钻孔灌注桩施工技术.pptx

施工方案和机具设备施工方案和机具设备 依据场地条件和技术要求，在论证依据场地条件和技术要求，在论证成孔工艺成孔工艺和和灌注方案灌注方案的基础上绘制出的基础上绘制出工艺流程图工艺流程图（见下页）（见下页）；计算成孔与灌注速度，确定计算成孔与灌注速度，确定工程进度顺序和总工期工程进度顺序和总工期，绘，绘制工程进度表；制工程进度表；设备与机具配套设备与机具配套，包括成孔设备、灌注设备、吊装与运，包括成孔设备、灌注设备、吊装与运输机械、辅助机具等。绘制输机械、辅助机具等。绘制现场设施平面布置图现场设施平面布置图；施工力量部署施工力量部署，提出工地人员组织与岗位分工，并列表，提出工地人员组织与岗位分工，并列表说明各岗位人数和职责范围。说明各岗位人数和职责范围。按工期进度提出材料分期分批进场要求按工期进度提出材料分期分批进场要求，编制耗材及备，编制耗材及备用机件数量表；用机件数量表；工艺技术设计工艺技术设计 第1页/共113页B1第2页/共113页 成孔工艺成孔工艺 包括设备安装调试、钻头选型、护桶埋设、冲洗液包括设备安装调试、钻头选型、护桶埋设、冲洗液类型、循环净化处理方式、清孔要求、成孔技术参数和质量检查类型、循环净化处理方式、清孔要求、成孔技术参数和质量检查措施等；措施等；灌注（成桩）工艺灌注（成桩）工艺 包括钢筋笼制作和技术要求，混凝土配制、包括钢筋笼制作和技术要求，混凝土配制、拌和、运输、灌注，混凝土现场取样、养护、送检等技术要求。拌和、运输、灌注，混凝土现场取样、养护、送检等技术要求。质量自检要求质量自检要求 验桩数量、检验方法及有关设备及材料计划。验桩数量、检验方法及有关设备及材料计划。对施工中可能遇到的技术题，拟定解决的技术路线。对施工中可能遇到的技术题，拟定解决的技术路线。（记下）（记下）安全生产和全面质量管理措施。安全生产和全面质量管理措施。二、二、施工场地准备施工场地准备 场地平面布置场地平面布置 综合考虑施工作业、材料堆置、混凝土搅拌和运输、泥浆排综合考虑施工作业、材料堆置、混凝土搅拌和运输、泥浆排放等要求，合理规划布置施工场地。放等要求，合理规划布置施工场地。第3页/共113页设备进场前作好设备进场前作好“三通一平三通一平”“三通一平三通一平”通水、通电、通路和平整场地通水、通电、通路和平整场地具体做法：具体做法：场地为旱地时场地为旱地时，清除杂物，换除软土，夯打密实，清除杂物，换除软土，夯打密实，防止机械设备下陷。防止机械设备下陷。浅水水域施工时浅水水域施工时，宜采用围堰筑岛法，使施工场地，宜采用围堰筑岛法，使施工场地高出水面高出水面0.51.0m。深水水域施工时深水水域施工时，采用固定式作业平台或浮动式作，采用固定式作业平台或浮动式作业船。业船。在城市市区施工时在城市市区施工时，应查明地下管线等设施，必要，应查明地下管线等设施，必要时应预先拆除。时应预先拆除。需要指出的是第需要指出的是第4点点 第4页/共113页3.复核测量基线和基点，标定钻孔灌注桩的桩位和高程。现场测放桩位，打入铁质标志（露出地面60100mm）。水域场地桩位的测量、通常采用极坐标法或前方交会法。（偏差不大于5mm）。在城市市区施工，常常会遇到上下水道、煤气管道、高压电缆、电话线等地下埋设物。有时还会遇到其它一些地下构筑物，如地下沟渠、护坡、古河堤、古码头、墙基、地下洞室等。对这些地下埋设物或地下构筑物，施工前要认真调查是否有碍施工。如果妨碍施工，则要进一步了解这些地下埋设物或构筑物的类型、形状、几何尺寸、位置、埋设时间和所属管理单位等情况，并和有关单位协商清除或折移。对某些无法拆移的地下管道，与设计部门协商设汁部门协商变更桩位，以避开地下管道。第5页/共113页三、三、护筒制作和埋设护筒制作和埋设 护筒护筒在钻孔灌注桩的桩孔上部预先埋设的符合一定尺在钻孔灌注桩的桩孔上部预先埋设的符合一定尺寸要求的寸要求的钢制或混凝土（木制、砖）圆筒钢制或混凝土（木制、砖）圆筒。护筒的作用护筒的作用 控制桩位，导正钻具；控制桩位，导正钻具；保护孔口，防止坍塌；保护孔口，防止坍塌；提高孔内水头，增加孔内水压，以稳定孔壁；提高孔内水头，增加孔内水压，以稳定孔壁；护筒顶面可作为测量基准面（孔深、钢筋笼放置、混护筒顶面可作为测量基准面（孔深、钢筋笼放置、混凝土面、导管埋深）。凝土面、导管埋深）。对护筒的一般要求对护筒的一般要求 护筒内径护筒内径 应稍大于钻孔桩的设计桩径。回转钻进取，应稍大于钻孔桩的设计桩径。