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長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)組件分析設(shè)計(jì)與灌注樁施工要點(diǎn)【一】、折疊式鉆機(jī)組件分析設(shè)計(jì)
其主要由動(dòng)力頭、鉆機(jī)底架、推進(jìn)回托系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)、機(jī)械手輔助上鉆系統(tǒng)、夾持器與驅(qū)動(dòng)架組成。動(dòng)力頭固定在驅(qū)動(dòng)架上，推進(jìn)系統(tǒng)其功能是將液壓能轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)架以及動(dòng)力頭在導(dǎo)向鉆機(jī)主機(jī)是進(jìn)行卸壓孔鉆制的主要功能載體，用于驅(qū)動(dòng)鉆頭與鉆桿為鉆進(jìn)工作提供扭矩與推進(jìn)或回托；同時(shí)也用于鉆機(jī)床體提供穩(wěn)定，并為環(huán)保擠密樁機(jī)鉆頭鉆孔傾斜、走向傾角與煤層一致性提供結(jié)構(gòu)支持。下面分別對(duì)各執(zhí)行單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和介紹。
(1)動(dòng)力頭組件分析與設(shè)計(jì)
動(dòng)力頭是驅(qū)動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，提供鉆具轉(zhuǎn)速和截割轉(zhuǎn)矩的核心裝置，其主要作用是將泵提供的壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能通過鉆桿將截割扭矩傳遞給鉆頭，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)切削煤、巖。同時(shí)利用鉆桿上的螺旋葉片進(jìn)行機(jī)械排渣。結(jié)合強(qiáng)沖擊傾向型煤層長(zhǎng)卸壓孔鉆制的需要，動(dòng)力頭應(yīng)具有將SAI馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速和扭矩轉(zhuǎn)換為與卸壓孔鉆制相匹配的轉(zhuǎn)速和截割扭矩的功能。動(dòng)力頭設(shè)計(jì)先要解決高轉(zhuǎn)速或者大扭矩減速器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)能克服較大的軸向力，實(shí)現(xiàn)抗沖擊、平穩(wěn)運(yùn)行的需要。
(2)推進(jìn)回托與導(dǎo)向系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)
卸壓孔鉆制過程中，推進(jìn)回托與導(dǎo)向系統(tǒng)不僅用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力頭的往復(fù)移動(dòng)，持續(xù)鉆頭時(shí)刻與待截割煤巖接觸，為其提供持續(xù)穩(wěn)定的鉆壓以滿足鉆頭連續(xù)煤巖需要，同時(shí)還需求推進(jìn)回托與導(dǎo)向系統(tǒng)站住在其動(dòng)力頭空轉(zhuǎn)，持續(xù)進(jìn)行機(jī)械排渣，和發(fā)生煤爆、孔內(nèi)塌方等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)快速脫逃處理能力。
推進(jìn)行程與推進(jìn)速度等參數(shù)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)選擇是推進(jìn)回托與導(dǎo)向設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，通常需兼顧考慮鉆桿長(zhǎng)度與機(jī)身長(zhǎng)關(guān)聯(lián)參數(shù)，從而達(dá)到鉆桿與機(jī)身的較優(yōu)匹配設(shè)計(jì)需要，也是提高卸壓孔鉆制效率的措施。
常見推進(jìn)回托與導(dǎo)向系統(tǒng)由有油缸或液壓馬達(dá)執(zhí)行元件等，根據(jù)大孔徑卸壓螺旋鉆機(jī)工況實(shí)際需求和站住排渣的強(qiáng)自鎖性，同時(shí)推進(jìn)回托與導(dǎo)向系統(tǒng)應(yīng)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，推進(jìn)、回托能力大，自鎖性強(qiáng)等特點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，窄機(jī)身的設(shè)計(jì)目標(biāo)，能實(shí)現(xiàn)320kN推進(jìn)、回托力輸出要求，通過類比分析和載荷核算，本設(shè)備通過將多馬達(dá)齒輪齒條式與矩形導(dǎo)向推進(jìn)機(jī)構(gòu)裝置并且原ZDY4000型鉆機(jī)的導(dǎo)軌油缸結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)取消了油缸初始長(zhǎng)度因此可實(shí)現(xiàn)在不增加整機(jī)長(zhǎng)度的前提下，將鉆桿長(zhǎng)度1000mm，1200mm增加到1600mm，因此在相同鉆深的前提下減少鉆桿數(shù)量和對(duì)接鉆桿次數(shù)，提高鉆進(jìn)效率。推進(jìn)行程1800mm的將動(dòng)力頭、己接鉆桿與待接鉆桿之間保持100mm間隙，提高安裝距離減少鉆桿安裝難度。
