泥岩的定义:泥岩是一种由弱固结的黏土固化而成的沉积岩。其内聚力大、单轴抗压强度低,一般在0.17~9.36MPa之间,其中大多数在0.2~5.0MPa之间,并且随着含水量的减小,岩石单轴抗压强度值增大。
泥岩地层
泥岩地层施工要点:泥岩属于软岩和极软岩的范畴,具有很强的的吸水性和胶结性,比较适合干孔钻进,因为其本身具有一定强度,故无需泥浆和套管防护,同时泥岩遇水软化,摩擦系数降低,易发生打滑。泥岩对刀具磨损程度低,钻头的选择及对其进行适应性改制和操作方法是泥岩钻进的关键。
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泥岩设备配置
主机型号满足桩径桩长即可,对于泥岩而言,其地基承载力一般大于350KPa,对于钻杆的选用,推荐使用机锁杆施工。对于孔深较大,不适合机锁杆施工时,可考虑采用摩阻杆进行钻进。
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钻头选择
①嵌岩筒钻:适用于桩径小于1.2米,地层分层明显、层间基本不相互黏连,分层厚度小于0.8米,钻渣粘性不大的泥岩、泥质砂岩和泥板岩等沉积软岩层,取芯钻进效率更高:②双底捞砂斗或单底土斗:此钻斗适合纯泥岩地层、泥岩砂岩互层和泥质砂岩地层。③截齿捞砂斗:截齿为B47K或更长的截齿,钻底设置迎土板,迎土板掘进角35°,截齿掘进角58~65°,截齿数为普通截齿捞砂斗的0.5~0.7倍,采用3截齿中心钻,中心钻高出底板上的齿尖4~7cm。此钻头适合于钻渣脆、原生地层可压缩性较小的泥质砂岩层,泥岩砂岩薄互层(砂岩层硬度大)。
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钻头的改制
针对泥岩地层容易出现的打滑施工问题可将其分为两种类型,即托底打滑和切削打滑,实际应用中应根据其打滑类型合理选择钻具和进行改制。
对于托底打滑,钻进时,钻渣吸水后变成粘性很大的塑状黏土物质糊在钻齿和钻底上,是钻齿失去了切削作用而无法继续钻进。此时可在双底捞砂斗两侧增加侧出土口。
对于切削打滑,硬度较大的泥岩在遇水后,摩擦系数降低,斗齿和泥岩的接触面上形成一个光滑面,从而导致在硬泥岩地层中出现打滑现象。有以下几种解决方案:
①可先用直径略小于孔径的短螺旋钻头钻进,再用捞砂斗钻进;
②增加钻齿数少的一侧的钻齿齿长,让齿数少的一边先切入地层;
③根据短螺旋钻头钻进机理,将切削板平底结构形式优化改进为锥底结构形式,钻进时使得孔底直接钻成凹弧面桩形。
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调整操作方法
①在使用摩阻杆时,应持续加压,切入地层负载上升后,持续钻进,尽量减少钻进中途解压,通过负载的大小调整加压的幅度;
②在使用机锁杆时,也需控制加压方式,当钻机前方履带有上翘趋势时,说明加压过急或不进尺,此时不可继续加压,应确定原因,如:是否地层太硬而加压过急造成,是否钻具存在缺陷,钻斗是否钻满,斗底是否被糊住造成托底。
另外在此区段应勤扫孔,再放钻,防止钻屑粘糊包裹钻头侧壁造成吸钻。每斗的时间和深度应在一定范围内,泥岩层单斗进尺深度宜为40cm。在反转关闭斗底时,尽量在钻进有负荷时,这时斗底具有一定的阻力,从而防止斗底与筒钻一起反转,反转不宜超过两圈,反转过多会磨平孔底的台阶,加大了下次钻齿进入原生岩层的难度。