正反循环钻进与旋挖钻进技术经济性的研究

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:honfei1984
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钻孔灌注桩最早于1900年在法国应用,我国最早应用是在1963年。目前钻孔灌注桩已成为应用最为广泛的基础形式。钻孔灌注桩的成孔是十大钻探工程技术体系中的一种。钻孔灌注桩的成孔方法经历了正循环钻进、反循环钻进、全套管钻进、旋挖钻进等主要方法。目前发达国家以旋挖钻进为主,我国仍以正反循环钻进为主,但旋挖钻进发展迅速。国外学者对反循环钻进与旋挖钻进进行了对比研究。我国尚未见有关正反循环钻进与旋挖钻进的对比研究,但有学者对岩心钻探领域中有关施工设备、钻进方法进行了技术经济学研究。钻孔桩成孔与岩心钻探都属于钻探工程技术体系的范畴,岩心钻探领域中有关技术经济学的研究对钻孔桩成孔的研究有一定的借鉴意义。   评价一种成孔方法的适应性,应该考虑的因素主要包含施工效率、施工质量、适用范围、施工成本。其中施工效率、施工质量、适用范围属于技术性的范畴,施工成本属于经济性的范畴。本研究在分析正反循环钻进与旋挖钻进国内外的技术发展现状及存在问题、正反循环钻进与旋挖钻进技术经济性的研究现状基础上,通过大量工程实例以及现场实践,研究了正反循环钻进与旋挖钻进的技术适用性及经济性,主要研究了以下内容:   (1)施工效率的研究。包括不同地层、不同孔径情况下正反循环钻进的施工效率,旋挖钻进的施工效率随孔深的变化趋势以及不同地层、不同孔径情况下的施工效率,并对正反循环钻进与旋挖钻进的施工效率进行对比。   (2)施工质量的研究。研究正反循环钻进与旋挖钻进对钻孔桩承载力的影响。   (3)适用范围的研究。包括适用的孔深与孔径:正反循环钻进与旋挖钻进在理论上适用的孔深与孔径,实际适用的孔深与孔径;适用的地层:正反循环钻进与旋挖钻进在砂层、土层、卵砾石层、软岩层、硬岩层等的适用情况;适用的环境:正反循环钻进与旋挖钻进适用的施工场地、对环保的影响等。   (4)经济性的研究。分析了成孔费用的构成,包括人工费、燃料动力费、机械费、泥浆费、其它费用;给出了成孔费用的计算公式;根据计算公式,对正反循环钻进与旋挖钻进两种成孔方法在不同孔径、不同地层条件下的成孔成本进行了计算分析。   通过上述研究,得出以下结论:   (1)在施工效率方面,旋挖钻进的时效高于正反循环钻进,但随着孔深增大、岩石强度增大,两种钻进方法的时效差距呈明显缩小的趋势。在砂层、土层等软土地层钻进中,旋挖钻进的时效~般可达到正反循环钻进时效的4倍以上,但随着孔深的增加,旋挖钻进的效率明显下降,在理论上孔深达到120m时,旋挖钻进的时效与正反循环钻进相比,已经比较接近了,不再具有非常明显的优势。随着岩石强度的增高,旋挖钻进的钻进时效优势也明显下降,在25MPa左右的岩层中钻进,旋挖钻进的时效与正反循环钻进已经基本相当,不再具有太大的优势。在50、100、150MPa的情况下,旋挖钻进方法的应用已经极少,除技术因素外,这其中也有钻进时效的因素。   (2)在施工质量方面,旋挖钻进形成的孔壁比较粗糙,与正反循环钻进相比,可提高其桩基的承载力。   (3)在适用孔深方面,在理论上目前国产旋挖钻机的应用范围达到了92m,国外旋挖钻机甚至达到了1OOm以上。但在实际应用中,从安全性及技术优势方面考虑,目前旋挖钻进适宜在20~60m的孔深范围内应用。而正反循环钻进的孔深范围则没有太大的限制,从几米至一百多米都有应用。   (4)在适用孔径方面,旋挖钻进适用的孔径范围为1~2m,尤其以1.5m为最适宜。而正反循环钻进的孔径范围则比较广泛,从1m以下至4m以上应用得都比较多。   (5)在适用地层方面,两种施工方法在各种地层条件下基本都能钻进,但旋挖钻进在土层、砂层和胶结较为松散的、直径较小的卵砾石层钻进更能体现其高效性,而正反循环钻进更适合在较硬的岩层、以及复杂地层钻进,更能体现其经济性。   (6)在施工场地方面,水上工程施工中,无论是围堰筑岛,还是搭设水上平台,从经济性和安全性方面考虑,都不适宜采用旋挖钻进,更适宜采用正反循环钻进;而在施工场地比较狭窄以及高度空间受限制的一些工业与民用建筑工程中,旋挖钻机无法进入,只能采用正反循环钻进方法。   (7)在环境保护方面,旋挖钻进产生的废浆量少,对环境的污染少,在城市施工以及其它对环保要求比较严格的工程中,更适宜采用旋挖钻进技术。   (8)在施工经济性方面,在砂层、土层,如果考虑废浆外运的费用,正反循环钻进的施工成本比旋挖钻进高30%~45%,废浆外运费用在正反循环钻进成本中占很大比例。如果在施工现场允许就地排放废浆的工程中,不考虑废浆外运费用,则正反循环钻进的施工成本略低于旋挖钻进。在卵砾石、软岩层以及强度25MPa岩层中,无论是否考虑废浆外运,正反循环钻进的成本都明显低于旋挖钻进,仅为旋挖钻进的50%左右。由于钻进时效降低,机械、人工成本都明显增加,而废浆排放量却减少,废浆外运对施工成本的影响已经不明显。   最后建议在水上桥梁工程、大型交通工程等特殊工程施工中,对正反循环钻进与旋挖钻进两种成孔方法进行优选组合。   由于采取的样本数量有限以及采样困难等因素的影响,本研究一些数据可能存在一定的偶然性;对于旋挖钻进技术在直径1m以下口径、2m以上口径的经济性未进行研究;对硬、坚硬岩层中旋挖钻进的经济性也未进行研究。这些研究内容有待在今后的工作中继续完成。
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