长螺旋钻进糊钻粘泥自动清除施工技术探讨

宋晨旭

摘要：针对长螺旋钻机在淤泥、粘性土等易粘地层钻进时，钻杆易发生糊钻粘泥的情况，研制了一套长螺旋自动除泥装置，通过在长螺旋钻机螺旋叶片间架设一套随长螺旋钻杆转动的自动除泥铲，当长螺旋钻杆上的糊泥提升时，受到与除泥铲运动方向相反的力的作用，将糊泥从长螺旋钻杆上剥离，从而实现了螺旋钻杆上糊泥自动清除，提高施工效率。

关键词： 长螺旋钻进；除泥铲；糊钻；粘泥

引言¹

长螺旋钻孔灌注桩具有振动小、噪声低等优点，已广泛应用于建筑施工领域^[1]。长螺旋钻孔灌注钻进成孔时，通过钻机动力头带动螺旋钻杆、钻头，使螺旋叶片转动向下切削土层，被切削的土层随钻头旋转沿螺旋叶片自动排出孔外。在实际施工中，当钻进遇较厚的粉质粘土、淤泥质土时，钻头及部分长螺旋钻杆容易糊钻，即粘土或淤泥粘附在钻杆及螺旋叶片上而不易被甩脱，从而造成憋钻而影响长螺旋钻进速度^[2][3]。当发生长螺旋钻进钻杆糊钻时，一般采用将钻头提出钻孔，在孔口安排专人采用工具将糊泥清理，以便正常钻进。而在螺旋叶片除泥的过程中，长螺旋钻机需要停钻，降低了长螺旋钻机的施工效率。长螺旋糊钻具体见图1。

图1长螺旋钻进时钻杆糊钻

近年来，我司项目部对长螺旋钻进粘泥糊钻清除工艺进行了研究，研制了一套长螺旋自动除泥装置，提供了一种创新的长螺旋糊泥自动除泥技术，解决了螺旋叶片间的糊泥对长螺旋钻进效率的影响，节省了人力，大大加快了项目施工进度，取得了显著的社会效益。

1. 工程概况

1.1 工程位置及规模

福田区人民医院后期建设工程项目位于深圳市福田区深南大道以南，福明路以西，福华路以北，占地面积20888m²，共设4层地下室，地下室面积约14890m²；项目基坑安全等级为一级，开挖深度17.80~18.55m，采用“排桩（旋挖咬合桩和人工挖孔桩）+钢筋混凝土内支撑”的支护方案，咬合桩共568根，人工挖孔桩42根，开挖面挂网并喷射C20素混凝土。

1.2 现场施工情况

项目于2013年4月开工，支护咬合桩设计采用 “长螺旋钻素桩、筒式钻斗旋挖钻荤桩施工工法^[4]”，由于长螺旋钻进施工中，钻杆时常糊泥，而人工清理糊泥耗时长，严重影响施工进度。针对长螺旋钻杆糊泥的清理，项目部采用新型自动除泥装置，实现了糊泥的自动清理，安装制作成本低，无需驱动装置，安装便捷，大大提高施工效率，得到多方参建单位的一致好评。项目于2016年3月份通过验收，满足设计要求。

2. 长螺旋钻进糊钻粘泥自动清除施工工艺

2.1 适用范围

1）适用于粉质粘土、粘土、淤泥质土等易糊钻地层。

2）适用于各种桩径、长螺旋钻杆的糊钻粘泥清除施工。

2.2 工艺原理

长螺旋钻进受淤泥、粘性土等易粘地层的影响，容易在长螺旋叶片之间产生糊钻，憋钻造成钻尺困难。为使糊钻粘泥顺利清除，在长螺旋钻杆与钻机立杆之间架设一套自动除泥装置，除泥装置随着长螺旋钻杆上升，并随长螺旋螺距转动，自动剥离螺旋叶片间的糊泥。

