沖擊反循環(huán)鉆孔法施工工藝標準

1、沖擊反循環(huán)鉆孔法施工工藝1前言隨著國民經濟的發(fā)展，鐵路、公路的橋梁以及高層建筑的基礎大多采用鉆孔灌注樁基礎，其成孔方法較多，而沖擊鉆孔法是常見的一種，因它能適應各種地層特別是沖擊硬質巖層優(yōu)勢明顯。近年來，使用沖擊反循環(huán)鉆孔法成孔速度大有提高，因而在復雜地質中的鉆孔灌注樁基礎大多優(yōu)先選用沖擊鉆孔法來解決施工中的疑難問題。2工藝特點（1）設備簡單，操作方便。（2）可以采用反循環(huán)沖擊成孔提高效率。（3）可以穿過漂石、卵石、礫石等地層。（4）對處理復雜地層中的基礎有顯著的優(yōu)點。（5）它可直接投入粘土塊入孔自行造漿。3適用圍沖擊鉆孔法適用于孔徑100cm300cm，鉆孔深度50m。沖擊鉆機適用于所有土層

2、，采用實心錘鉆進時，在漂、卵石和基巖中顯得比其他方法優(yōu)越。4機械性能及參數見表1。表1   常用沖擊鉆機技術性能表鉆孔類型卷筒負荷（kN）鉆頭最大重量（t）沖程（m）沖擊頻率（次/min-1）電動機功率（k）鉆機質量（t）YKC22201.30.351.040，45，50206.85YKC201510.451.040，45，50206.18YKC20-21210.30.7656，58  YKC30 2.51,0.8,0.7,0.540，45，504011.15GID-1500 30.11.00303016CZ30302.50.51.0

3、40，45，504013CZ22201.50.351.040，45，50227CZ20201.5 40，45，50206.18CJF-202404.00.65,1.0,1.3536，4675 沖擊鉆孔系統(tǒng)設備由沖擊鉆頭、三腳立架、卷揚機組成。沖擊鉆機配有15t重的沖擊錐。國產的沖擊鉆機主要是CZ型的CZ-30、CZ-28、CZ-22等，另外還有YKC-31、YKC-30等型號。5鉆孔施工5.1施工工藝流程5.1.1沖擊鉆孔施工工藝流程見圖1。5.1.2 沖擊反循環(huán)鉆孔施工工藝流程見圖2。圖1   沖擊鉆孔施工工藝流程圖圖2  沖擊反循環(huán)鉆孔施工

4、工藝流程5.2施工工藝步驟5.2.1 施工準備（1）平整場地（陸地）。平整場地應達到“三通一平”，以便鉆機安裝和移位；對于不利于施工機械運行的松散場地，應采取硬化、加固等措施。場地要采取有效的排水措施。根據施工圖設計，合理選擇和確定進出線路和鉆孔順序，制定場地布置方案。合理的安排泥漿池、沉淀池的位置，沉淀池的容積應滿足2個孔以上排渣量的需要。（2）圍堰筑島（淺水）。對于淺水區(qū)域的樁基施工，可采用圍堰筑島方式施工，筑島填料宜用粘土，島面要有足夠的施工場地，島面標高應高出施工水位1.52.0m。（3）平臺施工（深水）。對于場地為深水時，可采用鋼管樁施工平臺、雙壁鋼圍堰平臺等固定式平臺，也可采用浮式

5、施工平臺。（4）測量定位。樁位放樣后，應埋設好護樁，并做好測量交底,隨時進行檢查。（5）制作埋設護筒。護筒一般用48mm厚的鋼板加工制成，高度為15002000mm。鉆孔樁的護筒徑應比鉆頭直徑大200400mm。護筒頂部應高出地面250350mm。護筒頂高程，采用反循環(huán)時應高出地下水位2.0m。護筒位置要根據設計樁位，按縱橫軸線中心埋設。埋設護筒的坑不要太大。坑挖好后，將坑底整平，然后放入護筒，經檢查位置正確，筒身豎直后，四周即用黏土回填，分層夯實，并隨填隨觀察，防止填土時使護筒位置偏移。護筒埋好后應復核校正，護筒中心與樁位中心應重合，偏差不得大于50。護筒的埋設深度：在黏土中不宜小于1m；在