回转钻进取，0.10.2m;冲抓或冲击钻进取冲抓或冲击钻进取0.20.3m。第6页/共113页 护筒顶端高度护筒顶端高度 （保持水头，使孔壁稳定）（保持水头，使孔壁稳定）旱地施工：顶端高出地面旱地施工：顶端高出地面0.3m；水域施工：顶端高出施工水位水域施工：顶端高出施工水位1.01.5m；易塌孔壁或孔内有承压水：顶端高出地下水位易塌孔壁或孔内有承压水：顶端高出地下水位1.52.0m；护筒材料和结构设计护筒材料和结构设计 为反复回收使用，护筒应有一定为反复回收使用，护筒应有一定的强度和刚度，不易损坏变形，便于运输、安装、埋设、起的强度和刚度，不易损坏变形，便于运输、安装、埋设、起拔、拆卸。材料多用钢板卷制焊接，或用钢筋混凝土护筒。拔、拆卸。材料多用钢板卷制焊接，或用钢筋混凝土护筒。护筒的制作护筒的制作 钢制护筒钢制护筒 钢板钢板：厚：厚410mm;分节长度分节长度：1.52.0m；顶节焊吊环顶节焊吊环并并留有留有水口水口（200400mm）；）；连接方式连接方式：焊接或法兰盘连接等。：焊接或法兰盘连接等。直径大于直径大于1m时，宜焊时，宜焊加强箍加强箍。第7页/共113页 钢筋混凝土护筒钢筋混凝土护筒 壁厚壁厚：80100mm;分节长度分节长度：23m；混凝土标号混凝土标号：大：大于于300#；配筋量配筋量：按起吊、埋设、加压等受力计算确定。：按起吊、埋设、加压等受力计算确定。连接方式连接方式：焊接（钢板圈焊接）（见下页图）。：焊接（钢板圈焊接）（见下页图）。特点；特点；有较好的防水性，可依靠自重下沉或打入（振有较好的防水性，可依靠自重下沉或打入（振入）土中。入）土中。用途：用途：多用于水域施工，常与桩身浇筑在一起，作为多用于水域施工，常与桩身浇筑在一起，作为桩的一部分。桩的一部分。第8页/共113页B2第9页/共113页 木护简 一般用34mm厚的木板拼制而成，每节长约2m，外围每0.5m做一道环箍。为了便于拆卸，环箍可做成两个半圆形，用螺栓连接。护筒板缝应刨平合严，以防渗水。在透水性强的地层，还可做成双层木板护筒，中间用粘土填实。为减轻重量和减小厚度，也可以用双层薄板中间夹油毡制作木护筒，且内外层薄板板缝错开，以防止漏水。特点：木护筒重量轻，加工方便，搬运和埋没都较容易，但耗用木材多，且易损坏，重复使用次数少。砖护筒砖护筒一般用水泥砂浆砌砖筑成，壁厚不小于12cm，顶部应预留溢浆口。在旱地、岸滩等地下水位不高的地区施工时，使用砖砌护筒简便易行，具有快速、廉价等优点。（3、4记下）第10页/共113页 护筒的埋设 护筒埋没的好坏，对成孔和成桩的质量有很大影响。护筒埋设位置不正，护筒中心轴线与桩位点偏差过大，埋没不当使护筒发生倾斜，都会处实际桩孔位置偏离桩位或产生孔斜。此外，护简底口漏失，造成冲洗液顺护简外壁向上冒或向孔壁松土层渗漏，引起孔内水头高度跌落，底口处孔壁坍塌。护简埋设过浅，则不能有效隔离地表水和填土层，埋设过深则给起拔造成困难，甚至是无法拔起，造成损失，所以说，认真地埋护好护筒，是钻孔桩施工的重要环节。第11页/共113页 埋设要求埋设要求：控制顶端高度和埋设深度；埋设位置及垂直：控制顶端高度和埋设深度；埋设位置及垂直度应符合度应符合JTJ 041-89规范规定，即：护筒中心与桩位中心偏规范规定，即：护筒中心与桩位中心偏差不大于差不大于50mm，护筒的倾斜度不大于护筒的倾斜度不大于1%。安放护筒时，用控制桩把钻孔中心标于坑底，再吊入护筒，安放护筒时，用控制桩把钻孔中心标于坑底，再吊入护筒，并用十字架对中，用水平尺或重锤校准垂直度。最后，在护并用十字架对中，用水平尺或重锤校准垂直度。最后，在护筒周围分层回填粘土并夯实。筒周围分层回填粘土并夯实。埋设方法埋设方法 挖坑法埋设挖坑法埋设 适用条件适用条件：地下水位埋深大于：地下水位埋深大于1m时采用。（见下页图）时采用。（见下页图）砂类土砂类土：先挖出比护筒外径大：先挖出比护筒外径大0.81.0m的圆坑，然后在坑的圆坑，然后在坑底填筑底填筑50厚粘土，分层夯实，以便筒口坐实。厚粘土，分层夯实，以便筒口坐实。第12页/共113页 粘性土粘性土：坑的直径同上，坑底整平。：坑的直径同上，坑底整平。松散砂层松散砂层：因不易成型，可采用双层护筒，先外后内。：因不易成型，可采用双层护筒，先外后内。填筑法埋设填筑法埋设 适用条件：适用条件：地下水位较高，挖埋较困难时采用。（见上页图）地下水位较高，挖埋较困难时采用。