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技术要点

旋挖钻机施工工法通用规程

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旋挖钻机施工工法通用规程



旋挖钻机作为基础工程机械中的新型机种,经过几年的推广应用,目前已被大量应用于公路及铁路、桥梁、水利工程、城市建筑工程等桩基工程之中。由于其高效、节能、低噪声、低污染、地层适应性较广等优点、受到越来越多的施工单位的青睐。但是由于至今尚未颁布国家或行业的旋挖钻机施工工艺规范,对于新进入该施工行业的业主,在工程实践中往往遭遇很多困扰。北京市三一重机有限公司作为国内旋挖钻机的龙头企业,在开发制造和销售大量产品的同时,致力于走产学研结合的道路,与国内外的地质施工专家进行了大量的旋挖钻工法及施工工艺的研究和实践。本通用规程就是这些探索的总结,希望能对施工界带来一些有益的帮助。


一、施工准备                                           资料准备

    1)开工前应有相关部门提供的该工程的地质勘察报告、水文地质资料桩基工程施工图及图纸会审资料

    2)施工现场环境和邻近区域内的地下管线(管道、电缆)、地下构筑物、危险建筑、精密仪器车间等的调查资料。

    3)主要施工机械及其配套设备的技术性能资料,所需材料的检验和配合比试验,对所需的材料必需作材料的物理性能试验,并委托有资的试验室根据所用的原材料作好混凝土的配合比试验。

4)有效的桩基工程的施工组织设计或施工方案,有关载荷、施工工艺的试验参考资料。                                                     二、研究工程地质情况

 好全面的施工准备,施工前对工程的地质、水文情况进行研究是必需的。这对以后施工组织安排和效益预测等有相当帮助。    

1:对工程地质的可钻性分析:工程地质可钻性分为土壤可钻性分析及入岩可钻性分析两个方面.

⑴土壤可钻性分析,包括地质硬度小于5Mpa以下的工程地质情况,其分析时应了解的相关参数一般为水文地质结构参数等土性指标。此时土壤的可钻性主要表现为土壤颗粒脆性断裂可切削能力,所使用的斗齿必须是具有锋快楔入能力的线式刃口刀具。

⑵入岩可钻性分析,应考虑岩石的成因和种类,岩石颗粒的大小和形状、岩石的构造及裂隙发育情况,胶结的性质及胶结形式等等。一般应了解岩石的压入硬度、研磨性、弹塑性三个方面的指标。此时,岩石的可钻性主要表现为岩石颗粒的可剪切断裂破碎能力。   

岩石破碎的典型方式有两中:脆性剪切碎岩和动载冲击碎岩。  

①脆性剪切碎岩广泛使用于岩石裂隙发育充分的地质情况,其机理是在岩石颗粒边界处利用两向力即加压力和扭矩或多维应力共同作用产生搓碾剪切从而导致岩石破碎的一种准静载破岩方式。常用的碎岩工具应具有点式或圆球形切削刃面。例如装有子弹头的短螺旋钻头,嵌岩筒钻等等都是较常用的有效工具。

②动载冲击碎岩是利用冲击器的冲击能来加速岩石颗粒边界处裂隙的发育和增大岩石脆性从而实现快速断裂碎岩的一种方式。相对其它碎岩方式来说,具有单位体积比能耗小,破岩效率高的优势。常用的方式有振动锤、振动镐、冲击锤,落锤、牙轮钻头、爆破器、射流冲击器等。

气举反循环全断面破岩成孔工法兼具脆性剪切破岩和动载冲击碎岩的一 些基本特征,详情见后述章节。

2:编制施工作业指导书

编制施工作业指导书的目的是为了制订施工时护壁稳定、提高作业效率及降低工程成本的最优方案,一般应从硬件配置和参数设计两个方面来考虑。

① 硬件配置:针对不同的地质情况,应该对钻杆、钻具、斗齿、护筒、泥浆、清孔工具、监理检测等施工机械与设备进行选择和优化。一般来说,一台钻机至少要配置机锁钻杆和摩擦钻杆各一只且配备若干数量的钻具、斗齿、护筒等等。

② 参数设计:针对不同的地质情况和施工设备,优化考虑施工的方式、钻进参数、质量控制措施等等。如是否采用接力钻削,土壤切削、岩石钻削时加压方式,钻进扭矩,钻头转速,进尺速度,监理检测质量控制指标等等。详情见后述章节。                                                   

