本实施例中优选为5个，气能管凸角7的
顶角角度为30°，气能管凸角7远离外管2的自由端所在的圆的直径为55mm，气能管凸角7与
外管2的连接端所在的圆的直径为45mm；气能管采用PE材料制成。

[0058] 本实施例中，柱体5采用PET材料制成，柱体5包括内壁、外壁、上顶面和下底面，内壁位于外壁内侧，内壁形成中空部，中空部用于套设连接管4，中空部的直径比连接管4的外
径大5‑8mm，内壁、外壁、上顶面和下底面形成用于盛放液体的腔体，柱体5上设置有注液口。
本实施例中，通过注液口向柱体5内通入水。柱体5的外壁与气能管的外管2的形状和尺寸均
相同，柱体5的长度与连接管4的长度相同，柱体5的长度通常为1m。

[0059] 本实施例中，柱体5的外壁与气能管的外管2的形状和尺寸均相同，柱体5的长度与连接管4的长度相同。

[0060] 本实施例中，连接管4、连接结构8和充气管1均为金属管。

[0061] 本实施例采用充有水的柱体5与气能管间隔设置的方式，解决了传统爆破致裂硬岩时振动大、粉尘多等问题。气能管内的气体发生剂触发后产生的高温高压气体将柱体5破
坏，柱体5内的水部分被高温汽化，产生大量气体，增加膨胀破岩气体量及膨胀致裂破岩的
压力，延长高压气体破岩作用时间，在高压气体作用下进入岩石的裂隙，促进岩石裂隙扩展
发育，提高破岩效果。柱体5内的水可在破岩时较好地吸收气体发生剂生成的烟和破岩产生
灰尘，起到降低烟尘排放量的作用，保护环境。柱体5的外壁上设置有柱体凸角，柱体凸角的
形状、数量和尺寸均与气能管凸角7的形状、数量和尺寸相同。各柱体凸角与各气能管凸角7
位置一一对应，本实施例的柱体凸角，使得在致裂孔堵孔材料11凝固的胶结体中也形成多
个凹槽，造成致裂孔孔壁多处形成应力集中，气能管触发后产生的高温高压气体致使柱体5
内的水体形成高压汽水混合物，向外形成气水楔作用时，原有致裂孔堵孔材料11凝固的胶
结体与孔壁结合处因带柱体凸角的柱体5形成的凹槽所造成的应力集中，更有利于致使岩
体形成新裂纹及新裂纹的发展，可大大提高破岩装置18破岩能力。

[0062] 本实施例中，步骤四中的破岩装置18组装前，利用自然纯净水源或自来水管通过注液口向各柱体5中注满水，注满水后通过盖子将注液口密封；破岩装置组装时，将连接管4
插入注好水的柱体5内，并将连接管4的端部与相邻的气能管的连接结构8通过可活动的卡
套螺帽6进行连接，可活动的卡套螺帽6套设在连接管4的端头的法兰环20和连接结构8的接
合处的外侧并通过螺纹与连接结构8可拆卸连接，重复此步骤，直到安装好最后一根气能
管，在连接气能管和连接管4的同时，将相邻的气能管依次通过连接导线连接，且将相邻的
气能管之间的连接导线缠绕在连接管4的外壁上，并从最下端的气能管下端的脚线10引出
一根导线19，从最上端的气能管上端的脚线10引出一根导线19，将导线19引出至致裂孔孔
口外，并将所述破岩装置18首尾两端引出的导线19临时连接形成短路，连接管4为N个，N≤
8，N个连接管4的长度自下而上由小到大，连接管4的长度为0.4～1.0m；气能管为N+1个，所
有的气能管的长度均相同。本实施例中，破岩装置18中的连接管4优选为四个，四个连接管4
的长度自下而上依次优选为0.4m、0.6m、1.0m、1.0m，即周边孔14内装的气能管的密度由大
到小，气能管为五个，五个气能管的长度均相同。

[0063] 本实施例中，将步骤四中组装完的破岩装置18放入各周边孔14中，各气能管的气能管凸角7和各柱体5的柱体凸角均朝向中心孔13方向。

[0064] 本实施例中，步骤五中充气时，将充气管1的一端与充气装置连接，充气管1的另一端通过最上端的气能管的连接结构8与气能管内部容腔连通，向气能管中充入2～5MPa的高
压空气，高压空气通过连接管4进入各气能管中，待气能管内充气压力达到预计值后，停止
充气，封闭充气管1的上端，除气能管破岩的触发人外，撤离现场其他人，将破岩装置18首尾
两端引出的导线19解开，并用导线将各破岩装置18的导线19串联或并联，并用2根长度超过
150m的专用触发电线将串联或并联后的各破岩装置18引出的导线分别连接至放置在安全
距离外的电触发器的正、负极，待确认破岩现场人员和设备均撤离至安全处后，发出触发警
示信号，启动电触发器开关进行桩井致裂破岩。

[0065] 本实施例的硬岩地层冲孔桩成孔预处理方法采用的高压气体膨胀致裂法破岩技术是一种新型的无害性破岩技术，属于非炸药爆破破岩范畴。它不同于传统炸药爆破技术，
它是利用机械设备或通过物理变化或燃烧反应来产生高压气体，在岩体中装设高压气体气
能管，通过触发器将气能管内部的激发元件9激发，使气能管内的高压气体瞬间释放，以对
周围介质膨胀做功而破碎。高压气体膨胀致裂法破岩技术具有安全性能好、污染少、噪声
低、振动小、易控制等特点，在许多情况下具有比炸药爆破更好的适用性，具有良好的应用
前景。

[0066] 由于高压气体膨胀致裂法破岩主要为气体膨胀做功过程，和炸药爆破相比，它具有一些炸药爆破无法比拟的优点，主要表现在以下2个方面：1)从作用机理和危害预防角度
来看，由于高压气体膨胀过程没有传统炸药爆破急剧的爆轰过程，且应力波在破岩中的作
用也较传统炸药爆破所占比例要小，因此，高压气体膨胀致裂法破岩技术基本避免了传统
炸药爆破的三大公害“振动、噪声和飞石”；2)从安全管理与事故预防角度来看：由于高压气
体膨胀致裂法破岩无需危险的爆破器材，在生产、储存、运输和使用过程中安全性高，例如，
高压气体膨胀致裂法破岩在释放气体过程中不需发生爆炸反应，整个过程相对较缓和，因
而就不会有引发火灾和爆炸等安全事故的危险。

[0067] 这种高压气体膨胀致裂法破岩是由应力波作用和高压气体的“气楔”(或高压水气混合物的“水楔和气楔”)作用两者共同作用来做完成的，但与传统炸药爆破破岩的不同之
处在于其应力波破岩作用占的比例少，主要是靠高压气体的“气楔”(或高压水气混合物的
“水楔和气楔”)作用破岩，故振动小、噪声小、无飞石，基本避免了传统炸药爆破的三大公害
“振动、噪声和飞石”。

[0068] 本实施例的优点为：污染小或基本无环境污染、无振动和噪声、影响范围小、安全，采用本实施例的方法进行硬岩地层冲孔桩成孔预处理后，较于未处理的情况，成孔效率大
大提高、成孔速度提高1倍以上，缩短了施工工期，节省了成桩成本。

[0069] 本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，
依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内
容不应理解为对本发明的限制。