灌注桩施工钻具的选用

挖钻进施工钻具的选用

旋挖钻进施工钻具的选用

摘 要：介绍了旋挖钻进施工常用钻具的种类和结构特点，包括旋挖钻斗、短螺旋钻头、岩石筒钻。介绍了各种不同地层情况及选用相应旋挖钻具，还介绍了这些钻具在吉林通化一个工地和青藏铁路工程施工中所取得的良好效果。 关键词：旋挖钻进 钻孔灌注桩 旋挖钻具 成孔速度 青藏铁路 多年冻土 旋挖钻进施工钻孔灌注桩选用合适的钻具对减少钻具本身的消耗、节约能源、提高成孔的速度和质量以及整个施工效率的提高起着至关重要的作用。钻具选用不合适会导致钻具本身消耗增加，浪费设备动力能源，还可能会因成孔速度慢而导致孔内事故。 1.旋挖钻具的基本类型 旋挖钻具主要有三大类：一、旋挖钻斗；二、短螺旋钻头；三、岩石筒钻 1.1旋挖钻斗 旋挖钻斗主要用来钻进较软的第四纪地层，还用于钻孔清渣。旋挖钻斗根据底部结构不同可分为单底板土层钻斗（图1所示）和双底板捞砂钻斗（图2所示），进土口分为单口和双口。根据钻斗筒体直径和钻机类型及其所钻地层钻斗设计有直筒和锥筒，底板的开合机构可设计为公母钩开合机构和矛头开合机构。针对地层情况制定不同的斗齿焊接角度。钻斗的筒体及底板均采用强度高、耐磨性能好的合金Mn板制作。根据钻进不同地层，切削具可设计为耐磨合金钢铲式直斗齿和旋转斗齿、子弹头截齿以及斗齿与截齿混装3种形式。                                图1.单底板土层钻斗 图2.双底板捞砂钻斗 1.2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（图3所示）和土层短螺旋钻头（图4所示）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具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具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。                             图3.嵌岩短螺旋钻头 图4.土层短螺旋钻头 1.3岩石筒钻 相对旋挖钻斗和短螺旋钻头来说，旋挖钻进施工一般较少用到岩石筒钻（图5所示）。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，需要岩石筒钻配合短螺旋钻头和双底板捞砂钻斗钻进。岩石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。不取芯岩石筒钻则没有承托岩芯的合页片。岩石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，用岩石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。 图5.岩石筒钻 2.不同地层旋挖钻具的选用 旋挖钻具的种类和结构形式对钻进地层都是有针对性的。钻具的选用主要根据施工的地层情况而定。 2.1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，可用旋挖钻斗钻进。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。 2.2卵砾石、风化基岩等硬地层 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，一般可以用双底板捞砂钻斗钻进。因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（图6和图7所示为通化一个工地用Φ1500嵌岩短螺旋钻头从孔内带出的大孤石（漂石））。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，配合用岩石筒钻（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。                                         2.3青藏铁路多年冻土地层 青藏铁路建设的多年冻土问题是个世界性难题。冻土是一种对温度高敏感性和不稳定性的土体，根据总含水率，多年冻土可分为少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土及含土冰层等5种类型。连续多年冻土对工程的影响主要有融沉、冻胀与不良冻土现象。多年冻土中还夹杂着岩层、砂层、砂砾层、冰层，地层情况极其复杂。多年冻土层路桥桩孔施工要求对桩周冻土不能有太大的扰动，这种情况下成孔速度尤为重要，从而对选挖钻具合理选用要求更高。对于粘性土、松散土和胶结性好的小直径卵石，可用单底板土层钻斗钻进，也可用双底板捞砂钻斗及双锥单螺嵌岩短螺旋钻头。大直径卵石、一般性冻土、强风化基岩，可用双底板捞砂钻斗及单锥单螺嵌岩短螺旋钻头对付。坚硬的冻土、大直径卵石和风化基岩，用单锥单螺嵌岩短螺旋钻头钻进。碰到大漂石或坚硬基岩，则下入岩石筒钻对地层进行松动，然后换用嵌岩短螺旋钻头钻进及用双底板捞砂钻斗清渣。青藏铁路桩基施工实践表明，旋挖钻进工艺和钻具的成功选用，不但解决了多年冻土层施工的世界性难题，缩短了施工周期，还为施工单位带来了巨大的经济和社会效益。 3.结语 旋挖钻进技术由于具有效率高、低噪音、无污染、适应地层较广泛等这些无可比拟的优点，深得越来越多的施工单位的青睐。但是，根据不同地层正确合理地选用钻具是保证顺利进行旋挖钻进施工的关键。这对于新近入旋挖钻进施工行业的单位尤为重要。

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