Главная > Полезное > Буровые работы > Особенности бурения в скальных породах

Особенности бурения в скальных породах

Особенности бурения в скальных породахСкалистый грунт встречается в нашей стране достаточно часто. Работа с ним имеет свою специфику, однако при умелом подходе эта порода может послужить отличным основанием для любого объекта. Прежде чем вдаваться в особенности бурения под сваи и разновидности применяемого для этих целей оборудования, обратимся сперва к терминологии. Согласно Горной энциклопедии, скалистыми именуются грунты, в состав которых входит одна или несколько горных пород (кварц, диабаз, гранит, диорит и другие). Основу такой породы чаще всего образуют связанные между собой кристаллы диаметром 20-25 см. Во многих регионах скальный грунт представлен крупными монолитными сегментами, имеющими вулканическое происхождение.

Особенности структуры

Скальная порода имеет очень прочную структуру, и это является как её преимуществом, так и недостатком. С одной стороны, такой грунт может выдержать рекордное давление в 110 Мпа, с другой — он с трудом поддаётся обработке. Именно это и является основной причиной, по которой бурение под сваи на таком грунте имеет множество особенностей. Однако если выбрать правильную технику, подобрать соответствующий породоразрушающий инструмент и соблюсти ряд условий, то фундаменты на скальных породах будут иметь неоспоримые преимущества. Прежде всего, в ряде случаев они могут представлять собой довольно простые конструкции. Иногда вполне можно обойтись «лентой» неглубокого залегания, «уложив» её на прочное скальное основание даже без песчаной отсыпки. Если же прибегать к более сложным типам фундаментов, можно добиться рекордной несущей способности, ведь фактически в фундамент превращается вся скала.

Одна из сложностей с возведением фундаментов на скальных породах состоит в том, что буровые установки и прочее оборудование для свай часто бывает трудно доставить к месту строительства. В связи с этим, прежде чем оборудовать рабочую площадку, рекомендуется произвести полный комплекс инженерно-геологических изысканий с использованием малогабаритной буровой установки. Когда расчётная крепость породы будет подтверждена на всей площади будущего фундамента, можно транспортировать на площадку крупногабаритное оборудование для бурения под сваи.

Определение физико-механических свойств скалистых пород

Чем больше данных о свойствах породы будет получено в ходе инженерно-геологических изысканий, тем проще будет определиться с конструкцией фундамента и подобрать оборудование для его строительства. На основе этих данных выбирается метод воздействия на породу, тип используемых долот, режим бурения, а также состав и консистенция бурового раствора. В нашей статье мы кратко коснёмся каждого из множества свойств скального грунта и постараемся проследить его влияние на рабочий процесс.

Плотность

Плотность грунта есть ни что иное, как соотношение массы породы к её объёму. Обычно данный параметр имеет очень важное значение, однако при возведении фундаментов на скалистых основаниях им часто пренебрегают. Причина проста: плотность минералов, образующих массив скалистого грунта, лежит в очень узком промежутке от 2,5 до 2,8 г/см3. Другими словами, состав скалистой породы меняет её плотность столь незначительно, что для бурения под сваи эти значения лежат в рамках погрешности.

Прочность

Шнек скальный для бурения твёрдых породПрочность скальной породы — это её способность сохранять форму и не разрушаться под воздействием буровой коронки, пневмомолота или какого-либо другого инструмента. Вибропогружатель, к примеру, просто не может пробиться через твёрдую породу, а потому не используется на грунтах скального типа.

Данный показатель измеряется напряжением, при достижении которого порода разрушается. Измеряется напряжение в Мпа. При этом прочностные характеристики могут меняться в зависимости от прилагаемого к породе деформирующего воздействия. Это могут быть удары, сдвиги, сжатие, растяжение, а также несколько деформирующих усилий одновременно.

Скальные породы наиболее устойчивы к сжатию. Другим нагрузкам они противостоят чуть хуже. Прочностные показатели уменьшаются пропорционально росту влажности. В особенности это касается осадочных горных пород — известняков и песчаников. Некоторые породы имеют свои индивидуальные особенности. Слоистые, к примеру, особенно восприимчивы к изменению направления прилагаемых усилий.

