旋挖鉆機(jī)入巖能力簡(jiǎn)述.doc

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1、旋挖鉆機(jī)入巖能力簡(jiǎn)述1、旋挖鉆機(jī)施工概述旋挖鉆機(jī)是一種用于建筑基礎(chǔ)工程成孔作業(yè)的樁工機(jī)械，具有施工速度快、成孔質(zhì)量好、環(huán)境污染小、操作靈活方便、安全性能高及適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，已成為鉆孔灌注樁施工的主要成孔設(shè)備，旋挖鉆機(jī)是一種高度集成的樁基施工機(jī)械，源于國(guó)外礦山機(jī)械，采用一體化設(shè)計(jì)、履帶式360°回轉(zhuǎn)底盤及桅桿式鉆桿，一般為全液壓系統(tǒng)。特殊的桶型鉆頭直接取土出渣，不需接長(zhǎng)鉆桿，鉆孔時(shí)孔口注漿以保持孔內(nèi)泥漿高度即可，因而能大大縮短成孔時(shí)間。由于帶有自動(dòng)垂直度控制和自動(dòng)回位控制，成孔垂直度和孔位等能得到保證。桶鉆取土上提過程中對(duì)孔壁擾動(dòng)較小，桶鉆周邊設(shè)有溢漿孔，溢出泥

2、漿可起到護(hù)壁作用。對(duì)于具有大扭矩動(dòng)力頭和自動(dòng)內(nèi)鎖式伸縮鉆桿的旋挖鉆機(jī),可適應(yīng)我國(guó)大部分地區(qū)的土壤地質(zhì)條件，包括淤泥層、粘性土、泥土、粉質(zhì)土、（泥）砂層、卵礫石、卵（漂）石層、強(qiáng)風(fēng)化巖層、永久凍土、風(fēng)化基巖等地層。目前旋挖鉆機(jī)最大施工孔徑已達(dá)4.0m，深度在達(dá)到90m。2、巖石特性及巖石破碎理論2.1巖石特性巖石是巖塊與巖體的總稱，是一種各向異性、非均質(zhì)、不連續(xù)的物質(zhì)。大多數(shù)巖石在常溫常壓下是脆性材料，但是隨著壓力與溫度的增加，巖石的強(qiáng)度會(huì)由脆性向韌性轉(zhuǎn)化。巖石的強(qiáng)度是指巖體在外部載荷作用下，整體抵抗變形的能力。巖石的強(qiáng)度一般用單軸抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度來

3、表示，其中抗剪強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度是確定巖石工程穩(wěn)定性的主要因素。巖石在無圍壓的情況下，受縱向壓力出現(xiàn)壓縮破壞時(shí)，單位面積上所承受的載荷稱為單軸抗壓強(qiáng)度。而抗剪強(qiáng)度是指巖石在外力作用下達(dá)到破壞時(shí)的極限剪應(yīng)力。庫(kù)倫-納維準(zhǔn)則通過大量的試驗(yàn)證明，巖石在受壓時(shí)會(huì)表現(xiàn)出最大的抵抗破壞的能力，而巖石的抗剪強(qiáng)度極限僅為抗壓強(qiáng)度極限的10%左右。下表列出了常見巖石不同強(qiáng)度的對(duì)比關(guān)系。巖石性質(zhì)不同受載方式下的巖石強(qiáng)度相對(duì)值抗壓強(qiáng)度（MPa）抗拉（MPa）抗剪（MPa）花崗巖10.02～0.040.09砂巖10.02～0.050.10～0.12石灰?guī)r10.04～0.100.15另外，

4、巖石的強(qiáng)度受加載速度的影響也比較明顯，主要表現(xiàn)在隨著加載速度的增加，巖石的強(qiáng)度會(huì)有大幅提高。但目前一般認(rèn)為：在鉆具沖擊巖石的速度不大于5m/s時(shí)，巖石的力學(xué)性能不會(huì)發(fā)生本質(zhì)性的改變。2.2巖石的破碎目前施工中巖石破碎的主要方法有三種型式：沖擊破巖、磨削破巖、剪切入巖。沖擊破巖：根據(jù)理論分析，只有當(dāng)作用在巖石上的壓力超過了巖石單軸抗壓強(qiáng)度極限的30%~50%時(shí)，巖石才會(huì)順利實(shí)現(xiàn)破碎。所以在壓力沒有達(dá)到巖石的破碎強(qiáng)度極限以前，可通過鉆具與巖石的多次沖擊，使巖石產(chǎn)生裂紋，降低其強(qiáng)度，當(dāng)巖石強(qiáng)度降低到一定程度就能實(shí)現(xiàn)巖石破碎。目前常用的設(shè)備為沖擊錘。磨削破巖：在較小的