6、砂土中不宜小于1.5m，并保持孔泥漿液面高于地下水位1m以上。（6）鉆機就位安裝。 鉆孔機就位時，必須保持平穩(wěn)，不發(fā)生傾斜、位移，其下部要用方木墊平，塞牢。桅桿頂端用鋼絲繩對稱拉緊。為準確控制鉆孔深度，應在機架上或機座上作出控制的標尺，以便在施工中進行觀測、記錄。沖擊反循環(huán)鉆孔采用液壓起塔、液壓步履縱、橫移位安裝就位。（7）泥漿制備及指標控制。泥漿必須具備的性質：物理穩(wěn)定性，靜置相當時間其性質不變化，不因重力而沉淀?；瘜W穩(wěn)定性，不因水泥、海水等異物混入而污染。適當的比重。比重大對護壁、浮渣有利，但比重太大會使泵的能力不足也影響鉆進速度。良好的觸變性。要求泥漿在流動時，阻力很小，以便泵送。當停止

7、鉆孔時，泥漿能很快凝聚成凝膠狀，避免漿中砂粒迅速下沉，同時也維持孔壁穩(wěn)定。形成薄而韌的泥皮，黏附于孔壁上，不透水，不坍塌。能夠容易從沉淀池，旋轉器中分離出來。不產生過多氣泡。泥漿性能指標見表2。表2   泥漿性能指標表鉆孔方法地層情況泥漿性能指標要求相對密度黏度（s）靜切力（MPa）含砂率（%）膠體率（%）失水率（ml/30in）酸堿度（pH值）沖擊鉆機黏性土1.051.2162212.5<4>95<25810砂土1.21.45193835<4>95<15810碎石土卵石漂石測定方法泥漿相對密度計漏斗黏度計靜切力計含砂率計量杯法率失水量儀

8、PH試紙膨潤土泥漿具有相對密度低、黏度好、含砂量小、失水量小、擬皮薄、穩(wěn)定性強、固壁能力高、鉆具沖擊阻力小、鉆進率高、造漿能力大等優(yōu)點，是鉆孔施工的優(yōu)質泥漿。其制備的主要材料是膨潤土和水，外加劑有分散劑，增黏劑，防漏劑。黏土泥漿的主要材料為：黏土，水，純堿，外加劑（分散劑和增黏劑）。泥漿的配合比應視地質情況、施工機械等條件選定。選定配合比后，經過配制試驗并修正后確定泥漿配合比。5.2.2 鉆進成孔（1）開孔鉆進的控制。開孔時應扶正錘頭用小沖程低錘密擊。如表土為淤泥、松散細沙等軟弱土層，可加黏土塊夾小片石，反復沖擊造壁，保證護筒的穩(wěn)定，控制好樁位中心。必須保證泥漿的供給，使孔漿液穩(wěn)定。沖擊反循環(huán)

9、鉆進也應從正循環(huán)開始，待泵吸反循環(huán)系統(tǒng)可以正常工作時才用反循環(huán)鉆進。（2）沖擊（反循環(huán)）成孔工藝。1）沖擊鉆孔法成孔工藝。沖擊鉆孔法是利用電力起重力，帶動卷揚機上的單根鋼絲繩，通過桅桿上的導向輪提引鉆頭作上下沖擊運動，形成瞬時沖擊力破碎巖土，其鉆碴由孔泥漿承托上浮，待沖擊一段時間后，提出鉆頭，再利用桅桿上的副繩提引抽碴筒入孔撈碴，傾倒入泥漿槽流入沉淀池凈化，再供使用，如此往復的成孔方法即為沖擊鉆孔法的施工工藝。2）沖擊反循環(huán)鉆孔法成孔工藝。從鉆機同步卷筒引出來2根受力相等的正、反轉鋼絲繩，經沖擊梁和桅桿的導向滑輪，提引沖擊鉆頭，然后起動電動機，通過傳動機構驅動沖擊機構，拉動鋼絲繩帶動鉆頭作上下

