第五章 其它鉆進(jìn)方法

第五章其它鉆進(jìn)方法工程鉆探學(xué)課件第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法第一節(jié)機(jī)械振動鉆進(jìn)

1一碎巖工具；2一鉆桿；3一頂帽；4一振動器；5一吊繩；6一桅桿頂上的滑車；7一提升鋼繩；8一紋車第2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法第一節(jié)機(jī)械振動鉆進(jìn)

震動錘第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法用振動器帶動鉆桿和碎巖工具產(chǎn)生周期性振動力，使之對地層產(chǎn)生垂直靜載，以及鉆具產(chǎn)生高頻沖擊振動所產(chǎn)生的動載，使周圍巖層或土壤也產(chǎn)生振動。由于振動頻率較高，巖層或土壤強度降低，在鉆具和振動器自重及振動力的聯(lián)合作用下，使鉆頭吃入（沉入）巖土層，從而實現(xiàn)鉆進(jìn)。第一節(jié)機(jī)械振動鉆進(jìn)

第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法◆適用于砂性土、粘土、粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)粘土等土層。在軟巖層和松散巖層中鉆進(jìn)與取樣都有很高的效率。◆由于不使用泥漿，不污染巖樣和地層設(shè)備簡單，被廣泛用于工程取樣鉆進(jìn)及海底淺層取樣鉆進(jìn)等方面。◆也廣泛用于樁基工程施工，如振動沉管灌注樁施工等。振動鉆進(jìn)中，還可借助于振動器的振動下套管、起拔套管、處理卡鉆事故等。第一節(jié)機(jī)械振動鉆進(jìn)

一、振動鉆進(jìn)的特點及應(yīng)用范圍第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法雙軸雙輪振動器的工作原理如圖所示。不論兩個偏心輪處于什么位置，離心力Q1和Q2均可分解為兩組分力。其中水平分力S1和S2大小相等方向相反，故互相抵消；第一節(jié)機(jī)械振動鉆進(jìn)

二、振動器的工作原理

第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法而垂直分力P1和P2大小相等，方向相同，其合力P等于P1和P2之和。當(dāng)偏心輪的重心位于水平軸線以下時，合力P的方向向下；當(dāng)偏心輪的重心位于水平軸線以上時，合力P的方向則向上。因此，合力P將使鉆具產(chǎn)生垂直方向的振動。

第一節(jié)機(jī)械振動鉆進(jìn)

二、振動器的工作原理

第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件因素有：振動頻率、振幅、偏心力矩和回次長度。第一節(jié)機(jī)械振動鉆進(jìn)

三、影響鉆效的工藝因素1.振動頻率振動器頻率很低時，鉆具只有輕微振動鉆頭沒有進(jìn)尺。當(dāng)超過某一頻率值時鉆具的振幅也隨之加大，鉆具與巖層間產(chǎn)生相對滑移并開始切入巖層中——稱為“起始頻率”。隨著頻率的提高鉆速也增加，頻率進(jìn)一步提高時，鉆具的振幅達(dá)到“極限振幅”（A∞）第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第一節(jié)機(jī)械振動鉆進(jìn)

三、影響鉆效的工藝因素2、振幅只有當(dāng)振幅超過某個值時鉆頭才能切入土層，此時的振幅叫做“起始振幅A0”。振幅超過A0后，鉆速隨振幅成線性↑。起始振幅A0不是定值，隨頻率、鉆具斷面尺寸和地層條件而變化。正常鉆進(jìn)一般選A等于3~5倍的A0

A0與頻率的關(guān)系如下第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第一節(jié)機(jī)械振動鉆進(jìn)

三、影響鉆效的工藝因素3、偏心力矩增大偏心矩，在堅實土層中鉆效↑。但偏心力矩過大，會使上部鉆桿變形。

4、回次長度鉆進(jìn)中取樣管完全裝滿后才結(jié)束回次是不合理的。為提高回次鉆速存在著最優(yōu)回次長度。一般取極限值的80—95%作為最優(yōu)值。第10頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法螺旋鉆進(jìn)是一種干式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法，鉆進(jìn)是用螺旋鉆桿連續(xù)不斷地將鉆頭破碎的孔底巖石輸送至地面。第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)cfg20長螺旋鉆機(jī)目前，國內(nèi)外螺旋鉆在工程施工鉆孔中得到廣泛應(yīng)用，如建筑物的基礎(chǔ)樁以及水壩工程、滑坡治理工程的擋土墻和滑坡樁，輸電工程線桿的埋設(shè)，敷設(shè)工程管線的水平鉆孔等。第11頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法螺旋鉆進(jìn)是一種干式回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方法，鉆進(jìn)是用螺旋鉆桿連續(xù)不斷地將鉆頭破碎的孔底巖石輸送至地面。第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)cfg20長螺旋鉆機(jī)目前，國內(nèi)外螺旋鉆在工程施工鉆孔中得到廣泛應(yīng)用，如建筑物的基礎(chǔ)樁以及水壩工程、滑坡治理工程的擋土墻和滑坡樁，輸電工程線桿的埋設(shè)，敷設(shè)工程管線的水平鉆孔等。第12頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法①鉆進(jìn)效率高。在無礫石及硬夾層的松軟巖層中鉆進(jìn)，小時效率可達(dá)幾十米，這是因為螺旋鉆桿能及時排除（輸送）所鉆的巖粉，無重復(fù)破碎現(xiàn)象，減少了為取心而上下鉆具及其輔助工作，也無靜液柱壓力影響孔底巖石的破碎。