 

三、施工机械与设备

旋挖钻机、起重机 、电焊机泥浆泵、测量仪器如全站仪、水准仪等机械设备须有出厂合格证。

中小型机具的要求                                                  

(1)起重机机体安装坚实平稳各类离合器、制动器、钢丝绳、防护罩必须安全、可靠有效;操作手应持证上岗;                                        

2)手持电动工具 必须单独安装漏电保护器;防护罩安全有效;外壳必须有接地或接零;橡皮线不准破损。                                        

 3)电焊机  有可靠的防雨措施;有良好的接地或接零保护;一、二次线接线处应有齐全的防护罩;二次线应使用线鼻子;配线不许乱搭、乱拉,焊绝缘良好;焊工持证上岗。                                                 

4)气瓶各类气瓶有明显的色标和防震圈,不准在露天曝晒;乙炔气和氧气瓶距离应大于5m;乙炔气瓶在使用时必须装回火防止器;皮管应用夹头紧固;操作人员必须持证上岗。

(5)泥浆泵三台:3千瓦一台,也可选用潜水泵;7.5千瓦一台;12.5千瓦一台。水管与泥浆管根据现场所需购置,管径根据每台泵出水口配置。


四、场地布置、桩孔位置的确定

根据设计要求合理布置施工场地,必须落实四通一平,路、水、电和通信通;先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实。在进行场地整平后,组织有资格的测量放样人员,将所有桩位放出,钉好十字保护桩,做好测量复核,并记录放样数据备案;规划行车路线时,使便道与钻孔位置保持一定的距离;以免影响孔壁稳定;施工场地为旱地而且在施工期间地下水位在原地面以下时,将场地平整夯实,清除杂物;场地位于浅水时,采用筑岛后在顶面安置钻机,筑岛顶面高出施工水位1.0m左右;钻机底盘不宜直接置于不坚实的填土上,以免产生不均匀沉陷;钻机的安置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。                                                                                                                                     


 1桩位放样:按“从整体到局部的原则”进行桩基的位置放样,进行钻孔的标高放样时,应及时对放样的标高进行复核。采用全站仪准确放样各桩点的位置,使其误差在规范要求内。

2、钻机就位

      钻机就位时,要事先检查钻机的性能状态是否良好。保证钻机工作正常。

保证桩位附近平整,把钻机开到桩位旁,螺旋钻头的尖端正对桩位标注点。

钻机停位回转中心距孔位3~4.5m之间。在允许的情况下,变幅油缸尽可能将桅杆缩回,这样可以减小钻机自重和提升下降脉动压力对孔的影响。检查在回转半径是否有障碍物影响回转。

3、埋设钢护筒

    在准确放样的前提下埋设护筒,应符合埋设护筒的方法和要求,如果钻孔是在陆地上进行的,则一般采用挖坑法,比较简单易行。

钢护筒埋设工作是旋挖钻机施工的开端,钢护筒平面位置与垂直度应准确,钢护筒周围和护筒底脚应紧密,不透水。

埋设钢护筒时应通过定位的控制桩放样,把钻机钻孔的位置标于孔底。再把钢护筒吊放进孔内,找出钢护筒的圆心位置,用十字线在钢护筒顶部或底部,然后移动钢护筒,使钢护筒中心与钻机钻孔中心位置重合。同时用水平尺或垂球检查,使钢护筒直。此后即在钢护筒周围对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土,要分层夯实,达到最佳密实度。以保证其垂直度及防止泥浆流失及位移、掉落,如果护筒底土层不是粘性土,应挖深或换土,在孔底回填夯实300-500mm厚度的粘土后,再安放护筒,以免护筒底口处渗漏塌方,夯填时要防止钢护筒偏斜。护筒上口应绑扎木方对称吊紧,防止下窜。  

在易缩径的淤泥质粘土和易垮孔的松散杂填土地层和沙层以及严重透水地层必须使用 长护筒或全护筒护壁,下护筒的方式有两种:

1、振动锤下护筒: 用汽车吊或履带吊吊挂电动或液压振动锤夹持护筒,通过高频振动使护筒周边沙土液化,在护筒重力作用下使护筒插入土层。该方法的优点是下放和起拔护筒速度快,在成孔时可用干式成孔法或天然水,降低造浆成本。但在埋设开始时需注意调整护筒的垂直度。

