Tecnología de formación de agujeros de anclaje
El orificio de anclaje debe cumplir con los requisitos de diseño de diámetro, longitud e inclinación del orificio, y se deben utilizar métodos de perforación adecuados para garantizar la precisión, de modo que las operaciones posteriores de inserción de la varilla y 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 la capa de roca y suelo. Si el estrato de anclaje planificado es demasiado débil, será necesario un refuerzo de lechada o cambios en el estrato de anclaje.
2) De acuerdo con las diferentes condiciones geotécnicas, elija diferentes equipos de perforación y métodos de perforación para garantizar que la pared del pozo no colapse durante la inserción de la varilla y la inyección; el diámetro del equipo de perforación cumpla con los requisitos de diseño y no lo hará; perturbar excesivamente la pared del agujero.
3) Lo mejor es utilizar pedrería transparente. La suspensión de bentonita y el agua lechada debilitarán la fuerza de anclaje del ancla y deben evitarse. Se deben considerar métodos de perforación sin agua cuando el agua de perforación tiene efectos adversos sobre los cimientos circundantes y los cimientos del estrato de anclaje.
4) El limo o arcilla se adhiere a la pared del orificio durante la longitud del anclaje, lo que reducirá la fuerza de anclaje de la varilla de anclaje. Por lo tanto, es necesario limpiar completamente la pared del orificio con agua limpia.
5) Durante el proceso de construcción, si el agua subterránea fluye fuera del pozo, 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 varilla de anclaje.
6) Se pueden utilizar pruebas de permeabilidad o retorno de agua de los pozos para determinar la permeabilidad de la formación.
7) Para proyectos de control de deslizamientos de tierra y estabilización de taludes, el agua de 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 perforación
La precisión de perforación varía según la importancia de la estructura y el propósito de uso. Durante el proceso de perforación con cobalto, la alineación del orificio de perforación debe verificarse con frecuencia. El error del eje del orificio de perforación es generalmente del 2% de la longitud del orificio 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 China estipulan:
1) El error de espaciado horizontal de los orificios perforados no debe ser superior a 50 mm, el error de espaciado vertical de los orificios no debe ser superior a 100 mm;
2) La escala de desviación en la parte inferior del orificio de perforación no debe ser superior al 3 % de la longitud del anclaje.
La precisión de perforación propuesta en la Especificación de Anclaje de Lechada (1982) elaborada por el Instituto Internacional del Hormigón Pretensado (FIP) es la siguiente:
1) El error permitido del punto de entrada de perforación 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) La desviación permitida del; orificio de anclaje desde el eje a cualquier longitud No más de 1/30 de la longitud del anclaje.
3. Maquinaria de perforación
Los tipos y principales parámetros de rendimiento de las plataformas de perforación de anclaje comúnmente utilizadas en mi país se muestran en la Tabla 5-1.
Tabla 5-1 Principales parámetros de rendimiento de las plataformas de perforación de anclaje domésticas de uso común
4. Método de perforación
En los proyectos de anclaje, se perfora la mayor parte de la roca y el suelo. son débiles Para las capas de suelo y estratos complejos, rotos o duros e inestables, a menudo aparecen múltiples capas de roca y suelo en un pozo. Por lo tanto, el proceso de formación de agujeros en la construcción de ingeniería de anclajes es relativamente complejo y a menudo se utiliza un método integral de formación de agujeros. Los métodos de perforación comúnmente utilizados actualmente incluyen perforación rotativa en espiral larga, perforación rotativa de impacto en espiral larga, perforación rotativa de impacto con impactador neumático, perforación rotativa de impacto en espiral larga con carcasa, perforación rotativa de impacto con carcasa y perforación con compactación por impacto y perforación rotativa de impacto con circulación inversa. En estratos de suelo blando, la penetración del líquido de lavado en la pared del agujero debilita la resistencia al corte del estrato, lo que no favorece la capacidad de carga de la varilla de anclaje. Sin embargo, al perforar agujeros oblicuos en roca dura, el uso de brocas de carburo tiene una baja eficiencia de rotura de roca y aumenta los costos. Cuando se utilizan brocas de diamante para romper rocas, la broca tiene una vida corta, es propensa a desviarse y es costosa. Por lo tanto, no se recomienda utilizar perforación rotativa con circulación positiva en la construcción de anclajes. A continuación se muestran otras formas de perforar agujeros.
