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1、黄河大桥主桥钻孔中刮刀钻头应用和改进 摘要：一台好的钻机,除了钻机本身的各项技术性能能满足要求及合理地配备附属设备外,钻头性能的优劣也是决定钻进速度快慢的一个重要因素。针对济南黄河大桥水中墩钻孔桩的施工，笔者浅析一下刮刀钻头在设计和应用上的问题。关键词：糊钻刮刀钻头改进中图分类号：P634.4+1文献标识码：A文章编号：1、前言京沪高速铁路济南黄河大桥主桥水中墩采用钻孔灌注桩基础，直径2.5m，处于黄河主河道，为大直径、深孔桩基础。在水中墩位处搭设钢管桩、贝雷梁钻孔平台后，使用气举反循环全液压钻机钻进成孔。
2、在前期的施工中由于黄河复杂的地质地层状况我们一时没有掌握与之相匹配的钻进参数，故遇到了很多的问题，出现了钻头在粘土层中钻进时经常糊钻的困难。通过不断的分析和总结，我们改进了钻头样式，合理的修正了各种钻进参数，有序的控制钻进速度，取得了很好的效果。现就刮刀钻头在设计和应用上的问题做简要的分析。2、桥位工程地质7桥位工程地质地层以第四系河流相粉质土为主，其间多夹粉、细、中沙及粉土、薄层粘土或透镜体。其中覆盖层40m以下姜石含量较高，姜石层分布较多。桥址范围第一层土主要为软塑的粉质粘土、粘土及稍密的粉土组成，厚度9
3、.6m～22.5m；第二层为硬塑的粉质粘土、粘土及中密的粉土及中密的砂层组成，厚度2.7m～11.8m；第三层为硬塑状的粉质粘土组成，厚度钻孔未揭露。黄河主河道内一般冲刷厚度约为7.7m～11.3m，枯水期河床冲刷层范围沉积层主要以粉砂土为主。在实际的钻孔施工中发现，桩基范围内地层主要以粉质粘土含姜石为主，极易造成糊钻，堵钻等现象。控制钻速及进尺速度至关重要。3、刮刀钻头的种类及切削地层的基本原理7不同的地层构造使其明显地显示出不同的特点,因而必须使用不同型式的钻头并以不同的破碎方法掘削成孔。对于由沙粘土等构
4、成的非岩石地层,应用锐利的钻刃,并给予适当的压力,使其超过地层的抗压强度后,钻刃顶尖部切入地层,与此同时给钻头施加一旋转扭矩,使钻头平行于地层表面运动,从而达到切削地层之目的。刮刀钻头属切削型钻头,它是以切削、刮挤和剪切的方式破碎地层。这种钻头结构简单、制造方便,许多用户都能自己设计制造。适用于松软地层,例如在泥岩、页岩和泥质胶结的砂岩等地层,可以取得很高的机械钻速和钻头进尺。但是在硬而研磨性高的地层中钻进,刀片难以吃入,钻头磨损快,机械钻速低,有时还会出现憋跳现象,对钻具和设备寿命有一定的影响。刮刀钻头主要
5、有二翼、三翼、四翼、多翼、多阶梯等型式,此外还有翼片可换式、钻头直径可调式等多种结构。刮刀钻头切削地层是一个复杂的过程,在切削刃把地层从土壤剥离的过程中,土壤受到挤压与剪切,使被切离的土壤发生松散,只要刀具克服了土壤的阻力,加之排开切削的力就可以破土钻进了。4、刮刀钻头的设计4.1刮刀钻头的结构为取得更好的导正效果,有时还加工成双腰带。翼片的切削刃,小钻头可在翼片上直接进行铣刨,然后焊上相应的硬质合金,大钻头可专门加工刀头或用钎头焊在翼片上。钻孔时,钻头承受着轴向压力和回转扭矩的作用,加之钻杆偏心和不直、地层
6、结构不均匀,使钻头还承受复杂的动载荷作用。为了提高钻机的钻孔生产效率和降低钻孔成本,不但要求钻头结构简单,坚固耐用,同时还要求钻进速度高、寿命长和成本低,可见刮刀钻头的结构形状是至关重要的。根据口径的大小,刮刀钻头一般分为前刃和刀翼分离式、一体式2种。大口径桩基施工中多用前刃分离式,而在口径较小的情况下多用一体式。钻头体是钻头的基体,通常和钻杆连接的方式为法兰或丝扣。腰带在钻头上既起到保径、导正作用,又对钻头翼片进行强度加固。74.2刮刀钻头出水口或返水口位置的确定对刮刀钻头来说,都必须留有足够大的出水或返水
7、位置。正循环钻进是通过钻具把泥浆送到孔底,然后经孔壁和钻具的环状间隙把岩屑携带上来。反循环钻进是在压力低、排量大的条件下进行的,因此,其返水口一定要比压力高、排量小的正循环大得多才行。至于水口到钻头刃部的距离到底多大才合适,应视地层软硬而定,在黄河桥水中墩的钻孔施工中，钻进粉质粘性土层的钻头,一般可在200mm左右为宜。如果水口太低,易被岩屑堵塞,太远则易形成循环水流的死角,岩屑不易被带走。刮刀钻头设计需特别注意水路与孔底清洗效果,一是防止钻头泥包，即糊钻；二是减少重复破碎。只有在良好的稳定性前提下才有正常的
8、工作效率,才能磨损均匀,延长钻头寿命。4.3刮刀钻头角度的选择钻头角度的选择直接关系到钻进效果及钻头寿命。钻孔初期我们采用了几种不同尺寸的刮刀钻头，取得了不同的钻进效果。刮刀钻头角度一般包括中心钻头的中心角和每个刀齿的刀尖角。中心角:对于翼形钻头,中心角越大,破土阻力也越大,而且中心角过大,刀尖会很快磨钝,根据使用的经验,一般取110°～130°为佳。刀尖角:就是镶嵌在翼缘上每把刀的楔角,刀尖角与后
