【专业知识】砂层旋挖施工工法-奈普顿泥浆

2017-4-13 15:29:16 点击：

旋挖钻机在砂层施工，施工安全应放在第一位，埋钻及塌孔是砂层施工常见的重大事故。施工安全预防重点应放在合格泥浆的调制，钻杆、钻具质量的保持及在钻进松散砂层时操作控制的实施。

提升施工效率主要在于钻具的优化及钻具磨损的及时修补，并采取正确的施工操作方法（加压方式）。

砂层工况属常规地质施工，是典型的泥浆静压工艺，在我国有80%以上的旋挖钻孔桩为泥浆静压工艺，因此掌握并运用好泥浆静压工艺，对于旋挖钻机施工尤为重要。

一、砂质地层地质特征

砂层地质具有松散、地下水量丰富等特性，因此旋挖钻机在砂层地质工况施工时，容易发生沉渣大、塌孔，严重时可造成埋钻等施工事故。特别是护筒周围极易发生塌方，导致的原因是护筒位置泥浆压强低以及泥浆粘度不足，没有达到护壁作用而造成塌方。

旋挖钻机针对砂层施工，能做到沉渣少、不塌孔就已经成功了一半。剩余的事情就是如何提升施工效率及降低损耗，可通过施工方案、钻具优化、操作控制等几个方面提升施工效率及降低损耗。

1、砂子形成:

砂子由岩石风化演变而来，受到风力或水流的运输携带，质量小的沉积形成土壤，质量中等当风速或流速减小便沉积形成沙滩，质量大的留在原地继续风化。

2、砂子成分：

砂子主要成分是二氧化硅（SiO2），二氧化硅的密度是2.65g/cm3,即2.65t/m3 。通常砂子为石英的形式，因其化学性质稳定和质地坚硬，足以抗拒风化。砂是磨刀石是主要成分。

3、颗粒等级：

可分为特细、细沙、中沙和粗砂；砂子的颗粒大小影响着摩擦系数即扭矩负载，以及对钻具的磨损；另外颗粒大孔隙增加，提升泥浆流失率，因此影响泥浆粘度即护壁层。

颗粒等级列表如下：

4、砂层强度：

砂层地质强度以极限承载力kPa数值来描述，通常砂层强度介于100~350kPa之间，也可通过地质报告中所描述的松散、中密和密实程度反应其强度，松散砂层强度低易于钻进，但对于泥浆及操控要求高；密实砂层强度增加，钻进阻力也随之攀升，但对泥浆质量及操控要求随之下降。

5、地下水位：

地下水位越低，泥浆压强越大，足够的压强可以支撑孔壁防止塌孔；地下水位越高泥浆压强越低，因此需提升泥浆比重及粘度。一般情况下，泥浆液面至少高于地下水面2米左右。

地下水丰富情况可通过地质报告中所描述的砂土含水量，即稍湿、很湿及饱和，其中饱和说明砂土含水量丰富，地下水越少对泥浆质量需求越低，地下水越丰富对泥浆质量要求越高。

二、砂层施工机型选配

1、主机型号：

根据桩径、桩长，选择旋挖钻机型号，机型越大所钻进的桩径及桩长也随之增加，如1.2m桩径、60m的桩长， 20机型即可满足当前工程施工；如1.8m桩径、70m桩长，就要选择28机型。

2、钻杆选配：

砂层地质强度通常介于100~350kPa之间，摩阻钻杆输出的加压力就可满足施工要求，所以砂层施工优先选择摩阻钻杆。另外摩阻钻杆还具有操作简单、提放钻杆时间短（无需解锁）、施工故障低以及钻孔深等优点。但钻杆也属于易损件，应注意按时进行保养。钻杆规格型号随主机配置即可。

3、钻具选配：

由于砂层附着力不强，很难形成块体，所以砂层施工应优先选择双底捞砂斗。双底捞砂斗具有溶渣率高、密封性能好以及卸渣方便等优点，捞砂斗直径与桩径相符即可，钻斗方套与钻杆方头相匹配。钻斗也属于易损件，应注意按时进行保养。

4、钻斗钻齿：

砂层成分主要为二氧化硅，质地坚硬，另外砂子颗粒等级多变，造成钻齿切削砂层时磨损严重，因此钻斗钻齿优先选用齿尖镶嵌有合金的钻齿，可以降低钻齿的磨损。另外砂层强度不高，适合扁齿切削，有利于提升钻进效率。

5、钻斗导向齿：

钻斗导向齿的作用是导向定位，即防止偏孔。砂层地质稳定，不会出现钻斗受力不均或定位效果不好导致的偏孔，针对砂层选配导向齿，更多倾向提升钻进能力，整体铸造螺旋式导向齿具有强度高耐磨损，钻进阻力低等优点，适合松散、塑性地层，所以砂层优先选用铸造螺旋式导向齿。

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