(1) Perforación rotativa en espiral larga
La perforación rotatoria en espiral larga no utiliza medios de lavado y es el método preferido para perforar agujeros en varias capas de suelo. Los recortes de suelo en el pozo regresan al pozo a lo largo de las palas espirales bajo la acción de la fuerza centrífuga inercial y el empuje hacia arriba. Este método tiene las ventajas de una alta eficiencia de perforación, hasta 20 m/h, operación simple, baja potencia del equipo, control de velocidad de 50 ~ 80 r/min y baja presión de alimentación. Al perforar agujeros profundos, puede utilizar la fuerza de rotación de la herramienta de perforación y su propia gravedad para perforar. Sin contaminación y con poco ruido, es el método principal de construcción de anclajes al suelo en soportes de pozos de cimentación profunda urbanos.
(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 piedras, grava o rocas rotas. El impactador neumático se instala en el extremo frontal de la tubería de perforación de barrena larga. Los bloques de roca dura en el pozo se rompen mediante el impactador neumático y las cuchillas espirales eliminan los escombros de roca y suelo. Dado que la eficiencia de la perforación con barrena es extremadamente baja cuando hay piedras y gravas en la capa del suelo, y es probable que ocurran accidentes en el hoyo, durante la perforación rotatoria por impacto, cuando el suelo se rompe y se pierde el volumen de aire, el aire ascendente El flujo se reduce y los escombros que transportan escombros se reducen. La capacidad puede causar fácilmente accidentes de perforación. La combinación de los dos métodos resuelve el doble problema de la trituración de roca dura y la descarga de polvo, y mejora la eficiencia de la formación de agujeros y la calidad de la construcción. Este método puede satisfacer las necesidades de perforación de orificios siempre que los parámetros técnicos cumplan con los requisitos de la perforación rotativa por impacto neumático. Para evitar que las hojas se atasquen en formaciones duras y blandas desiguales, cuando el espesor de las formaciones duras y blandas excede la longitud de una sola varilla de barrena, este método debe usarse con precaución frente a las formaciones blandas.
(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 rotativa por impacto son la alta eficiencia de formación de orificios, la buena calidad, la pequeña inclinación del orificio, el corto tiempo de limpieza del orificio después de la formación del orificio y la fácil garantía del período de construcción. Los principales parámetros técnicos de la perforación rotativa por impacto son la presión del aire, 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 lograr seguridad en el pozo. El impactador neumático seleccionado se puede seleccionar de acuerdo con el diámetro de perforación diseñado.
(4) Perforación con compactación rotativa por impacto
El método de formación de orificios con compactación rotativa por impacto es un nuevo método de formación de orificios, que se utiliza principalmente en suelos blandos para mejorar la resistencia de las varillas de anclaje. Capacidad de carga, reduciendo el colapso en el pozo y los residuos de perforación. Se instala un impactador en la parte inferior de la tubería de perforación y el impactador está equipado con una broca de compactación de forma especial. Al perforar, la broca es impulsada hacia la capa de suelo por la fuerza de impacto del impactador. 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 del. En la plataforma de perforación, la broca gira en un cierto ángulo para cortar y aplastar la capa de suelo, los restos del suelo resultantes son comprimidos en la pared del agujero por la fuerza del impacto y la presión de alimentación, destruyendo la estructura del suelo y exprimiendo el agua unida y los poros. agua entre las partículas del suelo, reorganizando y compactando las partículas del suelo, aumentando la cohesión y mejorando la resistencia al corte. Fuerza, aumentando así el cuerpo del anclaje.
