彭海明[1]2003年在《特殊地层中大口径钻孔灌注桩施工技术的研究》文中研究表明随着建筑业的进一步发展，为满足上部建筑物的要求，大口径钻孔灌注桩由于其自身特有的优越性而得以广泛地应用。但对于硬质岩石地层和松厚的砂卵石地层，钻孔灌注桩所面临的主要问题是钻进效率低、成孔困难，且水下浇灌砼时桩身质量不易保证。 为提高在硬质岩层中的钻进效率，选择钻机时主要考虑钻机的扭矩和提升力，钻具的选择则要同时考虑其自身的安全和岩渣的排出方式。油田泥浆的特殊性能可提高钻效、延长钻机寿命、造孔顺直，是首选的冲洗液；为了利于岩渣的排出，冲洗液循环采用反循环方式。滚刀钻头上的滚刀采用双螺旋线分布，以利于岩渣的排出。同时要求采用大钻压、低钻速的技术参数。 松厚的砂卵石地层中钻进时，除钻效低外，冲洗液的漏失和孔壁不稳定是钻进中所面临的最大障碍。由于砂卵石地层自身的复杂性，目前在砂卵石地层中钻进没有普遍通用的钻进工艺。本课题根据实际工程中砂卵石地层的特性，分别采用冲抓与冲击钻进、泵吸反循环配合大直径滚刀钻头钻进对两个工程进行施工，收到了良好的效果。 影响灌注桩质量的因素很多，为提高钻孔灌注桩的质量，施工前应精心组织；施工中则要保证钻孔及砼的配制质量，同时钢筋笼必须安装到位；灌注砼时要保证初灌量，为下一步工序打下良好的基础。一旦发现灌注桩存在桩身质量问题，则必须采用有效方法进行补救，甚至废桩。目前所存在的问题是必须 中肃大学 硕士学位论文尽快研究出科学的检测方法，以确保检测的准确性。
宋志彬[2]2013年在《全套管钻进套管柱损坏机理与应用技术研究》文中研究说明论文依托于科技部科研院所技术开发专项项目《Ф2000全回转套管钻机、钻具及工艺》（2011-2013年）。研究对象是全套管钻进施工中出现问题最多的套管柱和套管接头的损坏和早期失效，这是目前国内外难以彻底解决的薄弱环节，也是制约全套管施工技术推广普及的关键问题。论文对全套管钻进套管柱、套管接头、夹持机构等关键部分进行了深入的力学分析和研究，得出如下结论：1.建立了全回转钻进套管柱的力学模型，借鉴钢管静压桩理论成果并针对全套管钻进的特殊性进行了修正，研究总结了复杂地层结构中大直径套管柱计算摩阻力的方法。2.应用弹塑性力学的等效应力函数曲线确定了套管柱最大应变能的位置，理论上确定了套管损坏容易发生在沉管阶段套管柱上部接近1/3的位置区间。这与实际套管柱断裂的位置基本符合。3.对深圳工程中出现问题的Φ1200套管柱、套管接头、锥销螺栓连接进行了有限元分析模拟，模拟预紧力不均的实际工况时接头和锥销连接都发生了破坏，与实际损坏情况符合，验证了理论分析的正确。建议提高套管接头和锥销的材质和热处理，保证使用寿命。4.对搓管机和全回转钻机夹持机构进行了分析对比，验证了搓管机夹持机构容易造成套管体变形，全回转钻机楔形卡瓦对套管的夹持均匀，可靠性强。5.对径向夹持对Φ1500套管接头损坏的影响进行了有限元分析验证，当径向夹持力作用于套管接头附近时，接头锥销连接处都会产生严重的应力集中，当部分锥销松动时破坏现象尤为明显。6. Φ2000全回转钻机的套管钻压恒定和扭矩恒定系统、钻机底盘自动调平系统的研究，对控制和保护套管靴刀头超负荷、根据地层情况合理加载、提高套管钻进的垂直度都起到了重要的作用。主要创新点：1.计算套管沉管阻力时对钢管静压桩理论进行了必要的修正。根据套管钻进的特殊性修正了套管柱长度的叁区段划分原则、开口钢管土芯长度的折减系数、拔管的真空效应系数等，使计算结果与实际相符合。复杂地层中全回转钻进套管柱计算摩阻力的方法研究国内属首次。2.对套管柱力学分析的数据来自深圳工程地层参数和施工实际，研究了复杂地层对套管柱摩阻力的影响，计算结果和施工实际验证，为今后建立复杂地层套管柱力学评价系统奠定了基础。3.应用有限元分析验证了径向夹持和夹持位置对套管接头损坏的影响。全套管钻进中套管柱的力学分析填补了国内大口径套管柱力学研究的空白，损坏机理的研究丰富了全套管钻进的理论，对提高全套管设备和套管钻具的研发水平具有十分重要的指导意义。