②低公害（無泥漿污染），低噪音（無振動），低成本（效率高），簡化了鉆進(jìn)設(shè)備和工藝。第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)一、螺旋鉆進(jìn)的特點第13頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法

③不使用沖洗液，免去了配制沖洗液和輸送沖洗液的輔助工作，簡化了鉆進(jìn)設(shè)備和工藝，適應(yīng)于缺水、高寒地區(qū)和漏失地層中的鉆進(jìn)。

④孔壁穩(wěn)定。螺旋鉆桿回轉(zhuǎn)輸送巖粉的同時，也向孔壁擠壓巖粉，可在孔壁上形成一層較致密的硬皮，巖粉中的小礫石也可楔入孔壁，有加固孔壁的作用。因此，雖然不用沖洗液，孔壁仍較穩(wěn)定。第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)一、螺旋鉆進(jìn)的特點第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法

⑤可以隨時取樣，及時掌握地層變化情況，基本上能滿足地質(zhì)要求。⑥一般只能鉆進(jìn)松軟巖層。在粘土層中鉆進(jìn)困難。鉆進(jìn)所需功率大（主要消耗在輸送巖粉上），因而孔深受到限制。第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)一、螺旋鉆進(jìn)的特點第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法

①長螺旋鉆：整個鉆桿為螺旋鉆桿，在鉆進(jìn)過程中，被鉆頭破碎的巖土靠螺旋鉆桿輸送至地表，鉆進(jìn)和排粉是連續(xù)不斷地同時進(jìn)行。鉆進(jìn)效率高，功率消耗大（鉆進(jìn)破巖、輸土和摩擦阻力），鉆孔深度和口徑受到一定限制。第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)二、螺旋鉆分類長螺旋鉆短螺旋鉆環(huán)狀螺旋鉆第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法

長螺旋鉆第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)二、螺旋鉆分類第17頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法

②短螺旋鉆：在鉆進(jìn)一個回次中，破碎的巖土附著在長度不大的螺旋葉片上，在鉆完一個回次后將鉆頭提出地表，可反轉(zhuǎn)甩掉附著在葉片上的巖土，然后再下入孔內(nèi)，開始另一個回次的鉆進(jìn)。短螺旋鉆進(jìn)是斷續(xù)地進(jìn)行，效率不如長螺旋鉆進(jìn)高，但由于它省去了長螺旋鉆進(jìn)中很大的輸土功率消耗，回轉(zhuǎn)力矩小，鉆機(jī)功率亦小。所以，相同的功率，它可以用來鉆大口徑（口徑可達(dá)3000mm）的深孔。第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)二、螺旋鉆分類第18頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法

短螺旋鉆機(jī)第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)二、螺旋鉆分類第19頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法

短螺旋鉆第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)二、螺旋鉆分類第20頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法

③環(huán)狀螺旋鉆：即類似取芯鉆進(jìn)。鉆頭是由大直徑心管，管外焊有螺旋翼片組成。破碎后的巖土靠管外螺旋片輸送至地表。心管內(nèi)有可以取芯的葉片，鉆進(jìn)時葉片靠彈簧力量緊貼在心管壁上，隨著鉆進(jìn)，巖芯進(jìn)入管內(nèi)，當(dāng)需要切斷并取出巖芯時，在孔口操作液壓缸，葉片沿斜面向中心移動而切入巖芯內(nèi)，在切入過程中靠回轉(zhuǎn)切割巖芯，提升鉆具，拉斷巖芯并取出。第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)二、螺旋鉆分類第21頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法1、平底螺旋鉆頭由心管、螺旋帶（雙頭螺旋）、平刀與中心刃刀等組成，平刀長度比螺旋葉片的外徑大10～20mm。適用于一般的土層。第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)三、螺旋鉆頭第22頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法2、耙式螺旋鉆頭由心管、螺旋帶（雙頭螺旋）、中心刃刀、切削刀齒等組成。切削刀齒上鑲焊硬質(zhì)合金，適用于含有大量磚頭、瓦塊的雜填土層及松軟巖層鉆進(jìn)。第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)三、螺旋鉆頭第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)四、螺旋鉆進(jìn)的工藝參數(shù)1、鉆進(jìn)軸向壓力