2  动力头驱动器下护筒: 利用动力头反正转搓动和加压油缸加压使护筒切入土中。操作方便 ,并能确保护筒埋置夯实性,缩短挖坑埋置时间,提高成孔效率。                                

五、泥浆制备

与传统的正反循环钻机相比,旋挖钻机具有成孔速度快的特点,其工艺优点为:

(1)孔壁不易产生泥皮。因为在成孔过程中孔壁一直都受钻斗的刮擦;

(2)在孔壁上形成较明显的螺旋线。

这两点有助于增加桩的摩阻力,提高桩的质量。

其缺点为

因为不易形成泥皮,护壁性相对较差,容易缩径、塌孔。                      在钻孔灌注桩的施工过程中,为了防止坍孔,稳定孔内水位及便于挟带钻碴,通常采用澎润土制备成泥浆进行护壁。泥浆护壁是利用泥浆与地下水之间的压力差来控制水压力,以确保孔壁的稳定,所以泥浆的比重起到保持这种压力差方面具有关键作用。如果钻孔中的泥浆比重过小,泥浆护壁就容易失去了阻挡土体坍塌的作用;如果泥浆的比重过大,则容易使泥浆泵产生堵塞甚至使混凝土的置换产生困难,使成桩质量难以得到保证。要充分发挥泥浆的作用,其指标的选取是非常重要的。就要求在实际工程的施工中,根据工程地质具体情况,合理地控制不同土层中泥浆的指标。                                                                (1)稳定液的原材料:

稳定液应具有良好的物理性能、流变性能和稳定性能。主要指标为密度、粘度、PH值、含砂量等。其中膨润土的质量标准参见《钻井液用膨润土》SY5060-85。泥浆用粘土应选择粘粒含量大于50%,塑性指标大于20,含砂量小于5%,二氧化硅与三氧化二铝含量的比值为3-4倍的粘土为宜。稳定液的主要材料见表1。

1                     稳定液的主要材料表

材料名称

成分

主要使用目的

H2O

稳定液的主体

膨润土或粘土

以蒙特土为主的粘土矿物

稳定液的主要材料

重晶石

硫酸钡

增加稳定液相对密度

CNC

羧甲基纤维素钠盐

增加粘性、防止孔壁剥落

腐殖酸族分解剂

硝基腐殖酸钠盐

控制稳定液变质及改善已变质的稳定液

木质素族分解剂

铬铁木质素磺胺酸钠盐(FCL

碱类

Na2CO3NaHCO3

渗水防止剂

废纸浆、棉子、锯末等

防止渗水

2)稳定液的配合比

应按地基土的性状、钻机和工程条件来定。一般100L的水需加8kg的膨润土,对于粘性土层,膨润土可降低到3~4kg

由于情况各异,稳定液的性能指标和配合比,必须根据地层特性、造孔方法、泥浆用途而有所变化(表2)。

2                    稳定液的主要性能指标

项            目

指    标

膨润土的最低浓度

8%

泥浆的最小粘度(500/500ml

25s

失水率的限度(0.3N/mm2)每30min

20ml

PH值最高限度

11.0

 

3)稳定液粘度的选取

钻斗钻成孔法为了防止孔壁坍塌,所用稳定液的必要粘度参考值如表3

 

3               钻斗钻成孔法稳定液的必要粘度参考值

土质

必要粘度(s)(500/500cc

 

土质

必要粘度(s)(500/500cc

砂质淤泥

20-23

砂(N20

23-25

砂(N10

45

混杂粘土的砂砾

25-35

砂(10N20

25-45

砂砾

45

 

六、钻头的类型及选用

旋挖钻头实际上就是一个盛土的筒式容器,只是在斗的下侧焊接切削土壤的刀片或刃口。随着旋挖钻进工艺的推广应用,在遇到沙层、硬岩基层、卵砾石层等各种复杂地层时,不采取特别的措施,旋挖钻机的应用也受到了一定限制。因此,在施工中应根据不同地质情况,选用合适的钻头和施工工法,这样即可以提高施工效率,节约生产成本,而且在环保、能源消耗孔内事故等等方面能收到异想不到的效果