推進(jìn)回托與導(dǎo)向系統(tǒng)由鉆機(jī)床體、推進(jìn)馬達(dá)、矩形導(dǎo)向柱、推進(jìn)齒條、托板、側(cè)板與調(diào)整螺絲等組成。鉆機(jī)床體采用框架焊接形式，矩形導(dǎo)向柱焊接在鉆桿床體兩側(cè)，采用一體化加工方法，可保證導(dǎo)向性的同時(shí)降低整體重量確保具有足夠的剛度和強(qiáng)度。
【二】、長(zhǎng)螺旋打樁鉆機(jī)灌注樁施工要點(diǎn)
(1)長(zhǎng)螺旋打樁鉆機(jī)施工準(zhǔn)備
施工準(zhǔn)備包括：選擇鉆機(jī)、鉆具、場(chǎng)地布置等。
鉆機(jī)是鉆孔灌注樁施工的主要設(shè)備，可根據(jù)地質(zhì)情況和各種履帶螺旋鉆機(jī)的應(yīng)用條件來選擇。
(2)鉆孔機(jī)的安裝與定位
安裝鉆孔機(jī)的基礎(chǔ)如果不穩(wěn)定，施工中易產(chǎn)生鉆孔機(jī)傾斜、樁傾斜和樁偏心等不良影響，因此要求安裝地基穩(wěn)固。對(duì)地層較軟和有坡度的地基，可用推土機(jī)推平，在墊上鋼板或枕木加固。
為防止樁位不準(zhǔn)，施工中很重要的是定好中心位置和正確的安裝鉆孔機(jī)，對(duì)有鉆塔的鉆孔機(jī)，先利用鉆機(jī)的動(dòng)力與附近的地籠配合，將鉆桿移動(dòng)大致定位，再用千斤頂將機(jī)架頂起，準(zhǔn)確定位，使起重滑輪、鉆頭或固定鉆桿的卡孔與護(hù)筒中心在一垂線上，以保證鉆機(jī)的垂直度。鉆機(jī)位置的偏差不大于2cm。對(duì)準(zhǔn)樁位后，用枕木墊平鉆機(jī)橫梁，并在塔頂對(duì)稱于鉆機(jī)軸線上拉上纜風(fēng)繩。
(3)埋設(shè)護(hù)筒
鉆孔成敗的關(guān)鍵是防止孔壁坍塌。當(dāng)鉆孔較深時(shí)，在地下水位以下的孔壁土在靜水壓力下會(huì)向孔內(nèi)坍塌、甚至發(fā)生流砂現(xiàn)象。鉆孔內(nèi)若能保持壁地下水位高的水頭，增加孔內(nèi)靜水壓力，能為孔壁、防止坍孔。護(hù)筒除起到這個(gè)作用外，同時(shí)好有隔離地表水、保護(hù)孔口地面、固定樁孔位置和鉆頭導(dǎo)向作用等。
制作護(hù)筒的材料有木、鋼、鋼筋混凝土三種。護(hù)筒要求堅(jiān)固耐用，不漏水，其內(nèi)徑應(yīng)比鉆孔直徑大(旋轉(zhuǎn)鉆約大20cm，潛水鉆、沖擊或沖抓錐約大40cm)，每節(jié)長(zhǎng)度約2~3m。一般常用鋼護(hù)筒。
(4)泥漿制備
鉆孔泥漿由水、粘土(膨潤(rùn)土)和添加劑組成。具有浮懸鉆渣、冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆具，增大靜水壓力，并在孔壁形成泥皮，隔斷孔內(nèi)外滲流，防止坍孔的作用。調(diào)制的鉆孔泥漿及經(jīng)過循環(huán)凈化的泥漿，應(yīng)根據(jù)鉆孔方法和地層情況來確定泥漿稠度，泥漿稠度應(yīng)視地層變化或操作要求機(jī)動(dòng)掌握，泥漿太稀，排渣能力小、護(hù)壁效果差;泥漿太稠會(huì)削弱鉆頭沖擊功能，降低鉆進(jìn)速度。
(5)鉆孔
鉆孔是一道關(guān)鍵工序，在施工中嚴(yán)格按照操作要求進(jìn)行，才能保證成孔質(zhì)量，先要注意開孔質(zhì)量，為此對(duì)好中線及垂直度，并壓好護(hù)筒。在施工中要注意不斷添加泥漿和抽渣(沖擊式用)，還要隨時(shí)檢查成孔是否有偏斜現(xiàn)象。采用沖擊式或沖抓式鉆機(jī)施工時(shí)，附近土層因受到震動(dòng)而影響鄰孔的穩(wěn)固。所以鉆好的孔應(yīng)及時(shí)清孔，下放鋼筋籠和灌注水下混凝土。長(zhǎng)螺旋打樁鉆機(jī)鉆孔的順序也應(yīng)實(shí)事先規(guī)劃好，既要保證下一個(gè)樁孔的施工不影響上一個(gè)樁孔，又要使鉆機(jī)的移動(dòng)距離不要過遠(yuǎn)和相互干擾。
(6)清孔
鉆孔的、直徑、位置和孔形直接關(guān)系到成裝置量與樁身曲直。為此，除了鉆孔過程中密切觀測(cè)監(jiān)督外，在鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，應(yīng)對(duì)孔深、孔位、孔形、孔徑等進(jìn)行檢查。在終孔檢查完全符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行孔底清理，避免隔時(shí)過長(zhǎng)以致泥漿沉淀，引起鉆孔坍塌。對(duì)于摩擦樁當(dāng)孔壁容易坍塌時(shí)，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm;當(dāng)孔壁不易坍塌時(shí)，不大于20cm。對(duì)于柱樁，要求在射水或射風(fēng)前，沉渣厚度不大于5cm。清孔方法是使用的鉆機(jī)不同而靈活應(yīng)用。通?？刹捎谜h(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)、反循環(huán)旋轉(zhuǎn)機(jī)真空吸泥機(jī)以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥機(jī)清孔，所需設(shè)備不多，操作方便，清孔也較徹底，但在不穩(wěn)定土層中應(yīng)慎重使用。其原理就是用壓縮機(jī)產(chǎn)生的高壓空氣吹入吸泥機(jī)管道內(nèi)將泥渣吹出。
(7)灌注水下混凝土
清完孔之后，就可將預(yù)制的鋼筋籠垂直吊放到孔內(nèi)，定位后要加以固定，然后用導(dǎo)管灌注混凝土，灌注時(shí)混凝土不要中斷，否則易出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。
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