旋挖钻机入岩能力简述

旋挖钻机入岩能力简述

1、旋挖钻机施工概述

旋挖钻机就是一种用于建筑基础工程成孔作业得桩工机械，具有施工速度快、成孔质量好、环境污染小、操作灵活方便、安全性能高及适用性强等优势,已成为钻孔灌注桩施工得主要成孔设备,旋挖钻机就是一种高度集成得桩基施工机械，源于国外矿山机械,采用一体化设计、履带式360°回转底盘及桅杆式钻杆，一般为全液压系统。特殊得桶型钻头直接取土出渣,不需接长钻杆，钻孔时孔口注浆以保持孔内泥浆高度即可，因而能大大缩短成孔时间。由于带有自动垂直度控制与自动回位控制，成孔垂直度与孔位等能得到保证。桶钻取土上提过程中对孔壁扰动较小，桶钻周边设有溢浆孔，溢出泥浆可起到护壁作用。对于具有大扭矩动力头与自动内锁式伸缩钻杆得旋挖钻机,可适应我国大部分地区得土壤地质条件，包括淤泥层、粘性土、泥土、粉质土、(泥）砂层、卵砾石、卵(漂）石层、强风化岩层、永久冻土、风化基岩等地层。目前旋挖钻机最大施工孔径已达４、0m,深度在达到９0m。

2、岩石特性及岩石破碎理论

２、1 岩石特性

岩石就是岩块与岩体得总称,就是一种各向异性、非均质、不连续得物质。大多数岩石在常温常压下就是脆性材料,但就是随着压力与温度得增加，岩石得强度会由脆性向韧性转化.

岩石得强度就是指岩体在外部载荷作用下，整体抵抗变形得能力。岩石得强度一般用单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪强度来表示，其中抗剪强度与抗压强度就是确定岩石工程稳定性得主要因素。

岩石在无围压得情况下,受纵向压力出现压缩破坏时，单位面积上所承受得载荷称为单轴抗压强度。而抗剪强度就是指岩石在外力作用下达到破坏时得极限剪应力。库伦-纳维准则通过大量得试验证明,岩石在受压时会表现出最大得抵抗破坏得能力，而岩石得抗剪强度极限仅

另外,岩石得强度受加载速度得影响也比较明显，主要表现在随着加载速度得增加，岩石得强度会有大幅提高。但目前一般认为:在钻具冲击岩石得速度不大于５m/s时,岩石得力学性

能不会发生本质性得改变。

2、2 岩石得破碎

目前施工中岩石破碎得主要方法有三种型式：冲击破岩、磨削破岩、剪切入岩。

冲击破岩：根据理论分析，只有当作用在岩石上得压力超过了岩石单轴抗压强度极限得30％~50%时，岩石才会顺利实现破碎。所以在压力没有达到岩石得破碎强度极限以前,可通过钻具与岩石得多次冲击，使岩石产生裂纹,降低其强度，当岩石强度降低到一定程度就能实现岩石破碎.目前常用得设备为冲击锤。

磨削破岩:在较小得压力载荷下，依靠旋转得钻具与岩石接触所产生得摩擦力得作用，来引起岩石破损（该方法实际上为一种研磨作用).此种方法岩石得破碎速度比较慢，岩石破碎颗粒较细，钻具磨损严重。目前市场上常用得设备为正(反）循环钻.

剪切破岩：根据库伦-纳维准则岩石得抗剪强度极限仅为抗压强度极限得１０％左右，所以用剪切得方法破碎岩石最为有效。以回转钻进为主要方法得施工设备,如果在钻进得同时,在钻具上实现压力加载,使钻具截齿切入岩石（旋挖钻机进行硬岩施工时,以配套截齿钻进为主)，那么在回转扭矩得作用下就能实现岩石得剪切破碎.

根据岩石剪切破碎得条件,旋挖钻机具备岩石剪切破碎得基本条件.旋挖钻机得钻具在加压载荷得作用下，依靠动力头得驱动，就能实现钻具得剪切破岩。加压系统得加压力经过钻杆得传递，使钻具截齿切入岩土，利用钻具旋转产生得扭矩使岩石产生剪切破碎，岩石得破碎颗粒比较大，破岩效率高。

3、旋挖钻机得入岩原理

３、1 旋挖钻机破岩得原理就是:依靠大加压力将钻具截齿压入岩石，在强大得动力头输出扭矩得作用下，使岩石产生剪切破碎。旋挖钻机在施工过程中，通过动力头得旋转驱动钻杆,带动钻具旋转，在加压载荷与旋转扭矩得作用下，钻具与岩石得接触面之间就会产生剪切力,实现剪切破岩。

钻杆上一般会有三至四个锁点,通过机锁点可把每节钻杆锁住，完全把加压力传递给钻具，加压载荷得传递效率较高，能在钻具与岩体之间产生较大得剪切力，实现硬岩得钻进。

3、２钻具截齿得合理布置

从岩石剪切破碎得原理可知，旋挖钻机在进行剪切破岩时，钻具截齿得既要受到钻具旋转时得运行阻力，又要受到加压载荷得压入阻力，如下图7所示。在相同加压载荷得作用下，如果减小截齿得切入角度,使截齿由线接触或面接触改为点接触，就能大幅降低钻具与岩体得接触面积,提高截齿切入岩石能力。经过对大量试验数据得分析，斗齿得切入角度应稍大些，以４５°～６0°为宜;钻入比较硬得地层(花岗岩层）时斗齿

图７

截齿布置型式

4、结束语

旋挖钻机在根据土层钻进至淤泥层、粘性土、泥土、粉质土、（泥）砂层时采用普通钻具抓斗进行旋挖作业，当遇至卵（漂）石层、强风化岩层、永久冻土、风化基岩等地层时换为金刚石截齿钻具进行切割钻进。当钻进至设计孔深后，金刚石截齿钻具取下调换成可闭合式抓斗进行碎石抓取,直至达到设计沉渣厚度后即可成孔报验完成钻孔任务。

桩基础就是目前各类工程中常用得重要基础形式之一，其中钻孔灌注桩由于施工工艺成熟、安全性高、地层适应性强等优点,被广泛应用于高层建筑、大中型桥梁工程施工中。但由于传统得钻孔机械主要为回转循环类钻机与冲抓类钻机，受钻机自身结构特点及施工工艺特点,钻进速度较慢,并且在施工过程中循环泥浆、噪声等得污染较大.近年来，在许多工期要求较紧得项目或者环保要求较高得市区重要建筑施工中，一种新型得钻机――旋挖钻机正逐步取代传统钻机，在高层、超高层建筑等地基基础工程施工中发挥着重要得作用，故我方选用旋挖钻机进行本工程各类桩得钻进用具。