Por lo general, la formación de agujeros en las barras de anclaje es la operación más costosa y de menor tiempo en los proyectos de anclaje y, por lo tanto, también es el factor principal que afecta los beneficios económicos de los proyectos de anclaje.
La formación del orificio de la varilla de anclaje debe cumplir con la apertura, longitud e inclinación requeridas por el diseño, y se deben utilizar métodos de perforación apropiados para garantizar la precisión, de modo que la inserción posterior de la varilla y las operaciones de lechada puedan realizarse sin problemas.
1. Requisitos generales
1) Durante el proceso de perforación, verificar la ubicación de la sección de anclaje y el espesor de las capas de roca y suelo si el estrato de anclaje previsto es demasiado débil. , se debe utilizar lechada para reforzar o cambiar el estrato de anclaje.
2) De acuerdo con las diferentes condiciones geotécnicas, se deben seleccionar diferentes equipos de perforación y métodos de perforación para garantizar que la pared del pozo no colapse durante el proceso de inserción de la varilla y de inyección, el diámetro del equipo de perforación cumpla con el diseño; requisitos para que la pared del agujero no se altere excesivamente.
3) Es mejor utilizar agua limpia para perforar. La suspensión de bentonita y el agua de lodo debilitarán la fuerza de anclaje del ancla y deben evitarse. Cuando el agua utilizada para la perforación tiene efectos adversos sobre los cimientos circundantes y los cimientos del estrato de anclaje, se debe considerar el método de perforación sin agua.
4) La pared del orificio dentro de la sección de longitud del anclaje está cubierta con sedimento o arcilla, lo que reducirá la fuerza de anclaje del anclaje. Por lo tanto, se requiere agua limpia para limpiar completamente la pared del orificio. .
5) Si el agua subterránea fluye fuera del pozo durante el proceso de construcción, se debe usar lechada para bloquear el agua si es necesario para evitar que la lechada fluya fuera de la sección de anclaje y afecte la fuerza de anclaje del anclaje. vara.
6) La prueba de permeabilidad al agua o el flujo de retorno de agua enviado desde el pozo se puede utilizar para juzgar la fuerza de permeabilidad al agua de la formación.
7) Para proyectos como la remediación de deslizamientos de tierra y la estabilización de pendientes, el agua del pozo tendrá efectos adversos. Se puede utilizar lechada de consolidación para mejorar el estrato o se pueden utilizar métodos de perforación sin agua.
2. Precisión de la perforación
La precisión de la perforación varía según la importancia de la estructura y el propósito de uso. Durante el proceso de perforación con cobalto, se debe verificar con frecuencia la alineación de los orificios perforados. Generalmente, la desviación del eje de perforación es del 2% de la longitud de perforación.
Las "Especificaciones de diseño y construcción de anclajes de suelo CECS-90)" compiladas por la Asociación de Normalización de Construcción de Ingeniería de mi país estipulan:
1) El error de espaciado de los orificios en la dirección horizontal de la perforación debe no debe ser superior a 50 mm, el error de espaciado vertical entre orificios no debe ser superior a 100 mm;
2) La escala de deflexión en el fondo del orificio no debe ser superior al 3 % de la longitud del anclaje.
Las "Especificaciones de anclaje de lechada (1982)" compiladas por la Asociación Internacional de Hormigón Pretensado (FIP) proponen la precisión de perforación de la siguiente manera:
1) Tolerancia de los puntos de entrada de perforación El error es ±75 mm;
2) El error permitido del ángulo de inclinación y el ángulo horizontal entre el punto de entrada de perforación y el eje es inferior a ±2,5°
3) El orificio de anclaje; se desvía en cualquier longitud El error permitido del eje no es mayor que 1/30 de la longitud de la varilla de anclaje.
3. Maquinaria de perforación
Los tipos y principales parámetros de rendimiento de las plataformas de perforación de anclaje comúnmente utilizadas en China se muestran en la Tabla 5-1.
