Wiertło obrotowe typu ślimakowego vs koronka wiertnicza: przypadki zastosowania, które należy znać

Przydatność do określonych warunków gruntowych: gdzie każde narzędzie osiąga najlepsze wyniki

Wiertnica obrotowa z wiertłem ślimakowym Zalety przy pracy w gruntach miękkich, spójnych i nieskonsolidowanych

Wiertniki obrotowe z wkrętem ślimakowym działają najlepiej w miększych typach gruntu, takich jak luźne piaski, gleby pylaste oraz lepkie gliny o niskim oporze. Konstrukcja z ciągłym ślimakiem ułatwia usuwanie materiału wierconego w miarę zagłębiania się wierteł, dzięki czemu nie ma potrzeby wielokrotnego wyjmowania narzędzia, co znacznie przyspiesza pracę. Zgodnie z wynikami badań SPT takie wiertnice z wkrętem ślimakowym mogą wiercić w glebach spoistych (np. glinach) około 70% szybciej niż tradycyjne systemy z rurą wiercącą. Ma to duże znaczenie tam, gdzie czas jest pieniądzem, a pobranie próbek nie stanowi pierwszego priorytetu. Inną zaletą jest prostota obsługi, która zmniejsza ryzyko zapadania się otworów wiertniczych w piaskach i żwirowych gruntach. Niemniej jednak pracownicy powinni stale obserwować sygnały wypychania gruntu lub osuwania się ścian otworu w trakcie wiercenia, aby zachować bezpieczeństwo.

Przewaga rury wiercącej w skałach spójnych, utworach pękniętych oraz wietrzeniowej skały macierzystej

Wiertnice rdzeniowe są niezastąpione przy wierceniu w złożach skalnych o dużej twardości, w obszarach pękniętego gruntu lub w przypadku wietrzelnych skał macierzystych, gdzie zwykłe wierty ślimakowe szybko się zużywają, tracą próbki lub całkowicie odchylają się od zaplanowanej osi. Wersje dwuścienne oraz te wyposażone w końcówki diamentowe pozwalają uzyskać ciągłe próbki o niewielkim stopniu uszkodzenia – co ma kluczowe znaczenie przy analizie warunków panujących pod powierzchnią ziemi. Zgodnie z najnowszymi badaniami przeprowadzonymi w 2023 r. przez United States Geological Survey (USGS), trójrdzeniowe wiertnice rdzeniowe odzyskały od 97 do prawie 100% próbek z pękniętego granitu, podczas gdy standardowe wierty ślimakowe nie osiągnęły nawet 10%. Taka jakość próbek ma decydujące znaczenie dla inżynierów, którzy muszą określić kierunek i rozmieszczenie szczelin w skale, obliczyć tzw. RQD (Rock Quality Designation – wskaźnik jakości skały) oraz dokładnie zmapować granice poszczególnych warstw geologicznych. Te szczegóły mają bezpośredni wpływ na decyzje dotyczące projektowania fundamentów budynków, oceny ryzyka utraty stateczności stoków oraz spełnienia różnych wymogów prawnych. Standardowe wierty ślimakowe po prostu nie są w stanie utrzymać otworu w pionie ani dostarczyć użytecznego materiału po przekroczeniu głębokości kilku stóp w trudnych warunkach gruntowych.

Zgodność celów projektu: integralność danych kontra wydajność

Gdy wierność stratygraficzna jest kluczowa: zastosowania geotechniczne i środowiskowe wymagające nieuszkodzonych próbek rdzeniowych

W przypadku projektów wymagających szczegółowej analizy stratygraficznej, takich jak prace fundamentowe, sprawdzanie stateczności skarp lub badania zanieczyszczeń środowiskowych, wiertniki rdzeniowe pozostają bezkonkurencyjne pod względem jakości próbek. Narzędzia te zachowują strukturę gleby wraz z jej naturalnym poziomem wilgotności oraz ważnymi wzorami pęknięć, które ulegają zniszczeniu przy stosowaniu wiertnic śrubowych. Efekt mieszania wynikający z ekstrakcji za pomocą wiertnicy śrubowej jest po prostu niewystarczający tam, gdzie niewielkie zmiany w zachowaniu się gleby lub lokalizacji zanieczyszczeń mogą całkowicie zmienić decyzje inżynierskie. Większość wiodących firm środowiskowych od dawna przeszła na techniki pobierania próbek rdzeniowych, ponieważ potrzebują one dokładnego śledzenia rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w gruncie oraz zrozumienia ruchu wód gruntowych w utworach skał macierzystych z dokładnością na poziomie standardów laboratoryjnych.

