由于钻碴非球体,再考虑管壁影响等,则在泵吸反循环钻进中钻碴的自由悬浮速度:
再考虑到一般d较大,钻碴表面粗糙且是群体,所以对vg’打七折,而且ds=0.45d时悬浮速度最大,代入则得钻碴的悬浮速度:
为排除钻碴,泥浆上返速度va>vg,即钻碴上升速度vs=va-vg>0或va=vs+vg。由此可见,vg一定时,va大、vs亦大,钻碴排出快,钻进效率提高。但va亦不能过太,因为钻碴泥浆混合液通过钻杆内腔时的压力损失由三部分组成:
由式(5-19)可看出,△pf与va2成正比,va过大时△pf较大,一般va>1.5m/s即可钻进。国外认为va=3~4m/s较好,但国内经过实践发现此值过大,对孔壁冲刷厉害,不利于孔壁稳定,认为va=2~3m/s较好,可使钻碴上升速度vs=1~1.5m/s。
3)砂石泵排量 可按下式计算:
其他符号同前。
我国生产的砂石泵,进水口直径为100~250mm,排量为150~400m3/h,可根据式(5-21)合理选用。
4)主动钻杆长度H:
主动钻杆长度H直接影响水龙头顶部最高点T至孔内液面的距离HL,而HL的大小又直接影响水龙头顶部最高点T处的压力,而此压力不得小于循环介质的汽化压力,以防引起气蚀现象,损坏水龙头和砂石泵。因此,主动钻杆长度不宜过长,但如果太短则加接钻杆时间长,不利提高钻进效率。在HL一定时,宜增大H。正常钻进时,当钻完主动钻杆加接一根钻杆后HL最大(图5-22),此时
HL=Ha+H+Hb+a (2-22)
由式(2-22)可知,为了增大H,就要尽量降低钻机转盘的设计和安装高度Ha和尽量缩短水龙头的高度Hb。过去认为只要主动钻杆的长度不大于3.5m就可以起动砂石泵,实现反循环钻进.以致常由于转盘安装高度过大而导致砂石泵起动困难,甚至无法起动。
5)泥浆液面(图5-23):
国内外实践证明,在第四系地层中钻进成孔,只要孔内水头压力比孔外地下水压力大2×104Pa以上,就能保证孔壁的稳定。即
由式(5-23)可以看出,要满足静水压力的要求,可以单独增大H或γa,或同时改变H和γa。但γa不应过大,最大不宜超过1.10×104N/m3,以防砂石泵起动困难和增大压力损失。但H过大会提高设备安装高度,且护筒埋深需加大,以防孔内泥浆顺护筒外侧反窜至地面,故须综合考虑。
一般当L≥2m时,可用清水护壁;当1m≤L≤2m时,可提高护筒,设法提高孔内液位,使之高出地面1m左右,用清水或稀泥浆护壁;当L≤1m时,设法提高孔内水位1.5m,用泥浆护壁。若泥浆重度过大,影响钻进效率和难
以解决泥浆反窜问题时,则可考虑加大护筒的埋深。
6)钻压
排碴能力强钻压可大;排碴能力弱钻压应小,以获得适应的钻进速度。钻压的大小取决于单颗切削工具切入岩土所要求的压力。
7)转速:
钻头线速度达到一定值时,再增加转速则钻进速度不增加或增加很少。转轴功率一定时,增加转速会减小回转扭矩,对切削地层不利。转速按式(5-15)计算,取决于钻头线速度和钻头直径。
用反循环回转钻机成孔时,钻孔前需埋设好护筒,护筒起定位、保护孔口和维持水头压力等作。护筒内径比钻头直径大100mm,埋入土中深度不小于1m,护筒中心线同桩位中心线的偏差不得大于50mm,顶部开溢流口。钻机就位必须平整稳固,确保钻孔过程中不产生倾斜和移动。在粘土、粉质粘土层中钻孔,可清水钻孔,原土造浆护壁,泥浆相对密度控制在1.1左右,在砂层中钻孔要适当提高泥浆相对密度和牯度。要使孔内液面不低于护筒溢流口。
钻孔时为防止缩径,对每一新开工程,须用井径仪测得孔径曲线资料,做为控制缩径的依据;钻孔时宜用阶梯形保径钻头,对易缩径的土层可进行复钻。磨损过大的钻头要及时更换,允许偏差为-10mm。为防止超径,不准使
用过于弯曲的钻杆,钻头连接应保证同心度。需根据土层种类选择合适的转速。为防止孔斜,钻机塔架要安置平稳、垂直。转盘保持水平;护筒不偏斜。水笼带我拉绳不应绷得过紧,防止把钻杆拉斜。钻孔的顺序要考虑有必要的间距,一般应不小于4m。钻进中的加压给进要随地层变化而及时调整。钢筋笼的制作、吊放和水下混凝土的拌制与浇筑都应符合相应的规定。
本章小结:
本章主要讲述了高层建筑桩基的形式,着重介绍了预制桩施工中桩架、桩锤的选择以及锤击应力的计算,打桩公害的预防及大直径钻孔灌注桩施工方法及质量的控制等。