Las ventajas del método de perforación con compactación rotativa por impacto son la ausencia de cortes, la ausencia de contaminación, la alta eficiencia de perforación, la buena calidad de formación de orificios y la tasa de utilización pura del tiempo de perforación que puede alcanzar entre el 70% y el 80%. La presión de alimentación se puede ajustar adecuadamente para diferentes capas de suelo, eliminando la necesidad de tirar repetidamente de la herramienta de perforación al perforar. La estructura de la herramienta de perforación de compactación 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 de impacto con carcasa
Existen tres tipos de perforación rotativa de impacto con casing Métodos: Perforación con cabezales de doble potencia con casing, perforación con brocas excéntricas con casing y perforación con impactador de casing. Cuando se perfora con cabezales de potencia duales y tuberías de seguimiento, cuando la formación es de suelo blando o contiene una pequeña cantidad o muy poca grava, se pueden usar herramientas de perforación en espiral largas para herramientas de perforación de diámetro pequeño cuando se trata de formaciones de roca dura o grandes y numerosas; Se utilizan bloques de roca, herramientas de perforación rotatorias de impacto. A menudo se utilizan como herramientas de perforación avanzadas de pequeño diámetro. Este artículo presenta principalmente la perforación rotativa por impacto.
1) Doble cabezal de potencia y perforación de carcasa: el cabezal de potencia delantero y el cabezal de potencia trasero de la plataforma de perforación giran al mismo tiempo para proteger la pared de la carcasa simultáneamente, y la herramienta de perforación de pequeño diámetro en el La carcasa rompe la roca y el suelo en el hoyo. Al perforar capas estables de roca y suelo, el cabezal de potencia trasero deja de girar y la carcasa ya no está conectada. Utilice una pequeña herramienta de perforación rotativa de impacto para perforar hasta la profundidad del orificio diseñada, extraiga la herramienta de perforación, baje la varilla de anclaje y luego extraiga la carcasa o extráigala mientras aplica la lechada. La estructura de la herramienta de perforación para perforación de revestimiento con cabezal de potencia dual se muestra en la Figura 5-9. Se deben tener en cuenta los siguientes puntos al utilizar cabezales de potencia duales para perforación: 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 revoluciones del cabezal motor delantero y del cabezal motor trasero debe coincidir. El cabezal de potencia delantero gira hacia adelante y el cabezal de potencia trasero gira hacia atrás. Si hay demasiadas revoluciones diferentes, las roscas del revestimiento pueden invertirse fácilmente, provocando accidentes en el pozo. (3) La velocidad de avance debe estar sincronizada; de lo contrario, el impactador de diámetro pequeño se vaciará o la broca de carburo en la parte inferior de la carcasa se desgastará prematuramente. (4) Es mejor utilizar una conexión plana interna para la carcasa. Los bordes interior y exterior de la broca inferior deben tener menos de 0,5 mm o no tener bordes interior y exterior para evitar rayar el impactador.
Figura 5-9 Esquema estructural de la herramienta perforadora de carcasa con cabezal de doble potencia
2) Broca excéntrica y perforación de carcasa: Se trata de una broca excéntrica que reemplaza la bola en la parte inferior Las brocas de carburo de dientes del impactador se utilizan para perforar agujeros en roca dura que contiene grava, grava y rocas rotas, reemplazando el método de cabezales de potencia dual y perforación con carcasa. El martillo de fondo de pozo con perforación de tuberías aprovecha al máximo las ventajas del martillo de fondo de pozo de impacto neumático para romper rocas de manera eficiente. Mientras se perfora de manera eficiente, se sigue el revestimiento para proteger la pared del pozo. El efecto de guía rígida del revestimiento también puede limitar la flexión del pozo y garantizar la rectitud del mismo. 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 y el martillo DTH impulsa la broca para perforar un orificio más grande que el diámetro exterior de la carcasa. Al mismo tiempo, 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 de impacto rotativa de pequeño diámetro en el interior para avanzar sincrónicamente. La carcasa no gira y el impactador gira mientras impacta, rompiendo la capa de roca y suelo en el fondo del pozo e impulsando la carcasa hacia el interior del orificio junto con la fuerza del impacto. Este método solo requiere un taladro con cabezal eléctrico y la broca excéntrica solo se extiende entre 150 y 200 mm desde la parte inferior de la zapata de revestimiento, lo que dificulta que se atasque. Cuando es necesario levantar la herramienta de perforación central, la broca excéntrica se puede plegar girando la herramienta de perforación central en un cierto ángulo y luego levantarla fuera del orificio interior de la carcasa. Cuando se alcanza una formación