（见上页图）埋设方法：埋设方法：先填筑工作土台，然后挖坑埋设。先填筑工作土台，然后挖坑埋设。四、四、泥浆配制与循环及处理系统泥浆配制与循环及处理系统泥浆在钻探技术上被称为泥浆在钻探技术上被称为“血液血液”，在钻孔灌注桩的施工中，在钻孔灌注桩的施工中，也有着同非常重要的作用。也有着同非常重要的作用。泥浆的作用泥浆的作用 稳定孔壁稳定孔壁 通过水头高度产生对孔壁的静水压力，维持孔通过水头高度产生对孔壁的静水压力，维持孔壁稳定。另外，在渗漏地层（砂砾石层）形成泥皮。壁稳定。另外，在渗漏地层（砂砾石层）形成泥皮。携带和悬浮钻渣携带和悬浮钻渣 通过泥浆循环带出钻渣，减少重复破碎通过泥浆循环带出钻渣，减少重复破碎和对钻头的磨损，获得钻孔进尺。和对钻头的磨损，获得钻孔进尺。第13页/共113页 泥浆的配制泥浆的配制 泥浆原料：泥浆原料：由粘土、清水和泥浆化学处理剂按一定配比由粘土、清水和泥浆化学处理剂按一定配比拌制而成的。拌制而成的。自然造浆：自然造浆：通常可利用所钻地层中的粘土，必要时掺入通常可利用所钻地层中的粘土，必要时掺入适量的膨润土（改善泥浆性能），采用清水钻进，自然形成适量的膨润土（改善泥浆性能），采用清水钻进，自然形成泥浆。泥浆。配制泥浆：配制泥浆：选用水化性能好、造浆率高、含砂量少的粘选用水化性能好、造浆率高、含砂量少的粘土或膨润土粉，加清水，充分搅拌后形成泥浆。土或膨润土粉，加清水，充分搅拌后形成泥浆。（当地层为砂性重、稳定性差、松散易塌土层时采用）（当地层为砂性重、稳定性差、松散易塌土层时采用）造浆粘土：造浆粘土：胶体率不低于胶体率不低于95%，含砂率小于，含砂率小于4%，造浆率，造浆率大于大于8m3/t。泥浆性能：泥浆性能：配制泥浆应根据地层条件和成孔工艺的要求，配制泥浆应根据地层条件和成孔工艺的要求，并在钻进过程中进行维护和调整。见表并在钻进过程中进行维护和调整。见表1-1（P11）第14页/共113页（）野外鉴定，具有下列特征的粘土可选用于配制泥浆：自然风干后，用手掰不易掰开；干土破碎时，断面有坚硬的尖锐棱角；用刀切开时，切面光滑，颜色较深；水浸湿后有滑感，加水拌和后可以搓成又细又长的泥条。用手指揉捻，感觉砂粒不多且很细。第15页/共113页（）配制一立方米的泥浆所需的粘土用量Q可按下式计算：Q一立方米泥浆需用的粘土重量，tV一立方米泥浆需用的粘土体积，m31一粘土的相对密度；2一所需泥浆的相对密度；3一水的密度。(假设混合后体积为粘土体积与水的体积之和)用搅拌机配制泥浆时，先在搅拌机内加适量的水，开动搅拌机，再加适量的浸泡好的粘土进行拌制。人工拌制时，将用水浸泡好的粘土倒入制浆池内，然后用铁铲或木棍等工具拌制。第16页/共113页泥浆性能：泥浆性能：配制泥浆应根据地层条件和成孔工艺的配制泥浆应根据地层条件和成孔工艺的要求，并在钻进过程中进行维护和调整。见表要求，并在钻进过程中进行维护和调整。见表1-1（P11）泥浆循环系统泥浆循环系统 循环系统：循环系统：泥浆池、沉淀池、储浆池或搅拌池、循环槽泥浆池、沉淀池、储浆池或搅拌池、循环槽等。等。泥浆池容积：泥浆池容积：一般不小于桩孔容积的一般不小于桩孔容积的1.2倍（防止灌注倍（防止灌注时外溢）。时外溢）。V=泥浆泵每分钟总排量泥浆泵每分钟总排量沉淀时间（沉淀时间（20min）循环槽：循环槽：正循环正循环300250mm；反循环反循环500300mm(泵量泵量较大较大)第17页/共113页(1)在早地施工时，一般应注意以下事项：可以设置两个泥浆池，一般在一个池浸泡粘土，在另一个池搅拌制浆，轮换使用。一般用两个沉淀池轮换使用，个池进浆沉淀，另一个池关闸清渣。为了减少沉淀时间，可在循环槽内加筛网，滤去较大的钻渣。沉淀池的钻渣应及时送运和排放。钻渣的排放应遵循城市环境保护管理的有关规定。(2)在深水区施工时可在岸上制浆，配两只适当的船，轮流补充泥浆。储浆池及沉淀池可另用驳船制作。第18页/共113页 机械净化法机械净化法 采用专门的机械设备对泥浆中的钻渣进采用专门的机械设备对泥浆中的钻渣进行分离处理。行分离处理。一般用高频振动筛（将大于一般用高频振动筛（将大于0.5mm颗粒筛出）和旋流除颗粒筛出）和旋流除砂器（将小于砂器（将小于0.5mm颗粒净化）。颗粒净化）。化学净化法化学净化法 在泥浆中加入化学絮凝剂，使钻渣颗在泥浆中加入化学絮凝剂，使钻渣颗粒聚集而加速沉淀，达到净化目的。粒聚集而加速沉淀，达到净化目的。