PZ系列組合牙輪鉆頭及其嵌巖技術(shù)的研究

20世紀(jì)90年代初，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)在我國全面展開，城市高層建筑、鐵路、公路、碼頭等建設(shè)改造工程紛紛上馬，很多施工單位苦于沒有適用的嵌巖鉆進(jìn)用鉆頭而不能承接合同或不能按期交工。為了解決嵌巖樁施工的難題，我們開展了研制適用于中硬以上地層的PZ系列組合牙輪鉆頭及其嵌巖技術(shù)的工作。在研制PZ系列組合牙輪鉆頭中采用了三牙輪鉆頭的牙輪掌作為破巖工具，其牙輪上鑲焊的鎢鈷硬質(zhì)合金耐磨性高，適合堅(jiān)硬地層鉆進(jìn)，由于其碎巖方式為沖擊回轉(zhuǎn)，因而碎巖效率高、壽命長(zhǎng)。 PZ系列鉆頭是專為嵌巖樁施工研制的，適用于國產(chǎn)各種扭矩為3-30KN.m、轉(zhuǎn)速為15-50rpm的大口徑回轉(zhuǎn)鉆機(jī)。鉆頭與鉆桿連接采用標(biāo)準(zhǔn)法蘭或API標(biāo)準(zhǔn)接頭。鉆頭加壓采用孔底配重加壓方式，盡量避免機(jī)上加壓。增加孔底粗徑鉆具的長(zhǎng)度，提高鉆頭在孔底鉆進(jìn)時(shí)的穩(wěn)定性。 PZ系列組合牙輪鉆頭采用滾動(dòng)式開發(fā)研究方式，采取研制-推廣-改進(jìn)的研究方法在幾年的時(shí)間里結(jié)合生產(chǎn)試驗(yàn)。產(chǎn)品經(jīng)過了三代更新，數(shù)十次的改進(jìn)，使產(chǎn)品本身更趨完善，在短短六年中，經(jīng)過不斷升級(jí)換代，為了適應(yīng)不同施工工藝需要，還設(shè)計(jì)開發(fā)了牙輪擴(kuò)底鉆頭、大直徑牙輪取心鉆頭、大直徑牙輪環(huán)狀鉆頭、牙輪—滾刀復(fù)合型鉆頭，擴(kuò)大了產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域。目前PZ系列組合牙輪鉆頭的用戶已遍及地礦、冶金、煤炭、建材、交通、鐵道、等各個(gè)領(lǐng)域，PZ系列鉆頭在國內(nèi)市場(chǎng)占有率始終處于前列，部分產(chǎn)品銷往香港、新加坡、越南、非州、蒙古等國家和地區(qū)。 2100433B

橋梁、渡槽基礎(chǔ)往往采用大直徑嵌巖樁，其基巖軟弱且?guī)r面傾斜。傾斜巖面軟巖嵌巖群樁存在沿巖面滑移、群樁擠擴(kuò)壓屈、不均勻沉降等問題；由于持力層性質(zhì)差、巖面傾斜、基樁非等長(zhǎng)、樁-巖界面特殊、荷載條件復(fù)雜等因素，該群樁的承載機(jī)理需進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。本項(xiàng)目引入CT掃描技術(shù)進(jìn)行嵌巖樁模型試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)變形及發(fā)展的可視化，從細(xì)觀角度揭示嵌固機(jī)理；采用擴(kuò)孔理論研究軟巖嵌巖樁的承載機(jī)理和應(yīng)力路徑，建立其極限承載力的計(jì)算公式；進(jìn)行軟巖應(yīng)力路徑三軸、動(dòng)力三軸和樁-巖接觸特性等試驗(yàn)，建立軟巖的靜動(dòng)力本構(gòu)模型、樁-巖界面本構(gòu)模型；進(jìn)行群樁離心模型試驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，考慮承臺(tái)-群樁-巖土體非線性共同作用，研究?jī)A斜巖層面的軟巖嵌巖群樁的承載機(jī)理與破壞模式、動(dòng)力特性與地震響應(yīng)。綜合模型試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果，提出傾斜巖層面的軟巖嵌巖群樁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、承載力與沉降雙控設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、加固與減震措施，并在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。

嵌巖灌注樁的承載性狀由于長(zhǎng)徑比、覆蓋土層性質(zhì)、嵌巖段巖性、施工工藝不同而有顯著差異。我國現(xiàn)行的關(guān)于嵌巖灌注樁承載力的計(jì)算模式大體有兩類, 一類是只計(jì)樁端阻力, 另一類是只計(jì)嵌巖部分的側(cè)阻力和端阻力。兩者都不計(jì)覆蓋土層的側(cè)阻力, 所以兩者用于計(jì)算長(zhǎng)徑比較大的建筑物嵌巖灌注樁存在與實(shí)際承載力性狀不符合的缺點(diǎn)。考慮長(zhǎng)徑比較大的灌注樁豎向極限承載力, 其側(cè)阻力先于端阻力發(fā)揮, 屬于端承-摩擦型樁。

按《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定, 恒載效應(yīng)的變異系數(shù)為0. 07, 服從正態(tài)分布, 活載效應(yīng)的變異系數(shù)取為0. 29。取土性參數(shù)和荷載效應(yīng)作為基本隨機(jī)變量, 幾何尺寸視為定值 。

嵌巖灌注樁作為一種特殊類型的樁在地基工程中得到了大量的使用, 特別是山區(qū)鉆孔灌注嵌巖樁應(yīng)用更為廣泛, 重慶墊江地區(qū)近10年來大約有85%以上的高層建筑采用嵌巖灌注樁基礎(chǔ)。目前, 樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法是將荷載、抗力等設(shè)計(jì)參數(shù)視為定值, 不考慮巖土的變異性, 即使為考慮種種不確定性而引入的安全系數(shù)也是確定的, 都屬于定值設(shè)計(jì)方法的范疇。然而, 樁基設(shè)計(jì)中的每個(gè)環(huán)節(jié)都是在大量的不確定性下進(jìn)行, 隨著高層建筑的日益增多, 此不確定問題將會(huì)越來越突出 。