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1、冲击反循环钻孔桩施工工艺工法(QB/ZTYJGYGF-QL-0102-2011)桥梁工程有限公司何勇陈建涛1前言1.1工艺工法概况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。1.2工艺原理冲击反循环破碎入岩工艺的破碎机理是利用冲击钻头对岩石进行较高频率 的冲击，使岩石产生破碎，然后利用反循环排渣方式及时将破碎岩屑第一时间排 出孔外。2工艺工法
2、特点2.1设备简单，操作方便，成孔效率高。2.2对不同地质情况具有较好的适用性；在复杂地层中的基础施工方面有 着显著的优势。2.3可以穿过漂石、卵石、砾石等地层。2.4可直接向钻孔桩孔内投入黏土块自行冲击造浆。3适用范围冲击钻机可用于所有地层，适用于孔径100300cm、钻孔深度50m；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主要技术标准铁路桥涵地基和基础设计规范(TB 10002.5)铁路桥涵工程施工质量验收标准(TB 10415)铁路桥涵施工规范(TB 10203)公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50)铁路桥涵设计基本规范(TB 10002.1)公路工程质量检验评定
3、标准（JTGF80-1）5施工方法冲击反循环钻孔施工工艺是利用电力带动卷扬机上的钢丝绳，通过桅杆上 的导向轮提引钻头做上下冲击运动，形成瞬时冲击力破碎岩土。并在冲击的同时 启动砂石泵，通过钻头中心管内设置的排渣管连续排出钻渣。在施工过程中，控 制孔径、深度、垂直度等重要数据。6工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程施工工艺流程见图1。图1冲击反循环钻孔施工工艺流程图6.2操作要点6.2.1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，
4、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水上平台施工（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桩位测量放线桩位测放时必须复测，误差控制在5mm以内，一般用直径10mm长400mm的 钢筋打入土中300mm作为桩的中心，并用红油漆在钢筋头上作记号，以防被破坏。5制作及埋设护筒护筒一般用48mm厚的钢板加工制成，高度为15002000m
5、m。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哑。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。护筒的作用主要是保持孔口稳定和定位，如在陆地上钻孔，护筒周围一定 要夯实，如在水
6、上钻孔，护筒下沉应有导向装置，护筒底部应插入河床下不透气 层，严防护筒倾斜、漏水、变形。施工中一般采用挖坑法埋设。开挖前用十字交 叉法将桩中心引至开挖区外，作4个标记点。保持到成孔后，埋设护筒时要将中 心引回，使护筒中心与桩中心重合。由于冲击振动比较大，所以护筒周围要回填 密实，对于土质较差的孔口，可在护筒下部浇30cm的C20混凝土，上部用红粘 土加水夯实填密实，以防护筒底部塌孔。6钻机就位和试机延长桩位前后中心线，用吊车使钻机就位。7泥浆制备及指标控制表1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(
7、PH 值)冲击钻孔黏性土1.051.2162212.59525810砂土1.21.451938359515810砂石土乱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失水量仪pH试纸物理稳定性：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。6.2.2冲击成孔1冲击反循环钻进应从正循环开始，钻进时勤观察孔内浮出的钻渣，在地 质土层中，如