Tabla 5-1 Principales parámetros de rendimiento de las plataformas de perforación de anclaje utilizadas comúnmente en China
4. Métodos de perforación
La masa de roca y suelo perforada en el proyecto de anclaje. La mayoría de ellos son capas de suelo débiles y estratos complejos rotos o duros e inestables. A menudo aparecen varias capas de roca y suelo en un pozo. Por lo tanto, el proceso de formación de agujeros para anclar la construcción de ingeniería es más complicado y, a menudo, se utilizan métodos integrales de formación de agujeros. usado. Actualmente, además de la perforación rotativa de circulación positiva convencional, los métodos de perforación comúnmente utilizados son la perforación rotativa en espiral larga, la perforación rotativa de impacto en espiral larga, la perforación rotativa de impacto con impactador neumático y los métodos de perforación rotativa en espiral larga con revestimiento, como la perforación rotativa de impacto con seguimiento de tubería. perforación, perforación por compresión por impacto y perforación rotatoria por impacto con circulación inversa. En estratos de suelo blando, debido a la penetración del fluido de lavado en la pared del pozo durante la circulación, la resistencia al corte del estrato se debilita, lo que no favorece la capacidad de carga del anclaje al perforar agujeros oblicuos en roca dura. Las brocas de carburo cementado que se utilizan para romper rocas tienen baja eficiencia y mayores costos. Cuando se utilizan brocas de diamante para romper rocas, la broca tiene una vida corta, es propensa a desviarse y tiene altos costos, por lo que el uso de positivo. No se recomienda la perforación rotatoria con circulación en la construcción de proyectos de anclaje. Aquí hay otros métodos para perforar agujeros.
(1) Perforación rotativa en espiral larga
La perforación rotativa en espiral larga no utiliza medios de lavado y es el método preferido para formar agujeros en varias capas del suelo. Durante la perforación, los recortes de tierra regresan del agujero a lo largo de las palas espirales bajo la acción de la fuerza centrífuga inercial y el empuje hacia arriba. Este método tiene una alta eficiencia de perforación, hasta 20 m/h, operación simple, requiere baja potencia del equipo, velocidad de rotación controlada entre 50 y 80 r/min, baja presión de alimentación y utiliza la fuerza de rotación de la herramienta de perforación y su propia gravedad al perforar. agujeros profundos. Puedes perforar.
Sin contaminación y con poco ruido, es el método principal para formar agujeros para pernos de anclaje en la capa de suelo para soporte de pozos de cimentación profundos en las ciudades.
(2) Perforación rotativa de impacto en espiral larga
La perforación rotativa de impacto en espiral larga es un método de formación de agujeros que se utiliza en formaciones rocosas que contienen rocas, grava o rocas rotas. Instala un impactador neumático en el extremo frontal de una larga tubería de perforación en espiral, utiliza el impactador neumático para romper bloques de roca dura en el pozo y utiliza cuchillas en espiral para eliminar rocas y escombros del suelo. Debido a que la eficiencia de la perforación con barrena es extremadamente baja cuando las rocas y la grava están intercaladas en la capa de suelo, y es probable que ocurran accidentes en el pozo. Cuando la formación se rompe y el volumen de aire se pierde durante la perforación rotativa de impacto, el flujo de aire de retorno ascendente es. Si se reduce y se reduce la capacidad de transportar polvo de roca, es fácil provocar accidentes de perforación enterrada. La combinación de los dos métodos resuelve el doble problema de la dificultad para romper roca dura y la dificultad para descargar el polvo, mejorando así la eficiencia de la formación de agujeros y la calidad de la construcción. Siempre que los parámetros técnicos de este método cumplan con los requisitos de la perforación rotativa por impacto neumático, puede satisfacer las necesidades de perforación de orificios. Para evitar que la hoja se atasque en los estratos duros y blandos desiguales, este método debe usarse con precaución en el frente del estrato blando cuando el espesor de la capa de roca dura y el estrato blando excede la longitud de una sola barrena. tubería de perforación.
(3) Perforación rotativa por impacto
En la construcción de proyectos de anclaje, a menudo se utiliza el método de perforación rotativa por impacto neumático. Las principales ventajas de la perforación rotatoria por impacto son la alta eficiencia de formación de pozos en estratos de roca dura, buena calidad, pequeña deflexión de perforación, corto tiempo de limpieza del pozo después de la formación del pozo y fácil garantía del período de construcción. Los principales parámetros técnicos de la perforación rotativa por impacto son la presión del viento, el volumen de aire y el número de revoluciones requeridas por el impactador neumático, y la presión de alimentación se controla a aproximadamente 10 kN. Durante el proceso de perforación, a menudo se realiza una potente descarga de polvo para garantizar la seguridad en el pozo. El impactador neumático seleccionado se puede seleccionar según el diámetro de perforación diseñado.
