常用钻机的种类及技术特点
(1)冲击钻机
(2)回旋钻机
它适合素土层、粘土层、砂土层的施工,也可以在砂砾、卵石含量小于15%的土层中使用,对于强度在中风化以上的岩层不建议使用。钻进速度比较快,但需要建设泥浆池、泥浆沉淀池,占地面积大,回旋钻机比较笨重,移动起来不方便,对环境污染较严重。
2)反循环回旋钻机:由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转破碎岩土,然后利用反循环排渣方式,即在钻进时,泥浆自泥浆池通过井口,由钻杆与孔壁间的间隙流入钻孔,砂石泵在钻杆内形成真空,使钻下的土渣由钻杆内腔吸出至沉淀池,流入泥浆池,再流入井内循环。
正、反循环回转钻机在复杂地层成孔效率较低,施工现场用水量大,泥浆排放量大,扩孔率较难控制,很难在卵石、漂石、基岩上施工,特别是在坚硬地层中进度缓慢,施工成本直线上升。两者比较,正循环钻机排渣能力比较弱,但工艺比较简单,容易操作,正循环钻机的价格也比较便宜;反循环钻机排渣能力比较强,但工艺比较复杂,操作不当容易引起塌孔,反循环钻机的价格比较高。正循环钻机只要用一台泥浆泵,而反循环钻机则需要两台泥浆泵,或一台泥浆泵和一台空气压缩机。
(3)冲击反循环钻机
冲击反循环钻机是一种将传统的冲击钻机与反循环排渣工艺相结合的新型大孔径钻机。即利用冲击钻头对岩石进行较高频率的冲击,使岩石产生破碎,然后利用反循环排渣方式及时将破碎岩屑第一时间排出孔外,该种钻法既保留了传统冲击式钻机的施工成本低、清孔干净、沉渣量少、适应地层广的优点,又克服了其不能连续排渣、重复破碎多的不足,广泛适用于各种复杂地层施工。
冲击反循环钻机与回旋钻机各有各的优点,一般在粘土、亚粘土、淤泥质土层、粉砂层施工时,回转钻机要比冲击反循环钻机施工快1.1~1.3倍。且成本消耗较低。但在卵砾石层及基岩施工中,冲击反循环钻进明显比回转钻进要快2~3倍,尤其在一些丘陵山区地带,冲击反循环在施工复杂地层(即卵石层及卵砾夹石层)成孔速度优越性更加显著。成本消耗方面,在卵砾石层、漂石、基岩施工中,冲击钻进效率高,而回转钻机钻进速度慢,成孔周期长,成本比冲击钻进高3倍以上,如遇大漂石、大块石硬度较高的花岗岩回旋钻机很难钻进,只能用冲击反循环钻机来完成。
冲击反循环钻进振动大,对周围环境影响很大,特别是冲击下部坚硬基础岩面时,冲击振动对周围产生很大噪音,另外钻机功率大、耗电量高、结构复杂、体积大、运输成本也较高。
(4)旋挖钻机
旋挖钻机是近年来一种新型桩基成孔施工方法,它通过钻杆和钻斗的旋转,以钻斗自重并加液压作为钻进压力,使土屑装满钻斗后提升钻斗出土,通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥护壁,反复循环而成孔。
旋挖钻机适用于各类粘土、粉土、密实砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层,借钻具自重和钻机加压力,耙齿切人土层,在回转力矩的作用下钻斗同时回转配合不同钻具,适应于干式(螺旋)、湿式(回转斗)的成孔作业。目前,旋挖钻机的最大钻孔直径为3m,最大钻孔深度达120m(主要集中在40m以内),最大钻孔扭矩620kNm。
旋挖成孔具有施工质量可靠、成孔速度快、成孔效率高、适应性强等特点。废浆少、噪音低、污染小、克服了机械成孔时孔底沉淤土多、桩侧摩阻力低、泥浆管理差的缺点,大大缩短了工期,极大地提高了施工质量。缺点是对于厚度较大的松散砂层在钻进时易塌孔,在卵石含量较大的卵石层钻进时速度慢,不适用于坚硬岩石层入岩施工。旋挖钻机一次投人费用较大,但成孔费用消耗等经济技术指标比其他方法成孔费用低,应结合工程规模、工程量和施工进度综合考虑,从目前看该工艺在我国有着相当可观的经济效益。