易恒[3]2009年在《软岩地层灌注桩钻进工艺模拟试验及应用研究》文中提出软岩在地球表面分布广泛,在特定环境下,它具有显着的变形性质,常给结构设计、施工工艺带来一系列特殊问题。在软岩地层中使用刮刀钻头进行钻孔灌注桩施工时,能获得很高的钻进效率,但在强度偏高、脆性偏差的软岩地层中钻进时,其钻进效率很低。因此,很有必要研究和总结出一套完整的适合于该类地层的施工机具配置及施工工艺参数,以实现大幅度地提高钻进效率和降低施工成本。作者在参考大量的国内外有关文献资料的基础上,对刮刀钻头的碎岩机理、刮刀钻头的设计及钻孔灌注桩的钻进工艺进行了深入的归纳和总结。采用理论分析和物理模型试验以及实体工程应用相结合的方法,运用相似理论、岩性相似材料模拟技术,确定了泥岩、粉砂岩、细砂岩叁种软岩的配比,并制作了用于钻进模拟试验的软岩试样；通过钻进模拟试验,得知刮刀安装角度及钻进参数对成孔效率有较大影响,并探讨了影响钻进效率的其他因素；运用Logistic模型和BoxLucasl模型分别对钻速与钻压、钻速与转速的关系进行非线性拟合,拟合结果对现场试验具有很好的指导作用；提出了刮刀钻头改进的技术参数。最后将研究成果运用到具体的实体工程,取得了较好的应用效果。本研究对工程实践及相关试验研究也有一定的借鉴作用。
于萍[4]2005年在《CHF-20型冲击—回转反循环工程钻机的研制》文中指出本文以钻探工艺学岩土力学机械原理优化理论和计算机仿真知识为基础针对国内大口径灌注桩施工中存在的问题系统地对冲击回转钻井技术进行了研究研究内容包括冲击回转反循环工艺参数的研究冲击钻进机构的研制冲击机构的优化设计及冲击机构的动力学仿真研究完成了钻机的野外及生产试验论文首先对实现同一钻机具有冲击回转两种功能进行了研究着重分析了冲击与回转机构的相互转换在钻机的冲击和回转钻进功能组合方面取得重要创新同时对同步卷扬机构进行了理论分析及设计计算在结构设计上有创新改善了行星轮系的受力状态对冲击机构的仿真分析为进一步开展冲击机构的动力学研究打下了基础
刘家荣[5]2010年在《复杂地层桩孔钻进工艺及机具研究》文中研究说明在复杂地层内(易偏斜的岩石层、卵砾石层、易塌孔缩孔的淤泥层、流砂层)及缺水无水地区进行桩孔施工始终是困扰我国桩孔施工领域的难题,相关地层的施工工艺设备及钻具的研究与生产也代表一个国家的桩工机械领域的发展水平。我国地域辽阔,人口众多,人口、资源分布不均匀,物流需求量大,交通基础设施薄弱,高速铁路、高速公路、城市轨道交通建设等需要进行大量的桩孔施工,很多地区的地层是由岩石、卵砾石、流砂、淤泥、回填等易坍塌地层构成的,很多地区根本没有施工用水,因此,对复杂地层和无水地区的桩孔施工工艺进行研究显得尤为迫切和必要。本文针对复杂地层中桩孔施工效率低和无水地区施工难的问题,从工艺和机具上进行了系统的研究,取得了以下几方面的研究成果:1、通过对破岩刀具和整体钻头的研究实验,解决了回转钻进工艺在岩石层钻进时刀具使用寿命和钻具成本问题,使得在入岩桩孔的施工中采用各种滚刀具有技术上、经济上的可行性,继而在旋挖钻进工艺中应用滚刀钻进。2、通过对岩石层、卵砾石层、漂石层钻进时普遍采用的冲击钻进工艺的研究,在大口径桩孔钻进中采用冲击回转反循环钻进工艺,解决了冲击钻进工艺扩孔率大、混凝土浪费严重、钻进效率低的问题。3、无循环钻进工艺是我国现在和将来桩孔施工领域的主要工艺,通过对无循环钻进工艺及机具的研究,解决了我国桩孔施工在无水地区、卵砾石、淤泥、流砂层进行桩孔钻进的问题,解决旋挖钻进工艺与全套管跟管钻进、全套管护壁钻进特殊工艺和特殊钻具配套使用的问题。解决了全套管钻进工艺及机具在岩石层钻进工艺和技术问题。