(4) Perforación con compactación rotativa por impacto
El método de perforación con compactación rotativa por impacto se utiliza principalmente en capas de suelo débiles para mejorar la capacidad de carga de las varillas de anclaje y reducir el colapso y los agujeros. Método de formación de agujeros utilizado para eliminar los residuos residuales de perforación. El impactador se instala en la parte inferior de la tubería de perforación y está equipado con una broca de compresión de forma especial. Al perforar, la fuerza de impacto del impactador se utiliza para impulsar la broca hacia la capa de suelo. Al mismo tiempo, la fuerza de avance del equipo de perforación empuja la broca hacia la capa de suelo bajo la acción de la fuerza de rotación. En el equipo de perforación, la broca gira en un cierto ángulo para cortar y romper la capa de suelo. Los escombros del suelo generados son comprimidos en la pared del pozo por los efectos duales de la fuerza del impacto y la presión de alimentación, destruyendo la estructura del suelo y expulsando el agua unida. y el agua de los poros entre las partículas del suelo, y las partículas del suelo se reorganizan y se vuelven densas, aumenta la cohesión y aumenta la resistencia al corte, aumenta la fuerza, por lo tanto, aumentan la fuerza de unión y la resistencia a la fricción entre el anclaje y la capa de suelo. y aumenta la capacidad de carga del anclaje.
Las ventajas del método de perforación con compactación rotativa por impacto son que no hay recortes durante la perforación, no hay contaminación, alta eficiencia de perforación, buena calidad de formación de orificios y la tasa de utilización del tiempo de perforación puro puede alcanzar del 70% al 80%. %%. La presión de alimentación se puede ajustar adecuadamente para diferentes capas de suelo y no es necesario levantar repetidamente la herramienta de perforación durante el proceso de perforación. La estructura de la herramienta de perforación compactadora rotativa de impacto se muestra en la Figura 5-8.
Figura 5-8 Diagrama estructural de la herramienta de perforación rotativa de compactación por impacto
(5) Perforación rotativa por impacto con carcasa
Perforación rotativa por percusión con carcasa Hay tres métodos de perforación de orificios: perforación con cabezal de potencia dual y tubería, perforación con broca excéntrica y tubería, y perforación con impactador y tubería. Cuando se perfora con cabezales y tuberías de doble potencia, cuando la formación es de suelo blando o contiene poca o pequeña grava, se pueden usar herramientas de perforación en espiral largas para herramientas de perforación de diámetro pequeño en formaciones de roca dura o cuando hay bloques de roca grandes y numerosos, impacto; La rotación se utiliza a menudo. La herramienta de perforación se utiliza como una herramienta de perforación avanzada de diámetro pequeño. Este artículo presenta principalmente la perforación rotativa por impacto.
1) Perforación de tuberías y cabezal de potencia dual: los cabezales de potencia delanteros y traseros de la plataforma de perforación giran al mismo tiempo para proteger simultáneamente la pared con la carcasa y la herramienta de perforación de pequeño diámetro en el La carcasa rompe la roca y el suelo en el agujero, al perforar hasta una capa estable de roca y suelo, el cabezal de potencia trasero deja de girar y ya no conecta la carcasa. Se utiliza una pequeña herramienta de perforación rotativa de impacto de primera etapa para perforar al diseño. profundidad del orificio. Se levanta la herramienta de perforación y se baja la varilla de anclaje. Saque la carcasa o extraiga la carcasa mientras se aplica la lechada. La estructura de la herramienta de perforación para perforación de tubería y cabezal de potencia dual se muestra en la Figura 5-9. Al perforar con cabezales y tuberías de doble potencia, se debe prestar atención a: ① La carcasa debe conectarse con una rosca hacia la izquierda y la longitud de la carcasa debe coincidir con la longitud de una sola tubería de perforación. ②El número de rotaciones del cabezal de potencia delantero y del cabezal de potencia trasero deben coincidir. El cabezal de potencia delantero gira hacia adelante, mientras que el cabezal de potencia trasero gira en dirección inversa. Si las dos rotaciones son demasiado diferentes, las roscas de la carcasa pueden tropezar hacia atrás. y causar daños al agujero ACCIDENTE. ③La velocidad de avance debe estar sincronizada; de lo contrario, el impactador de pequeño diámetro se quedará vacío o la broca de carburo en la parte inferior de la carcasa se desgastará prematuramente. ④ Es mejor utilizar una conexión plana interior para la carcasa. El borde de corte interior de la broca inferior debe ser inferior a 0,5 mm o no tener borde de corte interior para evitar rayar el impactador.