5、壓力載荷下，依靠旋轉(zhuǎn)的鉆具與巖石接觸所產(chǎn)生的摩擦力的作用，來引起巖石破損（該方法實(shí)際上為一種研磨作用）。此種方法巖石的破碎速度比較慢，巖石破碎顆粒較細(xì)，鉆具磨損嚴(yán)重。目前市場(chǎng)上常用的設(shè)備為正（反）循環(huán)鉆。剪切破巖：根據(jù)庫(kù)倫-納維準(zhǔn)則巖石的抗剪強(qiáng)度極限僅為抗壓強(qiáng)度極限的10%左右，所以用剪切的方法破碎巖石最為有效。以回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)為主要方法的施工設(shè)備，如果在鉆進(jìn)的同時(shí)，在鉆具上實(shí)現(xiàn)壓力加載，使鉆具截齒切入巖石（旋挖鉆機(jī)進(jìn)行硬巖施工時(shí)，以配套截齒鉆進(jìn)為主），那么在回轉(zhuǎn)扭矩的作用下就能實(shí)現(xiàn)巖石的剪切破碎。根據(jù)巖石剪切破碎的條件，旋挖鉆機(jī)具備巖石剪切破碎的基本條件。旋挖鉆機(jī)

6、的鉆具在加壓載荷的作用下，依靠動(dòng)力頭的驅(qū)動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)鉆具的剪切破巖。加壓系統(tǒng)的加壓力經(jīng)過鉆桿的傳遞，使鉆具截齒切入巖土，利用鉆具旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩使巖石產(chǎn)生剪切破碎，巖石的破碎顆粒比較大，破巖效率高。1、旋挖鉆機(jī)的入巖原理3.1旋挖鉆機(jī)破巖的原理是：依靠大加壓力將鉆具截齒壓入巖石，在強(qiáng)大的動(dòng)力頭輸出扭矩的作用下，使巖石產(chǎn)生剪切破碎。旋挖鉆機(jī)在施工過程中，通過動(dòng)力頭的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鉆桿，帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，在加壓載荷與旋轉(zhuǎn)扭矩的作用下，鉆具與巖石的接觸面之間就會(huì)產(chǎn)生剪切力，實(shí)現(xiàn)剪切破巖。鉆桿上一般會(huì)有三至四個(gè)鎖點(diǎn)，通過機(jī)鎖點(diǎn)可把每節(jié)鉆桿鎖住，完全把加壓力傳遞給鉆具，加壓載荷的傳

7、遞效率較高，能在鉆具與巖體之間產(chǎn)生較大的剪切力，實(shí)現(xiàn)硬巖的鉆進(jìn)。3.2鉆具截齒的合理布置從巖石剪切破碎的原理可知，旋挖鉆機(jī)在進(jìn)行剪切破巖時(shí)，鉆具截齒的既要受到鉆具旋轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)行阻力，又要受到加壓載荷的壓入阻力，如下圖7所示。在相同加壓載荷的作用下，如果減小截齒的切入角度，使截齒由線接觸或面接觸改為點(diǎn)接觸，就能大幅降低鉆具與巖體的接觸面積，提高截齒切入巖石能力。經(jīng)過對(duì)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，斗齒的切入角度應(yīng)稍大些，以45°~60°為宜；鉆入比較硬的地層（花崗巖層）時(shí)斗齒的切入角度應(yīng)稍小些，以25°~45°為宜。圖7截齒布置型式1、結(jié)束語(yǔ)旋挖鉆機(jī)在根據(jù)土層鉆進(jìn)至淤泥層、

8、粘性土、泥土、粉質(zhì)土、（泥）砂層時(shí)采用