Otimização da tecnologia de perfuração de estacas escavadas para plataformas de perfuração rotativa: adoção de medidas específicas com base nas condições geológicas, superação de gargalos na perfuração e aumento da eficiência da construção.

Na construção de fundações em projetos de infraestrutura, as perfuratrizes rotativas tornaram-se equipamentos de construção convencionais devido às suas vantagens de perfuração eficiente, posicionamento preciso e grande adaptabilidade. Elas são amplamente utilizadas em diversos cenários, como rodovias, pontes, edifícios altos e fundações de construções pré-fabricadas. A racionalidade do processo de perfuração determina diretamente a eficiência da construção, a qualidade da perfuração e o custo da obra, enquanto as propriedades físico-mecânicas de diferentes condições geológicas (solo mole, camada arenosa, rocha dura, etc.) variam significativamente, o que impõe diferentes requisitos aos parâmetros de perfuração, à seleção das ferramentas de perfuração e ao processo de operação das perfuratrizes rotativas. Atualmente, alguns projetos de construção frequentemente enfrentam problemas como atraso na perfuração, desmoronamento das paredes do furo, baixa eficiência e consumo excessivo de insumos devido à falta de otimização da tecnologia de perfuração com base nas características geológicas, o que restringe o progresso e a eficiência da obra. Este artigo combina o contexto atual da indústria de construção de fundações em estacas e, com base em diferentes tipos geológicos, descreve o caminho de otimização e o plano de melhoria da eficiência para o processo de perfuração de equipamentos de perfuração rotativa, ajudando as empresas de construção a superar os gargalos de perfuração e a alcançar uma construção eficiente, de alta qualidade e baixo custo.

Pré-requisito para a otimização do processo: Prospecção geológica precisa, estabelecendo uma base sólida para a melhoria da eficiência.

O pré-requisito fundamental para otimizar o processo de perfuração com perfuratrizes rotativas é compreender com precisão as condições geológicas da área de construção e evitar perdas de eficiência e riscos à qualidade causados por uma construção às cegas. No estágio inicial da construção, deve-se realizar um levantamento geológico abrangente para esclarecer os parâmetros principais, como estratificação geológica, densidade, teor de umidade, resistência à compressão e distribuição granulométrica de cada camada de solo/rocha por meio de amostragem de perfuração, ensaios in situ, etc. Diferentes seções geológicas, como solo mole, camada arenosa, solo coesivo, rocha intemperizada e rocha dura, devem ser identificadas e um relatório detalhado do levantamento geológico deve ser elaborado. Ao mesmo tempo, com base no requisitos Com base no projeto de engenharia (diâmetro, profundidade e verticalidade do furo), são previstos os potenciais problemas que podem ocorrer durante a construção (como colapso da camada de areia, perfuração lenta em rocha dura, redução do diâmetro em solo mole, etc.), fornecendo uma base científica para a subsequente seleção de ferramentas de perfuração, ajuste de parâmetros e otimização do processo. Se o levantamento geológico não for preciso, pode facilmente levar a uma incompatibilidade entre as ferramentas de perfuração e a geologia, parâmetros de perfuração inadequados, o que não só reduz a eficiência da perfuração, como também pode causar riscos à segurança, como o colapso da parede do furo e a qualidade inferior das estacas, aumentando os custos de retrabalho e os riscos de atraso do projeto.

Geologia de solos moles: prevenção de desmoronamentos, aumento da velocidade de perfuração, otimização de muros de contenção e parâmetros de perfuração.