钻头的类型很多,常用的分为两大类

(1)回转钻头:a单底土斗b双底捞砂斗

(2)嵌岩钻头:a短螺旋钻头b嵌岩筒钻c牙轮钻头                                                      钻具应有一定的刚度,在钻进中或其他操作时,不产生移动和摇晃,钻具安装应符合生产厂家的标准。施工前,了解施工地质情况选用合理的钻具。在一般地层情况下可选用摩擦钻杆和回转钻头。在岩层施工时可配用短螺旋钻头、回转斗,岩钻头等各种规格的钻头。

回转,适用于地下水位以上的粘性土、粉土、填土、中等密实以上的砂土、风化岩层。岩螺旋钻头,适用于碎石土、中等硬度的岩石及风化岩层。岩心回转斗,适用于风化岩层及有裂纹的岩石。钻头规格由用户据实际工程的情况选购选配。

钻斗的斗齿前角选取

旋挖钻机工作时的压力、扭矩传递为:

压力:动力头油缸动力头钻杆钻头切削刃;

扭矩:动力头马达动力头转盘钻杆钻头切削岩土。

从整个旋挖钻机工作过程来看,钻机的动力能多少转变为施工所需的压力和扭矩的输出效率问题,对每台钻机来说,出厂时就已经确定下来,而钻机工作过程中的压力和扭矩的输出效率则取决与钻杆和钻头,钻斗的关键参数是斗齿刃前角。

对于相同的地层使用同一钻进扭矩,不同的斗齿刃前角度,钻进效率不同。因此,只有选择合适的刃前角,才能提高进尺效率。经过大量的试验:对于硬度较小的第四地层、强风化层和少冰冻土层,比钻较松软的地层时斗齿刃前角应稍大些,选取45°~65°为宜;钻比较硬的地层时斗齿刃前角应稍小些,选取25°~45°为宜。


七、旋挖钻机钻杆结构及正确应用

                                                                         

选用钻杆时,首先要考虑的因素是地质情况(地层硬度),一般进行松软地层钻进时,依靠钻杆和钻具的自重即可满足进尺加压力的要求,此时选用摩擦式钻杆即可。对于入岩钻进则应考虑具有强行加压功能的机锁式钻杆。地层硬度由软到硬排列如下:

1.淤泥层;2.泥土、(泥)砂层;3.卵(漂)石层;4.强风化岩层;5.中风化岩层;6.弱风化岩层;7.微风化岩层;8.基岩层。

1、钻杆的类型

根据钻孔时采用的钻进加压方式不同,钻杆分为三种类型:摩擦加压式钻杆(简称:摩擦杆)、机锁加压式钻杆(简称:机锁杆,又称:凯式钻杆)和组合加压式钻杆(简称:组合杆)。

摩擦式钻杆(见图1)一般用于较软地层的钻孔施工,可钻进淤泥层、泥土、(泥)砂层、卵(漂)石层旋挖钻机培训 - 长沙基地

摩擦式钻杆一般制成5节,1~4节杆每节钢管长13米。钻孔深度可达60米左右。

1、扁头  2、一杆挡环  3、第一节钻杆  4、第二节钻杆  5、第三节钻杆  6、第四节钻杆

7、第五节钻杆  8、减振器总成  9、一杆外键  10、一杆内键  11、弹簧座(托盘)  

12、钻杆弹簧  13、方头  14、销轴

                            1  摩擦式钻杆

机锁式钻杆(见图2和图3)不但可用于软地层,也可用于较硬地层施工。机锁式钻杆可钻进淤泥层、泥土、(泥)砂层、卵(漂)石层和强风化岩层机锁式钻杆一般制成4节,1~3节杆每节钢管长13米。钻孔深度可达50米左右。

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1、扁头  2、一杆挡环  3、第一节钻杆  4、第二节钻杆  5、第三节钻杆  6、第四节钻杆

7、减振器总成  8、一杆外键  9、一杆内键  10、弹簧座(托盘)  11、钻杆弹簧

12、方头   13、销轴

                              2  固定点分段加压式机锁式钻杆

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1、扁头  2、一杆挡环  3、第一节钻杆  4、第二节钻杆  5、第三节钻杆  6、第四节钻杆

