钻孔灌注桩钻进施工参数

钻孔灌注桩钻进施工参数探究李万全摘要目前钻孔灌注桩钻孔施工速度较慢的情况，已然成为钻孔灌注桩施工的瓶颈问题，本文对影响钻进的各参数及其共同作用进行了分析，针对在不同的地层条件下，各参数宜采用的较为合理值。关键词钻孔灌注桩钻进速度钻进工艺参数成孔速度随着社会建设的大踏步发展，交通及建筑行业也随之迅猛发展，钻孔灌注桩以其适应性广、承载力大、抗震性能好及环境污染少等特点，越来越被高层建筑所采用。目前，在钻孔桩钻孔、钢筋笼制作及安装、灌注混凝土等主要工序中，钻孔施工的机械化程度最高，占时也最长，是影响施工工期的重要环节之一。据统计，在Φ1.0m以下桩施工中，钻孔时间约占成桩总时间的45%～65%，Φ1.2m桩约占55%～75%，Φ1.5m桩占70%以上。因此，加强钻孔施工管理，提高成孔速度，是缩短成桩时间的关键。影响钻进的参数及其选择A.泥浆参数在钻孔过程中，泥浆的主要功能是护壁、冲洗、携带钻屑等。泥浆质量的优劣，对成孔的规整性和成孔速度都具有重要影响。因各项参数不是独立的，而是交互作用的，所以，施工中必须视地层条件和钻进方式综合考虑，合理选择泥浆参数。(1)密度。泥浆护壁一个重要机理就是利用浆液压力平衡地下水压力，因此，孔内泥浆必须保持一定的密度。与此同时密度过大，会造成泥浆泵或泥浆管堵塞和降低清孔效果，导致成孔速度降低，此外还会增加灌注混凝土的困难。密度的控制应视地层和循环方式而定。在反循环钻进中，一般宜选择1.02～1.05g/cm3，松散易坍塌地层以1.06～1.10g/cm3为宜；在正循环钻进中，一般宜选择1.10～1.15g/cm3，松散地层以1.15～1.20g/cm3为宜。(2)粘度。它与泥浆内部构造及固含量相关。粘度过小，不能有效携带岩屑，且易漏失；粘度过大，会增加钻井阻力和流动阻力，增大钻头旋转时动力消耗，降低对工作面的冲刷效果，在粘土层钻进中还易造成泥包钻头现象而影响钻孔速度。实践证明，在清水中钻进转速比在泥浆中可提高10%～30%。反循环钻进中，泥浆粘度一般可取16～18s，松散地层取18～22s；正循环钻进中，一般可取18～22s，松散地层可取24～28s。B.钻具⑴钻头在钻孔施工中,为提高工效，钻头要具有良好的切削性和较强的适应性，并且要求光洁度好、导向性好、强度大及寿命长，因此要合理选择钻头类型和结构参数。若综合考虑钻头的适应性，应使钻头更适合于钻进占孔深绝对比例较大的地层或采用选用两种钻头钻进。现施工中采用镶嵌硬质合金的三翼或四翼刮刀钻头，能有效地防止泥包钻头并获得了较快的钻进速度。实践证明，钻头夹角越小，钻进粘土层和粉土层时速度越快。为提高钻进速度，应根据地层条件选用刀具及在刀具上镶嵌的合金。钻进粘土层及粉土层时，可根据地层比例选用长齿刮刀，并镶嵌较锋利的合金。另外，吸收口或冲洗口的布置直接影响到排渣能力和钻进速度。在反循环洗井中，吸收口布置在一侧时效果较好,可以防止堵塞；正循环洗井中，冲洗口布置在中央时排渣能力最强，并可有效地防止泥包钻头。⑵钻杆钻杆必须有足够的强度，它对施工影响最大的就是拆装占用的时间长。目前，钻杆接头一般采用3种形式：1种是丝扣连接，适用于直径较小的钻杆，特点是装拆速度快；另2种分别为法兰盘、螺栓连接和插装式连接，主要适用于直径较大的钻杆。采用法兰盘、螺栓连接时，结构简单、加工容易且密封可靠，但费时、劳动强度大，在钻进时拆卸钻杆时间有时可占成孔时间的50%，且需用高强螺栓；采用插装式连接时，传递力大，最大优点是拆装方便，一般比法兰盘连接的拆装工效可提高3～5倍，但是若连接的内外口接触面强度不够，则易磨损以致造成连接失效，且密封不好。C.钻进工艺参数钻进工艺参数直接关系到破碎效果、钻进速度及成孔质量。⑴钻压在第四系地层钻进时，由于地层的压入强度很小，要求钻压较小，受泥浆泵排量所决定的排渣能力等对其影响很大，与排渣能力呈正比。一般情况下,钻压的选择既要满足破土的要求,又要满足保证钻孔垂直度而采取减压钻进的要求。合金钻头可按式(1)考虑,即P=pm(1)式中:P（P≤gφω）为钻压,kN；p为单粒合金破土碎岩所需钻压，土层p=0.6～0.8kN/颗，软基岩p=0.8～1.2kN/颗，中硬基岩p=0.9～1.6kN/颗；m为钻头上合金颗粒数；g为减压系数，一般取g≤0.6，钻孔灌注桩可取较大值；φ为浮力系数，φ=1-γ′/γ；γ′为泥浆密度；γ为钻头件密度；ω为钻具组装重量，kN。⑵转速钻机转速的高低，直接关系到成孔效率，钻进粘土时尤为突出。如在钻进粘土层时，将转速提高2倍，钻进速度提高了3～4倍。GPS-10型钻机较适应在粘土层中快速钻进正是利用它的高转速。但在钻机回转轴功率一定时，转速过高则会减小回转扭矩，反而对钻头切削地层不利，同时钻具快速旋转产生的水流冲刷还易造成塌孔事故。因此，应视地层条件控制转速。可按式(2)考虑,即n=60v/πD(2)式中：n为转速，r/min；v为钻头边缘线速度，m/s；D为钻头直径，m。⑶泥浆流量为提高排渣能力和孔底冲孔效果，尽量选择较高的冲洗量(泥浆泵流量)，但流量过大，压力损失也大，在深孔中常因压力损失过大而降低排渣能力和工效；孔径较小时，流量过大，所产生的冲刷作用往往不利于孔壁稳定。采用正、反循环冲洗时，冲洗量可按式(3)考虑，即Q≤πD2vz/4a(3)式中：Q为流量，Q=πd2va/4×3600，m3/h；vz为最高钻进速度，m/h；D为钻孔直径，m；a为冲洗泥浆的允许含渣率；d为钻杆内径，m；va为循环液上返速度，浅孔钻进时，va≤3.0m/s，深孔时，va≤2.0m/s，同时循环液的下降速度不宜大于0.18m/s。⑷各钻进参数的配合对于不同的钻进条件，每个钻进参数都有其最佳适应值，要取得理想的钻进效果，不仅要尽量选择单个参数的最佳适应值，还应考虑各参数的配合问题。在第四系地层钻进时，冲洗量是决定钻进速度的主要因素。孔深一定时，最大排渣量取决于冲洗量，当切削量小于排渣量时，增加钻压或转速，均能增大切削量，提高钻速。