民用建筑领域中旋挖钻机的整改要点

2016-12-31 11:44:09 0

旋挖钻机作为民用建施工领域内的新生机械设备,其发展过程中总会经历一些困难,只有经过了实践的检验,才会逐渐被市场接纳。

虽然旋挖钻机在建筑领域施工的优点很多,小编也在以前的文章中有过详述。但是,对于旋挖钻机不适应特殊地质条件施工的缺点,一方面要加强钻杆钻具的研究,完善施工工法;另一方面,可以采用与其他钻机结合使用的办法,扬长避短,发挥各自优点,达到快速成孔的目的。

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为了快速打入民用建筑市场,必须加快小功率钻机(扭矩在100kN·m左右)的研发,在满足施工要求的前提下,降低钻机的初次投资成本,在该领域的推广才会成为一种可能。

在旋挖钻机的众多劣势中,首要的问题仍是施工中的技术问题,下面着重讨论小直径桩孔卸渣和防止泥浆液面波动过大的问题。

(1)小直径钻斗卸渣

使用旋挖钻机钻进小直径桩孔时,穿越黏土层经常会出现卸渣困难的现象。密实的高黏度的土体挤满小直径钻斗,土体与钻斗内壁所产生的摩擦力大于土体自身重力,依靠快速旋转钻斗产生的惯性力不足以将密实的土体卸掉,此时需要不断正反快速旋转钻斗或者借助外力卸土,一方面对钻杆和钻斗有较大损害,另外,所耗费的时间可能达到钻进所用时间的数倍,大大影响了施工效率。

解决这一难题,旋挖钻机的整改要点可以从钻斗和操作方法两方面入手:

①挖钻机的整改要点一:钻斗的改进

针对黏土层卸土难的问题,钻具改用为体开式钻斗,进尺深度达到钻体高度的3/4时即可提钻,反转钻斗,在离心力的作用下,钻体自动打开,将黏土卸除。除土层体开式钻斗外,还有岩层体开式钻斗和体开式筒钻,如下图所示:

黏土层中适用的开合钻头图片

一种带有活塞推土装置的钻斗也可以在黏土层快速卸渣,其原理利用压盘挤压产生向下的推力,通过活塞传递至土体,使之脱离筒体。

此外,可以设置辅助装置协助完成卸土,如从钻筒中心将黏土搅碎,使之自然脱落或者由叶片阻力带出;在一个可以固定的底板上焊接一根(或者多根)垂直的钢管,在钢管上焊接倾斜的叶片(螺旋叶片),直径小于钻筒直径,钻筒提上来之后插入此装置中心旋转下降和上升,使黏土脱落。

②挖钻机的整改要点二:操作方法的改进

对于旋挖钻机来讲,黏土层钻进阻力较小,因此机手操作时偏向于―次不间断地完成回转进尺后提钻,并且一般进尺深度较大,此时斗中黏土不断受到下面新切削黏土的挤压,变得更加密实,黏土与筒壁之间的压力和摩擦力都会增大,给卸土增加了难度。

认识到这一情况后,可以有针对性地改进操作方法,即钻进黏土层时,可以每钻进20-30m深度后少许提钻,待泥浆进入新暴露的切削面后继续加压钻进(斗内黏土在泥浆的间隔下不会连成一个整体)当土斗容量达到2/3左右时,即可提钻(防止黏土在斗内过度挤压)。

(2)泥浆液面波动过大

泥浆作用是平衡孔壁受到的水土压力,形成泥皮,保持孔壁稳定,防止塌孔,而波动的泥浆则会对孔壁稳定产生不利的影响。因此,在钻进过程中,为保证泥浆压力始终大于该处孔壁压力,必须保持泥浆液面始终高于地下水位1~2m。

小直径桩孔泥浆波动的原因:放钻过程中,钻杆和钻斗会排开一定体积的泥浆,造成泥浆面的上升,而当提钻过程中,钻杆和装满土的钻斗会从孔中提出,泥浆面下降。在此过程中,泥浆面上下波动,而且可以预见的是,越是桩径小的钻孔,泥浆波动越剧烈。

减小这种不利影响,是小直径钻孔灌注桩必须解决的问题,可以从以下3个方面入手:

①加强泥浆管理。泥浆管理不仅是对泥浆质量,如密度、黏度、失水率等指标的控制,还应保持泥浆液面,及时补充和更换泥浆也是重要的一个环节。在小直径桩孔施工时,为防止泥浆液面变化过大,必须有专人负责观察和及时开启泥浆泵补充泥浆。

②操作技术要求。小直径桩孔提放钻速度要馒,特别是在钻进或通过砂层、淤泥层等易塌孔地层时,应消除提钻时泥浆产生的负压抽吸力和过大的泥浆冲刷速度对孔壁的不良影响。

③变径护筒。小直径桩孔由于其截面积小,在相同体积变化时,泥浆液面高度变化更大,为防止泥浆波动大,将直护筒改为变径护筒,扩大上部泥浆容量,具体形式如下图所示:

变径护筒示意图

将护筒变径处的泥浆视作为补给泥浆,当钻杆提出时,补给泥浆快速自动补充到孔内,泥浆液面便不会出现大幅波动。

旋挖钻机在民用建筑领域的应用前景:

中国工业化和城市化的进程处于高速发展阶段,并将长期处于该阶段,这些领域的基础建设正在如火如荼地进行中;当前,国家对民生工程和基础建设的投资不断加大。统计表明,桩基工程造价往往占到工程总价的20%~30%,可见,桩基工程的市场和产值都是十分巨大的。

山东滕州小型旋挖钻机图片

未来旋挖钻机的发展方向需要将自身在道桥工程施工的成功经验移植到工民建领域,并且不断改进研发 生产适合中小直径桩的机型,降低初始购机成本;推广施工技术和经验,形成行业规范和标准。

虽然目前旋挖钻机在民用建筑领域的应用还处于起步阶段,但是通过深入研究旋挖钻机的整改要点, 将来必定能在该领域大放异彩。


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