PZ系列組合牙輪鉆頭及其嵌巖技術(shù)的研究項目摘要

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。 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。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，盡量避免機上加壓。增加孔底粗徑鉆具的長度，提高鉆頭在孔底鉆進(jìn)時的穩(wěn)定性。 PZ系列組合牙輪鉆頭采用滾動式開發(fā)研究方式，采取研制-推廣-改進(jìn)的研究方法在幾年的時間里結(jié)合生產(chǎn)試驗。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)過不斷升級換代，為了適應(yīng)不同施工工藝需要，還設(shè)計開發(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、等各個領(lǐng)域，PZ系列鉆頭在國內(nèi)市場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、樁-巖界面特殊、荷載條件復(fù)雜等因素，該群樁的承載機理需進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。本項目引入CT掃描技術(shù)進(jìn)行嵌巖樁模型試驗，實現(xiàn)變形及發(fā)展的可視化，從細(xì)觀角度揭示嵌固機理；采用擴(kuò)孔理論研究軟巖嵌巖樁的承載機理和應(yīng)力路徑，建立其極限承載力的計算公式；進(jìn)行軟巖應(yīng)力路徑三軸、動力三軸和樁-巖接觸特性等試驗，建立軟巖的靜動力本構(gòu)模型、樁-巖界面本構(gòu)模型；進(jìn)行群樁離心模型試驗和振動臺模型試驗，考慮承臺-群樁-巖土體非線性共同作用，研究傾斜巖層面的軟巖嵌巖群樁的承載機理與破壞模式、動力特性與地震響應(yīng)。綜合模型試驗、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)計計算方法、承載力與沉降雙控設(shè)計準(zhǔn)則、加固與減震措施，并在實際工程中推廣應(yīng)用。

嵌巖灌注樁的承載性狀由于長徑比、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算模式大體有兩類, 一類是只計樁端阻力, 另一類是只計嵌巖部分的側(cè)阻力和端阻力。兩者都不計覆蓋土層的側(cè)阻力, 所以兩者用于計算長徑比較大的建筑物嵌巖灌注樁存在與實際承載力性狀不符合的缺點。考慮長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)計方法是將荷載、抗力等設(shè)計參數(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)計方法的范疇。然而, 樁基設(shè)計中的每個環(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, 此不確定問題將會越來越突出 。