化学絮凝剂：水解聚丙烯酰胺化学絮凝剂：水解聚丙烯酰胺 及铁铬木质素磺酸钠盐及铁铬木质素磺酸钠盐等。等。泥浆的净化方法泥浆的净化方法 泥浆返回地表后除去泥浆中钻渣的过程称泥浆净化。泥浆返回地表后除去泥浆中钻渣的过程称泥浆净化。自然沉降法自然沉降法 泥浆在流经循环槽和沉淀池时，泥浆中泥浆在流经循环槽和沉淀池时，泥浆中的钻渣在自重作用下产生沉淀，泥浆得以净化。的钻渣在自重作用下产生沉淀，泥浆得以净化。(挡板挡板 流流态）态）第19页/共113页五、施工公害的治理对策施工公害是施工过程中产生的水质污染、环境污染、地下管线的损坏、噪声、振动及地面沉降等，这些公害不但影响施工，而且会酿成一些社会问题，如地下水管、气管或者通信电缆的损害造成的停水、漏气及中断通信，因此必须充分考虑施工可能造成的公害，正确的拟订治理对策。第20页/共113页1、废浆钻渣的处理 由于采用泥浆作业，特别是在易于自然造浆的粘土层钻进，往往全产生大量的高粘度高比重废泥浆，加上排出的大量钻渣，处理不当是很容易造成城区环境污染，下水道淤积，在某些情况下，还会造成附近水质的污染。因此必须对他们进行处理第21页/共113页废浆和钻渣的处理方法有两种：一种是全部弃除法，即用罐车直接把废浆和钻渣全部运送到适当的地方排放或集中处理。第二种方法是就地使固液分离，使固相部分脱水，干燥后运走或就地填坑，国外有的制成铺路或建筑材料。对液相部分，则使其中的悬浮体含量达到排放标准后，从下水道排走。此外，钻渣和废浆的清运工作，可能会对整个工程施工、周围环境和城市建设产生影响。因此，在施工准备阶段就要制订周密的钻渣、废浆清运计划，其内容主要包括；钻渣和废浆日产量、处理方法、运送车辆、运输路线和时间、弃置场地等。同时还要遵守城市有关环境卫生和水土污染方面的规定，以避免造成环境污染等社会公害。第22页/共113页2、噪声危害的控制利用钻机进行成孔作业，各种机械声响一般都不会超出噪声控制标准。采用振冲法成孔，产生的噪声往往比较大，需要进行控制，除了在夜间、休假日停止作业外，在振打机械上安装隔声罩成消声器，也是减轻噪声的有效办法。第23页/共113页3、振动危害的控制 振动危害主要表现在振打作业时对周围建筑及其基础的不良影响，在城市密集区，可沿振打场地四周挖掘一定深度和宽度的沟槽，内填粗砂，起到隔振作用。还可以先打入钢板桩将场地四周地下围住，以减缓施工时对四周地基的振动，也能防止振打造成附近地面的隆起。第24页/共113页六、设备安装就位与材料运送1、设备的安装就位 进行水平校正。要求钢轨的对称中线与过桩孔中心点的桩位线吻合，轨道面上任意两点的高差不大10mm。钻机上轨后，轨基不会下陷。砼搅拌设备根据灌注作业方式进行就位安装。如采用在孔口直接搅拌灌注的作业方式。砼搅拌机可安装在孔口近旁的灌注平台上，搅拌好的砼，由搅拌机直接倾吐入孔。如设立砼搅拌站，搅拌机的安装要便于连续上料和出料，便于砼的运送。采用泵送砼作业时，力求有最短的输送距离，便于配管、拆管和清洗。第25页/共113页2、材料运输进场施工现场一般不可能储放全部材料，因而要根据施工进度合理安排材料运输进场，砼材料实行定期运送。对于比较狭小的施工场地，周密地计划进料和存放，对保证施工现场有足够的回旋余地，防止挤占场地，影响施工操作和废浆钻渣的外运，避免现场备料不足停工待料都有重要的意义。另外，运进场的材料应该分门别类按要求存放，石料、砂和水泥要远离泥浆污水，避免污染。第26页/共113页三、正循环回转钻进成孔工艺三、正循环回转钻进成孔工艺钻孔灌注桩钻孔灌注桩成孔方法成孔方法循环回转钻进成孔循环回转钻进成孔无循环回转钻进成孔无循环回转钻进成孔正循环回转钻进成孔正循环回转钻进成孔反循环回转钻进成孔反循环回转钻进成孔螺旋钻进螺旋钻进钻斗钻进钻斗钻进冲击钻进成孔冲击钻进成孔冲抓钻进成孔冲抓钻进成孔其他成孔方法其他成孔方法振动沉管法成孔振动沉管法成孔锤击沉管法成孔锤击沉管法成孔夯扩成孔夯扩成孔爆扩成孔爆扩成孔第27页/共113页 上述成孔方法各有特点，其适应地层、破上述成孔方法各有特点，其适应地层、破碎岩土方法、排渣方式、成孔直径、作业深度碎岩土方法、排渣方式、成孔直径、作业深度及施工条件各不相同。因此在选择施工方法时，及施工条件各不相同。因此在选择施工方法时，应根据工程的具体情况，结合现有的应根据工程的具体情况，结合现有的技术装备技术装备水平，进行技术分析，合理选择水平，进行技术分析，合理选择。这是非常重。这是非常重要的。目前国内常用的成孔方法以及主要特性要的。