冲击反循环钻孔法施工工艺

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1、冲击反循环钻孔法施工工艺1前言随着国民经济的发展，铁路、公路的桥梁以及高层建筑的基础大多采用钻孔灌注桩基础，其成孔方法较多，而冲击钻孔法是常见的一种，因它能适应各种地层特别是冲击硬质岩层优势明显。近年来，使用冲击反循环钻孔法成孔速度大有提高，因而在复杂地质中的钻孔灌注桩基础大多优先选用冲击钻孔法来解决施工中的疑难问题。2工艺特点（1）设备简单，操作方便。（2）可以采用反循环冲击成孔提高效率。（3）可以穿过漂石、卵石、砾石等地层。（4）对处理复杂地层中的基础有显著的优点。（5）它可直接投入粘土块入孔自行造浆。3适用范围冲击钻孔法适用于孔径100cm300cm，钻孔深度50m。冲击钻机适用于所有土

2、层，采用实心锤钻进时，在漂、卵石和基岩中显得比其他方法优越。4机械性能及参数见表1。表1 常用冲击钻机技术性能表钻孔类型卷筒负荷（kN）钻头最大重量（t）冲程（m）冲击频率（次/min-1）电动机功率（k）钻机质量（t）YKC22201.30.351.040，45，50206.85YKC201510.451.040，45，50206.18YKC20-21210.30.7656，58YKC302.51,0.8,0.7,0.540，45，504011.15GID-150030.11.00303016CZ30302.50.51.040，45，504013CZ22201.50.351.040，45，5

3、0227CZ20201.540，45，50206.18CJF-202404.00.65,1.0,1.3536，4675冲击钻孔系统设备由冲击钻头、三脚立架、卷扬机组成。冲击钻机配有15t重的冲击锥。国产的冲击钻机主要是CZ型的CZ-30、CZ-28、CZ-22等，另外还有YKC-31、YKC-30等型号。5钻孔施工5.1施工工艺流程冲击钻孔施工工艺流程见图1。 冲击反循环钻孔施工工艺流程见图2。图1 冲击钻孔施工工艺流程图图2 冲击反循环钻孔施工工艺流程5.2施工工艺步骤 施工准备（1）平整场地（陆地）。平整场地应达到“三通一平”，以便钻机安装和移位；对于不利于施工机械运行的松散场地，应采取硬

4、化、加固等措施。场地要采取有效的排水措施。根据施工图设计，合理选择和确定进出线路和钻孔顺序，制定场地布置方案。合理的安排泥浆池、沉淀池的位置，沉淀池的容积应满足2个孔以上排渣量的需要。（2）围堰筑岛（浅水）。对于浅水区域的桩基施工，可采用围堰筑岛方式施工，筑岛填料宜用粘土，岛面要有足够的施工场地，岛面标高应高出施工水位1.52.0m。（3）平台施工（深水）。对于场地为深水时，可采用钢管桩施工平台、双壁钢围堰平台等固定式平台，也可采用浮式施工平台。（4）测量定位。桩位放样后，应埋设好护桩，并做好测量交底,随时进行检查。（5）制作埋设护筒。护筒一般用48mm厚的钢板加工制成，高度为15002000

5、mm。钻孔桩的护筒内径应比钻头直径大200400mm。护筒顶部应高出地面250350mm。护筒顶高程，采用反循环时应高出地下水位2.0m。护筒位置要根据设计桩位，按纵横轴线中心埋设。埋设护筒的坑不要太大。坑挖好后，将坑底整平，然后放入护筒，经检查位置正确，筒身竖直后，四周即用黏土回填，分层夯实，并随填随观察，防止填土时使护筒位置偏移。护筒埋好后应复核校正，护筒中心与桩位中心应重合，偏差不得大于50。护筒的埋设深度：在黏土中不宜小于1m；在砂土中不宜小于1.5m，并保持孔内泥浆液面高于地下水位1m以上。（6）钻机就位安装。 钻孔机就位时，必须保持平稳，不发生倾斜、位移，其下部要用方木垫平，塞牢。

6、桅杆顶端用钢丝绳对称拉紧。为准确控制钻孔深度，应在机架上或机座上作出控制的标尺，以便在施工中进行观测、记录。冲击反循环钻孔采用液压起塔、液压步履纵、横移位安装就位。（7）泥浆制备及指标控制。泥浆必须具备的性质：物理稳定性，静置相当时间其性质不变化，不因重力而沉淀。化学稳定性，不因水泥、海水等异物混入而污染。适当的比重。比重大对护壁、浮渣有利，但比重太大会使泵的能力不足也影响钻进速度。良好的触变性。要求泥浆在流动时，阻力很小，以便泵送。当停止钻孔时，泥浆能很快凝聚成凝胶状，避免浆中砂粒迅速下沉，同时也维持孔壁稳定。形成薄而韧的泥皮，黏附于孔壁上，不透水，不坍塌。能够容易从沉淀池，旋转器中分离出来

