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旋挖钻机在施工中钻头的选配与使用
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旋挖钻机在施工中钻头的选配与使用


【摘要】旋挖钻机灌注桩施工是在我国近期迅速发展起来的先进的桩基施工工艺,旋挖钻机施工具有成孔速度快、成孔质量高、噪音低、环境污染小、机械化程度高、工人劳动强度低等诸多特点。无论是进口钻机,还是国产钻机,结构形式和工作原理大同小异,但所施工的地层却千差万别,具体的施工技术要求各有不同,所以需要选用不同的钻头来满足上述要求。科学地选择钻头及合理的使用钻头,在一定程度上能丰富旋挖钻机的施工工艺,拓宽旋挖钻机的施工领域。

  【关键词】旋挖钻机钻头选用;旋挖钻机施工;旋挖钻机,旋挖钻机租赁

  影响旋挖钻机钻头选用的因素很多,概括起来主要有三个方面:地层情况;旋挖钻机钻机功能;孔深、孔径、沉碴厚度、护壁措施等。

  一、目前常见旋挖钻机钻头的分类

  常见的旋挖钻头有螺旋钻头、旋挖钻斗、筒式取芯钻头、扩底钻头、冲击钻头、冲抓锥钻头和液压抓斗,下面逐类简单介绍。

  1、螺旋钻头:

  (1)锥形:双头双螺,适用于坚硬基岩。双头单螺,适用于风化基岩、卵石、含冰冻土等。以上钻头配装各种合金头截齿,通过齿型、螺距、螺旋升角的变化又可派生出很多类型的钻头。在北京昌平畅春园跨湖桥梁施工中,桩径1.2米,要求桩尖入岩2.5米,其中1.5米为中风化和强风化岩层,1米为微风化基岩对于中风化和强风化,用装配合金截齿的双头单螺钻头钻进即可;但对于微风化,则必须选用双头双螺的锥形短螺旋钻头。此种钻头,在土力R625旋挖钻机正常工作压力下,在一小时左右的时间,可以完成1米深的坚硬基岩的钻进。对于用旋挖在岩层中成孔而言,速度算是比较快的。

  (2)直螺旋钻头:

  a、斗齿直螺:双头双螺,适用于砂土,胶结差的小直径砾石层;双头单螺,适用于砂土、土层;单头单螺,适用于胶结差的大直径卵石,粘性土及硬胶泥。其特点是,对于非岩性地层,在无泥浆护壁成孔的施工条件下,钻进速度较快,孔口卸土也非常方便。适合于陕西等黄土高原地区的成孔施工。

  b、截齿直螺:有双螺、三螺和四螺,适用于是硬基岩或卵砾石。在北京北五环仰山桥成孔施工中,采用此种钻头,顺利的穿过了胶结的卵砾石层,避免了普通钻斗施工中钻机的整体震动,有效的保护了钻机液压和电路系统等免受损坏。

  2、旋挖钻斗

  按所装钻齿可分为截齿钻斗和斗齿钻斗,斗齿钻斗又可分为直齿(T25齿)钻斗和螺旋齿钻斗;按底板数量可分为双层底斗和单层底斗;按开门数量可分为双开门斗和单开门斗;按桶的锥度可分为锥桶钻斗和直桶钻斗;按底板形状可分为锅底钻斗和平底钻斗。以上结构形式相互组合,再加上是否带通气孔、开门机构的变化,可以组合出几十种旋挖钻斗。

  2.1一般来说双层底钻斗适用地层范围较宽,无论是流动性较强的沙层,还是粘性较强的土层,都可以采用;而单层底的只适用于粘性较强的土层,对于流动性较强的流沙层则不适用,无法将钻进沉渣捞出孔外。双门钻斗适用地层范围也较宽,适用于大部分地层;单门钻斗只是用于大直径的卵石及硬胶泥。对于粘性较强的土层及直径较大的卵石和硬胶泥地层,采用单层底和单门钻斗,在孔口容易卸土,操作起来灵活方便,能有效的压缩非钻进流程的时间。

  2.2直齿钻斗的斗齿与钻斗底盖和进齿面均成45°角,进尺速度快,适用于地质较软的土层等地层;螺旋齿钻斗的斗齿与钻斗底盖成30°角,角度稍小,适用于硬度稍大、对斗齿摩擦比较多的沙土层或者沙层,进尺速度比直齿慢,但比直齿耐用,遇到小的卵石,也不易被掰断斗齿。