10、沖擊運動，形成瞬時沖擊力破碎巖土，同時在兩根主鋼絲繩之間放置由副卷揚機提引的排碴系統(tǒng)，排碴管的下端在鉆頭的中心管，鉆頭作上下沖擊運動時，排碴管除了隨著鉆孔進尺間歇下放外，一般保持不動，并在沖擊的同時啟動砂石泵連續(xù)排出鉆碴，此種成孔方式即為沖擊反循環(huán)鉆孔法施工工藝。開始鉆基巖時應低錘密擊或間斷沖擊，以免偏斜。如發(fā)現鉆孔偏斜，應立即回填片石至片孔處上部0.30.5m，重新鉆進。遇弧石時可適當拋填硬度相似的片石，采用重錘沖擊，或中低沖程交替沖擊，將大弧石擊碎擠入孔壁。必須準確控制松繩長度，避免打空錘。一般不宜用高沖程，以免擾動孔壁，引起坍孔、擴孔或卡鉆事故。經常檢查鋼絲繩的磨損情況，卡扣松緊程度、轉

11、向裝置是否靈活，以免掉鉆。經常檢查沖擊鉆頭的磨損情況，如磨損較大，切削角不符合要求時要及時更換修理，以提高鉆進效率和防止卡鉆等事故。勤松繩：防止打空錘，避免鋼絲繩承受過大的意外荷載而遭受破壞；勤補漿：保持泥漿濃度，使孔鉆碴能及時排出孔外；勤取渣：使鉆錘經常沖擊新鮮地層。（3）擴孔率的施工控制。擴孔率過大是因為鉆錘擺動過大或因地層松軟沖擊振動力過大，或因鉆頭直徑過大均可造成。必須控制鉆錘的擺動和沖程的大小，改善鉆頭直徑的匹配，以控制擴孔率。（4）泥漿回收及排渣處理。鉆孔時，采用泥漿懸浮鉆渣和護壁，因施工中水泥、土粒等混入及泥漿滲入孔壁等原因使泥漿性能改變，以及為了回收泥漿原料和減少環(huán)境污染，可使

12、用機械、物理、化學等方法使泥漿凈化與再生，可在現場設置泥漿池、沉淀池等泥漿循環(huán)凈化系統(tǒng)，鉆碴應集中運至棄碴場處理切忌污染環(huán)境。泥漿池、沉淀池的池面高程應比護筒低0.51m，以利泥漿回流暢順，位置布局要合理，不得妨礙吊機和鉆機行走。泥漿池的容量為每根樁排渣量的1.5倍2倍。應有專人清除溝槽沉淀物，多余的泥漿要及時排出坑槽，保證不淤塞，維護泥漿溝（槽）、沉淀池、泥漿池的工作性能。（5）終孔時的清孔方法及驗孔標準。沖擊正循環(huán)鉆孔完成后即用抽碴法清孔，直至孔底沉碴厚度滿足要求為止。沖擊反循環(huán)鉆孔采用換漿法清孔使孔泥漿達到標準為止。清孔過程中，必須及時補給足夠的泥漿，并保持孔漿液面的穩(wěn)定。沖擊鉆孔成孔質

13、量標準見表3。表3  沖擊鉆孔成孔質量標準項目允許偏差孔的中心位置（mm）群樁：100；單排樁:50孔徑（mm）不小于設計樁徑傾斜度小于1%孔深摩擦樁：符合設計要求；支承樁：比設計深度超深不小于50mm沉淀厚度（mm）摩擦樁：符合設計要求，當設計無要求時，對于樁徑1.5m的樁，300mm；對于樁徑>1.5m或樁長>40m或土質較差的樁，500mm；支承樁：不大于設計規(guī)定。 清孔及泥漿指標相對密度：1.031.10；粘度:1720Pa.s；含砂率：<2%；膠體率：>98%6鉆孔異常的預防及處理6.1坍孔坍孔不嚴重時，可回填片石、粘土至坍孔位置以上，采取改善泥漿性