7、。不产生过多气泡。泥浆性能指标见表2。表2 泥浆性能指标表钻孔方法地层情况泥浆性能指标要求相对密度黏度（s）静切力（MPa）含砂率（%）胶体率（%）失水率（ml/30in）酸碱度（pH值）冲击钻机黏性土1.051.2162212.59525810砂土1.21.45193835951.5m或桩长40m或土质较差的桩，500mm；支承桩：不大于设计规定。 清孔及泥浆指标相对密度：1.031.10；粘度:1720Pa.s；含砂率：98%6钻孔异常的预防及处理6.1坍孔坍孔不严重时，可回填片石、粘土至坍孔位置以上，采取改善泥浆性能、加高水头、埋深护筒等措施继续钻进；若坍孔严重时，应立即将钻孔全部用砂或

8、小砾石夹黏土回填重钻。为避免埋钻坍孔，应加大泥浆比重，快速钻进；对于冲击法成孔，应用小冲程，可以抛碎石土或片石，反复冲砸以加固孔壁。必要时采取全护筒跟进，但是护筒很难拔出，成本较高。6.2弯孔出现孔身偏斜、弯曲，不严重者，可重新调整钻机继续钻进或在偏斜处吊挂钻头反复扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时应回填硬质带棱的石块，多填高0.5m反复冲击修孔。预防措施：钻机安装牢固，机架不摆动，保证吊绳始终对准孔心；基地夯实，防止不均匀沉降引起钻机倾斜。6.3卡钻在冲击钻孔时，常发生卡钻。卡钻后不宜强提，应查明原因和钻头位置采取晃动大绳带动钻头，使钻头松动后再提起，也可用半圆形钻头修孔将钻头周围的钻渣松动后提出

9、。在岩层中冲击钻孔，钻头磨损快，在更换钻头后应首先扩孔，防止卡钻。6.4掉钻掉钻落物时，宜迅速用叉、钩、绳套等工具打捞。防止埋钻发生，埋钻时可采用空气吸泥机吸走埋钻的泥沙，再下钩、绳套打捞。6.5溶洞在穿透溶洞顶板时，要用小冲程反复冲击，慢慢击穿岩层，不可猛冲快进。如有填充物、溶洞较小，可回填片石、粘土块并立即加水利用钻头冲击将粘土块和片石挤入溶洞及其裂隙中形成一个封闭的环形壁，继续冲击钻进。如溶洞较大，又无填充物，可用内护筒跟进的办法穿过溶洞继续钻进成孔。7灌注桩身水下砼7.1原材料的选择和配合比拌合站拌制混凝土所用水泥、粗骨料、细骨料、掺合物（粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉）、外加剂和水等原材料

10、，其质量标准应符合施工图和铁路混凝土工程施工质量验收补充标准的要求，其质量检验方法、检验要求参照铁路混凝土用原材料质量标准及检验方法执行。混凝土配合比设计：混凝土配合比应根据混凝土原材料品质、施工图要求强度等级、耐久性以及施工工艺对工作性的要求，通过试配、调整的步骤选定。配制的混凝土拌合物应满足施工过程中混凝土工作性能的要求，配制成的混凝土应满足施工图标示强度、耐久性等质量要求。混凝土的水胶比、胶凝材料用量、矿物掺和料用量、混凝土含碱量、氯离子总含量等配合比技术参数应符合规定。7.2制安钢筋笼及检测管钢筋笼在制作、运输和安装过程中，应采取措施防止变形。吊入桩孔内，将钢筋笼进行有效固定，防止灌注

11、混凝土时钢筋笼移位和上浮。检测管接头顺直牢靠，与钢筋笼的主筋焊接固定，安装期间检测管内注清水；检测管上、下端口用钢板密封，严禁泥浆或水泥浆进入管内，确保混凝灌筑后管道畅通。7.3导管的配置、试压及安装（1）导管的配置。导管是灌注水下混凝土的重要工具，用钢板卷制焊成或用无缝钢管制作。其直径按桩长、桩径和每小时需要通过的混凝土数量决定，一般2530cm。导管分节长度应便于拆装和搬运，并小于导管提升设备的提升高度。中间节两端焊有法兰，以便用螺栓相互连接。法兰厚度1012mm，法兰边缘比导管外壁大出4050mm。直径1216mm螺栓孔68个。上下两节法兰间应垫以45mm厚橡胶垫圈，其宽度外侧齐法兰盘边