Упругость

Под упругостью породы понимают её способность восстанавливать прежнюю форму после прекращения воздействия бурового долота, вибропогружателя или какого-либо другого инструмента. В случае со скальными породами данный параметр характеризуется коэффициентом Пуассона и модулем Юнга. Определённое влияние на упругость грунтов скального типа оказывает текстура. Так, например, модуль Юнга будет заметно больше в направлении, параллельном сланцеватости/слоистости слоя.

Пластичность

Пластичность — это способность породы фиксировать сделанную деформацию после прекращения воздействий извне. Пластические деформации возникают тогда, когда приложенное к породе усилие превысило предел её упругости, однако не достигло порога прочности. Скальные породы делятся по показателю пластичности на шесть категорий. Первая включает в себя наиболее упругие породы, шестая — наиболее пластичные.

Одно из самых коварных проявлений пластичности в скальных породах — ползучесть. Она является следствием проявления деформации при постоянной длительной нагрузке. Чтобы протестировать породу на наличие данного свойства, нужно водрузить на неё тяжёлую гирю и оставить без движения на длительный промежуток времени. Если после снятия гири на поверхности образуется углубление, значит данная порода пластична и может быть подвержена ползучести.

Именно пластичность скалистых пород выступает основной причиной нестабильности стенок скважин, предназначенных для последующей установки буронабивных свай. Даже шнек скальный из лучших сплавов не всегда может сделать проходку без заминок и промедлений.

Твёрдость

Твёрдость скальной породы определяется её способностью сопротивляться погружению шнека, виброударника или любого другого постороннего тела. В минералогии характеристика твёрдости определяется практическим методом: кристалл подвергается строго выверенному физическому воздействию алмазной головки. На основе глубины оставленной выемки определяется твёрдость породы. Однако современные буровые установки типа Soilmec и подобных передают деформирующее усилие с помощью множества зубцов шарошечного долота. Контакт же долота со скальной породой происходит не одновременно по всей площади забоя, а по отдельным его сегментам. Через зубья на грунт передаётся мощное давление, сфокусированное в нескольких местах. Осуществляется вдавливание зубцов в горную породу, за счёт чего она скалывается. Именно поэтому Горная энциклопедия и современные справочники понимают под прочностью скалистой породы её способность сопротивляться специфическому воздействию бурового долота.

Буримость

Существует ещё и такая величина, как буримость породы. Она устанавливается эмпирически и показывает, с какой скоростью будет осуществляться проходка. Для каждого метода бурения под сваи составлена своя шкала буримости. Но не всё так однозначно. К примеру, вибропогружатель, опережающий большинство других методов по показателю буримости, просто не способен создать напряжение, при котором скальная порода разрушится.

Типы воздействий

Бурение под сваи в скальных породахБурение под сваи в скальных породах делится по воздействию на две основные группы: механическое и немеханическое. Механические способы, в свою очередь, делятся на вращательный и ударный методы. При вращательном способе бурение под сваи производится за счёт передачи крутящего момента от мотора к породоразрушающему инструменту — долоту. Ударный метод предполагает дробление породы за счёт быстрых серий мощных ударов. Ранее для этих целей использовалось массивное долото, подвешенное на системе тросов. Сегодня его место занял пневмоударник. Для вспомогательных работ, таких как выемка разрушенной породы из скважины и её погрузка в кузов транспорта, используется грейфер.

К немеханическим методам относят электродуговое, термическое, взрывное, гидравлическое, термодетонационное, плазменное и другие воздействия. Инженеры-геологи постоянно находятся в поиске новых эффективных методов, однако на данный момент ни одна технология не может превзойти колонковое и пневмоударное бурение по части рентабельности, в то время как шнек двухзаходный по-прежнему остаётся лучшим способом транспортировки разрушенной породы на поверхность.

Заключение

Чтобы определить оптимальный метод бурения и подобрать соответствующее ему оборудование, инженеры-геологи проделывают колоссальный объём работы, сопоставляя все полученные в ходе изысканий данные и рассчитывая плотность, упругость, прочность, пластичность и твёрдость породы. Разумеется, можно дать некоторые рекомендации и не имея полного перечня физико-механических свойств скалистого грунта, однако они будут носить весьма приблизительный характер.


Возврат к списку

Спецпредложения
Карта сайта
2013 - 2017 Copyright © «ПК Доломит Строй» - новые и б/у буровые установки, оборудование для свай
Создание и продвижение сайта: «Веб Гармония»