近几年来,随着我国改革开放及基本建设的向前发展,对公路、铁路、高层建筑、港口码头的基础桩施工,提出了优质、高效、快速的要求。原故有的冲击钻、正、反循环回旋钻机不能满足工程的需要,已被旋挖钻机越来越广泛的投入使用所代替。因此,目前研究、探讨、总结旋挖钻施工技术,无疑具有十分重要的现实意义。
1、施工实例及概况
2、对旋挖钻机在特殊地层如何发挥性能优势的探讨
2-1、钻孔固壁的工艺措施在砂层、松散不稳定地层旋挖钻孔,往往因孔壁掉块坍塌,造成无法钻进。由此看来,钻孔固壁是首当其冲要解决的问题。钻孔介质主要有空气、水、泡沫和泥浆四种。这四种介质中泥浆虽然造价较高,净化不易,但它有独特的护壁作用。所以,对砂层,松散易坍塌层选用泥浆作固壁介质,利用泥浆的性质使孔壁产生一层泥皮,加之泥浆有较大的比重,能将孔壁保护住,不致坍塌,保证正常钻孔。
2-2、对现有设备挖潜补缺,使旋挖钻机在特殊地层施展优势
2-2-1 正反循环交替清孔排渣工艺
1)工作原理:先利用泥浆泵正循环往孔底压浆,靠泥浆向上翻动力冲起沉淀物,而后用砂石泵工作时吸入形成负压,由于不断的平衡吸渣使管内外形成压力差,产生液流,当流速达到额定数值时将孔底泥砂、钻渣随液流到达地面。
2)装置:由泥浆泵、压浆管、砂石泵、吸渣管、排渣闸阀、排渣管等组成。
3)作业过程及要点:在砂石泵吸渣管下端头联接2ｍ长相同直经的钢管(视泥浆比重加一些配重块),将吸渣管放入孔内,插到孔底,用吊车或三角架吊住;把泥浆泵压浆管连接在砂石泵排渣管一侧,关闭砂石泵排渣闸阀,开启泥浆泵,使泥浆池中合格泥浆经泥浆泵吸入口→泥浆泵→压浆管→砂石泵排渣口→砂石泵→吸渣管压入孔底,靠泥浆向上翻动力冲起沉淀物。正循环的主要目的是把沉淀在孔底的泥砂和散落的颗粒状钻渣全部先冲起来。因此,为了冲得彻底,在正循环工作时,用吊车或三角架上的手拉葫芦吊着吸渣管反复上下运动,正循环的时间视沉淀物的厚度,一般沉淀物薄时大约数分钟后,即可转为反循环排渣,其操作方法是在打开砂石泵排渣闸阀的同时开启砂石泵,当确认砂石泵整个循环系统已充满泥浆水,无漏气现象,砂石泵排渣管也已充满泥浆水而正常向外排放时停泥浆泵,砂石泵正式进入反循环清孔排渣。为清孔彻底同样用吊车或手拉葫芦吊着吸渣管反复上下运动。反循环是用砂石泵把孔内含钻渣的泥浆抽吸出来,泥浆池沉淀后的泥浆流入孔内的置换过程,所以也叫换浆法清孔。若孔底沉淀物太厚,一个正、反循环周期不能一次清到孔底,按以上正、反循环作业程序交替反复进行,直到孔深清到位为止。
4)清孔的质量要求:清孔即将完毕时,应测孔底排出的泥浆比重与泥浆池流入孔内的泥浆比重,若相等或差值很小,清孔已符合要求。最终清孔后孔底沉淀物厚度应按图纸规定值进行检查,如图纸无规定时,对于直径等于或小于1.5ｍ的摩擦桩,沉淀厚度应等于或小于300ｍｍ,当桩径大于1.5ｍ,桩长大于40ｍ或地质较差的摩擦桩,沉淀厚度应等于或小于500ｍｍ。
2-2-2 正、反循环交替清孔排渣工艺特点
1)利用正循环,一是可将沉淀在孔底的泥砂冲起,二是从砂石泵排渣口一侧向泵及整个循环装置充满泥浆,为转换为反循环做好了准备,减少了利用真空泵启动砂石泵的设备。
2)利用反循环,主要是为加快泥浆的上升流速,加强排渣能力。
3)砂石泵吸渣管内径大,能通过大粒径的钻渣,适合于抽吸旋挖钻散落到孔底的粒状钻渣。
4)清孔速度快。清孔时间视孔径、孔深和钻渣含量而定,一般30ｍ深(1.5ｍ)含中粗砂较多的孔,反循环清孔约需15ｍｉｎ。
5)采用正、反循环交替清孔排渣法,操作简便,速度快、效率高、成本低,技术性能和使用性能优于其它清孔排渣方式。
2-2-3 正、反循环交替清孔法应注意的问题
1)此工艺方法虽然操作简单,使用方便,但使用孔深只有60ｍ～80ｍ;
2)为保证获得上述有效深度,除提高砂石泵性能,安装时应尽量低于孔口高,还应尽量减小泥浆比重;
3)为防止漏气停泵,全部管路和泵的密封都要可靠;
4)尽量提高和保持孔内液面高度,以增加泵的效率;
5)必须有充足的水源或泥浆池,不使孔内水位下降。
3 结语
经过认真研究旋挖钻机在不同地质的施工情况得出如下结论:旋挖钻机在粘土、亚粘土、砂卵石层钻孔,确实具有普通回旋钻不可比拟的优势,可是遇到砂层和松散不稳定地层钻孔,其效率一落千丈,其原因不在于钻孔速度慢,而在于没有先进的造泥浆设备和先进的清孔排渣设备相配合;施工效率算总帐,有时还不如普通回旋钻机效率高。一台国产旋挖钻机购价百万元以上,进口机近千万元,如此昂贵的设备,在工程中不能充分发挥它应有的优势,不但造成浪费,加大工程成本,同时对旋挖钻的普及也有一定影响。为此,通过研究总结了多年来国内普通回旋钻机,潜水钻机钻孔固壁,正、反循环清孔排渣设备的技术性能,提出了利用现有设备泥浆泵和砂石泵,采用正、反循环交替清孔排渣的工艺技术,用于旋挖钻机在特殊地层钻孔后清孔排渣。