Figura 5-9 Diagrama esquemático de la estructura de la herramienta de perforación para cabezales de potencia dual y perforación de revestimiento
2) Broca excéntrica y perforación de revestimiento: este es un método que utiliza un taladro excéntrico broca en lugar de impacto La broca de carburo con dientes de bola en la parte inferior del taladro puede perforar agujeros en capas de roca dura que contienen grava, guijarros y rocas rotas, reemplazando el método de perforación con cabezal de potencia dual y revestimiento. La perforación con martillo y tubería en el fondo del pozo aprovecha al máximo las ventajas del impacto de alta eficiencia del martillo en el fondo del pozo y la roca rota mientras perfora la roca con alta eficiencia, simultáneamente sigue la carcasa para proteger el pozo. pared y utiliza la rigidez de la carcasa. La función de guía también puede inhibir la flexión del orificio perforado y garantizar la rectitud del orificio perforado. Su principio de funcionamiento es: al perforar, la herramienta de perforación excéntrica ingresa a la posición de la zapata de la carcasa a través del orificio interior de la carcasa. Cuando la herramienta de perforación central gira hacia adelante, la broca excéntrica se abre excéntricamente frente a la zapata de la carcasa a lo largo de la dirección de rotación. La broca se acciona para perforar un orificio más grande que el diámetro exterior de la carcasa. La fuerza del impacto también actúa sobre la zapata de la carcasa en la parte inferior de la carcasa, impulsando la carcasa y la herramienta de perforación rotativa de impacto interna de pequeño diámetro para avanzar sincrónicamente. La carcasa no gira y el impactador gira mientras impacta, mientras rompe la roca. y tierra en el fondo del hoyo, use la fuerza del impacto para introducir la carcasa en el hoyo juntos. Este método solo requiere un único equipo de perforación con cabezal motorizado y la broca excéntrica solo se extiende de 150 a 200 mm desde la parte inferior de la zapata de revestimiento, por lo que es menos probable que se produzcan accidentes con perforación atascada. Cuando es necesario levantar la herramienta de perforación central, siempre que la herramienta de perforación central esté girada hacia atrás hasta un cierto ángulo, la broca excéntrica se puede retraer y luego levantar hacia fuera del orificio interior de la carcasa. Cuando se alcanza la formación estable, se levanta la herramienta de perforación de pequeño diámetro, se reemplaza la broca excéntrica con una broca común y se continúa con la perforación hasta completar la profundidad del orificio diseñada. Después de instalar la varilla de anclaje, se puede retirar la carcasa. sacado. La estructura de la broca excéntrica y la herramienta de perforación de tuberías se muestra en la Figura 5-10. La estructura de la broca excéntrica utilizada se muestra en la Figura 5-11. La estría en un extremo del eje estriado guía está conectada directamente al impactador de fondo del pozo, y el orificio excéntrico en el otro extremo coincide con la broca excéntrica. La broca excéntrica correspondiente puede girar en un cierto ángulo. el orificio excéntrico en el eje estriado guía. Las posiciones son respectivamente los estados abierto y cerrado de la broca excéntrica. Al perforar con una broca excéntrica y una tubería, preste atención a: ① Antes de ensamblar la herramienta de perforación, debe verificar cuidadosamente el grado de movimiento del bloque excéntrico, la integridad del pasador y la lubricación del eje. ②La carcasa debe estar conectada con una espiral izquierda y tener un interior plano. Si el diámetro exterior de la zapata de revestimiento y la broca coinciden razonablemente y si la herramienta de perforación puede pasar sin problemas. ③La longitud de la carcasa debe coincidir con la longitud del tubo de perforación único para facilitar el desatornillado de la herramienta de perforación y aumentar el tiempo de perforación puro. ④ Cuando la herramienta de perforación de diámetro pequeño se baja dentro de la carcasa, cuando la broca llega a la zapata de la carcasa, use la inversión manual para extender la broca fuera de la zapata de la carcasa hasta el fondo del orificio para evitar el uso de rotación mecánica. Antes de levantar la herramienta de perforación de pequeño diámetro, se debe utilizar viento fuerte para eliminar la escoria. Utilice la inversión manual de la herramienta de perforación de pequeño diámetro y levántela mientras gira. Está prohibido utilizar la rotación inversa mecánica para evitar que la carcasa gire entre sí. pelado de hilos. ⑤La carcasa se puede sacar después de bajarla a la varilla de anclaje. Se puede sacar antes o durante el enlechado. Generalmente, la sección inestable de la pared del orificio es la sección libre de la varilla de anclaje. Sacar la carcasa antes de aplicar la lechada tiene poco efecto sobre la capacidad de carga de la varilla de anclaje. ⑥La carcasa seleccionada debe tener suficiente resistencia y es mejor utilizar carcasa templada de alta frecuencia.