目前国内常用的成孔方法以及主要特性见表见表1-2（P12）第28页/共113页正循环回转钻进成孔钻进方法与特点 正循环回转钻进成孔在钻进过程中，钻机的电动机带动变速齿轮和卡瓦旋转，再通过钻杆带动下面的钻头旋转。钻头在旋转过程中切削土体钻进，与此同时，安置在孔外泥浆循环管路上的泥浆泵将泥浆沉淀池中的纯净泥浆通过胶管和钻杆顶部的泥浆龙头压入钻杆内，而钻杆从顶部到底部都是连通的，于是被压入的泥浆通过钻杆并从钻杆底部出浆口射出，冲洗孔底并与钻头切削下的钻渣混合。这种混合着钻渣的泥浆不断在钻孔内以一定的速度向上移动，上移至护简上部的出浆口溢出并沿着泥浆槽流入泥浆池内。第29页/共113页正循环回转钻进成孔示意图第30页/共113页主要特点：工艺技术成熟，操作简单，易于掌握，适用于各类粘土层、砂土层和基岩。也可用于卵砾含量小于15%的土层。桩径不宜超过1m（排渣困难）泥浆池般分成23个小池(或称格)粗颗粒的钻渣(包括卵石、砾石和砂颗粒等)在泥浆池的第一格和第二格已大部分沉淀、流入第三格泥浆沉淀池的泥浆已是含粗粒钻渣极少的纯泥浆，但仍有钻液继续沉淀。第三格泥浆池的纯泥浆又被压入钻杆重新使用，开始新的循环。第31页/共113页钻机的选择与改装钻机的选择与改装 与岩心钻探相比，桩孔施工具有口径大、孔浅、钻机移与岩心钻探相比，桩孔施工具有口径大、孔浅、钻机移移位频繁等特点。因此选择钻机时应满足下列要求：移位频繁等特点。因此选择钻机时应满足下列要求：转速低扭矩大转速低扭矩大；桩孔直径（桩孔直径（mm）800 1000 扭矩（扭矩（kN m）5 12 通孔直径大通孔直径大 便于大直径钻头起下；便于大直径钻头起下；选择低速马达选择低速马达，以获得低转速、大扭矩；，以获得低转速、大扭矩；移位搬迁方便移位搬迁方便,可自动移位（车装、平台装）或用吊可自动移位（车装、平台装）或用吊车整体吊运移位。国内主要回转钻机见表车整体吊运移位。国内主要回转钻机见表1-3（P14）第32页/共113页B4第33页/共113页 泥浆泵的选择泥浆泵的选择 选择要求：选择要求：泵量大，以获得有效排渣的上反流速；泵量大，以获得有效排渣的上反流速；有较大泵压，以克服管道较长或泥浆较有较大泵压，以克服管道较长或泥浆较 浓带来的阻力。浓带来的阻力。离心式泥浆泵离心式泥浆泵 特点：流量大、结构简单、重量轻、价格便宜；但排出的流特点：流量大、结构简单、重量轻、价格便宜；但排出的流量是随管道阻力的增大而减少的。（泥浆浓度量是随管道阻力的增大而减少的。（泥浆浓度 管道长度管道长度 钻孔深度）钻孔深度）常用的泥浆泵为常用的泥浆泵为PN系列的离心式泥浆泵（系列的离心式泥浆泵（P15 表表1-4）往复式泥浆泵往复式泥浆泵 特点：泵量基本上不随管道阻力而变化。并可将多台泵并联特点：泵量基本上不随管道阻力而变化。并可将多台泵并联以增大泥浆排量。以增大泥浆排量。常用往复式泥浆泵见表常用往复式泥浆泵见表1-5（P15）第34页/共113页 钻具（钻杆、水龙头、钻头）的选择（）钻杆 钻杆主动钻杆和孔内钻杆。主动钻杆截面形状为四方成六方，长56m，不宜过长。孔内钻杆一般为圆形截面，外径有89mm、114mm和l 27mm等。（）水龙头 水龙头的通孔直径一般与泥浆泵出水口直径相匹配，以保证大排量泥浆通过。水龙头要求密封和单动性能良好。第35页/共113页（）（）钻头的选择钻头的选择 选择钻头，应根据地层岩性，选择不同材质的切削研磨选择钻头，应根据地层岩性，选择不同材质的切削研磨材料和不同结构形式的钻头，以获得最佳钻进效果。材料和不同结构形式的钻头，以获得最佳钻进效果。合金钻头：砂土层、粘土层、软合金钻头：砂土层、粘土层、软中硬基岩；中硬基岩；钢粒钻头：中硬以上基岩；钢粒钻头：中硬以上基岩；牙轮钻头：土层、基岩，但要求有较大的钻压。牙轮钻头：土层、基岩，但要求有较大的钻压。按结构形式分，常用的钻头有：按结构形式分，常用的钻头有：按材质按材质 第36页/共113页 鱼尾钻头鱼尾钻头B5第37页/共113页 结构结构钻头翼板：钻头翼板：4050厚的钢板做成鱼尾形；厚的钢板做成鱼尾形；钻杆接头：嵌入翼板并焊接成一体；钻杆接头：嵌入翼板并焊接成一体；出浆口：在翼板两侧，钻杆接头下口各焊一段角钢，形成出浆口：在翼板两侧，钻杆接头下口各焊一段角钢，形成 方向相反的出浆口，方向相反的出浆口，硬质合金牙：在翼板的切削边缘镶焊硬质合金。硬质合金牙：在翼板的切削边缘镶焊硬质合金。