孙阳[6]2009年在《大直径深长桩施工孔壁稳定性分析与成孔技术研究》文中研究说明跨海大桥桩基施工不同于内陆桥梁桩基施工,其施工作业面位于海上,海上风大、浪大、水深、地质条件复杂,对施工影响很大,且一般跨海大桥桩基具有桩径大、长度长的特点,施工工艺复杂。目前国内外对海上桥梁基础成孔施工技术研究较少,论文在总结国内外研究成果的基础上,结合平潭跨海大桥桩基施工的工程实际,计算分析了钻孔灌注桩在成孔过程中的孔壁稳定性,得到了不同情况下孔壁土体的变形规律;系统分析了采用不同护壁措施时的护壁效果,给出了合理的孔壁稳定技术措施;针对海上桥梁桩基施工水文、气象条件多变,地质条件差的特点,从泥浆护壁措施、钢护筒工艺及清孔工艺等方面提出合理的成孔技术和质量控制标准。论文研究成果科学指导了平潭海峡大桥桩基的钻孔施工,确保了施工质量,对相关海上工程设计和施工具有重要的借鉴价值和理论指导意义。
陈飞[7]2007年在《钻孔灌注桩后压浆技术的研究和应用》文中进行了进一步梳理钻孔后压浆桩技术可减少桩底的沉渣和桩周泥皮对桩基的不利影响，可以改善桩——土相互作用关系，可大幅度提高桩基承载力，因而该技术显示了强劲的发展势头，应用范围不断扩大。 本论文通过钻孔灌注桩后压浆桩浆液与桩侧、桩端土体及桩体的作用机理进行探讨，研究后压浆对提高桩基承载力的性状、作用机理和影响因素及如何更好地应用到工程实践中。 本文主要阐述了以下几个方面的内容： 首先，应用桩—土理论分析后压浆桩中浆液对土体及桩体的作用并分析浆液的基本性能及在压力作用下的流变性能。 其次，从分析影响桩基承载力的因素出发，对后压浆的作用机理进行探讨。 第叁，分析研究后压浆对桩—土界面特征及土体抗剪强度、应力的影响和作用。 第四，根据工程实践提出行之有效的施工工艺，阐述后压浆施工的工艺流程，如压浆压力、浆液种类、浆液量的设计，压浆管的布置、压浆事故的预防等。在桩—土作用模型中，深基础桩的扩大头可视为刚性基础，在竖向荷载作用下，扩大头底截面积即端承面积，据此得出在砂层、卵砾石层进行后压浆的单桩极限承载力的计算公式。 将以上理论应用到武汉地区钻孔灌注桩后压浆工程实践中，通过后压浆桩与不压浆桩的工程实例对比，论证后压浆桩技术可提高桩基承载力，节省工程造价，此技术在相应的工程、地层情况下是行之有效的。
郇盼[8]2014年在《全套管钻进中套管的受力分析与数值模拟》文中研究表明本文主要针对全套管钻进过程中经常出现的套管接头变形、断裂、锥销脱落等套管破坏的问题进行研究。由于国内外的文献中几乎检索不到从理论上分析这方面问题的文献，严重制约了我国全套管钻进机及其工法的广泛使用与发展，因此研究套管的受力与变形变得很重要。本文主要采用理论分析与数值模拟相结合的方法，深入地研究了全套管钻进过程中套管柱的受力情况，研究总结了套管所受各个外力的计算方法，通过ANSYS数值模拟的方法模拟了套管在钻进过程中的受力及变形。首先对全套管钻进过程中套管的受力进行了分析，套管受力主要有：套管的自重、套管回转时的驱动扭矩、套管回转时的下压力、套管下部管端的阻力、套管周围土体对套管内外壁的法向约束力、套管周围土体对套管内外壁的摩擦力、套管靴处阻力矩。然后借鉴国内研究较成熟的静压桩理论，将套管柱的入土深度划分为L1（0.3L）、L2(0.6L)、L3(0.1L)叁段（L为套管柱的入土总深度）。利用开口静压桩理论对套管在沉管阶段和拔管阶段所受的力进行修正，并采用北京海军丰台东大街5号院住宅工程项目的地层参数，对套管所受的力进行计算。然后利用弹塑性理论分析了套管任意截面的应力状态，并用第四强度理论计算套管入土深度内L1、L2、L3段的等效应力。从等效应力函数图像可以看出L1段的等效应力几乎不变；L2段的等效应力随深度的增加而减小，在深度为20米时达到最小，此处也即L1与L2段的分界点；L3段的等效应力随深度增加而增大。验证了套管破坏位置：L1和L2段的交界处，即套管柱的1/3处。