As principais características da geologia de solos moles (como silte, solo siltoso, argila siltosa, etc.) são alto teor de água, baixa capacidade de suporte e baixa estabilidade. Durante a perfuração, problemas como colapso da parede do furo, redução do diâmetro e perfuração soterrada são comuns. Além disso, a velocidade de perfuração excessiva pode levar a formatos irregulares do furo, afetando a qualidade da formação do mesmo. Para geologia de solos moles, a otimização da tecnologia de perfuração concentra-se na proteção da parede e no controle dos parâmetros de perfuração, visando aprimorar tanto a eficiência quanto a qualidade. Em termos de seleção de ferramentas de perfuração, é preferível o uso de hastes de perfuração helicoidais longas combinadas com caçambas de areia de fundo duplo. As caçambas de areia de fundo duplo possuem boa vedação e alta eficiência de descarga de solo, o que pode reduzir o solo mole residual na caçamba de perfuração e evitar a limpeza secundária; Simultaneamente, deve-se equipar a tubulação com revestimento protetor e, de acordo com a espessura e a profundidade de soterramento do solo mole, utilizar um revestimento subsequente para proteger a parede e evitar o colapso da parede do furo. Em termos de parâmetros de perfuração, a velocidade de perfuração deve ser controlada entre 0,5 e 1 m/min para evitar que a perfuração em alta velocidade perturbe a parede do furo; Ajuste a velocidade da perfuratriz para 60-80 rpm e controle o torque entre 180-220 kN·m para garantir uma entrada suave do perfuração A caçamba deve ser inserida na camada de solo para minimizar a perturbação do mesmo. Além disso, durante a perfuração, deve-se reforçar a proteção da parede de lama, controlando a densidade da lama entre 1,05 e 1,10, mantendo a viscosidade entre 18 e 22s, formando uma película protetora estável na parede do furo. A limpeza regular dos sedimentos no furo também é necessária para evitar que o excesso de sedimentos afete a eficiência da perfuração e a capacidade de carga da base da estaca.

Geologia de camadas de areia: controle de perdas, prevenção de desmoronamentos de furos, otimização da descarga de areia e ritmo de perfuração.

A principal dificuldade na geologia de camadas arenosas (areia média, areia grossa, areia com cascalho, etc.) reside na forte fluidez e alta permeabilidade das partículas. Durante o processo de perfuração, é comum ocorrer o desmoronamento das paredes do furo e a perda de areia, resultando em dificuldades na formação dos furos e baixa produtividade. perfuração eficiência e espessura excessiva de sedimentos. Para geologia de camadas arenosas, a otimização da tecnologia de perfuração concentra-se no fortalecimento da capacidade de remoção de areia, estabilização das paredes do furo, otimização do ritmo de perfuração e medidas de proteção das paredes. Em termos de seleção de ferramentas de perfuração, opte por caçambas de perfuração com dispositivos de controle de areia (como caçambas coletoras de areia com venezianas) para aumentar a vedação e a eficiência de remoção de areia, e reduzir a perda de partículas de areia pelas frestas das caçambas. Para camadas de areia e cascalho, uma caçamba de perfuração dentada pode ser usada para melhorar a resistência ao desgaste e a capacidade de quebra de rochas. Em termos de medidas de proteção das paredes, utilize lama de alta qualidade, com densidade entre 1,10 e 1,15 e viscosidade controlada entre 20 e 25, aumentando a capacidade de suspensão e o efeito de proteção da lama. Se necessário, utilize revestimento para complementar a proteção das paredes, especialmente em áreas com níveis elevados de água subterrânea em camadas arenosas, o que pode prevenir eficazmente o colapso da parede do furo. Em termos de operação de perfuração, adota-se um ritmo de "entrada lenta, elevação rápida", com velocidade de perfuração controlada entre 0,3 e 0,8 m/min. Após o enchimento da caçamba de perfuração com partículas de areia, ela é elevada rapidamente para reduzir o tempo de retenção dessas partículas no furo. Simultaneamente, a cada 1 a 2 metros de perfuração, realiza-se uma operação de limpeza do furo utilizando circulação reversa com ar comprimido para remover rapidamente os sedimentos e evitar o acúmulo que afeta a eficiência da perfuração.

Qualidade do solo viscoso: redução da resistência, caçamba antiaderente, otimização de ferramentas e métodos de perfuração.