特点：结构简单，容易加工制作；适用于粘土和砂土地特点：结构简单，容易加工制作；适用于粘土和砂土地层；钻头导向性差，易偏斜。层；钻头导向性差，易偏斜。笼式刮刀钻头（双腰带笼式钻头）笼式刮刀钻头（双腰带笼式钻头）第38页/共113页B6第39页/共113页 结构结构 钻头由中心管、翼板、上下腰带、立柱、横支杆、斜支钻头由中心管、翼板、上下腰带、立柱、横支杆、斜支杆和超前小钻头组成。杆和超前小钻头组成。特点：钻头不易偏斜，钻进平稳，摆动小；钻孔垂直精特点：钻头不易偏斜，钻进平稳，摆动小；钻孔垂直精度较高；适用于粘土，粉、细、中、粗砂和含砾石的土层。度较高；适用于粘土，粉、细、中、粗砂和含砾石的土层。（砾石可挤进圆笼）（砾石可挤进圆笼）第40页/共113页()筒状肋骨取心钻头(下图)这种钻头的钻头体是用20mm厚的钢板卷制而成的，上端用加强筋与中心管焊接，底部镶焊合金，并在外缘对称地加焊46块肋骨块，适用于中硬岩石的取心钻进。第41页/共113页筒状肋骨合金取芯钻头1一钻杆接头；2一加强筋板；3一钻头体；4一肋骨块；5一合金片第42页/共113页 内外压砂块式钢粒钻头内外压砂块式钢粒钻头 B7 结构结构 由芯管、外管、由芯管、外管、内压砂块、外压砂块、内压砂块、外压砂块、加强筋板和钻杆接头加强筋板和钻杆接头等组成。等组成。钻进原理钻进原理 钻进时内外压砂钻进时内外压砂块压住投放到孔底的块压住投放到孔底的钢粒，并带动钢粒在钢粒，并带动钢粒在孔底翻滚而破碎岩石。孔底翻滚而破碎岩石。适用条件适用条件 中硬以上岩石全面中硬以上岩石全面钻进钻进第43页/共113页 牙轮钻头 结构 前导钻头（三牙轮）；其余牙轮对称分布于托盘上；另有吸渣口、中心管和导管等。钻进原理 钻进时牙轮在孔底既绕钻头轴心转动，也绕自身轴心旋转，破碎岩土。适用：硬土、基岩或卵砾石层。B8第44页/共113页 钻进工艺参数的选择 钻压 钻头作用于孔底岩石上的轴向压力。钻压确定：综合考虑地层条件、钻头类型、设备能力和钻具强度等因素。松散土层：在泥浆畅通排渣及时的前提下，灵活掌握。基岩：据采用的钻头类型确定。如：合金钻头：取400600N/颗；钢粒钻头：200300N/cm2;牙轮钻头：300500N/cm (直径)。大直径桩孔，可加重块增大钻压。第45页/共113页 转速（n）钻头每分钟回转的次数。转速确定：主要考虑破土碎岩的扭矩和钻头不同部位切削具的磨耗情况。可按下式计算：式中：v线钻头旋转的圆周线速度，取0.81.6m/s；D钻头直径。一般均质地层，n 取4080r/min,非均质地层或较硬地层取2040r/min。第46页/共113页 泥浆泵量（冲洗液量）每分钟送往孔内的泥浆量应能保证泥浆在桩孔内上反流速足以及时排出孔底的钻渣。可按下式计算：式中：D桩孔直径（m）；d钻具外径（m）；v上返桩孔内泥浆上返流速（m/s）上式中关键是确定上返流速，而上返流速又涉及到物体的悬浮速度及流体压力损失等概念。加之受到钻具和水龙头断面尺寸影响，准确确定非常困难，常用半经验方法。正循环回转钻进存在的问题 正循环回转钻进适用于口径不超过1000mm的桩孔，对大于1000mm的桩孔，由于环状间隙断面大，泵量有限，再采用正循环钻进时，其上返流速低，排渣能力差，钻渣必须 第47页/共113页反复的充分的破碎才能被排出孔外。由此将产生三个问题：影响钻进效率，加快钻头磨损；钻渣颗粒越细，越难从泥浆中分离，泥浆维护和处理难度越大。若增大泥浆粘度和比重（这样有利于上返钻渣），又会使孔壁泥皮厚度加大，势必影响桩的质量（尤其摩擦桩），而且还会增大泵的功耗。为解决排渣问题，对于大口径桩孔，可采用反循环钻进。四、反循环回转钻进成孔工艺 反循环钻头的钻进与正循环的钻进是完全一样的，即电动机通过转盘和卡瓦带动钻杆和钻头旋转而切土。不同的是泥浆循环的方向，反循环中，吸泥泵通过钻杆从钻孔底部抽吸泥浆，孔底的泥浆夹带着钻头切削下来的钻渣被吸入钻杆并通过钻杆和顶部的泥浆龙头及胶管排至泥浆沉淀池的第一格。在泥浆池的第一和第二格，粗粒钻渣沉淀，较纯的泥浆流入第三格泥浆池，钻渣还可继续沉淀。第三格泥浆池中的纯净泥浆再被导入钻孔内，开始新的泥浆循环，同时也保持钻孔内的泥浆水位不下降，防止塌孔。这种泥浆循环方向与正循环方向相反，而且因抽吸而在钻孔内形成负压，故称反循环。第48页/共113页第49页/共113页反循环钻进的优点：泥浆上返速度高（23.5m/s），能及时有效地排除钻渣，提高钻进效率。