利用ANSYS有限元软件对套管进行模拟时，首先建立了套管模型，分析套管柱、套管接头的等效应力云图和总位移云图。分析结果显示：套管柱整体受力均匀，没有应力集中现象，等效应力远小于管体的材料强度，因此套管不会在管体处破坏。再单独分析套管接头处：接头处出现应力集中现象，应力急剧增大，因此验证了实际情况中，套管柱经常会在接头处破坏的结论。然后对不同直径（800mm、1500mm）的套管进行对比发现：套管直径与最大等效应力成反比，但套管应力不随直径线性变化。因此套管可以在承受更大的扭矩的情况下正常工作。
刘睦峰[9]2010年在《软岩模拟及其大直径钻进技术研究》文中研究说明软岩是地球表面分布最为广泛的一种岩石,是一种特定环境下的具有显着变形的复杂岩石力学介质,给工程施工、结构设计、施工工艺等带来一系列特殊问题。本文结合某工程的地质特征及施工技术难题,选取具有广泛代表性的软岩原样,首次对软岩的相似性材料的组合配方及其试验方法进行探讨,寻求较佳的配合组合来制作室内模拟钻进岩样,以此来探讨大直径软岩钻进技术的改进和工艺参数的优化,取得较好的应用效果,具有重要的工程意义。论文选取岩性材料的模拟方法,将软岩原型选取为叁种：泥岩(含页岩、粉砂质泥岩),粉砂岩(含泥质粉砂岩),细砂岩(含粉质细砂岩),经分析比较得出软岩模拟的最优配方号分别是泥岩(A2B2C3,即621#)、粉砂岩(A1B2C2,即437#)、细砂岩(A2B3C1,即355#),较好地模拟出了相应原岩的抗压强度；其叁种岩石的内聚力和内摩擦角的变化趋势是相反的,且差别均不大,因此综合其抗剪强度能够符合原岩的强度范围,对模拟试验结果影响不大；模型的密度也尽可能的接近原岩,通过相似比计算均可以模拟原岩密度；模型的弹性模量试验值由于试验水平等原因虽未呈某趋势变化,但其值均在原岩范围内。所以,在室外的大样制作过程中,考虑了模具的承压能力及试验室的制作水平,最终确定模拟大样的尺寸为直径300(mm)、高400(mm)的圆柱体,以保证叁轴应力试验机能够顺利制作大样试块和脱模和养护28天后满足钻进模拟试验要求。探讨了机械参数对钻速的影响,根据室内条件和机械参数所起的作用,首先研究了刮刀切削角对钻速的影响。通过改变刮刀的安装角度,使刀片以不同的切削角度切削破碎模块,试验结果表明：泥岩在刮刀安装角度为10°时,碎岩效果最好,钻速最快；而粉砂岩和细砂岩在刮刀安装角度为5°时,碎岩效果最好,钻速最快。其次是钻压对钻速的影响。根据室内实验和现场现场试验数据,采用Microcal Origin软件对实验数据进行加权残差变易法分析,首次拟合出大直径钻孔作业的钻压与钻速的的变化规律为：y=(A-B)/(1+(x/x0)p)+B.现场试验表明钻压控制在100-200kN之间,能取得较好的钻进效果。第叁是转速对钻速的影响。根据室内实验和现场现场试验数据并进行回归分析,首次拟合出转速与钻速的的变化规律为：y=a(1-ebx),现场试验表明转速控制在6-8rpm为宜,能取得较好的工效。从钻头的碎岩机理研究出发,探讨了钻头的改进研究。研究认为软岩可归类为塑性岩层和弹—塑性岩层两大类,主要体现为碰撞、压碎及小剪切、大剪切等碎岩方式。在弹—塑性岩层中,每个剪切循环中和各个循环之间,水平力都是跳跃式的有规律地变化着；而在塑性岩层中,水平力没有显着的变化,基本上可以认为是常量。为此,论文主要从钻头刀具形状及材料选择、钻头导向及吸渣水口结构的优化设计、刮刀钻头角度的选择、切削翼板设计、钻头布齿设计等五个方面对新型钻头结构进行论证分析,通过现场试验,改进后的钻头达到了实际需求的效果。一是改进后的导向钻头中心角设置成小于刀翼中心角,将原来的100°改变为80。