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旋挖钻机与回转钻机使用护壁化学泥浆

2018-11-5 10:50:56      点击:

通常造成钻孔孔壁坍塌的原因有很多,归纳起来主要有以下几个方面:

1、地层应力作用。引起孔壁坍塌的应力形式主要 表现为挤压破坏,在钻进中,地层原来的应力受到破坏,孔壁受挤压力的作用产生径向位移,当孔内液柱压力不足时即表现为孔壁坍塌。
2、泥浆对孔壁稳定性的影响。泥浆是钻孔的血液,其质量的好坏,对成孔及孔壁的稳定性起决定性作用。
3、钻进工艺的选择
钻机钻进过程中,钻进速度、转速、上下钻提升速度等方面对成孔质量都具有一定的影响。
通常旋挖钻机所用的泥浆材料为优质膨润土,它分为钠质膨润土和钙质膨润土两种。前者质量较好,大量用于钻孔泥浆制备,膨润土具有相对密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、造浆能力大等优点。
我们根据工程实践,浅谈旋挖钻机与回转钻机成孔的技术特点,讨论泥浆在不同钻进方法中所发挥的不同作用。不妥之处,敬请专家批评指正。


(一)旋挖钻孔设备之特点
目前,我国工程现场使用的旋挖钻机,大多是引进德国和意大利的产品。如德国宝德公司的BG20、BG25。意大利土力公司的R-412HD、R-518、R-516以及R-622等。
旋挖钻机与常规回转钻机相比,泥浆所发挥的作用有很大区别。
旋挖钻机的钻杆为抽拉式与挖斗相连,在油缸的加压下钻进,提升后回转倒土。
旋挖钻机钻进机理与传统钻机钻进机理有着根本的区别,其彻底改变传统钻进工艺的改革钻头的改进,它将传统的梳齿钻头、滚刀钻头等改为筒式钻头,将斗齿切削下的土直接装进筒式容器内,然后又钻杆提出,旋挖钻机常用的钻头有:
⒈短螺旋钻头(见图1)。它主要依靠螺旋叶片之间的空间,收集从孔底切削下来的土体,这种钻头常用于地下水位以上的粘性土地层。
⒉挖泥钻斗(见图2)。这是常用的钻头,在钻头底部有二扇仅可向斗内方向打开的合叶门。当钻头钻进时,斗齿切削孔底土,经合叶门将土压入斗内,当四次进尺完成后提升钻头时斗内的土在重力作用下将两扇门关紧,阻止土掉入孔内,这种钻头一般适合粘性土的钻进。
⒊挖沙钻头,这种钻头与挖泥钻头基本一样,只是底部为双层底(见图3),两底可以相对回转一个角度,实现了进土口的打开与关闭,在钻进时,底部的进土口为开放状态。因此进尺结束后,见钻头反向旋转一个角度后,使进土口关闭,使口内的土完整的保存取出。这种钻头常用于沙性土地层的钻进,以及孔底的清渣工序等。


(二)旋挖钻孔灌注桩的技术特点
同传统的钻孔灌注相比,旋挖钻孔灌注桩的施工工艺流程并无特别之处,基本是一致的,其不同之处就是改变了成孔工艺。由于成孔工艺的改进,旋挖钻机成孔表现出了许多与传统钻机成孔不同的技术特点。
⒈由于旋挖钻机成孔工艺,所采用的泥浆一般用膨润土、纯碱、纤维素等配制,在孔壁不形成厚的泥皮,此外钻头多次上下往返,是孔壁粗糙,旋挖成孔工艺是利用筒式钻斗底部的斗齿,切削土体,并压入同时容器内,然后由于钻杆提出筒式钻头,如此循环完成成孔作业,其中泥浆的主要功能是:静压孔壁起护壁等作用。
回转钻机成孔工艺,无论是正循环还是反循环,都是利用钻头将土先切削后粉碎,利用循环的泥浆将钻渣携带出来, 其泥浆主要作用是:携带钻渣、平衡地层压力、保护孔壁及冷却钻头等作用。


(三)施工中应注意的问题

根据施工体会,我们认为,应注意如下问题,应保证最大程度的发挥旋挖钻孔灌注桩的技术经济优势。
⒈泥浆问题
旋挖钻机成孔最主要的工作之一就是泥浆制备。由于旋挖钻孔的特殊工艺,其自造浆能力较差,当地层条件需要时,必须制备泥浆并及时补充孔内,保证孔壁的稳定。
泥浆问题应注意两个方面。一是泥浆指标,二是补浆的速度。制备泥浆的指标,一般控制比重1.05~1.15之间,粘度控制在17~20S,砂率控制在4%以内,常用的泥浆材料,一般使用优质澎润土加纯碱、聚丙稀配制或纤维素等。
泥浆的补充一般靠泵送方式,其速度以保证液面始终在护筒底面以上为标准,否则将造成孔口塌陷,影响成孔质量。

回转钻机工作原理:
回转钻机是由动力装置带动钻机回转装置转动,从而带动有钻头的钻杆转动,由钻头切削土体。根据泥浆循环方式不同,分为正循环钻机和反循环钻机。
正循环回转钻机成孔是由空心钻杆内部通入泥浆,从钻杆底部喷出,携带钻渣沿孔壁向上流动,由孔口将钻渣带出流入泥浆池。
反循环回转钻机成孔是泥浆由钻杆与孔壁间的环状间隙流入钻孔,然后由泥浆泵在钻杆内形成真空,使之携带钻下的土渣由钻杆内腔返回地面而流向泥浆池。反循环工艺的泥浆上流的速度较高,能携带较大的土渣。

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