8、果从孔口浮出的钻渣粒径在58mm之间，表示泥浆浓度合适，如果 浮出的钻渣粒径小又少，表明泥浆浓度不够，需往孔内添加粘土。加粘土时要停 开泥浆泵，形成泥浆后再开泥浆泵。待泵吸反循环系统可以正常工作时开始采用 反循环钻进。2当潜水砂石泵潜入孔内泥浆后，若孔壁比较稳定，停止正循环钻进。钻 进过程中，操作者要随着进尺快慢及时放主钢丝绳，起动泵吸反循环系统，开动 钻机，进行反循环钻进。钻进过程中不能少放，也不能多放。放少了，钻头落不 到孔底，打空锤，此时冲击梁上的缓冲弹簧在一次冲击中响两声，不仅不能获得 进尺，反而会对钻机和钢丝绳造成极大损害；放多了，钻头落到孔底后处于自由 状态，可能向孔壁倾斜撞击孔壁
9、，造成扩孔，再提升时，钻头突然受力，在这种 突然的冲击作用下提升装置会降低寿命甚至损坏。当排渣弯头下降到离孔口1m时，需要接换排渣管。此时，钻机停止冲击， 泥浆继续循环约13min，待排渣管内钻渣排完后，停泵，拆弯头与排渣管的连 接螺栓，提升弯头至一定高度，将要接换的排渣管下端与原排渣管联接，上端弯 头联接。冲击反循环钻进时应及时补水，始终保持孔内水位高于地下水位或河水位 2m作用。冲击反循环钻进应针对不同的地层采用不同的泥浆比重，以保持孔壁稳定。 砂卵石地层泥浆比重为1.2左右，岩石泥浆比重为1.051.15。3砂样的提取。提取砂样的目的是随时掌握地质的变化情况。一般每钻进 0.5m提取砂样
10、一次，从出渣口捞取砂样用清水冲洗干净，每次提取量为100g，编 号保存，以便成孔时交接。4勤检查钻机、钻头是否偏移，防止出现斜孔。6.2.3清孔1）第一清孔由于钻孔桩孔径大、孔深等特点，终孔后泥浆各项指标调整所需时间较长， 为了缩短成桩时间，在保证护壁稳定的条件下，当钻至接近设计高程时，在泥浆 循环管路上安装相应配套型号泥浆净化装置，在钻进过程中，对循环的泥浆先进行机械和自然沉淀的双重净化，然后再注入钻孔内。实际施工证明，通过这样边 钻进边进行第一次清孔，钻至设计高程后，孔内泥浆指标和孔底沉碴基本满足要 求。经过电子探孔器探孔等成孔质量检查合格后即可下放钢筋笼。钢筋笼下放完 毕，灌注水下混凝土
11、用的导管安装完毕后，即可进行第二次清孔。2）二次清孔设备安装如下图所示:1高压风管入水深（大于孔内水头到出浆口高度的1.5倍，不小于15m）12一弯管和导管接头3一焊在弯管上的耐磨短弯管4压缩空气5一排渣软管6补水7一输气钢管 8100钢管，长度大于50cm9一孔底沉渣图2二次清孔设备安装图二次清孔以灌注水下混凝土的导管作为清孔时的吸管，在导管上口加工一 个弯管和导管接头，在弯管中部安装一根自来水管伸入导管内，作为向孔底送风 的管路，其长度大于孔内水头到出浆口高度的1.5倍，同时不小于15m即可。高压 送风管外接一台流量为一般20m3/min的空压机，导管弯管出浆口接相应型号泥浆 净化装置，净
12、化装置出口接泥浆管通入孔内。清孔时，空压机将高压风通过风管 经导管送入孔内，孔内泥浆及孔底沉淀物被送入的高压风冲起，由于负压作用迫 使混着沉淀物的泥浆从导管中吸出，泥浆吸出之后直接进入相应型号泥浆净化装 置，经过泥浆净化装置的对泥浆的筛分过滤，悬浮在泥浆中的细砂被泥浆净化装 置分离由出砂口排出，过滤完毕的泥浆流入相邻孔内，由于钻孔时已将两个邻近 的护筒通过管路连通，所以，被机械净化了的泥浆在护筒中再次通过沉淀净化然 后经相邻两护筒的连接管流入要清的孔内，形成一个完整的循环路径。清孔开始 时先向孔内供优质泥浆（各项指标符合规范要求），然后送风清孔。停止清孔时， 应先关气后断水，以防水头损失而造成
13、塌孔。如此经过循环净化，清孔后的泥浆 指标和孔底沉淀厚度即能满足规范和设计文件规定要求。二次清孔检查合格后， 立即进行水下混凝土灌注。6.2.4吊放钢筋笼在桩孔经过检查，桩径、垂直度、深度合格后，利用钻架及时吊放事先已 制作好的钢筋笼，也可移开钻机，用吊机吊放钢筋笼。6.2.5安装导管导管安装前，应对导管进行水压密封试验，试验压力应不小于灌注混凝土 时导管可能承受的最大压力的1.3倍。吊放导管时，应控制好导管的垂直度，防 止卡挂钢筋笼和撞击孔壁，造成塌孔。导管上口设漏斗和储料斗。导管底部距孔 底一般为0.30.5m，不得大于1m。6.2.6灌注水下混凝土1设置隔水栓，隔水栓比导管内径小2cm，
14、设置在漏斗底口，隔水栓可采用 橡皮球或用尼龙袋包扎的砂球。2采用砍球法和拔球法灌注首批混凝土，首批混凝土的数量应能满足导管 初次埋置深度（不小于1m）。3灌注混凝土应连续进行，严禁中途停止。在灌注过程中，应避免在导管 中形成高压气囊，使混凝土灌不下去。4导管提升时，要保持位置居中。根据导管埋深确定拔升高度，拔升后的 导管埋深不得小于1m，也不得大于6m。拆除导管一般不宜超过15min。5桩顶灌注标高应比设计标高超灌0.5m。6混凝土灌注清孔，应直指定专人进行记录。6.2.10拔出护筒旱地用的钢护筒，在灌注结束后、混凝土初凝前拔出。7劳动力组织冲击反循环钻孔桩施工劳动力主要分为吊装作业工班组、混