,增大导向锥的倾斜长度,以提高高速钻进时导向稳定性；二是改进后的刮刀尺寸为长200mm×宽80mm×厚60 mm,硬质合金为YG11C,结构形式是扁棱形,并根据切削角对钻速模拟试验结果,转角翼板的倾角不大于10°；叁是工程应用效果评估中,新型刀片的成孔时间将缩短一半左右,其单套刀具的成孔数约普通的3倍,折算到单个成孔的价格性能比,新型刀片较普通刀片高很多；在钻压、转速和其他水力参数相同的条件下,将刮刀在两个项目的施工记录按纯钻进时间进行统计,新型刮刀的的功效提高了一倍以上,并作业区域得到了广泛的应用；四是钻孔参数优化的内容是多方面的,优化的目标不是唯一的,有最低成本指标,也有质量、速度、进尺、工期等其他指标。这些指标与机械设备、地质条件等客观因素有关,又与钻孔施工中采取的诸多措施及参数的选择有关。通过施工组织与管理的风险评估,促进了钻进工艺参数的优化和管理决策水平的提高。一是大直径钻孔灌注桩由于其能适用各种地层条件、能制成各种桩径和桩长、能满足不同承载能力要求等诸多优点,被广泛应用于许多特大型基础工程施工中,尤其是深水、大跨径桥梁基础工程施工中,并不断向超大超深方向发展。由于工程地质条件越来越复杂,施工风险也越来越大。为此,针对工程地质条件的复杂性和不可预知性,着重探讨了风险型的决策方法及其决策方案的风险。二是结合大直径灌注桩施工组织与管理中存在的突出问题,以数理统计及有关计算方法为工具,以系统科学及决策论为理论基础,建立了风险型决策的数学模型,对类似的工程项目具有指导意义。
薛福堂[10]2011年在《大口径卵砾石油压碎石器组合钻具及工艺研究》文中研究表明随着我国土木工程的发展,钻孔灌注桩基础在我国公路、铁路、港口、电力、工民建等领域得到越来越广泛的应用。但在卵砾石地层,因为孔壁易坍塌,现有的设备对粒径较大的卵石、漂石破碎能力有限,因此在卵砾石地层钻进成孔成了制约工程进度的瓶颈。本文在广泛调研国内外大口径卵砾石地层钻进相关文献的基础上,分析归纳了现有的大口径卵砾石钻进设备与工艺、以及卵砾石地层的工程地质特征,从大口径钻进设备与钻进工艺两方面展开深入研究。通过吸收前人成果,分析油压碎石器的碎岩优势,组合钻具能量传递损失,计算油压等相关参数,对大口径油压碎石器组合钻具的工作原理进行了可行性论证,设计出了大口径油压碎石器组合钻具的工作原理图以及配油机构、钻头结构的结构图,同时论证了配油机构的布设位置。并根据卵砾石地层的工程地质特征,采用冲击回转联合碎岩,泵吸反循环排渣,并选择与之相适宜的钻压、转速、泵量等钻进参数,克服大口径卵砾石地层难以进尺的难题,较大幅度的提高大口径卵砾石地层的钻进效率。在确保安全的前提下,缩短工期,降低成本,提高钻孔质量。并在今后实践应用过程中不断优化、改进;再实践、再完善,最后发展为一种该领域先进的钻具,解决今后工程中的实际问题,推动我国大口径钻探设备与工艺的发展。
参考文献：
[1]. 特殊地层中大口径钻孔灌注桩施工技术的研究[D]. 彭海明. 中南大学. 2003
[2]. 全套管钻进套管柱损坏机理与应用技术研究[D]. 宋志彬. 中国地质大学（北京）. 2013
[3]. 软岩地层灌注桩钻进工艺模拟试验及应用研究[D]. 易恒. 中南大学. 2009
[4]. CHF-20型冲击—回转反循环工程钻机的研制[D]. 于萍. 吉林大学. 2005
[5]. 复杂地层桩孔钻进工艺及机具研究[D]. 刘家荣. 中国地质大学（北京）. 2010
[6]. 大直径深长桩施工孔壁稳定性分析与成孔技术研究[D]. 孙阳. 长安大学. 2009
[7]. 钻孔灌注桩后压浆技术的研究和应用[D]. 陈飞. 同济大学. 2007
[8]. 全套管钻进中套管的受力分析与数值模拟[D]. 郇盼. 中国地质大学（北京）. 2014
[9]. 软岩模拟及其大直径钻进技术研究[D]. 刘睦峰. 中南大学. 2010
[10]. 大口径卵砾石油压碎石器组合钻具及工艺研究[D]. 薛福堂. 中国地质大学（北京）. 2011