排渣颗粒粗，减少重复破碎和对钻头的磨损。（粒度小于钻杆内径卵砾石，可不经破碎直接排出孔口）因此，反循环钻进已在国内外大口径桩孔施工中得到了广泛应用。反循环的实现方法 反循环方法直接压送法（小口径或非漏失地层）抽吸法泵吸反循环（离心泵）气举反循环（气举泵）射流反循环（射流泵）（大口径）第50页/共113页 泵吸反循环 原理砂石泵抽吸钻杆内腔产生负压孔底吸入泥浆泥浆抽入沉淀池沉淀后泥浆回流孔内B9第51页/共113页 砂石泵的启动（三泵循环系统）B10第52页/共113页 泵吸反循环参数选择 钻杆内径：与通过粒径、抽吸阻力及泵量等有关。取d=D/10（D为桩孔直径），且100mm。上返流速：增大上返流速，可加大排渣效果，但沿程阻力损失剧增（与流速平方成正比）。据经验：钻杆内上返流速取24m/s，且不低于1.5m/s。环形空隙内流速：0.020.04m/s，且0.16m/s。泵量：上返流速确定后，可据下式计算泵量：主动钻杆长度：管路中负压最低点在水龙头上的弯管顶部，为保证该部位有足够的负压，主动钻杆长度通常不大于3.5m。第53页/共113页 射流反循环 原理高压流体喷出高速射流卷吸周围介质吸入室产生负压引射流体被吸入并带走两流体在喉管混合经扩压管时，速降压增通过排出管排出 B11第54页/共113页B12 射流泵的安装第55页/共113页 射流反循环的特点射流反循环的特点 射流泵既能抽吸液体也能抽吸气体，不需要启动装置。射流泵结构简单，排渣路径通畅，工作可靠。机械效率偏低，在25%以下，消耗功率较大。喷嘴及吸水龙头易被泥浆池中的杂物堵塞。气举反循环（气压反循环）原理 空压机送压缩空气压缩空气至孔内气液混合室气液混合室，压缩空气膨胀并与泥浆混合成合成气液混合物气液混合物，在钻杆内外重度和内外重度和压气动量压气动量联合作用下，气液混合物沿钻杆内腔上升气液混合物沿钻杆内腔上升，带动孔底泥浆和钻渣一起向上流动泥浆和钻渣一起向上流动，形成三相流三相流，至沉淀池分离，泥浆流回孔分离，泥浆流回孔内形成循环。第56页/共113页B13第57页/共113页钻进参数选择与计算 钻孔直径与钻杆内径；混合器沉没深度；空气压力；压气量；尾管长度。并列式（外供风式钻杆）（较常用）送风方式 环隙式（双壁钻杆）；（见下页图）中心式（中心风管）钻进特点 优点：工作条件要求不高，只要能提供高压缩空气，就能钻进较深的钻孔；对管路密封要求低。缺点：不能用于开孔钻进，浅孔段效率较低。第58页/共113页B14第59页/共113页 反循环钻进成孔技术要点 应根据地层条件、钻头类型和设备能力来确定钻进参数。钻压确定 对于合金钻头：式中：p 单颗合金破碎岩石所需钻压（kN/颗）；对于土层，取0.60.8kN/颗；对中硬基岩，取0.91.6kN/颗。m 钻头上切削岩石的合金颗数。对于不同类型的钻头和不同的地层，可参照表1-8（P26）选择钻压。转速（n）确定 中软岩层 1.41.7m/s硬土层 2.03.0m/s砂砾卵石层 1.22.2m/sv线第60页/共113页 正循环改为反循环时，为防止孔底沉渣堵塞循环管路，钻具距孔底23m时就开始反循环。钻进时，可根据排渣口的排渣情况和返水量大小判断循环管路是否畅通。气举反循环时，应据空压表读数判断孔内情况。（管路堵塞、漏气、地层漏失、内管损坏等）正反循环旋转钻的比较(1)在钻孔的深度钻孔的深度方面，正循环旋转钻是从钻杆中压入泥浆，泥浆在钻孔中上浮钻渣。因压力不受限制，钻深也就不受限制。我国70年代，在山东北镇黄河大桥，施工的1.5m直径、入土深l07m的超长桩，就是用的正循环法，使用当时生产的SPJ一300型钻机。反循环若用泵吸式出渣，因吸力有限，一般深度不超过35m，若用气举法，有施工深度达6570m者。(2)在钻进效率钻进效率方面，一般认为正循环是浮渣，大颗粒在钻孔中易回沉，影响钻进速度；反循环直接从孔底抽吸钻渣和泥浆，出渣快，进度快。但出渣效率很高的反循环气举法，在开孔阶段要校成别的方法钻进井孔，实在影响效率。第61页/共113页五、无循环回转钻进成孔工艺 无循环回转钻进回转钻进过程中无循环液（干钻）或孔内泥浆不循环。螺旋钻进（长螺旋 短螺旋）利用螺旋钻具储存或输送钻渣的干式机械回转钻进方法。(3)在钻孔空稳定钻孔空稳定方面，正循环压入泥浆形成正压，对护壁有利，加上正循环为了浮渣常使用比重很大的泥浆(1.0-1.6)，孔壁就更稳定了；反循环是抽吸泥浆及钻渣钻孔内净比后的泥浆是从上向下沉动的，形成负压，孔壁较不稳定。