Figura 5-10 Diagrama esquemático de la estructura de la broca excéntrica y la herramienta de perforación de tuberías
Figura 5-11 Estructura de la broca excéntrica
3) Impactador y perforación de tuberías: en ausencia de equipos de perforación con cabezal de potencia dual y brocas excéntricas, se pueden usar juegos dobles de impactadores juntos para la perforación de tuberías. Este método es adecuado para capas de suelo que contienen grava, cantos rodados más pequeños y con menos cantidad, capas de arena suelta, pequeñas capas de grava y estratos de zonas de fractura. La estructura de la herramienta de perforación para perforación con impactador y tubería se muestra en la Figura 5-12. Las operaciones de perforación con impactador y tubería son más complicadas. Primero, conecte el impactador al cabezal de potencia y al casing, use el impactador para introducir el casing en la formación para abrir el pozo. Cuando sea difícil perforar el casing, retire el impactador y la junta del casing, baje la herramienta de perforación del impactador de diámetro pequeño. y perfore el revestimiento en la formación. Después de descargar todos los recortes del revestimiento, continúe perforando de 3 a 5 m; cuando sea difícil descargar los recortes, levante la herramienta de perforación de 0,2 a 0,3 m en el fondo del revestimiento; , retire la tubería de perforación que excede la parte superior del revestimiento y séllela con un tapón de alambre. Cabezal del tubo de perforación, conecte la junta del revestimiento y el impactador al cabezal de potencia, envíe aire a alta presión para impulsar el revestimiento hacia la formación con los pequeños existentes. agujeros también cuando sea difícil perforar el revestimiento, retire el impactador y la junta, conecte la tubería de perforación, use una herramienta de perforación de diámetro pequeño para descargar la roca y los recortes de tierra en el revestimiento, luego continúe perforando, repita el proceso anterior, hasta que Una vez estabilizada la capa de roca y suelo, utilice una herramienta de perforación de diámetro pequeño para perforar hasta la profundidad del orificio diseñada, levante la herramienta de perforación y bájela en la varilla de tracción del anclaje, extraiga la carcasa. Al perforar el impactador y la tubería, preste atención a: ① La carcasa debe ser de paredes gruesas, resistente e internamente plana con conexión de rosca a la izquierda. ② Al introducir la carcasa, no la golpee con fuerza. Cuando sea difícil ingresar, puede girarla manualmente en ángulo o realizar la eliminación de escoria y la perforación avanzada.
③ La herramienta de perforación debe elevarse dentro de la carcasa cuando se introduce en ella para evitar que los recortes de roca y suelo de la carcasa entierren el impactador y provoquen un accidente en el pozo. ④Después de desenroscar la tubería de perforación en la parte superior de la carcasa, se debe cerrar el cabezal de la tubería de perforación para evitar que entre suciedad en la cavidad de la tubería de perforación y bloquee el impactador e impida que funcione. ⑤ La herramienta de perforación de plomo no debe ser demasiado larga al perforar para evitar que la broca quede enterrada.
