旋挖钻机培训：流塑性土层钻进中缩孔原因

缩孔是在饱和性粘土、淤泥质黏土，特别是IL>1.0处于流塑性状态的土层中出现的特有现象，其原因是此类地层中含水高、塑性大，钻头经过后钻孔壁回缩，从而导致钻孔的直径小于设计的桩直径。针对发生缩孔的原因，采取块石、卵石、粘土进行回填，而后用重量较大的冲击钻冲击，挤紧钻孔孔壁的办法稳定情况下，可用钻头在缩孔处来回扫孔的方法也可进行处理；也可以采用加大钻头直径的办法也可以达到扩孔目的。

流砂层钻进作业卡钻的原因

所谓卡钻,是指旋挖钻机在钻进或提升过程中,由于非钻机本身的原因,即钻机的各系统工作正常时,出现正反转动作均无法进行、且主卷扬无法将钻杆提起,然后反复重复以上动作,也无法恢复正常工作的情况。根据近几年一些卡钻事故的调查分析,初步认为卡钻的主要原因有以下几方面:

(1) 在钻进和提升过程中,孔壁发生大面积塌方而造成埋钻,使钻头既无法进行正反转,也无法提起。这种情况在密实度不太大的砂卵层或流砂层较易发生。

(2) 由于操作手在钻进时操作有误,一次进尺太深,造成孔壁缩径,使钻头筒壁与孔壁间的间隙消失而造成卡钻。此种情况在粘泥层或砂层变为粘泥层时易为发生。

(3) 钻头边齿、侧齿磨损严重,成孔直径无法保证尺寸要求,使钻筒外壁与孔壁间无间隙,同时钻进过深而造成。

(4) 由于偶发因素造成:如钻进或提升过程中钢丝绳断裂,活动接头(万向节) 解体,或机器本身出现了一些其它故障(如发动机无法工作、钢丝绳跳出滑轮槽等) 使工作突然停止,而处理又不及时,钻头在孔底停留时间过长,导致钻头筒

壁四周沉渣太多或孔壁缩径。

预防卡钻的措施

卡钻是旋挖钻机在施工过程中所出现的问题中较为严重的事故,一旦发生,则不易处理。即使最后将钻头取出,也需付出很大的人力、财力,花费较长的时间,造成很大的经济损失和不良的社会影响,所以我们应以预防为主。

预防主要从以下几方面入手:

(1) 开钻前要充分研究地质报告,掌握地层情况,同时在施工过程中密切注意地层变化。对容易造成塌孔的地层,如砂卵层、流砂层要提前制定对策,如调整护壁液性能、埋设长护筒等,防止大面积塌孔现象发生。

(2) 操作手在深层钻进时要控制进尺,不要一次进尺太多,如在15 m 以深钻进时,一次钻进深度一般不要超过1000px。如在粘泥层钻进,要充分考虑缩径因素;如遇砂卵石等地层向粘泥层转换,需注意地层变化规律,不要盲目加压,控制一次进尺量。

(3) 制作钻头时应注意钻筒尺寸,钻筒直径一般应小于成孔直径6 cm 以上;在使用过程中,对钻头要及时修复,钻头侧齿、边齿磨损后要及时更换或补焊,保证成孔尺寸;同时应保证钻头挂勾有效,避免意外脱勾。

(4) 要注意钻机本身的及时保养和维修,避免因钻机出现故障而造成长时间停钻。

①注意发动机动力。如出现动力不足使设备在正常负荷时转速急速下降或熄火时要及时维修。

②经常维护液压系统,以避免由于溢流阀卡滞、油管开裂等使系统压力下降,从而引发动力头达不到额定扭矩、提升拉力不足等问题。

③经常检查钢丝绳、活动接头等附件,避免出现钢丝绳断裂、活动接头解体而使钻头长时间停留孔底。

④钻头销子要装配好,避免钻杆与钻头意外脱离。

⑤施工现场要配备机械专业人员和必要配件,如果在钻进时出现发动机突然熄火、钢丝绳断裂、活动接头解体等现象时,要尽快修复;如无法迅速修复,要采取果断措施,用其它辅助设备(如吊车等) 把钻头尽快从孔内提出,防止出现卡钻现象。

(5) 调整好护壁液的密度和粘度,使孔底能在一定时间内无沉渣,以保证设备偶然出现故障后有充分的时间排除。

卡钻处理措施

(1) 分析造成卡钻的原因,尽快测量卡钻深度,分析地层等因素,以便采取相应对策。

(2) 根据分析出的原因,采取相应对策。

①由于塌孔或设备自身原因造成的卡钻,沉渣厚度大,要首先清孔,然后再用钻机或辅助设备处理。

②由于非塌方因素造成的卡钻,沉渣不多时,应首先采取自救措施,如适当调高液压系统压力,使动力头扭矩增大,再正反转转动钻杆,尽量使钻杆活动,只要能活动钻头,即可慢慢边转边提,从而解决问题(但此方法应充分考虑钢丝绳的磨损程度等因素) 。另外也可以适度起升桅杆,以增大对钻杆的起吊能力(此方法必须有机械专业人员在场充分考虑各方面因素后实施) 。以上方法只能在卡钻初期使用。

