湛江组亚黏土工程特性和提高钻进速度研究

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1、河海大学硕士学位论文湛江组亚黏土工程特性和提高钻进速度研究姓名：余锐申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：洪宝宁20080601摘要“糊钻”是黏性土层钻进施工中常见的工程问题，而在湛江组亚黏土层的钻进过程中，此类问题尤为突出。本文以湛江海湾大桥桩基钻孔施工中，遇到的工程问题为背景，根据湛江组亚黏土的工程特性，分析了糊钻、土体切割及泥浆循环困难等工程问题出现的原因，并通过刮刀刀片的受力分析，和不同化学性质水溶液配置的泥浆黏度对比试验，从钻头优化设计和泥浆性能改良两个方面，研究了相应的处置措施，主要工作包括下述内容：1、通过室内物理力学试验、湿化崩解试

2、验、矿物成分试验以及水样分析试验，以及前人的研究成果和现场地质勘察资料，探讨了湛江组亚黏土的形成过程和工程特性。2、根据岩石和土层钻孔特点，在现有岩石可钻性评价方法的基础上，提出了黏性土层钻进可钻性评价体系，并对湛江组亚黏土进行了可钻性评价。3、根据湛江组亚黏土工程特性和可钻性评价结论，分析了湛江海湾大桥桩基钻孔施工中工程问题出现的原因，并探讨了处置措施。4、通过刮刀刀片的受力状态以及磨损过程的能量分析，推导出了刀片入土深度函数，并分析了在一定土层性质和钻机动力系统条件下，刀片几何参数(前角占、后角y)对刀片切入深度的影响。5、分析了刀片几何参数对钻进

3、功率的影响，并以刀片入土深度最大和钻进功率最小为目的，对刮刀刀片的几何参数进行了优化。6、通过泥浆黏度试验，分析了水溶液中钠离子和PH值对泥浆黏度的影响，并用多元线性回归方法拟合了黏度与钠离子浓度、PH值的关系，通过数学方法得到了满足规范要求的钠离子浓度、PH值的取值区域。7、通过模拟泥浆对土体的侵蚀，分析了钠离子、PH值对土体强度的影响，并结合钠离子、PH值对泥浆黏度的作用，探讨了泥浆处理剂的配置原则。关键词：钻孔灌注桩、钻孔、糊钻、刮刀钻头、泥浆、湛江组亚黏土第一章绪论1．1研究背景随着近代科学技术的发展，桩的种类和桩基形式、施工工艺和设备以及桩基

4、理论设计方法等都有了很大的发展，桩基已成为土质不良地区修建各种建筑物所采用的最广泛的基础形式，而且桩基的结构类型越来越趋于多样化。目前，钻孔灌注桩是桩基础工程中应用最广泛、发展最迅速的施工形式之一川，广泛的应用于高层建筑、重型厂房、桥梁、码头和具有特殊要求的建筑物等。钻孑L灌注桩具有以下优点12J：(1)施工过程，无大的噪声和振动；(2)可根据土层分布情况任意改变桩长，以适应持力层高低不同的变化；(3)可根据建筑物的荷载分布与土层情况采取不同桩径；(4)对于承受横向荷载的桩，可设计成有利于提高承载力的异型桩，还可以设计成变截面桩，即在受弯矩较大的部位采

5、取较大的断面；(5)可穿过各种软、硬夹层，将桩端置于坚硬土层或嵌入基岩，还可扩大桩底以充分发挥桩身强度和持力层的承载力；(6)施工设备比较简单、轻便，可用简单的设备施工出较大的单桩承载力的桩。(7)桩身配筋可根据荷载大小与性质特征以及土层的变化情况配置，其配筋率远低于预制桩。J下是由于钻孔灌注桩具有技术、经济以及施工对周边环境少污染等方面的优点，在工程实践中得到了广泛的应用。在钻孔灌注桩的施工中，钻孔是最关键的工序13】，其质量若控制的不好，则可能发生塌孔、缩径、桩孔偏斜及桩端达不到设计持力层要求等，还将直接影响桩身质量和造成桩承载力下降。而在钻孔环节

6、中，黏性土层的钻进是工程中的一大难题，因为黏性土层钻进施工中会出现“糊钻”等一系列与泥浆稳定性相关的工程问题，并且其处置措施错综复杂，仅仅增大功率、提高成本无法解决。可以说，“糊钻"已经成为黏性土层钻进施工中的“顽症”，令工程界头疼不己。据调查，湛江组亚黏土层的钻进糊钻现象尤其突出，引起了工程界的广泛关注，以下介绍湛江海湾大桥桩基钻孔施工情况：湛江海湾大桥起于湛江市坡头区，于平乐渡口卜游1．3l(IIl处跨越麻斜海湾，终于湛江市开发区乐山大道，全长3981m，主桥为双塔双索面混合梁斜拉桥，火炬形主塔结构新颖美观，构成湛江市的标志性-T程。湛江海湾大桥的

7、建成对加强粤西地区与珠河海大学硕士论文江三角洲地区的经济联系，改善城市规划和促进周边经济发展等都具有重要意义。湛江海湾大桥的图片，如图1．1所示。湛江海湾大桥的位置，如图1．2所示。图1．1湛江海湾大桥采用桩基础施工的湛江海湾大桥，共涉及各类桩603根，桩径从1．5m～2．9m不等，桩身最长达104m，钻孔施_[根据桩径不同，采用了KP3500、KP3000、QJ250—1、s500四种规格的钻机，为刮刀钻头，桩基护筒施工，反循环回转钻进。前期的试钻过程中发现，桩基地层中的湛汀亚黏上上质较纯，具有极强的黏性，是极好的造浆料，可以替代常规的造浆材料，如黄

8、泥、膨润土等。但在该地层钻进时，泥浆浓度卜．升很快，增加钻头刮土阻力，主要遇到以下几个‘r程J