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工程建设

冲击反循环钻进成孔工艺

来源:摘自《地质与勘探》2001年第5期 编辑: 时间:2014-03-20【字号:

大直径钻孔灌注桩的成孔工艺因地质条件的不同有多种选择,本文摘录在熔岩地层中,利用冲击反循环钻进方法进行大直径灌注桩施工的实例,向大家先容冲击反循环钻进工艺,以期对类似工程有启发作用。大直径冲击反循环钻进的特点是随钻排渣,不需要专门时间捞渣,且减少了岩石重复破碎的次数,钻进效率比普通冲击钻进方法高1倍以上。

1、 工程概述

319国道浏阳天马大桥的引桥基础采用钢筋混凝土三柱式墩和直径1.5米的灌注桩;主桥基础采用钢筋混凝土三柱式墩和直径3.5m/2.35m/2.1m的变截面灌注桩基。桩深最浅20米,最深63米。

2、 地层简况

桥址区域内主要为泥盆系中统棋梓桥组(D2q)灰黑色灰岩,其铺盖层为砂卵石、粉质粘土、冲洪积物等。灰岩饱和单轴抗压强度最大值116.4MPa,最小22.7MPa,平均58.9MPa。主桥墩处于岩溶强烈发育区,发育有11层溶洞,并且溶洞分布极不规则。溶洞发育最深层位达58.0米,溶洞高度0.4~11.0米不等。溶洞内一般底部有少量软塑粘土或卵砾石充填。

3、 冲击反循环钻进工艺

(1)、设备及流程

主要施工设备:CJF-20型冲击反循环钻机;6BS吸砂泵;3PNL水泵;规格159*6排渣管。

(2)、工艺流程

用3PNL泵向砂石泵及井内管路和井孔中注水,排出空气,然后开动砂石泵形成反循环。

① 、井口准备:设置地面循环系统;

围堰或井口钢护筒安装施工;

② 、设备准备:钻机、水泵就位;

下排渣管;

下冲击钻头;

③ 、成孔施工:启动3PNL泵正循环钻进

启动6BS泵反循环钻进(3PNL泵补水)

排渣管排渣;

6BS泵吸渣;

终孔。

④ 、冲击反循环钻进简图

4、 钻进参数确定

(1)、冲击钻头(冲锤)的重量

确定冲击钻头重量的方法有两种:

根据冲击钻头刃脚结构形状和要求的线压力确定重量:

W1=L*p/g      P---线压力(N/m);

L---钻头刃脚底刃总长度(m);

g---重力加速度(m/s2)。

根据能量转换原理导出的冲击钻头重量:

W2=k*D   k---钻头重量系数,取10~14(kg/cm);

D---钻孔直径(cm)。

实际上,在考虑设备提升能力的条件下,以上面两公式计算出来的较大值确定冲击钻头重量。

本例中,取P=1100N/m;L=4m; k=14 kg/cm; D=6250px;确定适用的钻头重量为4000~4500kg。

(2)、冲击行程

在岩溶地层确定反循环冲击行程时主要考虑冲击钻头的材料性质及其变形和围岩的稳定性两个因素。冲击钻头材料允许最大冲击行程:

Smax=[бcm]2/32j      [бcm]---材料允许应力;

j---钻头在井中的下降加速度;

综合考虑岩石硬度和岩溶发育情况,大家一般使用的冲击行程为:0.65m~1.0m。

(3)、冲击频率

冲击钻头的冲击频率与冲击机构的运动速度必须匹配,CJF-20钻机为二类冲击机构,合理冲击频率为:n=0.1181

1---机构下降角;

j---钻头在井中的下降加速度;

s---冲击行程。

根据钻机性能,实际采用的冲击频率为36次/min~46次/min。

(4)、悬距

悬距的大小取决于岩石的硬度、每次冲击岩石破碎的深度、缓冲器的弹性及钢丝绳的伸长度。悬距选择不合适时,过大会造成打空现象,过小则出现钢丝绳抖动剧烈,易损坏设备机具,冲击钻头在孔底上面正常悬距:h=(1/5~1/4)f (cm)

f---普氏岩石硬度系数。

根据冲击反循环钻进系数和灰岩的硬度,悬距取3~125px。

(5)、吸渣泵量

在确定吸渣泵量时,主要考虑冲洗液对井壁的冲刷作用。泵量大,岩渣上返速度高,相应井壁环状间隙的水流对井壁的冲刷作用就大;泵量的确定:Q=2.83×103·U·d2

U---岩渣上返速度,取2.5m/s;

d---排渣管内径 m

本例取吸渣泵量180m3/h

5、 岩溶地层冲击反循环钻进的注意事项

1) 在溶蚀强烈,井壁不稳定孔段,使用较低钻进参数。

2) 桩孔穿越半壁溶洞、溶沟、溶槽或溶洞底部凸凹不平时,可用粘土和片石混合料(1:3)进行回填,然后再冲击钻进。

3) 钻孔将穿溶洞顶板,要严格控制放绳量,一般不应大于25px。做到勤放少放。

4) 控制好排渣管和井底的距离。松散和较碎的地层,排渣管和井底的距离可高些;完整的地层,排渣管和井底的距离可低些。在粘土和砂卵石层一般控制排渣管与井底的距离为25~875px,在灰岩地层控制排渣管与井底的距离为500px。

5) 保证水头压力。井口施工水位一般比地下水位高2m,并及时补水。

6) 使用泥浆钻进,密度不能大于1.2;漏斗粘度不能大于25S,并及时排渣。

7) 发现钻孔弯曲,用粘土和片石混合料回填弯曲段,回填高度应超过弯曲段0.5m~1.0m,反复纠弯。

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