浅谈利用旋挖钻机提高嵌岩施工效率

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摘 要：在武汉由于目前很多桩基础要求进入中风化岩石，甚至要求进入微风化岩石，而旋挖钻机虽然对土层沙层等较软弱岩土层钻进效率很高，但是嵌岩能力却较弱。旋挖钻进在一些深孔和坚硬岩层受到较大限制，已经成为旋挖钻机发展的瓶颈。为了今后在工程项目施工中能更好地处理类似情况，本文简单地介绍了工程概况，重点描述了利用旋挖钻机如何提高嵌岩的施工效率。

Abstract：In Wuhan because many pile foundation rock weathering into requirements, even in slightly weathered rock, androtary drilling rig for soil sand is soft rock and soil drilling efficiency is very high, but the rock socketed ability isweak. Rotary drilling is restricted in some deep and hard rock, has become the bottleneck of the development ofrotary drilling rig. In order to better deal with a similar situation in the project construction in the future, this paperbriefly introduces the general situation of the project, focuses on how to improve the construction efficiency ofdrilling rig rock socketed using spin..

关键词：旋挖嵌岩中风化 钻进效率 钻齿

中图分类号：P2文献标识码： A

Key words：Rotary drillingrock socketedWeatheringDrilling efficiencyDrilling teeth

一、工程概况

汉口某住宅楼桩基工程，位于武汉市建设大道与江大路交汇处，包括的主要建（构）筑物有：1栋33F超高层住宅、拟建场区整平标高约为21.70m。我公司承接试桩施工任务，采用后压浆钻孔灌注桩基础，桩直径均为φ800,桩长46m左右,桩底持力层为中风化砾岩，入持深度不小于4m，目前先进行试桩施工，共6根试桩。

主要工程地质条件为，场地地层自上而下划分为7个单元层：第（1）单元层为填土层（Qml）及淤泥层（Ql）；第（2）单元层为第四系全新统冲积（Q4al）一般黏性土；第（3）单元层为第四系全新统冲积（Q4al）砂土层，第（4）单元层为第四系全新统冲洪积（Q4al+pl）中细砂混卵砾石；第（5）单元层为石炭系（C）中风化砾岩；第（6）单元层为石炭系（C）中风化砂岩；第（7）单层为石炭系（C）强风化粉砂质泥岩、泥质粉砂岩。

二、制定施工方案

该工程入岩中风化砾岩较深，项目部拟通过该项目进行试验，以通过对施工机具的科学改进，提高旋挖嵌岩施工能力。

由于工期短时间紧，为了按期完成该试桩项目，结合以往类似工程经验分析，通过项目部成员共同努力、研究，制定了一套经济合理的方案，以助工程顺利完工。

最后确定的提高旋挖嵌岩钻进效率的方案如下：

1.选用大功率、高扭矩旋挖钻机，并且科学的改进设备性能，保证钻进设备能够满足施工要求；

2.选派经验丰富的钻机操作手；

3.根据筒钻嵌岩布齿原则，科学合理分布钻齿，通过钻进实验，改变钻齿角度，破碎岩石；

4.根据地质情况选用合理的钻头实施钻进，通过不同的组合钻进形式，提高旋挖钻机嵌岩效率；

5.做好每回次进尺记录，确定钻进效率。

三、具体方案实施

材料设备及人员准备（如图表所示）

表3.1材料清单

类型 数量 用途 备注

单底层钻头 1 实施土、沙层钻进

双底入岩钻头 2 入岩钻进 一套钻进、一套备用

入岩筒钻 1 岩层环切破碎钻孔内壁结构

双锥螺旋钻头 1 破碎钻孔内中心岩层的结构

可自转截齿 若干 筒钻及双锥螺旋钻头备用

不自转截齿 若干 双底层入岩钻头备用

普通钻齿 若干 单底层钻头备用

图1 双底入岩钻头图2 内螺旋入岩筒钻图3双锥螺旋钻头

图4 普通钻齿图 图5可自转截齿、不自转截齿

根据地质条件和桩的设计参数,本工程选定的设备如下:

表3.2

序号 设备名称 型号规格 扭矩/孔深 产地

1 旋挖钻机 FR626 26TM/80M 山东潍坊

如图所示，该设备均具有大功率、大扭矩、能够超深钻孔的特点，这样才具备了钻进坚硬岩石的先决条件；为了较好的完成嵌岩钻进，只有选择较大功率钻机，才能达到理想的入岩效果。

本次施工选用的钻机为福田雷沃FR626旋挖钻机，该钻机扭矩可达26TM, 最深钻孔能达到80m，理论上能够满足本次嵌岩施工。

操作手方面，指派公司拥有多年旋挖施工经验的操作手参与此次施工。

工艺改进

通过以往的施工经验，我们了解到旋挖钻机钻头结构所体现的三大原则，

1、尽量减少同时作业的作业面积；

2、有利于形成更多的自由面；

3、岩石变化，钻头结构也必须变化。从布齿上看，艰巨工作占用齿数量较多（见下图），且要照顾犁槽距离。

图7依照布齿原则为入岩筒钻布齿

通过三大原则我们能够为钻具提供一些科学合理的改进，以通过选择嵌岩钻具，改变钻齿倾斜角度，及钻头布齿方式，提高钻头嵌岩能力。

对于旋挖钻机实现高效入岩而言，加压能力往往是欠缺的，所以，在钻机其它性能允许的情况下，要充分利用各种辅助加压手段，例如，使用重量大的钻头，在钻头与钻杆间加重铁，使用带稳定器钻头先钻小孔，减小单次作业面积等。

根据现场实际情况，最终确定通过组合钻具的方式，实施钻进，具体如下：

1.直径组合

桩径越大阻力越大，当打桩经钻进效率低时，可更换小直径钻头钻进，实现内部中空降低阻力，然后更换大直径钻头扩孔提升效率。

图8直径组合钻进

2.类型组合

打不下去换钻头，这谁都知道；但是要根据当前地质情况合理的选用和组合钻头就困难了；

组合钻具要经过不同钻头的钻进形式及特点，按类型，顺序直径选装实现组合式钻进，有效提升旋挖钻机嵌岩钻进效率

图9 类型组合

使用双底入岩钻头，入岩困难时（机锁钻杆），先更换入岩筒钻环切，因最大钻进阻力来自孔壁（未取芯），然后再更换双锥螺旋钻头，主攻先导尖中心位置，最后更换双底入岩钻头钻进，因为孔壁及中心都已钻空，故而提高了钻进效率。

四、施工效果及经济效益

利用以上施工方式，工程得以顺利完成，现场技术人员对本次施工的结果进行了跟踪检查，各孔入岩钻进的各项技术指标均满足设计要求，效果理想。

表4.1 现场钻进数据表

桩号 持力层类型 钻进时间 钻进深度（m）

入岩时间 终孔时间 入岩深度 终孔深度

试桩5 中风化砾岩 13:41 17:10 41.6 46.1