前 言

当硬岩地层中存在软弱破碎带或明显结构面时，加压钻进很容易导致钻孔偏斜，施工时一般采用分级钻进工法，即便使用分级钻进，在大直径筒钻扩孔时也难以有效保证钻孔垂直度。为解决大孔、深桩、斜岩钻进过程中出现的偏孔问题，客户往往会选择使用导向钻施工，导向钻可以有效利用上一级钻孔对本级钻进进行导向。

易偏孔硬岩地层施工时，一般第一级选用小直径加长型筒钻取芯保证钻孔垂直度，第二级开始使用导向钻施工，通过将导向钻内筒放入上一级钻孔中进行导向，外筒截齿及连接板截齿切削岩环，逐级外扩，完成整桩施工。

导向钻施工流程图（以分三级钻进为例）

当然，一旦导向钻的设计不符合现场地层实际情况很容易引起钻进效率低下、钻具异常磨损、机身剧烈抖动等问题。

现 场 案 例

四川泸州古金高速古蔺河特大桥项目，施工现场开孔即入岩，砂岩地层，地层强度较大，单轴抗压强度可达100MPa以上，地层节理较发育，且存在软弱破碎带，施工过程中易发生偏孔。桩径为φ2.5m，桩深48m左右。采用干成孔施工工艺，分级钻进，针对该地层易偏孔的特点，施工单位采用导向钻保证钻孔垂直度。现场施工分四级，1.2m筒钻 ~（1.2-1.6m）导向钻 ~（1.6-2.0m）导向钻 ~（2.0-2.5m）导向钻，其中2.0~2.5m级导向钻钻进时间长、抖动大，耗时占总钻进时长的40%以上，成了客户的“老大难”问题。

为解决客户难题，提升客户施工效率，三一桩机研究院研发人员多次前往现场展开调研，针对现场现场2.0~2.5m导向钻施工过程中出现的进尺慢、抖动大等问题对导向钻进行重新开发设计。

我们是怎么设计的

①兼顾导向与效率

在保证导向效果前提下，减少导向钻的内外筒高比，不仅节省材料还可以减少钻进过程中内筒的侧摩阻力，提升钻具入岩能力；

导向钻（左）vs原导向钻（右）

②截齿布置更合理

合理设置截齿数量，保证每颗截齿的接地比压，根据砂岩特性设置截齿角度，提高单齿切削力，提升截齿对岩体的破碎效果；

③岩环切削更全面

连接板布齿采用循环布齿方式，布齿数量适当减少，通过调整每颗截齿偏摆角度，实现对岩环的“全断面”切削。避免内外筒之间有岩环导致钻进阻力增大；

④细节处理更完善

采用分段式导条设计，较原导向钻连续型导条多了排渣通道，避免施工过程中岩渣填满孔壁与内筒壁之间间隙导致钻进阻力增大；

连接板角度增大，根据截齿切削角度重新调整连接板的焊接角度，提高连接板截齿切削效率。

效果到底怎么样

①效率对比

我司导向钻钻进进尺-时间散点图

原导向钻钻进进尺-时间散点图

导向钻综合钻进速率约为0.60m/h；前期钻进效率可达0.70m/h以上，后期钻进效率约为0.51m/h左右；原导向钻整体钻进速率约为0.42m/h，钻进效率较慢且机身抖动过大，无法继续使用该斗。从现有数据来看看，我司导向钻钻进效率比原导向钻提高20%以上。

②抖动对比

机身稳定性方面较原导向钻有明显提升，可以大幅降低机身抖动造成的钻机折旧成本和维修成本，提升机器使用寿命，为客户节约巨额使用成本。

③成本对比

通过钻进效率提升和减少折旧，我司导向钻可为客户实现单桩成本下降10%以上；采购成本方面，我司导向钻较原导向钻材料节省8%，截齿节省14%，总采购成本比原来低10%以上，进一步为客户节省钻具采购成本。

结 语

客户的需求就是我们三一研发的动力！三一钻具研发人员为客户在各种特殊地层中施工提供定制化钻具设计服务和工法支持，助力客户完成各种复杂地层的桩基础施工。