Figura 5-12 Diagrama esquemático de la estructura de la herramienta de perforación para perforación con impactador y tubería
5. Método de expansión del orificio de anclaje
Para aumentar el tamaño. de la capacidad de carga del anclaje, a veces es necesario escariar el extremo profundo del pozo. Los agujeros se pueden agrandar mediante máquinas escariadoras especiales o colocando una pequeña cantidad de explosivos en los agujeros. Los métodos de escariado incluyen: escariado mecánico, escariado por explosión, escariado hidráulico y escariado con lechada.
(1) Escariado mecánico
El escariado mecánico requiere un dispositivo de escariado especial. El dispositivo de expansión coloca un cortador en forma de torpedo en un dispositivo con forma de torpedo. Este cortador en forma de torpedo se puede abrir gradualmente de forma mecánica a medida que el dispositivo en forma de torpedo gira lentamente hasta que todas las cuchillas de corte se abren completamente hasta que se expande el orificio. Por ejemplo, la empresa británica Fondedile produce un equipo de expansión de pozos utilizado especialmente para capas de arcilla. Este equipo puede formar varios cuerpos agrandados en forma de campana en el pozo al mismo tiempo. La máquina consta de una serie de escariadores, que se pueden abrir continuamente durante el funcionamiento para formar una serie de cuadriláteros con el mismo número de puntos de escariado en el agujero. Al mismo tiempo, los materiales rotos cortados por el escariador son llevados a la superficie de perforación a través del agua de lavado.
El anclaje de tierra con orificio expandido Baozhuang PCBA inventado por el Sr. Lu Xihuan de Taiwán, mi país, se ha utilizado en muchos proyectos y ha acumulado una rica experiencia. La estructura del anclaje de cabeza expandida se muestra en la Figura 5. -13.
El método de expansión mecánica de agujeros es adecuado para operaciones de expansión de agujeros en suelos densos y arcillosos.
(2) Expansión del pozo explosivo
La expansión del pozo explosivo consiste en colocar explosivos calculados en el pozo y detonarlo, apretando el suelo para formar una cabeza de ampliación esférica. Este método generalmente es adecuado para suelos arenosos. Para suelos cohesivos, la expansión explosiva causará grandes perturbaciones y licuará fácilmente el suelo, lo que a veces reducirá la capacidad de carga. Incluso si se utiliza en suelos arenosos, es necesario evitar que el orificio de expansión colapse. El escariado explosivo tiene una experiencia madura en la construcción de pilotes perforados, pero mi país aún carece de una experiencia completa en la construcción de anclajes, por lo que debe usarse con precaución en las ciudades.
(3) Escariado hidráulico
El escariado hidráulico se ha utilizado con éxito en la construcción de anclajes de suelo en mi país. En ese momento, el escariado hidráulico se utiliza para perforar el anclaje de suelo en la sección de anclaje. , reemplace la broca escariadora hidráulica, que sella el extremo de la cabeza de la broca de aleación, dejando solo un pequeño orificio con un diámetro de 10 mm en el centro, y abre tres orificios a 120 ° en el costado de la broca y un ángulo de 45° con el eje central. Un orificio de inyección de agua de 10mm de diámetro. Al expandir hidráulicamente el orificio, mantenga la presión de inyección de agua entre 0,5 y 1,5 MPa y la velocidad de perforación en 0,5 m/min. Utilice una broca de aleación modificada con un diámetro de 150 mm para expandir el orificio a un diámetro de 200 a 300 mm. La velocidad de perforación disminuye aún más y el diámetro de la plataforma de perforación también se puede aumentar.
Figura 5-13 La estructura del anclaje de cabeza agrandada
Expande hidráulicamente el agujero en el área saturada de arcilla blanda si el nivel de agua en el agujero es bajo, debido al limo. arcilla limosa y arcilla limosa Se encuentra en el estado de plástico blando o plástico fluido, y es propenso a estrecharse e incluso puede atascarse en la perforadora, lo que hace imposible levantar la tubería de perforación. Si se mantiene el nivel de agua necesario en el hoyo, el hoyo no colapsará.
La expansión de lechada se usa ampliamente en el extranjero, pero requiere instalaciones de lechada. En mi país, el método de lechada secundaria se usa a menudo para expandir el diámetro de la sección de anclaje.