Gdy priorytetem są prędkość i kontrola kosztów: wbijanie pali, instalacja urządzeń technicznych oraz wstępna rozpoznanie terenu

Gdy liczy się prędkość, a budżet wymaga ścisłej kontroli, wiertniki obrotowe stają się prawdziwym atutem. Narzędzia te rzeczywiście znacząco przyspieszają prace związane z wbijaniem pali, montażem słupów urządzeń technicznych lub wstępnym rozpoznaniem terenu. Ciągłe usuwanie gruntu przez te urządzenia przyspiesza procesy o około 40–50% w porównaniu do tradycyjnych metod wiercenia rdzeniowych. Oznacza to mniejszą liczbę godzin pracy ludzkiej oraz krótszy czas wynajmu sprzętu. Działają one szczególnie dobrze w luźnych gruntach i potrafią nawet poradzić sobie z płytką skałą macierzystą bez większych trudności. Dlatego też wykonawcy chętnie stosują je w projektach o ścisłych terminach, takich jak układanie fundamentów farm wiatrowych lub przygotowywanie tras rurociągów przez trudny teren. Zanim przejdzie się do pełnoskalowych operacji wiercenia rdzeniowego, wiele firm najpierw wykonuje wstępne wiercenie wiertnikiem obrotowym, aby uzyskać dane o warunkach podpowierzchniowych, nie przekraczając przy tym budżetu.

Wyjaśnienie kompromisów między jakością otworów wiertniczych a jakością próbek

Przy wyborze między wiertłami obrotowymi a rurami pobierającymi próbki inżynierowie stają przed podstawowym dylematem: szybkość wiercenia kontra jakość próbek – czynnik, który ostatecznie wpływa na rzetelność uzyskanych danych oraz na charakter wyników projektu. Wiertła obrotowe sprawdzają się najlepiej tam, gdzie czas to pieniądz, umożliwiając szybkie tworzenie stabilnych otworów w miększych gruntach. Istnieje jednak pułapka: zakłócają one warstwowość gruntu i generują mieszankę zdeformowanych fragmentów, która nie nadaje się do szczegółowych badań geotechnicznych ani ocen środowiskowych. Rury pobierające próbki rozwiązały ten problem dzięki specjalnemu systemowi rur, który zachowuje integralność próbek gleby i skały – cecha kluczowa przy określaniu wytrzymałości na ścinanie, badaniu przepływu wód gruntowych lub śledzeniu migracji zanieczyszczeń przez poszczególne warstwy. Oczywiście, za tę zaletę trzeba zapłacić. Pobieranie próbek metodą rdzeniową trwa znacznie dłużej – czasem nawet dwa razy dłużej w luźnych materiałach – i wymaga wykwalifikowanych operatorów, którzy potrafią radzić sobie z delikatnymi sytuacjami, np. utratą rdzenia w pękniętych formacjach skalnych. Dla projektów wymagających danych o jakości laboratoryjnej te ograniczenia są akceptowalne. Jeśli jednak głównym celem jest szybka realizacja prac, np. montaż fundamentów palowych, większość wykonawców wybiera wiertła obrotowe, mimo że uzyskane próbki nie są tak bezbłędne.

