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钻孔灌注桩常用钻机比选

本文章由注册用户 马可 上传提供 2023-06-17 17:44:43 评论 发布 版权声明 166
摘要:钻孔灌注桩不受地下水位影响,可以穿越各种土质复杂或软硬变化较大的地层对地基进行加固处理,但钻孔灌注桩施工工艺繁多。在整个施工过程中,关键环节是钻孔,钻孔速度的快慢和成孔的质量在整个桩基施工过程中居于主导地位,钻孔机械就是灌注桩基础施工的主导机械,因此对钻孔机械的比选尤为重要。实际
钻孔灌注桩不受地下水位影响,可以穿越各种土质复杂或软硬变化较大的地层对地基进行加固处理,但钻孔灌注桩施工工艺繁多。在整个施工过程中,关键环节是钻孔,钻孔速度的快慢和成孔的质量在整个桩基施工过程中居于主导地位,钻孔机械就是灌注桩基础施工的主导机械,因此对钻孔机械的比选尤为重要。实际地层中哪些钻机可以成孔,成孔的效率、消耗如何,只有全面分析各类钻机的技术、经济性能指标,才能找到最合适的工程机械选型方案。

常用钻机的种类及技术特点

(1)冲击钻

冲击钻机是一种比较传统的钻进机具,依靠冲击锤进行冲砸,掏渣筒掏渣,上下往复冲击,将土石劈裂、砸碎,部分被挤入孔壁之内,钻渣随泥浆(或掏渣筒)排出。
它适合各种土层和岩层的施工,包括填土层、粘土层、密实砂层、圆砾层及角砾复合夹层,在岩层施工的优势很大。但在大漂石、卵石层及微风化地层中进尺缓慢,冲击锤容易损坏。在松散且厚度较大的砂层中钻进时容易塌孔,主要原因是冲击钻进时孔内泥浆比重不均匀,上部小下部大,掏渣筒掏渣后孔内水位降低产生水位差造成塌孔。
冲击钻具有地层适应范围广、施工速度快、场地环境要求小、造价较低等特点。但同时冲击钻劳动强度大,泥浆循环要设立泥浆回流池,占地大,产生的泥浆不易外运,施工震动噪音大,环境评价差,功率消耗很大,钻进效率很低。因此,除在卵石层钻孔时采用外,其它地层中已逐渐被其它型式的钻机所取代。

(2)回旋钻机

回旋钻机是一种在我国应用时间最长、范围最广、市场保有量最大的成孔机具,该种钻机除在卵、砾石层钻进较为困难外,在其它各种常见地层均有良好的适用性。具有护壁效果好、成孔质量高、施工无震动、无噪音、操作方便、造价较低等特点。回旋钻机根据排渣方式的不同分为正循环和反循环两种,反循环又细分为泵吸、气举、孔底泵送(射流)三种。
1)正循环回旋钻机:利用钻具旋转,切入土层进行钻进,泥浆泵将泥浆压进笼头里面,成孔时泥浆由钻杆内部注入,从钻杆底部喷出,携带钻下的土渣沿孔壁向上经孔口带出并流入沉淀池,再至泥浆池,由此循环。

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。

反循环的循环能力和排渣能力都比较强,大的钻渣都能排出来,所以更适合在卵石层、砂卵石夹层、岩石层等颗粒比较大的地层中钻进成孔。

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。

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