为此，我国近年来已开始在反循环旋转钻个使用稳定液了。第62页/共113页B15 钻进特点 钻进效率高；移机方便,清场容易.无泥浆污染；不适用于粘土层 和大粒径卵石层。只适用于地下水 位以上的土层。钻具结构 螺旋钻具由芯管、螺旋叶片和接头组成。如图示：螺距为钻具外径的0.50.7倍。第63页/共113页 钻进工艺参数 钻压螺旋钻进的轴向压力。确定钻压应考虑地层岩性、钻孔直径、钻头结构等因素。也可参照经验公式：式中：P轴向压力（N）；PJ钻头直径方向上单位长度的轴心压力（N/cm）；岩土单轴抗压强度（N/cm2）；D钻孔直径（cm）。第64页/共113页B16 转速（n）螺旋钻进依靠孔壁与钻渣的切向摩擦力，沿叶片自动输出钻渣。钻渣向叶片外缘移动的条件：其中：则即f1钻渣与叶片的摩擦系数。第65页/共113页 在上述条件下，钻渣将被甩向叶片边缘，并对孔壁产生压力（正压力），从而产生孔壁对钻渣的切向摩擦力（与回转方向相反）。当此摩擦力（F）沿螺旋面的分量（Fcos）大于钻渣自重在此方向上的分量及钻渣与叶片的摩擦力时，钻渣就沿叶片开始上升。即：其中：故则 临界转速实际转速应大于临界转速，一般取 n=1.3n0第66页/共113页【注】：短螺旋钻的转速可小于临界转速。（转速越高越有利于向上输送钻渣，但所需的功率也越大。）钻进技术措施与注意事项 长螺旋钻进应控制钻进速度，防止钻渣太多产生阻塞。长螺旋钻进至设计孔底时，应空转清渣，然后停转提钻。（防止孔底虚土过厚）短螺旋钻进时应根据钻头长度和地层性质控制回次进尺，避免包钻。一般应小于钻头长度的2/3。螺旋钻进时应防止钻孔偏斜。（调平钻机、保持钻杆垂直、接头同心、软硬互层时控制速度，保持平稳钻进）第67页/共113页塌孔的预防与处理 螺旋钻是干作业成孔,就不能够借助泥浆浆来维护孔壁稳定,但是由于于它的成孔时间的较短，一般情况不易发生塌孔。导致塌孔的主要原因：地层原因是钻遇地表松散填土层时地表水流进孔内；钻遇饱和含水的流塑状淤泥和软塑性粘土,钻遇地下水以及完全无泥质胶结的厚砂砾层等。工艺因素主要是使用了弯曲的钻具或钻压不足长时间的空转虚钻,造成对稳定性差的土层的强机械扰动,有局部孔段超径而演化成孔壁坍塌。第68页/共113页预防方法：1、疏干地表水。2、遇到不良地层时，慎重选择方法。3、对于稳定性差的地层，选配同心度高的钻具，正确合理的选择成孔技术参数，避免对稳定性差的土层的强机械扰动,而产生局部孔段超径。解救措施：及时处理，一般采取投入干黄土和灰土，捣实后重新钻进。当塌孔段比较长的时候，应该分段捣实，分段钻进成孔，形成比较密实的人工孔壁。第69页/共113页六、冲击钻进与冲抓钻进成孔工艺 冲击钻进成孔工艺 钻进原理 采用钢丝绳将钻头周期性提离孔底一定高度后，让钻头在自重作用下自由下落，冲击孔底，破碎岩土。在转向器作用下，每冲击一次钻头转动一个角度，从而形成圆形截面的钻孔。破碎的钻渣一部分被挤入孔壁，另一部分用抽筒抽捞出来，从而获得进尺。孔内泥浆用于悬浮钻渣和稳定孔壁，不做循环。第70页/共113页 主要设备与机具 主要有：钻机、冲击钻头和抽筒。钻机 专用型：CZ20型、CZ22型、CZ30型改装型：CZ3、CZ5 B19第71页/共113页B20冲击缓冲器作用：缓冲、放松和预紧 冲程 （曲杆）冲次 （转速）第72页/共113页B21 冲击钻头（结构参数：底刃、侧刃、边刃外壁、底刃中心角）主要结构参数:锥头重量(Q);底刃刃角();侧刃刃角();底刃中心角();边刃外壁倾角();上部接头主要是与冲击钻杆连接或者直接与钢丝绳接头连接。为了打捞方便，在上部接头出应该加工打捞丝扣，为了减少钻头再运动时泥浆对它的阻力，钻头体应该开设槽沟，以便泥浆流通，从而加大冲击力。为了使钻头的冲击力能集中的施加于地层，常常设计成各种形式和不同刃角参数的钻头。一字形，十字形，圆锥形等等第73页/共113页 抽筒(捞渣筒)捞取孔内岩屑的工具工作原理：单向阀门单向阀门（如图）（如图）第74页/共113页 钻进特点 优点 对岩土层的适应性强，适用于除黄土以外的各类地层，尤其适用于大的卵砾层。适用于浅孔大口径钻进。机具设备简单，搬迁方便，功耗小，成本较低。工艺方法简单，易于操作。缺点 碎岩时间短，重复破碎严重，需停钻捞渣，钻进效率较低。在非均质地层钻进时钻孔不规则，易偏斜。由于靠钻头自由下落钻进，只能钻垂直孔。第75页/共113页 钻进参数分析 钻进速度：钻头重量（Q）孔径