Czynniki operacyjne: ograniczenia głębokości, wymagania dotyczące wiertnic i doświadczenie załogi

Wydajność na głębokości: wiertła ślimakowe do otworów płytkich–średnich (<30 m); rurki wiertnicze do głębszych otworów wymagających większej wytrzymałości strukturalnej

Wiertła ślimakowe działają bardzo dobrze przy wierceniu otworów płytkich do średnich, o głębokości do ok. 30 metrów, szczególnie w luźnych gruntach, gdzie umożliwiają szybkie wiercenie i skracają czas realizacji projektów. Jednak po przekroczeniu tej głębokości rurki wiertnicze stają się niezbędnym wyposażeniem. Dzieje się tak dlatego, że są one bardziej wytrzymałe i zapewniają stabilność w twardszych skałach występujących na większych głębokościach, zapobiegając osuwaniu się ścian otworu lub przedostawaniu się płynów do próbek, co powodowałoby ich zanieczyszczenie i utratę wartości. Dane z praktyki pokazują, że większość firm odnotowuje współczynnik poboru rdzenia przekraczający 90% w zwartej skałej macierzystej na głębokościach poniżej 50 metrów przy zastosowaniu trójrurowych zestawów wiertniczych. W przypadku wiertła ślimakowego sytuacja wygląda inaczej: jego skuteczność szybko spada w gruncie rozdrobnionym lub w obszarach o dużych zmiennościach warstw gruntowych pomiędzy poszczególnymi punktami.

Zgodność z wiertnicą i próg umiejętności: prostsza konfiguracja wierteł vs precyzyjne protokoły obsługi i orientacji rdzeni

Większość układów wiertniczych z wiertłem ślimakowym działa dość dobrze na standardowych wiertnicach obrotowych, bez konieczności posiadania specjalistycznej wiedzy. Zmniejszają one koszty montażu o około 15–25%, według danych dotyczących efektywności z 2023 r., które ostatnio widzieliśmy. W przypadku tub wiertniczych do pobierania rdzeni sytuacja wygląda inaczej. Wymagają one wiertnic zdolnych do zapewnienia precyzyjnej kontroli obrotów, odpowiedniego zasilania hydraulicznego oraz zwykle specjalistycznych prętów wiertniczych. Poziom umiejętności wymaganych przy tych dwóch metodach różni się diametralnie. Przy wiertłach ślimakowych pracownicy muszą jedynie znać właściwości gruntów oraz sposób obsługi maszyn. Natomiast wiertnica rdzeniowa to zupełnie inna sprawa. Technicy muszą osiągnąć wysoki poziom biegłości w określaniu orientacji warstw pod powierzchnią gruntu, śledzeniu szczelin oraz delikatnym wyjmowaniu rdzeni, aby nie zaburzyć naturalnego układu warstw. Osoby pracujące z tubami wiertniczymi do pobierania rdzeni przeznaczają na szkolenia około 40% więcej czasu, ponieważ uszkodzenie próbek w trakcie ważnych projektów geotechnicznych może być bardzo kosztowne – a nikt tego nie chce.

Najczęściej zadawane pytania

Jakie warunki gruntowe są odpowiednie dla wiertniczych wiertów obrotowych ?

Wiertnicze wierty obrotowe są najbardziej odpowiednie do miększych typów gruntu, takich jak luźne piaski, gleby pylaste i lepkie gliny, ze względu na ich konstrukcję z ciągłym śrubowym żebrem.

Kiedy należy stosować rdzeniówki zamiast wiertów obrotowych?

Rdzeniówki należy stosować do pobierania próbek w jednolitych formacjach skalnych, obszarach pękniętego gruntu lub wietrzałej skały macierzystej, gdzie zachowanie integralności próbki jest kluczowe dla jej analizy.

Jakie są główne zalety eksploatacyjne wiertów obrotowych?

Wiertnicze wierty obrotowe zapewniają dużą szybkość i wydajność, szczególnie w projektach wymagających szybkiego wykonania, np. przy wykonywaniu pali lub instalacjach komunikacyjnych.

W jaki sposób rdzeniówki różnią się od wiertów obrotowych pod względem jakości próbek?

Rdzeniówki zapewniają znacznie lepszą jakość próbek, zachowując integralność gleby i skały – co jest niezbędne do szczegółowej analizy geotechnicznej – w przeciwieństwie do wiertów, które mogą naruszać naturalną strukturę próbki.