12、缘，内侧宜稍窄于法兰内边缘。为防止在提升导管时卡挂钢筋骨架，可在每节导管上套装一个用1.5mm厚钢板制的锥形活动护罩，罩住下法兰。导管制作应力求坚固，内壁应圆滑、顺直、光洁和无局部凹凸。各节导管内径应大小一致：偏差不大于2mm。导管上下法兰应与导管轴线垂直。为保持法兰位置正确和防止焊接时变形，焊制可在特制的胎具上进行。（2）导管的试压。在导管使用前进行水压试验和接头抗拉试验，严禁用气压试压，禁止使用漏水导管。进行试压的水压不应小于孔内水深的1.3倍的压力，也不应小于导管壁和焊缝可能承受混凝土时最大内压力的1.3倍。（3）导管的安装。中间节一般长2m，下端节可加长至4m，漏斗下可配长0.5、1.

13、0m的上端节导管，以便调节漏斗的高度。导管下口与孔底距离以0.20.4m为宜。7.4 二次清孔的方法或措施钻孔应经成孔质量检验合格后，方可开始灌注工作。当钢筋笼和导管好，灌注前应对孔底沉淀层厚度再进行一次测定。如沉渣厚度超过规定，可用喷射法向孔底喷射35min，使沉渣悬浮，直至合格后，及时灌注首批混凝土。7.5导管隔水栓的方式及初始砼的储备混凝土初灌时采用泡沫材料制作的圆柱形隔水栓，高14cm，直径比导管内经小1cm，用18#铁丝吊住该栓放置导管上口以下2030深处。剪球、拔栓或开阀，将首批混凝土灌入孔底后，立即测探孔内混凝土面高度，计算出导管内埋置深度，如符合要求，即可正式灌注。7.6砼的灌

14、注方式及砼表面的测量方法(1)首批灌注混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度(1.0m)和填充导管底部的需要，见图3，所需混凝土数量可参考公式计算：式中 V灌注首批混凝土所需数量（m3）；D桩孔直径（m）；H1桩孔底至导管底端间距，一般为0.4m；H2导管初次埋置深度（m）；d导管内径（m）；h1桩孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压力所需的高度（m），即H1=/；式中 孔内泥浆的深度（m）；孔内泥浆的重度（m）；混凝土拌合物的重度，取24kN/m3。（2）灌注开始后，应紧凑地、连续地进行，严禁中途停工。尽量缩短拆除导管时间，下料掌握好速度，不宜太快太猛，以免造成气

15、堵。（3）灌注过程中要防止混凝土拌合物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底。使泥浆内含有水泥而变稠凝结，而使测深不准确。灌注过程中，应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度。正确指导导管的提升和拆除。（4）深锤法测量混凝土表面。目前多采用绳系重锤吊入孔内，所示锤的沉入深度作为混凝土灌注高度。完全凭探测者手中所提测锤在接触混凝土顶面以前与接触混凝土顶面以后不同重量的感觉而判别。测深桩的测锤的重量以重一些为好，为防止测深锤接触混凝土表面后陷入太深，以平底为宜，且底面积不宜太小。一般制成圆椎形。锤底直径15cm左右，锤用铁铸成，其重量视所系绳种类、测探深度和泥浆比重等而定。一般

16、为69kg。测绳用质轻、拉力强、遇水不伸缩、标有尺度的测绳为宜。（5）水下混凝土的灌注一般采用泵送入孔，也有用吊车提吊斗的方式灌注，但必须连续不能间隙。7.7 导管的埋深及拆卸灌注混凝土时，导管埋入混凝土的深度，一般宜控制在24m较好，在任何情况下，不得少于1m或大于6m。少于1m时，易发生提导管时提漏事故，大于6m以上时，易发生埋管提不出来的事故。提管前须仔细探测混凝土面深度。用测深锤探测时，须由2人用2个测锤测探，防止误测。提导管及拆卸导管的高度须在测量人员的指导下进行，拆卸导管在孔口进行，要准确无误，要快。7.8 灌注超桩顶混凝土的控制为确保桩顶质量，在施工图桩顶高程以上超灌一定高度，确

17、保桩身混凝土的质量，灌注结束后将此段混凝土凿除。增加的高度，可按孔深、成孔方法、清孔方法确定，一般不宜小于0.5m，深桩不宜小于1.0m。混凝土灌注到接近施工桩顶标高时，工地值班人员要计算还需要的混凝土数量（计算时应将导管内的数量估计在内），通知拌合站按需要数量拌制，以免造成浪费。7.9拔出导管及混凝土质量检查评定在灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含渣土稠度增加，比重增大。如出现混凝土顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出部分沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶沉淀的泥浆挤入导管下，形成泥心或空心。桩身混凝土灌注

