正反循環工藝鉆井施工指導說明(3)
泥漿原材料要求:
(1)粘質土的性能要求:塑性指數大于25,粒徑小于0.074mm的粘粒含量大于50%;當缺少符合該要求的粘土時,可采用性能略差的粘質土,并摻入合格粘質土30%;當采用性能較差的粘質土(塑性指數不小于15)調制的泥漿性能指標不符合要求時,可在泥漿中摻入Na2CO3(純堿)、NaOH或膨潤土粉末,以提高泥漿性能指標,摻入量由試驗確定;一般Na2CO3(純堿)的摻入量為孔中泥漿土量的0.1%~0.4%。
(2)膨潤土的性能和用量:膨潤土分為鈉質膨潤土和鈣質膨潤土兩種,前者質量較好;一般用量為水的8%(8kg的膨潤土可摻100L的水);質量較差時為12%;
常用泥漿外摻劑的要求:
CMC:全名羧甲基纖維素,具有使地基土表面形成薄膜的強化作用和降低失水率的作用,摻入量為膨潤土的0.05%~0.1%,一般地基土很少使用。
FCI:稱為鐵鉻木質素磺酸鹽,為分散劑,可使鉆渣顆粒聚集而加速沉淀,可使泥漿重復使用,摻量為為膨潤土的0.1%~0.3%。一般不常用。
Na2CO3(純堿):可增大PH值到10,摻入量為孔中泥漿土量的0.1%~0.4%。,常用來改善泥漿指標。
PHP:聚丙烯酰胺絮凝劑,在泥漿循環中能清楚劣質鉆屑,保存造漿的膨潤土粒,具有低固相、低相對密度、低失水、泥漿性能強等特點,摻入量為孔中泥漿量的0.003%。在大孔徑、超長樁施工時常被應用。
鉆機組成
正循環:
鉆盤:是鉆機的主要部分,是提供鉆進動力和保持鉆桿垂直的主要部件,可提供快、中、慢三種轉速,并可正、反轉;
卷揚機:包括主、副卷揚機;
鉆架:由機型確定;
泥漿泵:規格指標為流量和壓力;
鉆桿:是向鉆錐傳遞動力的主要部件,也是泥漿循環流行的通道,受力復雜,第一節為方鉆桿,長度5~9m,其余為圓鉆桿,通常見到的鉆機鉆桿由內徑為15cm,壁厚10mm的無縫鋼管制成;
提水龍頭:也叫搖頭,承受鉆桿、鉆錐重量,可使提升系統和泥漿膠管不隨鉆桿轉動;
鉆錐:也稱鉆頭,常見類型包括魚尾錐、雙腰帶籠式錐(也稱刮 刀鉆)、刺猬錐、雙徑六角鉆錐;在巖石中鉆進的鉆頭為牙輪鉆;
反循環:
一般循環鉆鉆機都可采用正、反循環方式鉆進,主要部件是相同的,反循環與正循環不同之處在于:
泥漿循環系統采用:不需要泥漿泵,但要配置泥石泵(吸泥泵)與真空泵,或者配置空氣吸泥機(又稱氣舉法),或者水力吸泥機(又稱水力噴射法)。但多數采用真空泵、泥石泵(吸泥泵)配合氣舉實現反循環鉆進。
鉆機:大多與正循環相同;只是氣舉式鉆進的鉆桿(內徑要大于127mm)上要另設風管(多采用外供風管)。
鉆錐(頭):
(1)、三翼空心單尖鉆錐,適合粘質土層、粉質土層和中、粗砂層;適用于泵泥(吸)式反循環;
(2)、牙輪鉆頭:在砂卵石和風化巖層中效果較好,在砂類土、粘質土、卵石層中也可使用;適用于泵泥(吸)式反循環;
(3)、圓筒封閉式鉆錐:適用于氣舉式(空氣吸升式)反循環;適合粘質土層、粉質土層和中、粗砂層;
(4)、楔齒滾刀鉆頭:適合于中、硬巖層,如砂巖、灰巖、卵漂礫地層,強度大于30Mpa其他巖層也可使用。
(5)、球齒滾刀鉆頭:嵌巖樁用鉆頭。強度大于60MPa的巖層都可使用。
真空泵、吸泥機(泥石泵)及空壓機:
泵吸式:直接利用泥石泵的抽吸作用使鉆桿內水流上升而形成反循環。
采用真空泵和吸泥機(泥石泵)配合使用,其最大吸力不會超過大氣壓力。約為0.1MPa或10m水高,因為摩擦和泥漿密度較大,實際吸程不超過8m,所以泵吸式反循環鉆孔深度不能太深(一般不超過65m~80m),真空泵只是啟動時使用。
氣舉式:利用送入壓縮空氣使水循環,鉆桿內水流上升速度與鉆桿內外液柱壓力差有關。原理是高壓空氣通過送氣管送到鉆頭上部一定位置(一節鉆桿長度),使孔底附近泥漿壓力增大,而鉆桿頂部壓力?。ㄖ挥幸粋€氣壓),壓差使得高壓空氣將鉆渣和泥漿壓進鉆桿內,而將泥漿從鉆桿內排出。氣舉式在孔深大于7m以上時才有效,7m以內無效,適合使用于超過50m的孔深。
氣舉式鉆桿內徑不小于150mm,一般有150mm(配置7m3/min的空壓機)、200mm(配置10m3/min的空壓機)、250mm(配置20m3/min的空壓機),風壓計算:(孔深(max)m+4m)/101.94= MPa;比如100m孔深,需要風壓為(100+4)/101.94=1.02(約為10個大氣壓)