  3、筒式取芯钻头

  目前常见的有两种:截齿筒钻(适用于中硬基岩和卵砾石),牙轮筒钻(适用于坚硬基岩和大漂石)。在筒式取芯钻的两大类钻头中,又有带取芯装置和不带取芯装置之分,主要取决于取芯的难度。因为牙轮取芯钻头主要用于硬岩钻进,且钻取的环状面积大,如果有条件的还可以通在在钻头部分加装反循环钻进,以提高钻进效率。

  4、扩底钻头

  在桩径不增大桩深不增加的基础上,设计部门往往通过扩底桩来实现单桩承载力的提高。旋挖钻机进行扩底是无需任何改动就可施工的,只需选用扩底钻头即可。扩底钻头常用的以机械式为主,这种钻头使用和维护都比较简单,有上开式和下开式的,张开机构一般为四连杆的,用于土层、强风化、中风化地层甚至坚硬基岩。由于旋挖钻进是非循环钻进,扩底完成后用清渣桶清渣即可。但是对于扩底部位比较黏滑的地层,四连杆机构不易打开,实现扩底往往比较困难,在徐州电厂试桩工程施工中就遇到了这样的问题。这时需要根据实际情况改进钻齿,使钻齿能在扩底地层中吃住劲,才能实现进尺。

  5、冲击钻头、冲抓锥钻头

  在钻进大直径卵石、大漂石和坚硬基岩,使用冲击钻头、冲抓锥钻头配合旋挖钻进特别有效,这类钻头的使用是通过旋挖机副钩吊挂来作业,因为要有冲击作用,所以要求副钩具有自由放绳功能效果才能更好。这种钻进工艺,因为对钻机功能有更多要求,所以在实际施工中较少用到。

  6、液压抓斗

  目前连续墙和防渗墙的施工工程日趋见多,如果对旋挖钻机作机械上的相应改动,将钻机桅杆和钻杆改为液压抓斗,就可进行地下连续墙的施工。比如说意大利土力系列的钻机,有很多型号是多功能底盘,可以进行旋挖成孔和地连墙成槽的相互转换。

  二、根据地质情况选用钻头

  旋挖钻机主要的功能是在地表形成孔槽,工作对象是浅层地质,以沙土为主,同时也会遇到卵石层,甚至是基岩。由于地层情况是千变万化的,同时浅层地质受人类活动的影响比较大,相对于深层地质来讲,其规律性更是难以把握,所以旋挖钻机工作的对象是特别复杂的。前面已经介绍了不同钻头所适用的地层,现在总结介绍一下根据不同的地质情况,来选择相应的钻头。归纳起来有以下几类。

  (1)粘土:选用最常用的直齿锥桶钻斗,钻进速度快,而且卸土轻松方便;(2)淤泥、粘性不强土层、砂土、胶结较差粒径较小的卵石层:可配用双层底、带螺旋齿的钻斗;(3)硬胶泥:选用单进土口的(单双底皆可)旋挖钻斗,或斗齿直螺;(4)冻土层:含冰量少的可用斗齿直形螺钻斗和旋挖钻斗,含冰量大的可用锥形螺旋钻头。需要说明的是,螺旋钻头用于土层(除淤泥外)皆有效,但一定有在没有地下水、地层稳定的情况下使用,以免产生抽吸作用造成卡死;(5)胶结好的卵砾石和强风化岩石:需要配备锥形螺旋钻头和双层底的旋挖钻斗(粒径较大的用单口,粒径小的用双口),配用合金斗齿(子弹头)效果更好;(6)中风化基岩:按照工艺先后顺序,可以依次配用截齿筒式取心钻头→锥形螺旋钻头→双层底的旋挖钻斗;或者截齿直形螺旋钻头→双层底的旋挖钻斗;(7)微风化基岩:按照工艺先后顺序,依次配用牙轮筒式取心钻头→锥形螺旋钻头→双层底的旋挖钻斗。如果直径偏大,还要采取分级钻进工艺。

  三、根据旋挖钻机的功能配置来选择钻头、钻具

  如果旋挖钻机具有地下连续墙成槽的功能,可以选配液压抓斗或双轮铣进行连续墙的成槽施工。如果副卷扬有自动放绳功能,可选择冲击钻头和冲抓钻头钻进大直径卵石或漂石。如果配备有气室和水龙头可进行气液钻进。如果配备有双动力头或搓管机的,可进套管钻进,这是钻进中顺利通过流砂、破碎卵砾石、淤泥层的非常有效的工法。

  需要进一步说明的是,在灌注桩成孔施工中,相对于其它钻进机械来讲,虽然旋挖钻机的效率是比较高的,但旋挖钻机并不是万能的。而且旋挖钻机的价格比较高,维修保养负担比较重,由此造成成本比较高,因此是否选择旋挖钻机进行施工,要根据工程的具体情况,权衡利弊后做出选择。


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