鉆進(jìn)軸向壓力：包括給進(jìn)力、鉆具自重、被螺旋鉆桿輸送的巖粉的重量以及輸送巖粉與孔壁摩擦力的垂直合力。軸向壓力的最大值應(yīng)根據(jù)巖土性質(zhì)、孔深、轉(zhuǎn)速、動力機(jī)功率等因素綜合考慮。對軟土層，軸向壓力由鉆具重量提供就能滿足；對較硬土層，除鉆具重量外，還需增加給進(jìn)力。第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)四、螺旋鉆進(jìn)的工藝參數(shù)2、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速：是螺旋鉆進(jìn)的主要工藝參數(shù)。在螺旋鉆進(jìn)時，轉(zhuǎn)速有雙重作用：一方面直接影響鉆頭破碎巖土的效率；另一方面也影響輸送巖粉的效率。在長螺旋鉆進(jìn)中，鉆屑是依靠鉆桿旋轉(zhuǎn)時的離心力甩到螺旋葉片外側(cè)輸送上來（主動），否則只有被隨后的鉆屑推著向上走（被動），這容易造成堵塞第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)四、螺旋鉆進(jìn)的工藝參數(shù)2、轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)速低，鉆屑的離心力較小，孔壁對鉆屑的摩擦力不足以使鉆屑與葉片之間產(chǎn)生相對運動，鉆屑只能隨葉片旋轉(zhuǎn)而不上升。當(dāng)轉(zhuǎn)速增大，孔壁對鉆屑的摩擦力也增大，轉(zhuǎn)速超過某一臨界值后，孔壁對鉆屑的摩擦力足以使鉆屑與螺旋葉片之間產(chǎn)生相對運動，鉆屑就會上升。這稱為臨界轉(zhuǎn)速第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第二節(jié)機(jī)械螺旋鉆進(jìn)四、螺旋鉆進(jìn)的工藝參數(shù)2、轉(zhuǎn)速為向上輸送，長螺旋實際轉(zhuǎn)速應(yīng)大于臨界轉(zhuǎn)速，n=Knk，K值↑向上輸送速度↑，但所需功率也越大。一般取K=1.2～1.3式中：nk—臨界轉(zhuǎn)速；

μt—鉆屑與孔壁間的摩擦系數(shù)；

α—螺旋葉片外徑的螺旋上升角；

φs—鉆屑與螺旋葉片之間的摩擦角，摩擦系數(shù)的反正切，摩擦系數(shù)為0.3～0.6。

第27頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法第三節(jié)旋挖式鉆機(jī)鉆進(jìn)旋挖式鉆機(jī)主要由履帶式底盤、轉(zhuǎn)盤平臺（含操作室）、鉆桿導(dǎo)向架、動力頭、鉆桿、鉆具六部分組成。第28頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法第三節(jié)旋挖式鉆機(jī)鉆進(jìn)第29頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法第三節(jié)旋挖式鉆機(jī)鉆進(jìn)旋挖式鉆機(jī)的優(yōu)點①鉆機(jī)置于可自動行走的履帶式底盤上，樁之間移位非常方便，一般僅需幾分鐘即可移機(jī)就位。②鉆機(jī)底盤為可伸縮式且可以自動整平，鉆塔垂直度及鉆機(jī)深度均有儀表顯示。鉆機(jī)自動垂直，且有導(dǎo)向桿對鉆桿進(jìn)行導(dǎo)向，鉆進(jìn)時非常穩(wěn)定，成孔的樁位偏差、垂直度都非常理想，擴(kuò)孔系數(shù)?。ㄉ巴林袨?.05～1.15）。第30頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法第三節(jié)旋挖式鉆機(jī)鉆進(jìn)旋挖式鉆機(jī)的優(yōu)點③鉆機(jī)速度快，成孔周期短，并可選用不同形式的鉆頭適應(yīng)粘土層、黃土層、砂層、直徑小于40cm的砂礫石層、強風(fēng)化巖層等，使鉆孔快速穿過復(fù)雜地層，成孔直徑在0.6～3.0m任意適應(yīng)。在相同條件下，旋挖式鉆機(jī)完成的數(shù)量相當(dāng)于一般循環(huán)式鉆機(jī)的6～10倍。第31頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月工程鉆探學(xué)課件第五章其它鉆進(jìn)方法第三節(jié)旋挖式鉆機(jī)鉆進(jìn)旋挖式鉆機(jī)的優(yōu)點④旋挖式鉆機(jī)鉆進(jìn)過程中通過擠壓孔壁挖掘成孔，因此孔壁穩(wěn)定坍塌極少，在粘土層中可干法鉆進(jìn)，即使遇水下易坍孔