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岩土研究院

如何选择土锚的钻孔机械和钻孔方法?

416 2021-12-06 09:46:39

造孔是土锚施工中非常重要的一环。如果造孔质量差,就会影响到锚杆的安装以及注浆的质量,进而影响到锚杆的锚固能力,致使锚杆达不到设计要求;如果造孔速度慢,则会影响基坑开挖进度,从而影响到工期和经济效益。因此,在土锚施工中要首先抓好造孔这一施工环节。

土锚造孔首先需要解决的问题是要选择合适的钻孔机械,锚杆钻机有多种类型,各种类型有不同的施工工艺特点与适用条件,按工作原理分,主要有螺旋钻机、回转式钻机和旋转冲击式钻机。钻孔机械必须根据土质、钻孔深度和地下水的情况进行选择。

(1)螺旋钻机

螺旋钻机是利用回转的螺旋钻杆(每节4~12m,可接长),在一定的钻压和钻速下,一面向土体钻进、一面同时将切削下来的松动土体顺螺旋叶片排出孔外。螺旋钻进不需用水循环,一般也不使用套管护壁,因此辅助作业时间减少、钻进速度快。适用于无地下水条件下粘土、粉质粘土及较密实的砂层中成孔。

(2)回转式钻机

回转式钻机钻头安装在套管的底端,由钻机回转机构带动钻杆给孔底钻头以一定的钻速和压力。被切肖削下来的十。通过循环水流排出孔外而成孔。根据钻进土层软硬不同,可选择不同的钻头。这种钻机适用于粘性土及砂性土地层。如在地下水位以下钻进以及对土质松散的粉质粘土、粉细砂、砂卵石及软粘土等地层应用套管保护孔壁,以避免坍孔。

(3)旋转冲击钻机

旋转冲击钻机的旋转、冲击、钻进以及钻机装卸、移动全靠油压装置运行,钻机一般有三台油压泵,三个动作可同时进行,旋转中前端打击向前走并打入套管。既可采用干作业法钻进,也可采用清水循环护壁套管钻进。特别适用于砂砾石、卵石层及涌水地层。钻孔直径为秀0~φ130mm,可钻任何角度的孔,根据土质情况可分别使用旋转、冲击,能迅速装卸,钻孔速度快。目前,这类钻机主要是进口钻机。

国内专门为土锚研制的钻机主要有冶金部建筑研究总院研制的YTM87型土锚钻机、重庆探矿机械厂生产的MGJ50 型锚杆工程钻机、地质矿产部机械电子研究所研制的土星-881L型钻机等。

YTM87型土锚钻机的构造见图59,该机是轮胎式底盘、电力驱动的全液压钻机。它既可使用螺旋转杆的干式钻孔,也可使用带护壁套管的湿式钻孔,钻孔直径可达150mm,钻孔深度可达60m,可钻任意角度倾角的钻孔。

MGJ50型锚杆工程钻机是动力头形式,机械传动,液压

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给进、提升。动力头转速有低速型和高速型之分,低速型以旋转冲击(潜孔锤钻进)钻进方法为主;高速型以回转钻进为主。机座备有滑撬、轮两种机型。钻孔直径为110~180mm,钻孔深度为60~30m,可钻任意角度倾角的钻孔。

土星-881L 型钻机是卧式底盘,在轨道上行驶,电动机功率为 50kW,成孔采用于护壁套管与内螺旋钻杆同时钻进,钻孔直径为150mm,钻孔深度可达30m 以上。

国内引进的国外钻机主要有∶

日本矿研株式会社 RPD型钻机,该钻机为全液压多功能钻机,配有液压凿岩机,适用于各类岩土中造孔,既可采用干式螺旋钻进,也可采用清水循环护壁套管钻进。行走机构为履带式,该机曾用于上海展览中心二期工程土锚施工。德国克虏伯公司的 DHR80A 型钻机,其性能与日本RPD型钻机相似。北京的许多深基坑土锚造孔都曾采用该机型。

意大利WORTH-INGTON 公司的WD101型钻机。该钻机可实现钻杆与套管同步回转,配以坚固的合金钻头,可对付各种复杂的地层,在上海太平洋饭店基坑土锚工程中使用效果良好。

土锚造孔钻探设备的配置随着钻进方法的不同略有不同,图60给出的是旋转冲击式钻机的钻探设备配置图,供施工时参考。

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钻孔方法的选择主要取决于土质和钻孔机械,常用的土层锚杆钻孔方法有干作业钻进法和湿作业钻进法两种。

(1)干作业钻进法

一般选用不护壁的螺旋钻机干作业成孔,成孔有两种施工方法∶

a.钻孔与安放钢拉杆分为两道工序,首先用螺旋钻机钻孔,成孔后钻杆退出孔洞,用空气压缩机风管冲洗孔穴,清除孔内残留土屑,然后再插入钢拉杆。

b.钻孔与插入钢拉杆合为一道工序,即钻孔时将钢拉杆插入空心的螺旋钻杆内,随着钻孔的深入,钢拉杆与螺旋钻杆一同到达设计规定的深度,然后提取螺旋钻杆15~20cm,并开始进行压力灌浆,边灌浆边继续退出钻杆,直至退出钻孔,而钢拉杆则锚固在孔内。此方法灌浆时螺旋叶间充填的土可起到保护孔壁、防止坍滑和堵塞注浆液的外流、提高灌浆压力的作用。

干作业成孔法适用于粘土、粉质粘土、密实性和稳定性较好的砂土等地层,要求土层锚杆造孔要处于地下水位以上,呈非浸水状态时使用。具有施工操作方便、场地无积水、工效高、宜于冬季作业等优点。

(2)湿作业钻进法

该法在土层锚杆施工中应用较多,一般选用回转式钻机或旋转冲击式钻机成。钻进时冲洗液(一般来用压力水)从钻杆中心流向孔底,在一定水头压力(约0.15~0. 30MIPa)下,水流携带钻削下来的土屑从钻杆与孔壁之间的孔隙处排出孔外。钻进时要不断供水冲洗,始终保持孔口的水位。待钻到规定深度后,继续用压力水冲洗残留在孔内的土屑,直至水流不浑浊时为止上。

湿作业成孔法的优点是可以把钻孔过程中的钻进、出渣、固壁、清孔等工序一次完成,带套管钻进时,还可有效地防止塌孔,不留残土。适用于各种软硬土层,特别是有地下水