7、减振器总成  8、一杆外键  9、一杆内键  10、弹簧座(托盘)  11、钻杆弹簧

 12、方头   13、销轴

                        3  多点连续加压式机锁式钻杆

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组合式钻杆(见图4)是近年来出现的一种机锁杆(如1、2、3节杆)和摩擦杆(如4、5节杆)组合在一起的钻杆。该钻杆在孔深0~30米范围可钻较硬地层,在孔深30~60米范围可用于软地层钻孔施工。该钻杆特别适用于上硬下软较深桩孔的钻孔施工。

4  组合式钻杆

1、扁头  2、一杆挡环  3、减振器总成  4、第一节钻杆(机锁)  5、一杆外键   6、第二节钻杆(机锁)  7、二杆外键  8、第三节钻杆(机锁) 9、三杆外键  10、第四节钻杆(摩擦) 11、四杆外键  12、五杆外键13、第五节钻杆(摩擦) 14、弹簧座(托盘)

 15、钻杆弹簧  16、方头  17、销轴                 

2、钻杆的提升和伸放

钻杆在完全缩进状态被安装到旋挖钻机上,整根钻杆的重量通过最内一节杆的扁头和提引器相连接作用在主卷扬钢丝绳上。最内一节杆通过焊接(或安装)在其上的圆盘和弹簧、弹簧座(托盘)将其它各节杆托起(弹簧座的外径与一杆钢管外径相同)。

钻杆下放(伸出):钢丝绳下放,钻杆由于自重整体下降,1杆在动力头内键套内滑动下降。当1杆上的减振环碰到动力头上平面时,1杆被动力头托住,停止下降;钢丝绳继续下放,其余各节杆在重力作用下一起继续下降。当第2节杆的挡环碰到1杆下管内键上端面时,2杆被1杆挡住,停止下降;钢丝绳继续下放,其余各节杆在重力作用下一起继续下降。当第3节杆的挡环碰到2杆下管内键上端面时,3杆被2杆挡住,停止下降。如此继续,直到各节杆全部伸出,将安装在最里边一节杆方头上的钻具下放到孔底。由此可见,各节钻杆的伸出(下放)是由外向里进行的。

钻杆提升(缩进):(以5节杆为例)每次钻进结束后,钢丝绳提升,5杆带着钻具一起向上提升,同时5杆向4杆内缩进。当5杆完全进入4杆内时,安装在5杆上的弹簧座(托盘)将4杆托起,带着4杆一起上升,同时4杆、5杆一起向3杆内缩进。如此继续,直到5、4、3、2各节杆全部缩进1杆内,并且1杆也被弹簧座托起在动力头内键套内滑动上升,直至钻杆和钻具全部提出地面。由此可见,各节钻杆的提升(缩进)是由内向外进行的。  

3、  钻杆扭矩传递和加压原理

钻机在钻孔作业时,钻杆要将动力头的两个作用力传递给钻具,一个是圆周方向的旋挖扭矩M(圆周力F);另一个是轴向的加压力N。把这两个作用力从第1节钻杆传递给第2节钻杆;第2节钻杆传递给第3节钻杆…最末一节钻杆传递给钻具。这两个作用力的传递是靠外面一节杆下部的内键和其里面一节杆的外键相互作用完成的。摩擦杆和机锁杆加压力传递的作用原理不同:

 摩擦杆各节杆上的外键是焊在钢管上圆周120°均布的3条(或6条)通长钢条,无台阶(无加压点)。

机锁杆各节杆上的外键是焊在各节杆钢管上圆周120°均布的3条(或6条)带有加压端面(有台阶)或齿面的钢条。

下面均以第1、2节钻杆为例论述各节钻杆传递旋挖扭矩和加压力的原理。假设:(1)钻杆、钻具承受孔底土石料的负载反扭矩为:Mf=22tm;

(2)1、2杆扭矩传递作用半径为:R=195㎜=0.195m;

(3)钢-钢摩擦系数为:k=0.11(在有泥浆润滑条件时);

    则:F圆周力=M/R=22/0.195=112.82(t),F正压力= F圆周力=112.82(t);

f摩擦力=k×F正压力=0.11×112.82=12.41(t);

N= f摩擦力=12.41(t)