As características dos solos coesivos (como argila, argila siltosa, etc.) são alta plasticidade e forte coesão. Durante a perfuração, é comum encontrar problemas como a aderência da argila à caçamba e dificuldade na descarga do solo, resultando em maior resistência à perfuração e menor eficiência. Além disso, a parede do furo fica propensa a problemas como espessa camada de lama e redução do diâmetro. A chave para otimizar a perfuração em solos coesivos é reduzir a resistência à perfuração, evitar a aderência da caçamba e melhorar a eficiência da descarga do solo. Em termos de otimização das ferramentas de perfuração, recomenda-se escolher caçambas com lâminas helicoidais ou com dentes. As lâminas helicoidais aumentam a capacidade de descarga do solo, enquanto as caçambas com dentes reduzem a área de contato entre a argila e a parede interna da caçamba, diminuindo o risco de aderência. Ao mesmo tempo, recomenda-se a limpeza regular da argila na parede interna da caçamba e a aplicação de óleo lubrificante na superfície para reduzir ainda mais a aderência. Em termos de ajuste dos parâmetros de perfuração, aumente a velocidade de perfuração adequadamente (80-100 rpm) e reduza a velocidade de perfuração (0,8-1,2 m/min) para permitir que a caçamba de perfuração corte completamente a camada de solo e reduza a compactação e a aderência da argila dentro da caçamba; o torque deve ser controlado entre 200-250 kN·m para garantir a perfuração suave da caçamba e evitar a sobrecarga da perfuratriz devido à resistência excessiva. Além disso, durante o processo de perfuração, injete água limpa regularmente para diluir a lama no furo, reduzir a espessura da película de lama e acelerar a descarga do solo, evitando o acúmulo de argila no furo e melhorando a eficiência geral da perfuração.

Geologia de rochas intemperizadas: levantamento e quebra de rochas, redução de perdas, otimização de ferramentas de perfuração e correspondência de parâmetros.

As características da geologia de rochas intemperizadas (rochas fortemente intemperizadas, rochas moderadamente intemperizadas, etc.) são resistência moderada, estrutura frouxa, fácil fragmentação, mas alta resistência ao desgaste. Durante a perfuração, problemas como desgaste rápido dos dentes da broca, baixa velocidade de perfuração e dificuldade na remoção de escória são comuns, afetando a eficiência da obra. Para geologia de rochas intemperizadas, a otimização da tecnologia de perfuração concentra-se em melhorar a capacidade de quebra da rocha, reduzir a perda de ferramentas de perfuração, otimizar a seleção de ferramentas e os parâmetros de perfuração. Em termos de seleção de ferramentas de perfuração, deve-se priorizar o uso de brocas de rolos dentadas ou brocas de rolos cilíndricas. As brocas de rolos dentadas possuem alta resistência ao desgaste, enquanto as brocas de rolos cilíndricas podem quebrar as rochas por rotação e esmagamento, melhorando a eficiência da quebra. Para rochas moderadamente intemperizadas, brocas de impacto podem ser usadas para auxiliar na quebra da rocha e reduzir a perda de dentes da broca. Em termos de parâmetros de perfuração, recomenda-se reduzir a velocidade de perfuração (40-60 rpm), aumentar o torque (300-400 kN·m) e aprimorar a capacidade de quebra da rocha da caçamba de perfuração. A velocidade de perfuração é controlada entre 0,2 e 0,5 m/min para garantir que os dentes da broca perfurem completamente a rocha e evitar desgaste adicional causado por velocidade excessiva. Ao mesmo tempo, durante o processo de perfuração, a limpeza dos detritos rochosos no furo é realizada regularmente, e a circulação de lama é utilizada para remover a escória, reduzindo o acúmulo de detritos e a resistência à perfuração. O desgaste dos dentes da broca é verificado regularmente e os dentes severamente desgastados são substituídos prontamente para evitar que danos aos dentes da broca afetem a eficiência da perfuração e a qualidade do furo.

Geologia de rochas duras: superando obstáculos, melhorando a eficiência e otimizando a tecnologia de perfuração composta.

