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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 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� YKC22 20 1.3 0.35~1.0 40�45�50 20 6.85 YKC20 15 1 0.45~1.0 40�45�50 20 6.18 YKC20-2 12 1 0.3~0.76 56�58 YKC30 2.5 1,0.8,0.7,0.5 40�45�50 40 11.15 GID-1500 3 0.1~1.0 0~30 30 16 CZ30 30 2.5 0.5~1.0 40�45�50 40 13 CZ22 20 1.5 0.35~1.0 40�45�50 22 7 CZ20 20 1.5 40�45�50 20 6.18 CJF-20 240 4.0 0.65,1.0,1.35 36�46 75 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 5.1.1 冲击钻孔施工工艺流程 见图 1 5.1.2 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 5.2.1 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 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 1.05~1.2 16~22 1~2.5 95 95 1.5m 或桩长>40m 或土质较差的桩�≤500mm� 支承桩�不大于设计规定 清孔及泥浆指标 相对密度�1.03~1.10�粘度:17~20Pa.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� 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 25�30cm 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 10�12mm� 法兰边缘比导管外壁大出 40�50mm。

直径 12�16mm 螺栓孔 6�8 个上下两节法兰间应垫以 4�5mm 厚橡胶垫圈�其宽度外侧齐法兰盘边缘�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、1.0m 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 0.2�0.4m 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 3�5min�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 20�30 ㎝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为 6�9kg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。