以上是以SR220C旋挖钻机为例,并且假定负载反扭矩与其最大输出扭矩相等,即Mf=M=22tm计算的加压力。实际上负载反扭矩比机器的最大输出扭矩要小得多,因为较松软的泥砂地层不会对钻具形成多大的负载反扭矩;较硬实的风化岩层钻具截齿在上边打滑,不易进尺,也不能形成多大的负载反扭矩。负载反扭矩小→F圆周力小→F正压力小→f摩擦力小→N加压力小,所以摩擦式钻杆传递的加压力很小。摩擦式钻杆的进尺加压力主要来自于最末一节钻杆和钻具的自身重量(φ440-5×13m摩擦杆的第5节杆重量为:1.8t左右,一个φ1.5m的捞砂钻斗的重量为:2t左右,加起来共3.8t左右)。加压油缸提供给动力头的加压力虽然很大(20t),但经过动力头内键套键齿侧与1杆外键侧的摩擦传递和各杆内外键侧的摩擦传递提供给钻具的进尺加压力却很小,所以使用摩擦杆不能在较硬地层施工作业。

 

注:在使用机锁钻杆时,要警惕钻杆每节的锁点是否解开,建议在每次每斗上提前将根据钻进深度逆向旋转。也可按每节钻杆一圈逆旋,如第三节已抽出就三圈,即可有效的保证每节的锁点解开。                                 

八、旋挖钻进成孔工艺

     钻进成孔: 旋挖成孔首先是动力头转动底门镶嵌斗齿的桶式钻斗切削岩土,并将原状岩土装入钻斗内,然后再由钻机卷扬机和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土,这样循环往复,不断地取土卸土,直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层,可采用干式或清水钻进工艺,无需泥浆护壁。而对于松散易坍塌地层,或有地下水分布,孔壁不稳定,必须采用静态泥浆护壁钻进工艺,向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。

     成孔前必须检查钻头保径装置,钻头直径、钻头磨损情况,施工过程对钻头磨损超标的及时更换。

     成孔中,按试施工确定的参数进行施工,设专职记录员记录成孔过程的各种参数,如钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。

     旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度,通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度,从而保证了成孔的垂直度。

     钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:由硬地层钻到软地层时,可适当加快钻进速度;当软地层变为硬地层时,要减速慢进;在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径;对硬塑层采用快转速钻进,以提高钻进效率;砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度                                      第四纪地层

地表覆盖土、淤泥、粘土、淤泥质亚粘土、砂土、砂层等较软的地层统称为第四纪地层。这类地层一般比较松软,可选用摩擦钻杆和回转钻斗钻进。像地表土、淤泥质亚粘土、粘土层在干性状态下胶结性都比较好,在干孔钻进下可用单底板土层钻斗钻进,也可以用双底板捞砂钻斗和土层螺旋钻头钻进;若在湿孔钻进条件下,因土遇水的胶结性能变差,一般用双底板捞砂钻斗钻进以便于捞取钻渣。淤泥层一般用双底板捞砂钻斗钻进。砂土层和砂层的胶结性能都比较差,不管干孔钻进还是湿孔钻进均用双底板捞砂钻斗钻进。对于含水丰富的流砂、流泥等易坍塌地层,采用双底板捞砂钻斗钻进。

 

卵砾石、风化基岩等硬地层

砂卵石、卵砾石泥灰岩、砂岩、灰岩、泥岩、页岩等硬岩层,因地层密度较大,摩擦钻杆和回转钻头无法完成成孔。此类岩层应选用机锁杆和短螺旋钻头。

根据钻进地层不同,短螺旋钻头分为嵌岩短螺旋钻头和土层短螺旋钻头两类。按其头部结构形式分,短螺旋钻头又可分为锥头短螺旋钻头和平头短螺旋钻头。一般情况,嵌岩短螺旋钻头多为锥头形式,土层短螺旋钻头多为平头形式。锥头短螺旋钻头根据锥头结构形式的不同和钻头导程的多少又可分为单锥单螺旋钻头、双锥单螺旋钻头以及双锥双螺旋钻头3种。嵌岩短螺旋钻头所用切削为头部镶焊有钨钴硬质合金的截齿,主要用于钻进风化基岩、胶结性较好的卵砾石地层及永冻土层。土层短螺旋钻头所用切削为耐磨合金钢斗齿或斗齿加截齿,主要用于钻进地下水位以上土层、砂土层和粒径不大的砾石层。一般的泥岩也可用土层短螺旋钻头,如:全风化及强风化。

对于硬度较大的基岩地层、大的漂石层以及硬质永冻土层,直接用短螺旋钻头或旋挖钻斗钻进都比较困难,需要岩筒钻配合短螺旋钻头和双底板捞砂钻斗钻进。岩筒钻分为取芯岩石筒钻和不取芯岩石筒钻两种。取芯岩石筒钻除了筒体下端焊有子弹头截齿外,筒体内壁上装有承托岩芯的合页片。不取芯岩筒钻则没有承托岩芯的合页片。岩筒钻的主要作用在于对孔内岩芯的圆周进行松动掏空,为以后下入嵌岩短螺旋钻头破碎岩芯创造破碎自由面。对于层理发育且各向异性的硬岩地层,用岩筒钻配合嵌岩短螺旋钻头和双底板捞砂钻斗钻进,能有效地预防孔斜及提高工作效率.