自动除泥装置由旋转圆盘和安装座两部分组成。安装座与旋转圆盘连接一体，其作用是对旋转圆盘的安装位置进行定位。本装置可结合不同长螺旋钻机型号及长螺旋叶片间的间距而定制，其除泥铲可为圆形、方形、尖形。不同形状除泥铲设计效果见图2。

图2 不同形状除泥铲设计效果图

1)旋转圆盘结构

①旋转圆盘主要由5个除泥铲和中间轴承组成，旋转圆盘直径800mm。

②除泥铲的作用是将长螺旋叶片间的糊泥从螺旋叶片上剥离，方形和圆形除泥铲采用厚度25mm的钢板制成，由同一材质的钢板加工而成，5个除泥铲厚度相同、直径相同，表面平整光滑；尖形除泥铲采用锥形圆钢制成，通过锥形实心圆钢与轴承焊接连接，5个锥形除泥铲长度相同、大小相同。

③轴承选用外径为150mm的圆柱滚子轴承加工，其负荷能力大，轴承的内芯与安装座焊接。其结构见图3。

图3旋转圆盘结构图

2)安装座结构

①安装座结构设计根据不同长螺旋钻机型号而定制。

②安装座的安装根据不同型号的长螺旋钻机结构，采用不同支座安装，以确保除泥铲伸入长螺旋螺距并随之旋转。

3) 自动除泥

长螺旋钻进钻杆糊钻时，提升钻杆将粘附在螺旋叶片间糊泥带至孔口，当糊泥的螺旋叶片遇到安装的自动除泥装置时，伸入至螺旋叶片内的除泥铲自动将附着在长螺旋叶片间的粘泥进行自动清除。随着长螺旋叶片向上旋转提升，带动自动除泥铲的旋转圆盘顺时针旋转，长螺旋单螺距转动一圈与每一个除泥铲间的转动距离相等，如此同步循环，从而除泥铲可以实时进行有效除泥，快速将糊泥从螺旋钻杆上剥离，进而减小了糊钻对长螺旋进尺的影响，也避免了长螺旋钻机停机等待人工清理糊泥造成的时间浪费，提升了长螺旋钻机的施工效率。

2.3 工艺流程

长螺旋钻机自动除泥装置施工流程见图4。

图4 施工工艺流程图

2.4 操作要点

1)长螺旋钻机钻进糊泥憋钻

①场地平整，长螺旋钻机钻进施工。

②长螺旋钻进受淤泥、粘性土等易粘地层的影响，容易在长螺旋叶片之间产生糊钻，憋钻造成钻尺困难。

2) 自动刮泥装置安装

①将长螺旋钻头提出钻孔，空钻将附着在钻杆螺旋上的粘泥甩脱；若粘泥仍无法清除，则安装自动刮泥装置。

②当糊泥具塑性、含水量小时，选择具有一定破碎能力的尖形的除泥铲，见图5；当糊泥含水量较大、附着力强时，选择圆形或方形除泥铲，可一次性刮净附着的粘泥，具体见图6。

图5尖形除泥铲

图6 圆形除泥铲

③除泥铲安装时，准确测量长螺旋螺距大小，并计算确保泥铲位于长螺旋叶片之间。

④安装时，控制旋转圆盘的除泥铲距螺旋钻杆5mm，以确保除泥铲可以和长螺旋叶片间的泥土充分接触，以便可以彻底清除长螺旋叶片间的泥土。

⑤自动刮泥装置安装完成后，进行试运行空转，检查长螺旋钻机和自动除泥装置能否正常运转。

⑥不同长螺旋钻机的安装方式

a. 以上海金泰SZ80履带式长螺旋钻机为例，长螺旋与钻机主钻杆距离较近，采用通过主钻杆上固定横杆安装刮泥板，具体见图7。

图7履带式长螺旋钻机除泥铲安装

b.以浙江生产ZJL型螺旋钻机为例，其安装座包括垂直固定的横杆和纵杆两部分，横杆一端与长螺旋钻机的立柱进行焊接，并在四周采用小三角形钢板进行加固焊牢，另一端与旋转圆盘的轴承焊接；纵杆一端与横杆焊接，另一端与长螺旋钻机的底盘焊接，起到支撑的作用，连接部位的四周也采用小三角形钢板进行加固焊牢。具体安装方式见图8。