14、能、加高水頭、埋深護筒等措施繼續(xù)鉆進；若坍孔嚴重時，應立即將鉆孔全部用砂或小礫石夾黏土回填重鉆。為避免埋鉆坍孔，應加大泥漿比重，快速鉆進；對于沖擊法成孔，應用小沖程，可以拋碎石土或片石，反復沖砸以加固孔壁。必要時采取全護筒跟進，但是護筒很難拔出，成本較高。6.2彎孔出現孔身偏斜、彎曲，不嚴重者，可重新調整鉆機繼續(xù)鉆進或在偏斜處吊掛鉆頭反復掃孔，使鉆孔正直。偏斜嚴重時應回填硬質帶棱的石塊，多填高0.5m反復沖擊修孔。預防措施：鉆機安裝牢固，機架不擺動，保證吊繩始終對準孔心；基地夯實，防止不均勻沉降引起鉆機傾斜。6.3卡鉆在沖擊鉆孔時，常發(fā)生卡鉆?？ㄣ@后不宜強提，應查明原因和鉆頭位置采取晃動大繩帶

15、動鉆頭，使鉆頭松動后再提起，也可用半圓形鉆頭修孔將鉆頭周圍的鉆渣松動后提出。在巖層中沖擊鉆孔，鉆頭磨損快，在更換鉆頭后應首先擴孔，防止卡鉆。6.4掉鉆掉鉆落物時，宜迅速用叉、鉤、繩套等工具打撈。防止埋鉆發(fā)生，埋鉆時可采用空氣吸泥機吸走埋鉆的泥沙，再下鉤、繩套打撈。6.5溶洞在穿透溶洞頂板時，要用小沖程反復沖擊，慢慢擊穿巖層，不可猛沖快進。如有填充物、溶洞較小，可回填片石、粘土塊并立即加水利用鉆頭沖擊將粘土塊和片石擠入溶洞及其裂隙中形成一個封閉的環(huán)形壁，繼續(xù)沖擊鉆進。如溶洞較大，又無填充物，可用護筒跟進的辦法穿過溶洞繼續(xù)鉆進成孔。7灌注樁身水下砼7.1原材料的選擇和配合比拌合站拌制混凝土所用水泥

16、、粗骨料、細骨料、摻合物（粉煤灰、硅粉、磨細礦渣粉）、外加劑和水等原材料，其質量標準應符合施工圖和鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準的要求，其質量檢驗方法、檢驗要求參照鐵路混凝土用原材料質量標準及檢驗方法執(zhí)行?；炷僚浜媳仍O計：混凝土配合比應根據混凝土原材料品質、施工圖要求強度等級、耐久性以及施工工藝對工作性的要求，通過試配、調整的步驟選定。配制的混凝土拌合物應滿足施工過程中混凝土工作性能的要求，配制成的混凝土應滿足施工圖標示強度、耐久性等質量要求?；炷恋乃z比、膠凝材料用量、礦物摻和料用量、混凝土含堿量、氯離子總含量等配合比技術參數應符合規(guī)定。7.2制安鋼筋籠及檢測管鋼筋籠在制作、運輸和安

17、裝過程中，應采取措施防止變形。吊入樁孔，將鋼筋籠進行有效固定，防止灌注混凝土時鋼筋籠移位和上浮。檢測管接頭順直牢靠，與鋼筋籠的主筋焊接固定，安裝期間檢測管注清水；檢測管上、下端口用鋼板密封，嚴禁泥漿或水泥漿進入管，確?；炷嘀蠊艿罆惩?。7.3導管的配置、試壓及安裝（1）導管的配置。導管是灌注水下混凝土的重要工具，用鋼板卷制焊成或用無縫鋼管制作。其直徑按樁長、樁徑和每小時需要通過的混凝土數量決定，一般2530cm。導管分節(jié)長度應便于拆裝和搬運，并小于導管提升設備的提升高度。中間節(jié)兩端焊有法蘭，以便用螺栓相互連接。法蘭厚度1012mm，法蘭邊緣比導管外壁大出4050mm。直徑1216mm螺栓孔6