 砂卵石、卵砾石层比一般的第四纪地层硬度大,钻进难度较大。这类地层中若没有粒径太大的孤石、漂石,一般可选用机锁钻杆和双底板捞砂钻斗钻进。这类地层的研磨性比较强,所以钻斗斗齿的消耗会比较大。当碰到有大孤石(漂石),则下入嵌岩短螺旋钻头钻进,一般能把大孤石搅碎或将整个孤石(漂石)带出孔口。钻进卵砾石地层,嵌岩短螺旋钻头的锥头结构形式和锥度大小的选择主要取决于卵砾石粒径的大小和地层硬度,粒径大选用单锥头形式(单锥头形式的锥头叶片空间比双锥头形式的大,但是带渣能力前者比后者差),这样才能使大粒径卵砾石被旋入螺旋叶片内;粒径小则选用双锥头形式易于带起钻渣。地层硬度大则选用小锥角形式的钻头;硬度小则选用大锥角形式钻头。对于强风化基岩,如:泥灰岩、砂岩、灰岩、泥岩、页岩等硬岩层,采用嵌岩短螺旋钻头钻进,配合用岩筒钻(主要作用在于对地层进行松动,取芯是次要功能,所以一般采用不取芯岩石筒钻)以及用双底板捞砂钻斗清渣。

旋挖钻机在钻进时,根据地层选用钻斗的同时,还要注意在钻进时进尺的控制。在使用旋挖斗时依据斗体的容量,一般在斗体三分之二为合适。进尺深度根据桩直径而定,也要根据地层的密度控制进尺深度。进尺过多,导致卸土困难,还会导致埋钻卡钻的事故发生。过少会延误施工进度与设备、能源的消耗,成本提高,降低了效益。

九、旋挖钻机气举反循环全断面破岩成孔                      反循环钻具适合于坚硬地质和岩层。刀具一般为:牙轮滚刀和楔齿滚刀。

有全截面反循环钻具和环面反循环钻具。

 1、工艺原理

旋挖钻机气举反循环又称气压反循环。其基本原理是压缩机通过旋挖钻机动力头下面的随动气龙头及配套送气管路将压缩空气送至孔底牙轮或滚刀钻头的气水混合室,并使空气与钻头吸渣管内的水合物,从而形成比重小于吸渣管外泥水混合物的气水混合物。在不同比重形成的压力的作用,吸渣管内的气水流挟带岩屑排离孔底沉淀在钻头上部集渣筒内或直接排到孔外沉淀池内。沉淀析出的水以自流的方式向钻头与孔壁的环状间隙直至孔底,形成往复循环。                                            

九、 

2、工艺特点

● 适应旋挖钻机加压能力大特点,钻进效率较其他钻进方式高。

● 旋挖钻机采用气举反循环钻进工艺,孔底大块岩石渣都能排离孔底,无岩石二次破碎现象,钻进效率高。

● 钻进过程中,钻头切削具冷却效果好,提高钻头使用寿命。

● 工艺、操作比较复杂,需要人员较多,并且要求技术比较熟练。

3、旋挖钻机全断面破岩成孔的工艺设备

设备条件

旋挖钻机气举反循环岩石钻进设备主要由空气压缩机〈气压在0.7㎏,气量在5立方以上为宜〉,随动气龙头送风及排渣管路系统.孔底全断面钻进牙轮〈滚刀钻头〉.

2孔璧条件

旋挖钻机气举反循环由于是孔底局部循环,细小岩粉不能沉淀在储藏筒内,往往在孔底形成粥样粉浆,岩粉浆循环扰动使得孔壁难以形成泥皮护壁,所以本工艺要求在地质比较稳定的条件下使用.在孔壁不稳定,如有松散层,流沙层的情况下,要求下钢护筒或尼龙护筒到基岩面上,以防塌孔形成孔下事故.