18、完成后待强度达到要求时，必须进行灌注桩的无损检测。通常是利用桩身预埋的声测管进行超声波检测混凝土的完整性，由此评定桩的质量，检测单位必须要有资质的专业机构进行。7.10 按设计进行孔底压浆桩身混凝土灌注后，用高压水进行预埋的注浆孔初裂，使套筒包裹的出浆口开裂。在桩身混凝土灌注后，在桩身混凝土强度及时间满足设计要求后开始进行桩底压浆，采用膨润土、水泥、水、缓凝剂拌制成的不收缩混合浆液，其7天最小抗压强度为5MPa。浆液按剂量通过注浆回路依次压注，所有回路应以规定的剂量轮流压注或达到规定的的压力后维持10min，第一循环压注完成后不少于6 小时开始下一轮的压注，直至满足设计要求。8灌注异常的预防及

19、处理8.1堵管在灌注过程中，混凝土在导管中下不去，称为堵管或卡管。堵管有以下两种情况。第一、剪球时卡管：在灌注水下混凝土时，经常会产生剪球时卡管的情况，出现这种情况的原因，一是塞球制作不合理，塞球直径与导管直径差别太小，剪球前由于砂浆或细石料渗入导管与球壁之间造成堵塞。如果是这种情况，在不浪费混凝土的前提下，用一定长度（一般比漏斗长2m左右）直径为2025的钢筋捅球塞，使混凝土下落。或利用机械振动使混凝土下落，这种方法要求操作技术娴熟，以保证混凝土在下落时导管回落到正常灌注的位置。第二、由于混凝土本身的原因，如塌落度过小，流动性太差、夹有大粒径骨料、拌制不均匀，以及运输中产生离析、导管接缝处漏

20、水、雨天运送混凝土未加遮盖等，使混凝土中的水泥浆被冲走，粗集料集中而造成导管堵塞。补救方法可用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳抖动导管，或在导管上安装附着式振捣器等使塞球下落。如仍不能下落时，则应将导管连同其内的混凝土提出孔，进行清理整修，然后重新吊装导管，重新灌注。一旦有混凝土拌合物落入井孔，须将散落在孔底的拌合物粒料等予以清除。同时必须注意：第一斗混凝土坍落度一般以控制在水下混凝土坍落度规定的高限为宜，为确保剪球顺利，可适当控制石料用量，待剪球完成后，再按正常配合比进行拌制。如果采取措施后混凝土仍不能下落，时间又长，只能放弃这一斗混凝土，适当清孔或用空压机对孔底进行扰动后重新灌注混凝土。8.2导

21、管漏水导管漏水主要原因有：第一、首批混凝土储量不足，或虽然混凝土储量足够，但导管底口距孔底的间距较大，混凝土下落后不能埋设导管底口，以至泥水从底口进入导管。第二、导管接头不密封，接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开，或焊缝破裂，水从接头或焊缝中流入。预防和处理方法：如果是原因一引起导管进水，应立即将导管提出，用空气吸泥机、水利吸泥机清出。不得已时需要将导管、钢筋笼提出来采取复钻清除。然后重新下放钢筋笼、导管并投入足够数量的首批混凝土，重新灌注。如果是原因二引起导管进水，应视具体情况，拔换原管下新管，或用整修后的原导管插入重灌，但应将孔内已灌注混凝土清理干净，否则视为断桩。8.3提漏导管导管提升过猛，

22、或测深出错，导管底口超出已灌混凝土面，底口涌入泥水，此时已灌注失败造成断桩，应及时提出导管及钢筋笼重钻，因此在灌注中应准确测量从而指导提导管和拆卸导管的高度防止断桩事故的发生。9劳动力组织见表4。表4 人员配置表序号工班分类人员名称人数1吊装作业工班指挥导管升降1装卸导管4洗刷导管2吊车司机12砼灌注工班混凝土拌制3储料斗内铲耙和拌匀混凝土4开关储料斗闶门，掌握漏斗进料1混凝土罐车司机2泵车司机2装载机司机13砼灌注质量监控组测量混凝土高度兼记录2混凝土坍落度测试、泥浆指标测试及检查试件制作1合计2410安全生产及环境保护施工员进入现场必须佩戴安全帽，混凝土搅拌站工作人员要穿防护服，工人水上作业时要穿救生衣。非工作人员不得进入施工区域，以防发生人身安全事故。注意机电安全，非专业人员不得随意接触、使用机电设备。混凝土灌注过程中排出的泥浆要通过引流集中沉淀处理，不得随地排放或引入河流。废弃不用的泥浆、混凝土等要集中处理，不得随地丢弃。混凝土灌注过程中及灌注完毕后，清洗管道、机械的废水不得随意排放或引入河流，以免造成环境污染。11结语冲击钻孔灌注桩的施工工艺是桩基础中很常规的一种成孔成桩方法，具有很大的广泛性，不管是现在还是将来的桩基施工中都占有重要的地位。