冲击反循环钻孔法施工工艺.docx
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冲击反循环钻孔法施工工艺
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
<4
>95
<25
8~10
砂土
1.2~1.45
19~38
3~5
<4
>95
<15
8~10
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。
5.2.2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及时更换修理，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，使孔内钻碴能及时排出孔外；
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）泥浆回收及排渣处理。
钻孔时，采用泥浆悬浮钻渣和护壁，因施工中水泥、土粒等混入及泥浆渗入孔壁等原因使泥浆性能改变，以及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，多余的泥浆要及时排出坑槽，保证不淤塞，维护泥浆沟（槽）、沉淀池、泥浆池的工作性能。
（5）终孔时的清孔方法及验孔标准。
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，必须及时补给足够的泥浆，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。
清孔及泥浆指标
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，一般宜控制在2～4m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20～25㎜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，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
1
2
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
1
3
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
24
10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。
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