estable, se propone una herramienta de perforación de pequeño diámetro y se utiliza una broca ordinaria en lugar de una broca excéntrica. Después de la perforación, se completa la profundidad del pozo diseñada y la carcasa solo se puede extraer después de la perforación. La varilla de anclaje está instalada. La estructura de la broca excéntrica y la herramienta de perforación de revestimiento se muestra en la Figura 5-10. La estructura de la broca excéntrica utilizada se muestra en la Figura 5-11. La ranura en un extremo del eje ranurado guía está conectada directamente al impactador de fondo del pozo y el orificio excéntrico en el otro extremo coopera con la broca excéntrica. La broca excéntrica correspondiente puede girar en un cierto ángulo alrededor del orificio excéntrico en el eje estriado guía, y las posiciones de rotación son los estados abierto y cerrado de la broca excéntrica. Al perforar con una broca excéntrica, debe prestar atención a los siguientes puntos: ① Antes de ensamblar la herramienta de perforación, debe verificar cuidadosamente el grado de movimiento del bloque excéntrico, la integridad del pasador y el grado de lubricación del eje. (2) La carcasa debe conectarse con rosca izquierda y el lado interior debe ser 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 de un solo tubo de perforación para facilitar el desatornillado de la herramienta de perforación y aumentar el tiempo de perforación puro.
(4) Introduzca la herramienta de perforación de diámetro pequeño en la carcasa. Cuando la broca llegue a la zapata de revestimiento, invierta manualmente la broca y extiéndala fuera de la zapata de revestimiento hasta el fondo del pozo para evitar la rotación mecánica. Para avanzar en el avance de las herramientas de perforación de pequeño diámetro, se debe utilizar aire fuerte para eliminar la escoria. Las herramientas de perforación de pequeño diámetro deben invertirse y levantarse manualmente mientras giran. Está prohibido utilizar inversión mecánica para evitar que la carcasa gire o se desenrosque. ⑤ Saque la carcasa después de bajar la varilla de anclaje. Puede sacarla 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 de estructura de broca excéntrica y herramienta de perforación de carcasa
Figura 5-11 Estructura de broca excéntrica
3) Perforación de carcasa con impactador: En ausencia de un taladro eléctrico y una broca excéntrica, se pueden utilizar juegos dobles de impactadores para perforar la tubería de revestimiento. Este método es adecuado para capas de suelo que contienen grava, pequeñas y pocas gravas, capas de arena suelta, pequeñas capas de grava y zonas quebradas. La estructura de la herramienta de perforación para la perforación de la carcasa del impactador se muestra en la Figura 5-12. Las operaciones de perforación con impactador son complejas. Primero, conecte el impactador al cabezal de potencia y al revestimiento, y utilice el impactador para introducir el revestimiento en la formación para abrir un agujero. Cuando sea difícil hacer funcionar la carcasa, retire el impactador y la junta de la carcasa, y baje la herramienta de perforación del impactador de diámetro pequeño. Después de descargar todos los recortes en la carcasa, continúe perforando durante 3-5 m cuando los escombros de roca sean difíciles de extraer. descargue, levante la herramienta de perforación a A 0,2~0,3 m del fondo de la carcasa, saque la tubería de perforación de la carcasa, selle el cabezal de la tubería de perforación con un tapón, conecte la junta de la carcasa y el impactador al cabezal de potencia, envíe alto -aire a presión e introduzca la carcasa en el orificio pequeño. De manera similar, cuando sea difícil introducirla en la carcasa, retire el impactador y la junta, conecte la tubería de perforación y utilice una herramienta de perforación de diámetro pequeño para descargar los escombros geotécnicos en la carcasa. y seguir perforando. Repita el procedimiento anterior hasta que la capa de roca y suelo esté estable, luego use una herramienta de perforación de diámetro pequeño para perforar hasta la profundidad del orificio diseñada, levante la herramienta de perforación, baje la varilla de anclaje y extraiga la carcasa. Al perforar con impactador y carcasa, tenga en cuenta: ① La carcasa debe tener paredes gruesas y ser resistente, y la carcasa plana interior debe tener una conexión roscada a la izquierda. (2) Al conducir la carcasa, no la golpee con fuerza. Cuando sea difícil ingresar, se puede girar manualmente un ángulo o realizar la eliminación de escoria y avanzar la perforación. ③ Al introducir la herramienta de perforación en la carcasa, se debe izar dentro de la carcasa para evitar que los recortes de roca y suelo cortados por la carcasa entierren el impactador y provoquen accidentes en el pozo. (4) Después 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 interior de la tubería de perforación y bloquee el impactador. ⑤ La herramienta de perforación principal no debe ser demasiado larga para evitar la perforación.