15、凝土灌注工班组 和混凝土灌注质量监控组，具体见表2。表2冲击反循环钻孔桩劳动力组织序号工班分类人员名称人数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混凝土灌注工班混凝土拌制3储料斗内铲耙和拌匀混凝土4开关储料口阀门，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混凝土灌注质量监控组测量混凝土高度兼记录2混凝土塌落度测试、泥浆指标测试及检试件制作1合计248主要机具设备根据场地岩土情况和设计要求，合理选择施工机械设备。冲击反循环钻孔 桩施工主要机具设备见表3。表3冲击反循环钻孔桩施工机具设备表序号设备名称用途1冲击反循环钻机冲击成孔2砂石泵泵吸反
16、循环3合金钻头钻孔4电焊机制作钢筋笼5钢筋切割机制作钢筋笼6护筒定位、保护孔口7导管灌注混凝土8储料斗、灌注斗灌注混凝土9泥浆比重仪检测泥浆质量序号设备名称用途10孔径检测仪测孔径11泥浆、废渣运输车泥浆、废渣外运9质量控制9.1易出现的质量问题冲击反循环钻孔桩施工中，容易出现塌孔、扩孔、斜孔、沉渣过厚等质量问 题。9.2保证措施9.2.1防止塌孔，提高成孔质量1在表层土质量较差的情况下，加长护筒长度至67m，提高护壁的可靠性。2在松散的杂填土层和流砂层地段成孔时，及时在孔内添加粘土（或火碱）， 加大泥浆相对密度，提高泥浆的粘度，增强护壁效果。3钻架底盘要稳固，防止其放生位移、偏斜，定期检查钻
17、头中心与桩孔中心 是否一致，发现偏差必须及时纠正。9.2.2采取有效措施，保证钻孔桩的垂直度；控制钻头直径以控制钻孔桩的 孔径避免扩孔现象的发生。9.2.3混凝土强度测试，检查预留试块的抗压强度应不低于设计强度，每根 桩不得少于1组试块，根据28d强度判定桩身混凝土质量。施工前，应掌握施工地段地层的性质、结构、稳定状况及以往发生事故的经 验教训，针对具体情况采取预防措施；工作中随时注意事故征兆，发现事故苗头， 必须立刻采取预防措施;施工现场必须备有常用的事故处理工具，发生意外事故， 及时进行处理。10安全措施10.1主要安全风险分析10.1.1钻孔施工过程中钻机安全；10.1.2钻机机架安全稳
18、定性问题。10.2保证措施10.2.1钻孔施工1严格按操作规程施工，交接班必须有交接记录，定期检查各部件运转情况，定期加注润滑油。2因事故停钻时，应将钻具提离孔底12m，以防泥沙沉淀后掩埋钻头，如 需长时间中途停钻，须将钻具提出孔外。3下放潜水砂石泵电缆时，要根据进尺的快慢决定下放电缆的长度，防止电 缆与钢丝绳绕在一起，每接一根排渣管，应经电缆和排渣管捆在一起。4如发现冲击过程中，离合器运转有间歇现场，说明离合器打滑，应停机进 行调整，否则离合器会出现过热现象。5应经常检查钢丝绳磨损情况，防止突然掉孔。6在软弱土层钻孔时，必须注意孔口塌方情况，塌方严重时，必须将钻机及 时撤出，以防止机械坠入孔
19、中。7钻进过程中应随时注意孔内有无异常情况，桅杆是否倾斜，各连接部位螺 栓是否松动。10.2.2钻机机架安全稳定性对高度比较大的钻机机架，应增加缆风绳等设施；遇大风等天气，对机架影 响较大，应停止钻孔作业。11环保措施11.1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。11.2废弃不用的泥浆、混凝土等要集中处理，不得随地丢弃。11.3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。12应用实例12.1工程简介沪昆客专长昆湖南段第二项目分部跨焦柳铁路特大桥，全桥基础采用柱桩、 磨擦桩和小部分扩大基础，桩径为1m、1.2
20、5m两种。桥址区地层主要有第四系全新统、第四系更新统、下侏罗统-上三叠统、二 叠系上统吴家坪组、二叠系下统栖霞组、石炭系中上统湖天群及板溪群五强溪组 第三段等地层。桥址区构造主要发育北北东向、北东东向断裂和北北东向褶皱。12.2施工情况采用冲击反循环钻孔桩施工，提高了钻机效率，8d完成1根桩。钻孔桩混凝土浇筑完成后，桩基质量检测均达到设计要求。12.3工程结果评价实践证明，采用冲击反循环钻机施工钻孔，经济效益和社会效益比较显著。 在同一施工工地，桩径、桩长、地质条件相同的条件下，钻进效率与旋转钻机相 比：在漂卵石层为2.5倍；在基岩石层中为1.6倍。与单绳提升冲击钻相比：漂 卵石层为传统冲击钻的1.5倍，在岩石层中为普通冲击钻的23倍。12.4建设效果及施工图片图2钻孔施工图3下钢筋笼图4混凝土灌注
