国制造的贝诺特钻机。
贝诺特钻机的主要构造如图5—14所示,施工时先将套管垂直竖起并对准位置,然后用摇管装置1将套管2边摇动边压入。套管长度有6、4、3、2和1m等几种供选用,一般多选用6m,套管之间用锁口插销进行连接。
摇管装置(图5-15)由夹紧器、摇动装置、上面的链条滑车以及压进和拔出用的千斤顶组成。施工时用摇动臂和专用的夹紧千斤顶将钢套管夹住,利用摇动千斤顶使钢套管在圆周方向摇动,同时尚可压进或拔出套管。由于摇动使套管与土层间的静摩擦消失,使套管借助自重和压进千斤顶的压力顺利地进行下沉。
用贝诺特钻机挖土时,在压入钢套管后,用卷扬机将冲抓斗(一次抓土量为0.18~0.50m3 )放下与土层接触抓土,然后将其吊起至位置4(参见图5一14),再向前推出至状态5,此时靠钢丝绳操纵使冲抓斗的抓瓣张开,使土
落至砂土槽6上,装于翻斗车运出。如此反复进行挖土,直至挖到设计规定的深度为止。在钻孔达到设计深度后,清除钻碴,然后放下钢筋笼,用导管进行浇筑混凝土,并拔出套管。
用贝诺特钻机施工时,保证套管垂直非常重要,尤其是在埋设第一、二节套管时更应注意。
为了保证能垂直的埋设套管,首先应当注意贝诺特钻机本身是否水平。在软土地基上安装机械,即使开始时呈水平状态,但在起吊和竖立套管时,由于重心位置前移,容易造成前方向下倾斜。此时,就应在地面上满铺枕木以扩大支承面积。挖掘开始时,应随挖掘随测定套管是否垂直,一旦发现套管倾斜,就要拔出套管,重新调正贝诺特钻机的水平。为保证桩体垂直,第一、二节套管必须谨慎地加以埋设。
用贝诺特钻机施工,会由于冲抓斗冲击、抓瓣抓土和地下水压力引起的翻砂等使桩尖处土层松软。也会由于套管刃脚与套管外围尺寸的差额、地下水及摇动套管等使桩周围的土层变松软,这对于砂性土尤为显著。由于上述原因,使桩周围土层变松软的范围(塑性区域)为:
为减少桩尖处土层的松软,在开挖时应使桩孔内的水位保持在地下水位
以上,使地下水压不致产生翻砂现象,另外,桩尖处的土层应绝对避免超挖,还应该避免采用冲击方式挖掘桩尖处的土层。 贝诺特法的优点是:
(1)相比较而言,无噪音、无振动; (2)除岩层外,其他任何土质均可适用;
(3)在挖掘时,可确切地搞清楚持力层的土质,便于选定桩的长度; (4)挖掘速度快,挖深大,一般可挖至50m左右;
(5)在软土地基中开挖,由于先行压入套管,不会引起坍孔; (6)由于有套管,在靠近已有建筑物处亦可进行施工; (7)可施工斜桩,可用搭接法施工柱列式地下连续墙。
贝诺特法的缺点是:
(1)因为贝诺特钻机是大型机械,施工时需要占用较大的施工场地; (2)在软土地层中施工,尤其是在含地下水的砂层中挖掘,由于套管的摇动会使周围一定范围内的地基松软;
(3)如地下水位以下有厚细砂层时(厚度5m以上),由于套管摇动会使土层产生排水固结作用,往往因此而不能继续向下挖掘;
(4)由于冲抓斗的冲击会使桩尖处持力层变得松软;
(5)根据地质情况的不同,已挖成的桩径会扩大4%~10%。
5.工程水文地质回转钻机成孔
回转钻机是目前灌注桩施工用得最多的施工机械,该钻机配有移动装置,设备性能可靠,噪音和振动小,效率高,质量好。该钻机配以笼式钻头,可多档调速或液压无级调速,以泵吸或气举的反循环或正循环方式进行钻进。它适用于松散土层、粘土层、砂砾层、软硬岩层等各种地质条件。其施工程序如图5-16所示。
回转钻机成孔工艺应用较多,现分别详述如下。 (1)正循环回转钻机成孔。
正循环回转钻机成孔的工艺原理图如图5-17所示,其设备简单,将常用的地质钻机、水文钻机等稍加改装即可。操作简单、工艺成熟。当孔深不太深、孔径<800mm时钻进效果较好。当桩孔径较大时,钻杆与孔壁间的环形断面较大,泥浆循环时返流速度低,排碴能力弱。如使泥浆返流速度达到0.20~0.35m/s,则泥浆泵的排量需很大,有时难以达到,此时不得不提高泥浆的相对密度和粘度。但如果泥浆相对密度过大,稠度大,难以挂出钻碴,孔壁泥皮厚度大,影响成桩和渣孔,这是正循环回转钻机成孔的弊病。
正循环成孔,专用钻机有GPS一10、XY5G、GJC40H等型号;改装后的钻机有SPJ-300、红星400、SPC一300H型等。
正循环回转钻机成孔的基本参数为: 1)钻压:
钻孔时,钻头是在钻压和回转扭矩作用下切削和破碎岩土而获得进尺
切削下来的钻碴则由泥浆携出桩孔。为此,钻进时需有一定的钻压。钻压一般根据地层条件、钻杆与桩孔的直径差、钻头形式、切削刀具数目、钻具强度、设备能力等因素综合考虑确定。当用硬质合金钻进成孔时,每片切削刀具的钻压以800~1200N或每颗合金的钻压取400~600N为宜,可由此确定钻头的钻压。 2)转速:
转速的选择除满足破碎岩土的扭矩需要外,还要考虑钻头不同部位切削刀具的磨耗情况。一般按下式计算:
正循环回转钻机成孔时,根据岩土情况合理选择钻头和泥浆性能。下钻头后,先使其距孔底50~80mm,开动泥浆泵,待泥浆循环3~5min后再启动钻机慢速回转,同时慢慢降下钻头,轻压慢转数分钟后逐渐增大转速和钻压而进入正常钻进。此时合理掌握和调整钻进的基本参数,不要随意提动钻具,