Figura 5-12 Diagrama estructural de la herramienta de perforación de carcasa del impactador
5. Método de expansión del orificio de anclaje
Para aumentar la capacidad de carga del Varilla de anclaje. A veces es necesario agrandar los extremos de los agujeros profundos. La expansión del pozo se puede realizar con un escariador especial o se puede colocar una pequeña cantidad de explosivo en el pozo. Los métodos de expansión de orificios incluyen expansión mecánica de orificios, expansión de orificios por explosión, expansión de orificios hidráulicos y expansión de orificios de lechada.
(1) Escariado mecánico
El escariado mecánico requiere dispositivos de escariado especiales. En el dispositivo escariador, el cortador expandible se coloca en el dispositivo con forma de torpedo. Mediante métodos mecánicos, el cortador expandible se abre gradualmente con la rotación lenta del dispositivo con forma de torpedo hasta que todos los cortadores se abren completamente para completar el escariado. Por ejemplo, un equipo de expansión de agujeros fabricado por la empresa británica Fondedile específicamente para capas de arcilla puede formar al mismo tiempo varios cuerpos agrandados en forma de campana al perforar. 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 articulación en el agujero. Al mismo tiempo, el material roto cortado por el escariador se lleva a la superficie de perforación a través de un chorro de agua.
El anclaje de expansión PCBA inventado por el Sr. Lu Xihuan de la provincia de Taiwán se ha utilizado en muchos proyectos y ha acumulado una rica experiencia. La estructura del ancla de cabeza ampliada se muestra en la Figura 5-13.
El método de expansión mecánica de agujeros es adecuado para la 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 de perforación y detonarlo, exprimiendo el suelo circundante y formando una cabeza esférica agrandada. Este método generalmente es adecuado para suelos arenosos. Para suelos cohesivos, la expansión explosiva del agujero causará grandes perturbaciones y licuará fácilmente el suelo, reduciendo a veces la capacidad de carga. Incluso cuando se utiliza en suelos arenosos, es necesario evitar la expansión y el colapso. 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 y 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. Después de perforar el anclaje de suelo en la sección de anclaje, se reemplaza por una broca escariadora hidráulica. Se cierra el extremo de la cabeza de la broca de aleación, dejando solo un pequeño orificio con un diámetro de 10 mm en el centro. Un diámetro de 10 mm se abre en el costado de la broca y el centro. Los ejes están en ángulos de 120 ° y 45 °. Durante la expansión hidráulica del pozo, la presión del chorro de agua se mantiene en 0,5 ~ 65438±0,5 MPa y la velocidad de perforación es de 0,5 m/min. Usando una broca de aleación modificada con un diámetro de 150 mm, el pozo se puede expandir a un diámetro de 200 ~ 300 mm. Si se reduce aún más la velocidad de perforación, se puede aumentar el diámetro de la plataforma de perforación.
Figura 5-13 La estructura del perno de cabeza agrandada
Cuando se utiliza la expansión hidráulica del orificio en áreas saturadas de arcilla blanda, si el nivel de agua en el orificio es bajo, debido a la presencia de limo. Arcilla limosa y arcilla limosa La arcilla se encuentra en un estado plástico blando o plástico fluido y es propensa a estrecharse, e incluso puede bloquear la tubería de perforación, haciendo imposible sacarla. Si se mantiene el nivel de agua necesario en el pozo, el pozo no colapsará al perforar.
La lechada de expansión de orificios se utiliza ampliamente en el extranjero, pero requiere instalaciones para tapar las fugas de lodo. En nuestro país se suele utilizar el método de rejuntado secundario para ampliar el diámetro del tramo de anclaje.