4、设备的安装

(1)气龙头的安装

气龙头到达现场后,应立即焊接吊耳与钻机动力头运动件相连,同时焊接反扭杆,使气龙头中间外圈侧耳与钻机杆或动力头机座相连,传递气龙头旋转时的反扭矩。气龙头进气口也应用快速接头和胶管与空气压缩机相连。

(2)进气胶管的连接

将胶管的快速接头分别焊接于气龙头出气口阀门下接头和钻头气管接头上,中间用合适长度的胶管相连,形成进气通道。

5、钻进工艺参数

(1)加压力

旋挖钻机工作效率取决动力头扭矩与加压,对于滚刀钻头,原则上加压力越大工作效率越高,但要考虑钻机的加压能力及钻杆的承受能力。

(2)转速

旋挖钻机钻进硬岩时转速以815转/每分钟为宜,不可过快或过慢,过缓则钻进效率太低,或快则造成孔底泥浆涡动过大,冲刷孔壁,同时容易使钻机钻杆摆动过大造成损坏。

(3)空压机气量及气压

空压机排出的气压及气量以能形成孔底循环即可,不可太大,过大使孔底泥浆循环过快,冲刷孔壁,同时容易使岩渣不易沉淀。钻进时气压以大于孔底液柱压力一个大气压即可,如孔底液柱30M,气压调整4㎏即可,钻进时气量以不超过5立方/分钟为宜。

6、注意事项

(1)钻头下孔前必须检查滚刀或牙轮使之转动灵活,检查钻头各焊接部位无裂纹。如发现滚刀或牙轮轴承损坏应及时更换;刀座及钻头筒有磨损应及时补焊,防止发生孔下事故。

(2)孔底应保证无异物,如有掉落物,要提前打捞,否则滚刀或牙轮合金刀头容易崩落,或刀头及牙轮不能完全接触岩面导致钻头失效。

(3)钻头在初入岩时应轻压慢转,待孔底不平岩面扫平后再施压钻进以防止孔斜及钻头损坏。

(4)为防止气道阻塞,钻头入水前通气循环,钻头出水后停止通气。必要时可关闭气阀门避免泥浆倒灌。

(5)钻机用其他方式钻进,把气龙头反扭杆卸下,以延长气龙头寿命。

(6)气龙头的保养很重要,定期注油。如发现漏气,既更换密封件。

(7)气龙头避免强烈撞击,在开合旋挖斗时,缓慢进行。

(8)孔底细小岩粉不能沉淀于钻头筒内,孔底形成粥状泥浆,长时间钻进时,应定期更换泥浆或稀释,钻头清洁确保掘进效率。                                          

十、 附则   

(一)、钻孔完成后成桩施工工艺

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(1) 整形清孔

为了保证成桩后桩的承载能力的连续性,成桩前要进行整形清孔。

(2) 下钢筋笼

孔深超过12m时,如果要求下全笼一般要进行孔口搭接焊。焊接要求:

a、同一截面搭接不得超过50%

b、搭接焊搭接长度大于10d(单面焊)或5d(双面焊)d为钢筋直径。

3)下导管

(水下砼灌注必须使用导管,防止砼离析)

下导管时要注意丝扣间的密封圈是否完好,如有破损马上更换。

4)二次清孔

清孔(清除孔底沉渣)

端承桩孔底沉渣不得大于10cm

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摩擦桩孔底沉渣不得大于30cm

小口径孔一般采用正循环清孔(一般小于1000mm)

大口径桩清孔多采用泵吸反循环或气举反循环。

5)灌注砼混凝土至桩顶标高

灌注砼混凝土施工工艺如下:

a、埋管2-6cm

b、达到桩顶标高前要持续灌注;

c、导管严禁提离砼面;

d、每车时间间隔不超过30分钟。

混凝土的要求:级配要好,坍落度在16-22cm之间。

(二)、桩的养护和检测

为了保证桩的质量,要注意科学的养护方法。

桩的检测分动载和静载检测,动载检测分大应变和小应变,主要是利用击打桩身产生的波形分析检测桩身的完整性。静载检测是利用压沙袋等方式检测桩的承载能力。

桩身完整性和承载力经检测达到设计要求即为合格。


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