③如果自救无效时,要改用辅助设备处理。此时要先测量沉渣厚度,如沉渣很少,可迅速采取措施;如果沉渣过厚,要先进行清孔,然后再进行处理。其方法主要包括直接起吊法、钻头周围疏通法、护壁开挖法。

直接起吊法:就是用吊车或液压顶升机直接向上施力。根据在北京某工地实际经验,卡钻在72 h 之内,用4 台45 t吊车,再加上钻机主卷扬本身拉力是可以解决问题的。

钻头周围疏通法:用反循环或气举反循环原理(用高压气泵使管内产生气水混合物而产生压差形成反循环) 、水下切割等方法,清理钻筒四周沉渣,减小筒壁与孔壁之摩擦力,然后再用钻机及辅助设备顶升。此方法较难操作,但在武汉某工地曾成功使用。

护壁开挖法:用护筒、水泥或其它物品护壁,排掉孔内护壁液,用人工直接开挖,清理钻筒周围沉渣。此方法仅限于在卡钻不太深的地层中使用。

钻机的选用

   旋挖钻机设计施工能力与实际施工能力的差异

旋挖钻机施工过程中，可根据地质状况的差异选择不同斗底形式的钻头。单底板土层钻斗适用于粘土层及干孔条件下的施工。双层底的旋挖钻斗主要适用于流沙层作业，砂土、胶结较差粒径较小的卵石层，湿孔钻进条件下使用双层底旋挖钻斗也可有利于孔底的清孔施工。施工实践已证明在复杂地层中，双层底钻斗的钻进效率及孔底清洁度明显优于单层底钻斗。  
    另外，斗齿的分布、个数及焊接角度也是旋挖钻斗提高作业效率的关键，直接关系到斗齿的磨损快慢和钻进效率。斗齿的个数及分布需保证在钻孔切削面内载荷基本一致，避免断齿现象。尤其要注意边齿的形状和焊接位置，因为该齿处于切削的最外层，无论载荷、磨损作业环境却恶劣，其焊接角度随地质状况的不同需要及时调整，只有及时掌握所施工地层的具体情况，通过不断探索、研究才能积累更多的经验，充分发挥旋挖钻机的潜能。

7.4.2 特殊要求

在易缩径的淤泥质粘土和易垮孔的松散杂填土地层和沙层以及严重透水地层必须使用 长护筒或全护筒护壁，下护筒的方式有两种：振动锤下护筒和动力头驱动器下护筒。

振动锤下护筒：用汽车吊或履带吊吊挂电动或液压振动锤夹持护筒，通过高频振动使护筒周边沙土液化，在护筒重力作用下使护筒插入土层。该方法的优点是下放和起拔护筒速度快，在成孔时可用干式成孔法或天然水，降低造浆成本。但在埋设开始时需注意调整护筒的垂直度。

动力头驱动器下护筒：利用动力头反正转搓动和加压油缸加压使护筒切入土中。操作方便 ，并能确保护筒埋置夯实性，缩短挖坑埋置时间，提高成孔效率。

钻进成孔及注意事项

钻进成孔: 旋挖成孔首先是动力头转动底门镶嵌斗齿的桶式钻斗切削岩土，并将原状岩土装入钻斗内，然后再由钻机卷扬机和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。对粘结性好的岩土层，可采用干式或清水钻进工艺，无需泥浆护壁。而对于松散易坍塌地层，或有地下水分布，孔壁不稳定，必须采用静态泥浆护壁钻进工艺，向孔内投入护壁泥浆或稳定液进行护壁。

成孔前必须检查钻头保径装置,钻头直径、钻头磨损情况,施工过程对钻头磨损超标的及时更换。

成孔中,按试施工确定的参数进行施工,设专职记录员记录成孔过程的各种参数,如钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。

旋挖钻机配备电子控制系统显示并调整钻进时的垂直度,通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度,从而保证了成孔的垂直度。

钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:由硬地层钻到软地层时,可适当加快钻进速度;当软地层变为硬地层时,要减速慢进;在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径;对硬塑层采用快转速钻进,以提高钻进效率;砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。                                      

不同地质层情况下的相应对策

第四纪地层

地表覆盖土、淤泥、粘土、淤泥质亚粘土、砂土、砂层等较软的地层统称为第四纪地层。这类地层一般比较松软，可选用摩擦钻杆和回转钻斗钻进。像地表土、淤泥质亚粘土、粘土层在干性状态下胶结性都比较好，在干孔钻进下可用单底板土层钻斗钻进，也可以用双底板捞砂钻斗和土层螺旋钻头钻进；若在湿孔钻进条件下，因土遇水的胶结性能变差，一般用双底板捞砂钻斗钻进以便于捞取钻渣。淤泥层一般用双底板捞砂钻斗钻进。砂土层和砂层的胶结性能都比较差，不管干孔钻进还是湿孔钻进均用双底板捞砂钻斗钻进。对于含水丰富的流砂、流泥等易坍塌地层，采用双底板捞砂钻斗钻进。

