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小型旋挖鉆機打樁施工中影響效率的因素分析
  發布者:yuhai 發布時間: 閱讀:825

小型旋挖鉆機的鉆進效率是指在正常工作時,所鉆樁孔的總深度與所費總時間之比。影響旋挖鉆機鉆進效率的因素有:孔深、孔徑、地層情況、鉆具選配及鉆桿型式等。
1.孔深對旋挖鉆機鉆進效率的影響
旋挖鉆機施工中每當鉆頭裝滿土后都要提鉆卸土,然后再把鉆具下到孔底。顯然孔深越小,效率越高。鉆進效率V=H1/(t1+t2+2H/V1)(m/h)其中H,為每鉆進尺量,m;t1,為鉆滿一斗所需時間,h;t2為卸土時間,h;H為孔深,m;V,為提、下鉆速度,m/h。從上式可知,當其他參數不變時,H越大則V越小,當孔深超過100m后,鉆進效率急劇下降,當孔深超過120m時鉆進效率會低于其他工法的效率,且事故率大幅升高。因此建議進行超深孔施工時,盡量選用正反循環等其他工法。
2.孔徑對旋挖機鉆進效率的影響
目前旋挖鉆機最常用的是旋挖鉆斗,桶體中空,下部有2個進土斗門。在鉆進時,鉆碴通過鉆齒切削從斗門進人桶體內,在下部鉆碴的推力下,上部碴土逐漸上升進入桶內,直至裝滿桶體。鉆孔直徑大小影響鉆進效率的主要有兩點,一是碴土進入斗門的速度,二是碴土在桶體內上升的速度。首先碴土進人斗門速度與斗門進土面積有關,鉆孔直徑越大,斗門進土面積越大,進土速度越大;
其次碴土在斗體的上升速度與很多因素有關,最主要的是:
(1)碴土的重量;
(2)桶壁與碴土的粘附力。
很顯然,鉆孔直徑越大,碴土的重量越大,但桶壁與碴土的粘附力會減小;當鉆頭直徑減小時,碴土重量減輕,但桶壁與碴土的粘附力則會增大。
當然還有一些其他因素,如鉆桶的形狀、鉆桶表面的摩擦系數、碴土的含水量等,都會影響碴土在桶體的上升速度。綜合以上情況,鉆孔直徑對鉆進效率的影響呈現如圖2的規律,從圖中可以看出,鉆孔直徑小于1m和大于2m時鉆進效率會下降。
.地層對鉆進效率的影響
地層對鉆進效率的影響主要表現在地層鉆進的難易程度(地層的可鉆性)和卸土的快慢。
3.1地層的可鉆性
地層的可鉆性是一個復雜的指標,國內外地質鉆探專家把地層按鉆進的難易程度進行分級,我國是參照前蘇聯的分級法,把地層分為12個級別,級別越大可鉆性越差。由于在大口徑灌注樁孔的施工中對地層的可鉆性還沒有分級,所以對應不同的地層的鉆進工藝就沒有統一標準和規范。旋挖鉆機樁孔施工的碎巖和攜粉的機理與地質鉆探還是有區別的,旋挖鉆機主要是通過切挖把所鉆層分割成大塊巖碴,然后裝進鉆頭體內,而地質鉆探主要以沖磨把地層磨成細小顆粒,通過沖洗液攜帶到地面。所以旋挖鉆機施工地層的可鉆性指標,最主要的是地層的杭壓強度,只要鉆機所施加的鉆壓大于地層的抗壓強度,鉆齒就能壓人地層,從而切割成塊,作用在鉆齒的壓強一定要大于地層的抗壓強度,即F/S>G式中 F——壓力;S——鉆齒接觸孔底的面積;G——地層的抗壓強度。
如果滿足以上條件,再優化其他因素,鉆進效率就會大大提高,如調整回轉速度及鉆齒角度等。由上可知,地層越硬,鉆進效率越低,因為所需鉆壓變大,在壓力一定時使地層破碎的時間加大。
3.2卸土因素對鉆進效率的影響
由于所鉆地層的成份、結構、含水量等不同,造成鉆碴的粘性不同,當鉆碴裝滿斗體提出地面卸土時,其粘性越大,卸土所需時間就越長。
4.鉆具選配對鉆進效率的影響
小型旋挖機所用鉆頭種類很多,結構千變萬化,對于不同設備機型、不同施工方法和不同地層,要選用不同的鉆頭。目前旋挖鉆機常用的鉆頭有以下6大類:螺旋鉆頭、旋挖鉆斗、筒式取芯鉆頭、擴底鉆頭、沖擊鉆頭和沖抓錐鉆頭,每一大類中又有很多品種。鉆具的選配對旋挖鉆機鉆進效率影響很大,應根據所鉆地層選取最適合的鉆頭獲得鉆進效率最大化。旋挖鉆機可根據地層情況配置不同的鉆頭,在粘性土層可使用長鉆筒,加快鉆進速度;對于砂卵石含量較大的地層可使用短鉆筒,配臵泥漿護壁,控制鉆速;對于含孤石、漂石及較硬巖石地層可換用長、短螺旋鉆頭進行處理,松動后再換上鉆筒繼續鉆進。與常規鉆機相比,旋挖鉆機回轉扭矩大,并可根據地層情況自動調整。
5.鉆桿的選擇對鉆進效率的影響
旋挖鉆機常用鉆桿分為兩大類一摩阻式和機鎖式,摩陰式鉆桿主要是靠鉆桿鍵條的之間的摩擦力產生鉆壓,此種釗井干的特點是:隨鉆隨加壓,無需找加壓點,提鉆桿時無需解鎖,操作方便,提、下鉆具速度高,但加壓力小,在較軟地層鉆進中使用該類鉆桿效率高;機鎖式鉆桿是通過鉆桿每層之間的加壓點,對接后把動力頭的加壓力傳到孔底鉆具上形成鉆壓,此類鉆桿的特點是:鉆進時只有在各層之間的加壓點對接后才能產生最大鉆壓,提升鉆桿時需先解鎖,且提、下鉆速度慢,適合于較硬地層。
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