图8 步履式长螺旋钻机除泥铲安装

3)上提长螺旋钻杆自动除泥铲除泥

①发生长螺旋钻机钻进糊泥憋钻时，上提长螺旋钻杆。

②提升钻杆将粘附在螺旋叶片间糊泥带至孔口，当糊泥的螺旋叶片遇到安装的自动除泥装置时，伸入至螺旋叶片内的除泥铲自动将附着在长螺旋叶片间的粘泥进行快速清除，见图9。

图9除泥铲自动清除粘泥

4)长螺旋钻杆除泥后钻进

①通过自动除泥铲将粘泥清除，为确保除泥效果，可在孔口处多次来回提升，达到最佳清理糊泥效果。

②除泥完成后，可采取在长螺旋上喷哂适量水，湿润螺旋钻杆，可直到防止糊泥的效用。

5)钻进至设计标高

①钻进除泥过程中，派人在孔口及时将除泥清理至指定位置堆放。

②施工过程中，当长螺旋钻进再次出现糊钻情况时，则重复提升钻杆进行除泥，直至钻进施工至设计标高。

2.5 施工工艺特点

1)清除效果好

采用本技术进行长螺旋糊钻处理，除泥铲安装在长螺旋之间，并随长螺旋螺距转动，可以实时对附着在长螺旋叶片间的粉质粘土、淤泥质泥土进行快速清除，有效保证了长螺旋正常钻进。

2)提高钻进工效

自动操作，无需停钻处理，减少了钻机的待机时间，提高了长螺旋钻机的施工效率。

3)结构简便

长螺旋自动除泥装置设计结构简单，制作材料常见，易于取材加工。

4)经济实用

无需额外增加动力驱动装置，刮泥旋转圆盘可随长螺旋钻杆旋转而自由转动，无需再安排工人进行手动铲泥作业，节省了人力资源；其制作材料简单，可循环使用，制作和使用成本低。

3. 结语

长螺旋钻进糊钻粘泥自动清除施工技术，通过在钻机上安装自动除泥装置，当提升钻杆将粘附在螺旋叶片间糊泥带至孔口，伸入至螺旋叶片内的除泥铲自动将附着在长螺旋叶片间的粘泥进行自动清除。随着长螺旋叶片向上旋转提升，带动自动除泥铲的旋转圆盘顺时针旋转，长螺旋单螺距转动一圈与每一个除泥铲间的转动距离相等，如此同步循环，从而除泥铲可以实时进行有效除泥，快速将糊泥从螺旋钻杆上剥离，进而减小了糊钻对长螺旋进尺的影响，也避免了长螺旋钻机停机等待人工清理糊泥造成的时间浪费，提升了长螺旋钻机的施工效率，加快了施工进度，取得了良好的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1] 沈保汉. 长螺旋钻成孔工艺的发展[J]. 施工技术，2000,29(10)：49-51.

[2] 袁航,谢曦,浮明明,等. 复杂地质条件下大直径长螺旋钻孔压灌桩施工效率提升技术[J]. 施工技术，2021,50(6)：106-109.

[3] 谷二永,张军伟,赵璧,等. 液化土层中混凝土成桩后插钢筋笼施工工艺[J]. 施工技术，2012,41：32-34.

[4] 申小平,雷斌,李树青,等. 基坑支护咬合桩长螺旋钻与筒式钻斗旋挖钻综合施工技术[J]. 施工技术，2020,49(19)：19-22.

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