Os principais desafios da geologia de rochas duras (como rochas levemente intemperizadas, rochas frescas, etc.) são a alta resistência da rocha, boa integridade, alta resistência à perfuração, alta dificuldade de quebra das rochas, baixíssima eficiência dos métodos de perfuração convencionais e severa perda de ferramentas de perfuração, que são os principais gargalos da tecnologia de perfuração com perfuratrizes rotativas. Para a geologia de rochas duras, é necessário adotar a tecnologia de perfuração composta, combinando múltiplos métodos de perfuração, otimizando as ferramentas e os parâmetros de perfuração e alcançando uma melhoria significativa na eficiência de quebra da rocha. Em termos de seleção de ferramentas de perfuração, devem ser escolhidas caçambas de perfuração de cone de rolos de alta resistência ao desgaste ou caçambas de perfuração com dentes de corte, combinadas com perfuratrizes rotativas de alta potência para aumentar a capacidade de quebra da rocha; ao mesmo tempo, pode-se adotar um modo de perfuração composto de “perfuração rotativa + impacto”. Primeiramente, a broca de impacto é usada para quebrar a superfície da rocha e, em seguida, a caçamba de perfuração rotativa é usada para remover os detritos de rocha, alternando as operações para reduzir a resistência à perfuração e melhorar a eficiência de quebra da rocha. Em termos de parâmetros de perfuração, a velocidade da perfuratriz é controlada entre 30 e 50 rpm, e o torque é aumentado para acima de 400 kN·m para garantir potência suficiente para quebrar a rocha. A velocidade de perfuração deve ser controlada entre 0,1 e 0,3 m/min para evitar sobrecarga da ferramenta de perfuração e danos aos dentes da broca devido à velocidade excessiva. Além disso, a injeção de lama de refrigeração durante o processo de perfuração reduz a temperatura dos dentes da broca e minimiza o desgaste. Inspecione regularmente a conexão entre a haste de perfuração e a caçamba para garantir uma conexão segura e evitar danos aos componentes causados por vibração, o que pode afetar o andamento da construção.

Medidas gerais de otimização: Padrões de manutenção e operação de equipamentos para garantir uma perfuração eficiente.

Além da otimização especializada para diferentes condições geológicas, garantir a operação e a manutenção adequadas dos equipamentos de perfuração rotativa é uma medida universal para melhorar a eficiência da perfuração e reduzir perdas. Em termos de operação e manutenção dos equipamentos, uma inspeção completa dos componentes principais, como motor, sistema hidráulico, haste de perfuração e caçamba de perfuração, deve ser realizada antes da construção para garantir o funcionamento normal do equipamento; Lubrifique e verifique regularmente a ferrugem da haste de perfuração, inspecione o desgaste da caçamba e dos dentes da broca e substitua as peças vulneráveis em tempo hábil; Planeje os cronogramas de operação dos equipamentos de forma adequada para evitar falhas causadas por operações prolongadas de alta intensidade e reduzir atrasos no projeto. Em termos de padrões operacionais, os operadores devem passar por treinamento profissional, estar familiarizados com as técnicas de perfuração e as configurações de parâmetros para diferentes condições geológicas e seguir rigorosamente o fluxo de processo otimizado para a construção; Durante o processo de perfuração, observe atentamente o status de operação da sonda e a situação dentro do poço, ajuste os parâmetros de perfuração em tempo hábil e resolva prontamente os problemas (como colapso da parede do poço e perfuração soterrada) para evitar que o problema se agrave; Ao mesmo tempo, mantenha registros detalhados da construção, incluindo parâmetros de perfuração, eficiência da perfuração, consumo de consumíveis e outras informações para diferentes seções geológicas, fornecendo suporte de dados para a otimização subsequente do processo.

Verificação do efeito da otimização: reduzir custos e aumentar a eficiência, melhorando os benefícios gerais do projeto.

Ao otimizar o processo de perfuração para diferentes condições geológicas, o gargalo da perfuração rotativa pode ser efetivamente superado, alcançando uma dupla melhoria na eficiência da construção e nos benefícios da engenharia. Dados práticos mostram que, após a otimização, a eficiência de perfuração em geologia de solo mole aumentou em 20 a 30 toneladas, em geologia de camadas arenosas em 15 a 25 toneladas, em geologia de rochas intemperizadas em 3 a 4 toneladas e em geologia de rochas duras em mais de 4 toneladas. Ao mesmo tempo, a perda de ferramentas de perfuração foi reduzida em 15 a 20 toneladas, a taxa de ocorrência de problemas de qualidade, como colapso da parede do furo e redução do diâmetro, foi reduzida em mais de 6 toneladas, e o custo de retrabalho foi reduzido em cerca de 3 toneladas. Além disso, após a otimização do processo, a qualidade da formação dos poros atende mais facilmente aos padrões, a capacidade de carga do corpo da estaca é aprimorada, garantindo efetivamente a segurança da estrutura de engenharia, reduzindo o período de construção, diminuindo os custos totais de mão de obra, materiais de consumo, operação e manutenção de equipamentos e gerando maiores benefícios econômicos e sociais para as empresas de construção.