冲击反循环钻孔法施工工艺.doc

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、公路的桥梁以与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100cm～300cm,钻孔深度50m.冲击钻机适用于所有土层,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机械性能与参数见表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〕YKC22201.30.35~1.040,45,50206.85YKC201510.45~1.040,45,50206.18YKC20-21210.3~0.7656,58  YKC30 2.51,0.8,0.7,0.540,45,504011.15GID-1500 30.1~1.00~303016CZ30302.50.5~1.040,45,504013CZ22201.50.35~1.040,45,50227CZ20201.5 40,45,50206.18CJF-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1～5t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1.5～2.0m.〔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4～8mm厚的钢板加工制成,高度为1500～2000mm.钻孔桩的护筒内径应比钻头直径大200～400mm.护筒顶部应高出地面250～350mm.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.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〕泥浆制备与指标控制.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.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1.05~1.216~221~2.5<4>95<258~10砂土1.2~1.4519~383~5<4>95<158~10碎石土卵石漂石测定方法泥浆相对密度计漏斗黏度计静切力计含砂率计量杯法率失水量仪PH试纸膨润土泥浆具有相对密度低、黏度好、含砂量小、失水量小、拟皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具冲击阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点,是钻孔施工的优质泥浆.其制备的主要材料是膨润土和水,外加剂有分散剂,增黏剂,防漏剂.黏土泥浆的主要材料为：黏土,水,纯碱,外加剂〔分散剂和增黏剂〕.泥浆的配合比应视地质情况、施工机械等条件选定.选定配合比后,经过配制试验并修正后确定泥浆配合比.钻进成孔〔1〕开孔钻进的控制.开孔时应扶正锤头用小冲程低锤密击.如表土为淤泥、松散细沙等软弱土层,可加黏土块夹小片石,反复冲击造壁,保证护筒的稳定,控制好桩位中心.必须保证泥浆的供给,使孔内浆液稳定.冲击反循环钻进也应从正循环开始,待泵吸反循环系统可以正常工作时才用反循环钻进.〔2〕冲击〔反循环〕成孔工艺.1〕冲击钻孔法成孔工艺.冲击钻孔法是利用电力起重力,带动卷扬机上的单根钢丝绳,通过桅杆上的导向轮提引钻头作上下冲击运动,形成瞬时冲击力破碎岩土,其钻碴由孔内泥浆承托上浮,待冲击一段时间后,提出钻头,再利用桅杆上的副绳提引抽碴筒入孔内捞碴,倾倒入泥浆槽内流入沉淀池内净化,再供使用,如此往复的成孔方法即为冲击钻孔法的施工工艺.2〕冲击反循环钻孔法成孔工艺.从钻机同步卷筒引出来2根受力相等的正、反转钢丝绳,经冲击梁和桅杆的导向滑轮,提引冲击钻头,然后起动电动机,通过传动机构驱动冲击机构,拉动钢丝绳带动钻头作上下冲击运动,形成瞬时冲击力破碎岩土,同时在两根主钢丝绳之间放置由副卷扬机提引的排碴系统,排碴管的下端在钻头的中心管内,钻头作上下冲击运动时,排碴管除了随着钻孔进尺间歇下放外,一般保持不动,并在冲击的同时启动砂石泵连续排出钻碴,此种成孔方式即为冲击反循环钻孔法施工工艺.①开始钻基岩时应低锤密击或间断冲击,以免偏斜.如发现钻孔偏斜,应立即回填片石至片孔处上部0.3～0.5m,重新钻进.②遇弧石时可适当抛填硬度相似的片石,采用重锤冲击,或中低冲程交替冲击,将大弧石击碎挤入孔壁.③必须准确控制松绳长度,避免打空锤.一般不宜用高冲程,以免扰动孔壁,引起坍孔、扩孔或卡钻事故.④经常检查钢丝绳的磨损情况,卡扣松紧程度、转向装置是否灵活,以免掉钻.⑤经常检查冲击钻头的磨损情况,如磨损较大,切削角不符合要求时要与时更换修理,以提高钻进效率和防止卡钻等事故.⑥勤松绳：防止打空锤,避免钢丝绳承受过大的意外荷载而遭受破坏；⑦勤补浆：保持泥浆浓度,使孔内钻碴能与时排出孔外；⑧勤取渣：使钻锤经常冲击新鲜地层.〔3〕扩孔率的施工控制.扩孔率过大是因为钻锤摆动过大或因地层松软冲击振动力过大,或因钻头直径过大均可造成.必须控制钻锤的摆动和冲程的大小,改善钻头直径的匹配,以控制扩孔率.〔4〕泥浆回收与排渣处理.钻孔时,采用泥浆悬浮钻渣和护壁,因施工中水泥、土粒等混入与泥浆渗入孔壁等原因使泥浆性能改变,以与为了回收泥浆原料和减少环境污染,可使用机械、物理、化学等方法使泥浆净化与再生,可在现场设置泥浆池、沉淀池等泥浆循环净化系统,钻碴应集中运至弃碴场处理切忌污染环境.泥浆池、沉淀池的池面高程应比护筒低0.5～1m,以利泥浆回流畅顺,位置布局要合理,不得妨碍吊机和钻机行走.泥浆池的容量为每根桩排渣量的1.5倍～2倍.应有专人清除沟槽沉淀物,多余的泥浆要与时排出坑槽,保证不淤塞,维护泥浆沟〔槽〕、沉淀池、泥浆池的工作性能.〔5〕终孔时的清孔方法与验孔标准.冲击正循环钻孔完成后即用抽碴法清孔,直至孔底沉碴厚度满足要求为止.冲击反循环钻孔采用换浆法清孔使孔内泥浆达到标准为止.清孔过程中,必须与时补给足够的泥浆,并保持孔内浆液面的稳定.冲击钻孔成孔质量标准见表3.表3  冲击钻孔成孔质量标准项目允许偏差孔的中心位置〔mm〕群桩：100；单排桩:50孔径〔mm〕不小于设计桩径倾斜度小于1%孔深摩擦桩：符合设计要求；支承桩：比设计深度超深不小于50mm沉淀厚度〔mm〕摩擦桩：符合设计要求,当设计无要求时,对于桩径≤1.5m的桩,≤300mm；对于桩径>1.5m或桩长>40m或土质较差的桩,≤500mm；支承桩：不大于设计规定.清孔与泥浆指标相对密度：1.03~1.10；粘度:17~20Pa.s；含砂率：<2%；胶体率：>98%6钻孔异常的预防与处理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.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与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,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与检验方法》执行.混凝土配合比设计：混凝土配合比应根据混凝。