В целях повышения эффективности бурения скважин глубиной до 8-10 м применяют вибрационные методы бурения с использованием трубчатых буров, желонок различной конструкции и других приспособлений.
Рис. 12.7. Оборудование трубчатого бурения:
а — желонки со съемной коронкой; 1 — коронка; 2 — прокладка; 3 — режущая часть коронки; 4 — окна для фасонного ключа; 5 — резьба; 6 — контрольные окна; 7 — наголовник; б — прямоточная желонка Днепровского спецуправления: 1 — наголовник; 2 — питательная трубка d=19 мм для подачи воды в полость желонки; 3 — отражатель грунта; 4 — разгрузочное окно; 5 — башмак с полостью для воды; 6 — центральный нож; 7 — защитный нож питательной трубки; в — желонка с выталкивателем: 1 — наголовник; 2 — прорези в трубе; 3 — наголовник выталкивателя; 4 — направляющий фланец выталкивателя; 5 — шток выталкивателя; 6 — выталкивающий фланец
При возведении свайных фундаментов ОРУ подстанций Братской ГЭС металлической трубой с открытым нижним концом были образованы скважины диаметром 250-300 мм и глубиной 5 м.
Трубу, при помощи агрегата ВВПС-20/11 погружали на глубину 1-1,5 м. Из трубы грунт извлекается вручную, что не позволяет использовать всей возможности агрегата. Для облегчения выемки грунта применяли специальную съемную коронку (рис. 12.7, а).
В скважине диаметром до 250 мм за счет уширенной наружной части коронки грунт уплотнялся, а попадая внутрь трубы, свободно ее заполнял, поскольку диаметр коронки меньше внутреннего диаметра трубы. При извлечении трубы после свинчивания коронки грунт выпадает наружу.
В связных грунтах средней плотности за один прием труба со съемной коронкой позволяет бурить скважины глубиной до 7 м. Недостатком конструкции является необходимость в операции по свинчиванию коронки и ручного удаления грунта из нее, для чего требуются значительные усилия и время.
Днепровское специализированное управление для прокладывания лидерных скважин агрегатом ВВПС-20/11 в связных грунтах (рис. 12.7, б) применяет конструкцию прямоточной желонки.
Желонка состоит из трубы с приваренным башмаком, к которому для уменьшения трения грунта о внутреннюю поверхность трубы подводится вода. В верхней части желонки для направления выхода грунта в разгрузочное окно 4 находится отражатель 3. Для подачи воды используется поршневой насос производительностью 1,8 м3/ч.
Скважины продавливаются прямоточной желонкой следующим образом. После установки агрегата включают поршневой насос, передающий усилие на желонку. При погружении ее на глубину 3,5-5 м подачу воды прекращают и желонку извлекают из скважины. Набранный при бурении грунт удерживается от выпадания обушком центрального ножа и внутренними выступами башмака. После извлечения желонки грунт из нее не удаляют, а агрегат устанавливают для бурения новой скважины; желонку опускают на грунт, включают поршневой насос и т. д. По мере погружения желонки грунт, набранный при проколе первой скважины, проталкивается по желонке вверх и, достигнув отражателя, выпадает кусками через разгрузочное окно.
В связных грунтах рыхлой и средней плотности желонка такой конструкции позволяет бурить скважины диаметром 250-300 мм и глубиной до 5,5 м за один прием. Устройство скважин при этом полностью механизируется. Недостатком этого способа являются ограниченная глубина бурения и необходимость подогрева желонки и системы подачи воды в зимних условиях.
На строительстве Братского алюминиевого завода была применена желонка конструкции инж. А. Т. Осадчего и В. Ф. Кошмана со специальным выталкивателем для бурения скважин диаметром 350-500 ммв плотных и полускальных грунтах агрегатами ВВПС-20/11 и ВВПС-32/19.
Желонка (рис. 12.7, в) представляет собой металлическую трубу диаметром 325-426 мм, длиной 7 м без башмака, с выталкивателем грунта, находящимся внутри трубы. Выталкиватель состоит из штока с выталкивающим фланцем и сегментного наголовника с желобом для пропуска троса. Длина перемещения выталкивателя ограничивается его наголовником, движущимся в окнах трубы. Для выдавливания керна через окна трубы в наголовник выталкивателя пропускается трос, концы которого наглухо крепятся к нижней части мачты вибровдавливающего агрегата.
При опускании желонки в грунт трос выталкивателя ослабляется и происходит набор грунта. При погружении и извлечении желонки шток удерживается в верхнем положении керном грунта. После извлечения желонки на поверхность скважина перекрывается инвентарным щитком, А при дальнейшем подъеме свыше 0,5 м трос натягивается и удерживает выталкиватель, который выдавливает керн грунта из трубы.
Высота керна для желонок диаметром 350-400 мм принята равной 1 м.
Для контроля глубины погружения желонки на наружной поверхности трубы, начиная с нижнего конца, через каждый метр наносят риски. В глинистые грунты желонка погружается без значительных усилий. На первые 50-70 см она погружается в забой при помощи лебедки, а на остальные 50-30 см — при совместной работе лебедки и вибропогружателя, включающегося на 30-60 сек. Выдавливание грунта из желонки происходит без включения вибропогружателя. Такой режим работы позволяет увеличить срок службы вибропогружателя.
В зимний период желонки с выталкивателем успешно применялись для бурения глинистых грунтов при глубине промерзания до 2 м. Время набора керна за один прием на глубину 1 м увеличивалось незначительно (1,5-2 мин против 1 мин в талых грунтах).
Вибрирование труб применяют также при зачистке скважин. В осыпавшуюся скважину стреловым краном опускают металлическую трубу с открытым нижним концом, на верхнем конце которой обычно бывает установлен и наглухо закреплен вибропогружатель ВПП-4 или ВПП-2.
Вибропогружатель включают в работу тогда, когда труба достигнет забоя скважины. По достижении проектной отметки трубу извлекают и из нее выбивают грунт. Высота керна не должна превышать 0,5-0,7 м, так как в противном случае выбить грунт даже при наличии вибрации затруднительно. Зачистка и углубление скважин указанным способом в 10-12 раз производительнее шнекового бурения, применяющегося на свайных работах, что видно из данных инж. А. Т. Осадчего и В. С. Пушкаревич (НИИСП Госстроя УССР), приведенных в табл. 12.3.
Вибрационный метод бурения по производительности в 2-4 раза, а по стоимости в 3-4 раза эффективнее вращательного бурения. Объясняется это тем, что вращательное бурение ведут секционными шнеками, которые приходится наращивать по мере углубления скважины и снимать поочередно при подъеме става. Удалять выбуренный грунт от скважины также затруднительно. На скорость бурения связных грунтов влияет их влажность, во влажных и насыщенных водой грунтах показатели шнекового бурения гораздо ниже приведенных в табл. 12.3.
Вибрационный метод бурения позволяет значительно повысить технико-экономические показатели устройства скважин по сравнению со шнековым бурением.
Выбор конструкции желонки зависит от размеров скважин и грунтовых условий.
Таблица 12.3 Технические характеристики бурового оборудования
Для бурения скважин диаметром до 300 мм и глубиной до 5,5 м в связных грунтах от текучепластичной до мягкой консистенции НИИСП рекомендует применять желонку Днепровского спецуправления. Для бурения скважин диаметром 300- 500 мм и глубиной до 7 м в грунтах от тугопластичной до твердой консистенции, а также в мерзлых грунтах рекомендуется желонка с выталкивателем.
При использовании более мощного оборудования параметры бурения можно значительно увеличить.