流沙层

在桩基地质中，地下水埋深较浅、且砂层厚度在10～20M时，钻机进尺进入砂层后，钻进进尺较快提升很重，提升钻头后再落下，发现钻杆没有进尺值，这种现象称为流沙。处理办法：一般情况下，采用投入粘土、纯碱、锯末、适量化学纤维进行回填至一定深度后静放几小时后再进行钻进。钻进时，在遇流沙层位置要缓慢搅动进行护壁，再缓慢进尺。若时进尺时还出现流沙现象，则采用高压对孔壁进行注射高标号水泥浆(水泥浆中加入早强剂和适量水玻璃)，待水泥凝固时在进行钻进。同时也可以采用投入片石、粘土、纯碱、化学纤维静置几小时后用冲击钻挤压护壁。

对于有缩孔现象的孔位,钢筋笼就位后须立即灌注,以免桩身缩径或露筋.

旋挖法施工埋钻事故原因及处理

1工程概况

成孔施工工艺采用旋挖工艺成孔.设计钻孔灌注桩290根,桩径必800,桩长32nvn,空桩I .M,碱等级C30,钢筋笼配筋通常配筋.
    根据工程地质报告,桩长所涉及地层为杂填土,黄土层,中砂层,黄土层,粉砂层,中砂层.砂层共有5层,总厚度约12--14m,最厚3-5m 且砂层密实度大,砂层含有不均匀分布的钙质结核层地下水属潜水型,水位埋深平均16 rt。
2工程施工
2. 1施工工艺方案的确定
由于该施工场地地质情况,砂层较厚,成孔工艺易选择循环钻进成孔,考虑到业主要求:价格低,施工场地小,城市环保等因素,改用旋挖工艺成孔.
2.2施工准备
进入施工现场后,首先进行三通一平,临舍搭建,设备进场,材料进场,技术准备.投人旋挖钻机(日产KH-125型)2台,配备泥浆泵,16 t汽车吊等大型设备.
2.3施工技术
在该场地进行钻孔灌注桩施工,钻进成孔是关键因素.
2.3.1钻头选择
旋挖成孔在砂层中,普通钻斗经常会"跑空",捞不来砂子.选用自制改进的封底钻斗
2.3.2制备优质泥浆
为了预防垮孔,提钻,保持孔内干净,需制备优质泥浆.选用优质黄土,膨润土,另加4%碱和.5%纤维素
2.3.3钻进成孔
开孔时,在.一8m,钻机要轻压慢转渐渐进人正常施工.保证钻斗对准桩位,预防孔斜和桩位偏差.进人正常施工后,要随时向孔内注满泥浆,平衡孔内侧压力遇到回填物,需及时处理.到砂层后,钻机操作要轻提,轻放,不要强行加压.技术人员要随时观察孔内变化,要保持孔内泥浆注满.如果不进尺或钻斗捞不来东西,要及时采取措施：
①检查钻斗,发现外出刃磨坏,钻斗封闭不严时应马上修理.
②调配泥浆质量,把含砂量大的泥浆排放掉,及时补充制备好新泥浆.
③在砂层中随时投人泥球.成孔后,由于砂层厚,孔内沉淀厚,部分孔孔内沉渣超标,用3PNL泥浆泵配用导管进行三次清孔,确保检查合格。
经过精心组织施工,合理安排施工顺序,历时56天,圆满地完成了施工任务.
3施工中遇到了一些问题及施工总结
(1)在砂层中施工,旋挖工艺成孔困难,一定要控制好拢浆选择好钻斗形式,才能有效地保持正常施工.当砂层厚度lm,旋挖工艺成孔要采用有效预防措施,严格按照工艺要求进行施工.
(2)由于砂层较厚.施工中泥浆控制不合理,造成成孔孔径部分偏大,硅量局部超灌.在后期施工中随时控制泥浆好坏.把含砂量大的泥浆排放,及时补足制备好的新泥浆.有效地控制硅
超灌.充盈系数平均在1. 11---1. 15
(3) 9"孔施工中,由于操作不小心,在孔深28 m时.发生了埋钻事故.事故发生原因:当事故到孔深28m时IE在砂层,由于操作人员第一次钻进时,钻进的砂没有捞上来,第二二次快速放下钻头,并加压钻进,导致事故的发生发生埋钻事故后,马上采用25t吊车配合钻机强力起拔.失败后,改用GPS-2.循环钻机,制作了一个直径1000 mm空心钻头,采用掏心的办法,把埋在孔内的钻具打捞上来.
(4)砂层施工中易垮孔.在施工中山于各种原因.先后出现2次垮孔.首先把垮孔回填,经过一段时间地层稳定后,采用优质泥浆,严格按作业指导书要求施工,都顺利地处理了垮孔事故
(5)在砂层中施工,由于孔内沉砂多,孔径不规则,成桩以后,经低应变检测,桩身易局部夹泥,虽然检测全部合格,但影响整体质量
通过本次施工,科学地运用施工技术和施工方法,有效地克服了旋挖工艺在砂层中成孔困难,易塌孔,埋钻,孔底沉渣厚,易超灌等缺点,施工取得了成功.