18、8個。上下兩節(jié)法蘭間應墊以45mm厚橡膠墊圈，其寬度外側齊法蘭盤邊緣，側宜稍窄于法蘭邊緣。為防止在提升導管時卡掛鋼筋骨架，可在每節(jié)導管上套裝一個用1.5mm厚鋼板制的錐形活動護罩，罩住下法蘭。導管制作應力求堅固，壁應圓滑、順直、光潔和無局部凹凸。各節(jié)導管徑應大小一致：偏差不大于±2mm。導管上下法蘭應與導管軸線垂直。為保持法蘭位置正確和防止焊接時變形，焊制可在特制的胎具上進行。（2）導管的試壓。在導管使用前進行水壓試驗和接頭抗拉試驗，嚴禁用氣壓試壓，禁止使用漏水導管。進行試壓的水壓不應小于孔水深的1.3倍的壓力，也不應小于導管壁和焊縫可能承受混凝土時最大壓力的1.3倍。（3）導管的安

19、裝。中間節(jié)一般長2m，下端節(jié)可加長至4m，漏斗下可配長0.5、1.0m的上端節(jié)導管，以便調節(jié)漏斗的高度。導管下口與孔底距離以0.20.4m為宜。7.4 二次清孔的方法或措施鉆孔應經成孔質量檢驗合格后，方可開始灌注工作。當鋼筋籠和導管好，灌注前應對孔底沉淀層厚度再進行一次測定。如沉渣厚度超過規(guī)定，可用噴射法向孔底噴射35min，使沉渣懸浮，直至合格后，及時灌注首批混凝土。7.5導管隔水栓的方式及初始砼的儲備混凝土初灌時采用泡沫材料制作的圓柱形隔水栓，高14cm，直徑比導管經小1cm，用18#鐵絲吊住該栓放置導管上口以下2030深處。剪球、拔栓或開閥，將首批混凝土灌入孔底后，立即測探孔混凝土面高度

20、，計算出導管埋置深度，如符合要求，即可正式灌注。7.6砼的灌注方式及砼表面的測量方法(1)首批灌注混凝土的數量應能滿足導管首次埋置深度(1.0m)和填充導管底部的需要，見圖3，所需混凝土數量可參考公式計算：式中  V灌注首批混凝土所需數量（m3）；D樁孔直徑（m）；H1樁孔底至導管底端間距，一般為0.4m；H2導管初次埋置深度（m）；d導管徑（m）；h1樁孔混凝土達到埋置深度H2時，導管混凝土柱平衡導管外（或泥漿）壓力所需的高度（m），即H1=/；式中  孔泥漿的深度（m）；孔泥漿的重度（m）；混凝土拌合物的重度，取24kN/m3。（2）灌注開始后，應緊湊地、連續(xù)地進行，嚴

21、禁中途停工。盡量縮短拆除導管時間，下料掌握好速度，不宜太快太猛，以免造成氣堵。（3）灌注過程中要防止混凝土拌合物從漏斗頂溢出或從漏斗外掉入孔底。使泥漿含有水泥而變稠凝結，而使測深不準確。灌注過程中，應注意觀察管混凝土下降和孔水位升降情況，及時測量孔混凝土面高度。正確指導導管的提升和拆除。（4）深錘法測量混凝土表面。目前多采用繩系重錘吊入孔，所示錘的沉入深度作為混凝土灌注高度。完全憑探測者手中所提測錘在接觸混凝土頂面以前與接觸混凝土頂面以后不同重量的感覺而判別。測深樁的測錘的重量以重一些為好，為防止測深錘接觸混凝土表面后陷入太深，以平底為宜，且底面積不宜太小。一般制成圓椎形。錘底直徑15cm左右

22、，錘用鐵鑄成，其重量視所系繩種類、測探深度和泥漿比重等而定。一般為69kg。測繩用質輕、拉力強、遇水不伸縮、標有尺度的測繩為宜。（5）水下混凝土的灌注一般采用泵送入孔，也有用吊車提吊斗的方式灌注，但必須連續(xù)不能間隙。7.7 導管的埋深及拆卸灌注混凝土時，導管埋入混凝土的深度，一般宜控制在24m較好，在任何情況下，不得少于1m或大于6m。少于1m時，易發(fā)生提導管時提漏事故，大于6m以上時，易發(fā)生埋管提不出來的事故。提管前須仔細探測混凝土面深度。用測深錘探測時，須由2人用2個測錘測探，防止誤測。提導管及拆卸導管的高度須在測量人員的指導下進行，拆卸導管在孔口進行，要準確無誤，要快。7.8 灌注超樁頂

