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長螺旋鉆機組件分析設(shè)計與灌注樁施工要點【一】、折疊式鉆機組件分析設(shè)計
其主要由動力頭、鉆機底架、推進回托系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、傾角調(diào)整機構(gòu)、機械手輔助上鉆系統(tǒng)、夾持器與驅(qū)動架組成。動力頭固定在驅(qū)動架上，推進系統(tǒng)其功能是將液壓能轉(zhuǎn)化為往復(fù)運動的機械能，帶動驅(qū)動架以及動力頭在導(dǎo)向鉆機主機是進行卸壓孔鉆制的主要功能載體，用于驅(qū)動鉆頭與鉆桿為鉆進工作提供扭矩與推進或回托；同時也用于鉆機床體提供穩(wěn)定，并為環(huán)保擠密樁機鉆頭鉆孔傾斜、走向傾角與煤層一致性提供結(jié)構(gòu)支持。下面分別對各執(zhí)行單元進行結(jié)構(gòu)分析和介紹。
(1)動力頭組件分析與設(shè)計
動力頭是驅(qū)動鉆具旋轉(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)變成機械能通過鉆桿將截割扭矩傳遞給鉆頭，從而實現(xiàn)動鉆具旋轉(zhuǎn)切削煤、巖。同時利用鉆桿上的螺旋葉片進行機械排渣。結(jié)合強沖擊傾向型煤層長卸壓孔鉆制的需要，動力頭應(yīng)具有將SAI馬達的輸出轉(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。動力頭設(shè)計先要解決高轉(zhuǎn)速或者大扭矩減速器的機構(gòu)設(shè)計同時能克服較大的軸向力，實現(xiàn)抗沖擊、平穩(wěn)運行的需要。
(2)推進回托與導(dǎo)向系統(tǒng)分析與設(shè)計
卸壓孔鉆制過程中，推進回托與導(dǎo)向系統(tǒng)不僅用于實現(xiàn)動力頭的往復(fù)移動，持續(xù)鉆頭時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，同時還需求推進回托與導(dǎo)向系統(tǒng)站住在其動力頭空轉(zhuǎn)，持續(xù)進行機械排渣，和發(fā)生煤爆、孔內(nèi)塌方等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時快速脫逃處理能力。
推進行程與推進速度等參數(shù)和執(zhí)行結(jié)構(gòu)選擇是推進回托與導(dǎo)向設(shè)計的關(guān)鍵，通常需兼顧考慮鉆桿長度與機身長關(guān)聯(lián)參數(shù)，從而達到鉆桿與機身的較優(yōu)匹配設(shè)計需要，也是提高卸壓孔鉆制效率的措施。
常見推進回托與導(dǎo)向系統(tǒng)由有油缸或液壓馬達執(zhí)行元件等，根據(jù)大孔徑卸壓螺旋鉆機工況實際需求和站住排渣的強自鎖性，同時推進回托與導(dǎo)向系統(tǒng)應(yīng)具備結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，推進、回托能力大，自鎖性強等特點，為了實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，窄機身的設(shè)計目標，能實現(xiàn)320kN推進、回托力輸出要求，通過類比分析和載荷核算，本設(shè)備通過將多馬達齒輪齒條式與矩形導(dǎo)向推進機構(gòu)裝置并且原ZDY4000型鉆機的導(dǎo)軌油缸結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)取消了油缸初始長度因此可實現(xiàn)在不增加整機長度的前提下，將鉆桿長度1000mm，1200mm增加到1600mm，因此在相同鉆深的前提下減少鉆桿數(shù)量和對接鉆桿次數(shù)，提高鉆進效率。推進行程1800mm的將動力頭、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。
推進回托與導(dǎo)向系統(tǒng)由鉆機床體、推進馬達、矩形導(dǎo)向柱、推進齒條、托板、側(cè)板與調(diào)整螺絲等組成。鉆機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)向性的同時降低整體重量確保具有足夠的剛度和強度。
【二】、長螺旋打樁鉆機灌注樁施工要點
(1)長螺旋打樁鉆機施工準備
施工準備包括：選擇鉆機、鉆具、場地布置等。
鉆機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的應(yīng)用條件來選擇。
(2)鉆孔機的安裝與定位
安裝鉆孔機的基礎(chǔ)如果不穩(wěn)定，施工中易產(chǎn)生鉆孔機傾斜、樁傾斜和樁偏心等不良影響，因此要求安裝地基穩(wěn)固。對地層較軟和有坡度的地基，可用推土機推平，在墊上鋼板或枕木加固。
為防止樁位不準，施工中很重要的是定好中心位置和正確的安裝鉆孔機，對有鉆塔的鉆孔機，先利用鉆機的動力與附近的地籠配合，將鉆桿移動大致定位，再用千斤頂將機架頂起，準確定位，使起重滑輪、鉆頭或固定鉆桿的卡孔與護筒中心在一垂線上，以保證鉆機的垂直度。鉆機位置的偏差不大于2cm。對準樁位后，用枕木墊平鉆機橫梁，并在塔頂對稱于鉆機軸線上拉上纜風(fēng)繩。
(3)埋設(shè)護筒
鉆孔成敗的關(guān)鍵是防止孔壁坍塌。當鉆孔較深時，在地下水位以下的孔壁土在靜水壓力下會向孔內(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。護筒除起到這個作用外，同時好有隔離地表水、保護孔口地面、固定樁孔位置和鉆頭導(dǎo)向作用等。
制作護筒的材料有木、鋼、鋼筋混凝土三種。護筒要求堅固耐用，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)長度約2~3m。一般常用鋼護筒。
(4)泥漿制備
鉆孔泥漿由水、粘土(膨潤土)和添加劑組成。具有浮懸鉆渣、冷卻鉆頭、潤滑鉆具，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動掌握，泥漿太稀，排渣能力小、護壁效果差;泥漿太稠會削弱鉆頭沖擊功能，降低鉆進速度。
(5)鉆孔
鉆孔是一道關(guān)鍵工序，在施工中嚴格按照操作要求進行，才能保證成孔質(zhì)量，先要注意開孔質(zhì)量，為此對好中線及垂直度，并壓好護筒。在施工中要注意不斷添加泥漿和抽渣(沖擊式用)，還要隨時檢查成孔是否有偏斜現(xiàn)象。采用沖擊式或沖抓式鉆機施工時，附近土層因受到震動而影響鄰孔的穩(wěn)固。所以鉆好的孔應(yīng)及時清孔，下放鋼筋籠和灌注水下混凝土。長螺旋打樁鉆機鉆孔的順序也應(yīng)實事先規(guī)劃好，既要保證下一個樁孔的施工不影響上一個樁孔，又要使鉆機的移動距離不要過遠和相互干擾。
(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監(jiān)督外，在鉆孔達到設(shè)計要求后，應(yīng)對孔深、孔位、孔形、孔徑等進行檢查。在終孔檢查完全符合設(shè)計要求時，應(yīng)立即進行孔底清理，避免隔時過長以致泥漿沉淀，引起鉆孔坍塌。對于摩擦樁當孔壁容易坍塌時，要求在灌注水下混凝土前沉渣厚度不大于30cm;當孔壁不易坍塌時，不大于20cm。對于柱樁，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不同而靈活應(yīng)用。通常可采用正循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機、反循環(huán)旋轉(zhuǎn)機真空吸泥機以及抽渣筒等清孔。其中用吸泥機清孔，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產(chǎn)生的高壓空氣吹入吸泥機管道內(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，灌注時混凝土不要中斷，否則易出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。
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