На объекте свайного фундамента в Цзянъяне (провинция Гуандун) подземные слои мягкого грунта, песка и прослойки твердых пород чередуются, часто встречаются резкие переходы между мягкими и твердыми грунтами. При ведении роторного бурения возникли сложности: отклонение угла установки трубчатого долота вызвало сверхнормативный износ резцов, частые сколы и поломки зубьев, резкое падение производительности бурения и рост затрат. На основе реального полевого случая в статье разбираются коренные причины проблемы и предлагаются оптимизированные решения, позволяющие строительным компаниям сократить потери и повысить эффективность работ.
1. Проблемы строительного объекта: сложности при работе трубчатым долотом особенно выражены в сложных геологических условиях.
Геологический разрез объекта состоит из хаотично чередующихся прослоек мягких и твердых пород с высокой неоднородностью литологического состава. Основные трудности: на сваю требуется замена 3–5 резцов, их расход в 2–3 раза выше, чем при бурении в стандартных грунтах; скорость проходки составляет лишь половину от нормативной, что приводит к отставанию от графика строительства; себестоимость одной сваи возрастает более чем на 30%; неравномерное распределение нагрузки на буровой инструмент провоцирует искривление и обрушение скважин, снижая качество свайного основания. Расследование показало, что коренная причина несоответствие угла установки измерительного элемента трубчатого долота условиям сложных пород. Даже отклонение всего на 5 градусов ускоряет износ резцов.
2. Разбор коренной причины: механизм износа резцов при несоответствии угла направляющей планки
Угол резания и боковой скос направляющей планки трубчатого долота напрямую определяют нагрузку и ресурс резцов. Сложные геологические условия усугубляют негативные последствия несоответствия углов：
- Отклонение угла резания: стандартный фиксированный угол 50 градусов не подходит ни для мягких грунтов (оптимальный угол 32–35°), ни для твердых пород (оптимальный угол 40–45°). Это вызывает эксцентричный износ при работе с мягкими грунтами и сколы зубьев при бурении твердых пород.
- Нарушение бокового угла скольжения: базовый угол равен 15 градусам без дифференцированной конструкции, что выходит за рамки допустимого диапазона 5–15°. Из-за этого возникает односторонний износ и усталостные поломки резцов, при этом внешние зубья изнашиваются в два раза быстрее внутренних.
- Усугубление негативных эффектов геологическими особенностями: чередование мягких и твердых слоев создает переменные ударные нагрузки и вибрации при смещении бурового инструмента, что дополнительно ускоряет износ и появление сколов на резцах.
3. Инновационное решение: оптимизационные мероприятия для бурения трубчатыми долотами в сложных геологических условиях
С учетом фактических условий строительной площадки была проведена оптимизация по четырем основным направлениям: индивидуальная настройка углов, оптимизация схемы расположения зубьев, корректировка рабочих параметров и подбор типа резцов. Результаты пробного бурения подтвердили высокую эффективность принятых мер:
- Дифференцированная регулировка углов направляющих планок: внешние зубья (угол резания 42–45°, боковой угол скольжения 8–10°) предназначены для твердых пород; средние зубья (40–42°, 6–8°) обеспечивают равномерное распределение нагрузки; внутренние зубья (35–38°, 5–6°) подходят для мягких грунтов и улучшают удаление бурового шлама.
- Оптимизация схемы расположения зубьев: шаг между зубьями установлен в диапазоне 22–25 см, на границах перехода между мягкими и твердыми слоями плотность зубьев увеличена на 15–20%; применена асимметричная раскладка для рассеивания ударных нагрузок; перепад высот вершин зубьев составляет 3 мм для реализации ступенчатого резания.
- Рекомендуемые рабочие параметры бурения: для мягких грунтов — низкое давление подачи (5–8 МПа), средняя частота вращения (60–80 об/мин); для прослоек твердых пород — низкая частота вращения (30–50 об/мин) с умеренным увеличением давления подачи. Используются трубчатые долота с усиленной направляющей частью, участки перехода между разными породами проходят предварительную обработку.
- Подбор оптимальных резцов: выбираются ударопрочные резцы с утолщенным хвостовиком, повышающие износостойкость и сопротивляемость ударам для снижения расхода инструмента на начальном этапе.
4. Эффект оптимизации: подтверждение результата фактическими измерениями
После внедрения разработанных мер фактические полевые измерения показали существенное улучшение показателей: коэффициент расхода резцов снизился на 42%, количество заменяемых резцов на одну сваю сократилось до 1–2 штук; производительность бурения выросла на 38%, за сутки удается обустроить 2–3 сваи, срок строительства сокращен на 25%; количество случаев скола зубьев уменьшилось на 70%, комплексная себестоимость одной сваи снижена на 28%. Достигнутые результаты получили положительную оценку строительной организации.
5. Итоги
При роторном бурении в сложных геологических условиях угловая раскладка зубьев трубчатого долота является ключевым фактором, определяющим ресурс резцов, производительность работ и себестоимость строительства. Слепое применение стандартных решений приводит к замкнутому кругу проблем. Индивидуальная оптимизация позволяет снизить потери и повысить эффективность. При возникновении аналогичных сложностей вы можете связаться с компанией Mailinmaite для разработки эксклюзивного решения под ваши условия.