23、混凝土的控制為確保樁頂質量，在施工圖樁頂高程以上超灌一定高度，確保樁身混凝土的質量，灌注結束后將此段混凝土鑿除。增加的高度，可按孔深、成孔方法、清孔方法確定，一般不宜小于0.5m，深樁不宜小于1.0m?；炷凉嘧⒌浇咏┕俄敇烁邥r，工地值班人員要計算還需要的混凝土數量（計算時應將導管的數量估計在），通知拌合站按需要數量拌制，以免造成浪費。7.9拔出導管及混凝土質量檢查評定在灌注將近結束時，由于導管混凝土柱高度減小，超壓力降低，而導管外的泥漿及所含渣土稠度增加，比重增大。如出現混凝土頂升困難時，可在孔加水稀釋泥漿，并掏出部分沉淀土，使灌注工作順利進行。在拔出最后一段導管時，拔管速度要慢，以防止

24、樁頂沉淀的泥漿擠入導管下，形成泥心或空心。樁身混凝土灌注完成后待強度達到要求時，必須進行灌注樁的無損檢測。通常是利用樁身預埋的聲測管進行超聲波檢測混凝土的完整性，由此評定樁的質量，檢測單位必須要有資質的專業(yè)機構進行。7.10 按設計進行孔底壓漿樁身混凝土灌注后，用高壓水進行預埋的注漿孔初裂，使套筒包裹的出漿口開裂。在樁身混凝土灌注后，在樁身混凝土強度及時間滿足設計要求后開始進行樁底壓漿，采用膨潤土、水泥、水、緩凝劑拌制成的不收縮混合漿液，其7天最小抗壓強度為5MPa。漿液按劑量通過注漿回路依次壓注，所有回路應以規(guī)定的劑量輪流壓注或達到規(guī)定的的壓力后維持10min，第一循環(huán)壓注完成后不少于6 小

25、時開始下一輪的壓注，直至滿足設計要求。8灌注異常的預防及處理8.1堵管在灌注過程中，混凝土在導管中下不去，稱為堵管或卡管。堵管有以下兩種情況。第一、剪球時卡管：在灌注水下混凝土時，經常會產生剪球時卡管的情況，出現這種情況的原因，一是塞球制作不合理，塞球直徑與導管直徑差別太小，剪球前由于砂漿或細石料滲入導管與球壁之間造成堵塞。如果是這種情況，在不浪費混凝土的前提下，用一定長度（一般比漏斗長2m左右）直徑為2025的鋼筋捅球塞，使混凝土下落?；蚶脵C械振動使混凝土下落，這種方法要求操作技術嫻熟，以保證混凝土在下落時導管回落到正常灌注的位置。第二、由于混凝土本身的原因，如塌落度過小，流動性太差、夾有

26、大粒徑骨料、拌制不均勻，以及運輸中產生離析、導管接縫處漏水、雨天運送混凝土未加遮蓋等，使混凝土中的水泥漿被沖走，粗集料集中而造成導管堵塞。補救方法可用長桿沖搗管混凝土，用吊繩抖動導管，或在導管上安裝附著式振搗器等使塞球下落。如仍不能下落時，則應將導管連同其的混凝土提出孔，進行清理整修，然后重新吊裝導管，重新灌注。一旦有混凝土拌合物落入井孔，須將散落在孔底的拌合物粒料等予以清除。同時必須注意：第一斗混凝土坍落度一般以控制在水下混凝土坍落度規(guī)定的高限為宜，為確保剪球順利，可適當控制石料用量，待剪球完成后，再按正常配合比進行拌制。如果采取措施后混凝土仍不能下落，時間又長，只能放棄這一斗混凝土，適當清孔或用空壓機對孔底