冲击成孔灌注桩——成孔原理及适用范围

冲击钻成孔灌注桩施工工艺和常见问题的处理方法一、成孔的原理及适用范围•利用冲击钻机或卷扬机带动一定重量的冲击外头，在一定的高度内使钻头提升，然后突放使钻头自由降落，利用冲击动能冲挤土层或破碎岩层形成桩孔，再用掏渣筒或其他方法将钻渣岩屑排出。每次冲击之后，冲击钻头在钢丝绳转向装置带动下转动一定的角度，从而使•桩孔得到规则的圆形断面。•冲击钻成孔适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层和碎石土层；也适用于砾卵石层、岩溶发育岩层和裂隙发育的地层施工，而后者常常是回转钻进和其他钻进方法施工困难的地层。•桩孔直径通常为600~1500MM，最大直径2500MM，钻孔深度一般为50M左右，某些情况下可超过100M。冲击钻机分类•冲击钻机可分为钻杆冲击式和钢丝绳冲击式两种，后者应用广泛。•钢丝绳冲击钻机又大致可分为两类：一类是专门用于钻进的钢丝绳冲击钻机，一般均组装在汽车或拖车上，钻机安装‘就位和转移均较方便；另一类是由带有离合器的双筒或单筒卷扬机组成的简易冲击钻机。施工中多采用压风机清孔。•除此以外，国内还生产正、反循环和冲击钻进三用钻机。冲击钻机的构造•冲击钻机主要由钻机或桩架（包括卷扬机）、冲击钻头、掏渣筒、转向装置和打捞装置等组成。CZ----型冲击钻机简易型冲击钻机图7-64冲击钻钻头型式（a）φ800mm十字钻头；（b）φ920mm三翼钻头图7-65掏渣筒（a）平阀掏渣筒；（b）碗形活门掏渣筒1-筒体；2-平阀；3-切削管袖；4-提环挖泥浆池、沉淀池挖泥浆沟槽泥浆制备桩位测量埋设护筒钻机就位注浆冲击、正循环清清渣是否到设计位置正循环换浆清孔是否达到规范要求吊放钢筋笼NYN正循环二次清孔是否满足设计沉渣要求N混凝土灌注泥浆回收泥浆沉淀池处理桩机移位YY冲击钻成孔灌注桩流程图施工工艺1、设置护筒。护筒内径宜比冲击钻头直径大200MM以上；直径大于1M的护筒如果刚度不够时，可在顶端焊加强圆环，在筒身外壁焊坚向加肋筋；埋设可用加压、振动、锤击等方法。护筒的作用：1)控制桩位，导正钻具；2)保护孔口，隔离地表水渗漏，孔口及孔壁土坍塌；3)保持或提高孔内的水头高度，增加对孔壁的静水压力，以防止孔壁坍塌；施工工序4)护筒顶面可作为钻孔深度、钢筋笼下放深度、混凝土面位置及导管埋深的测量基准；5)护筒顶面可设置桩位中心的标记，以此可调整钢筋笼位置，使其中心与桩中心一致；6)固定钢筋笼。2、安装冲击钻机。冲击钻进。3、第一次清除沉渣（用掏渣筒或泥浆循环）。施工要点1、钢丝绳冲击过程中平稳，冲击钻头有最大的动能；选择合适的钻头重量一般按冲孔直径每100MM取100~140KG为宜。选择最优悬距,一般可取0.5~0.8M之间。冲击行程和冲击频率。(按桩机的类型确认）2、冲击钻进成孔施工应根据地层情况，合理选择钻进技术参数，少松绳、勤松绳、勤掏渣。3、控制合适的泥浆相对密度。施工时，要先在孔口埋设护筒，然后冲孔就位，使冲击锤中心对准护筒中心。开始应低锤密击，锤高0.4~0.6M，并及时加片石、砂砾石和粘土泥浆护壁，使孔壁挤压密实，直至孔深达护筒底以下3~4M后，才可加快速度，将锤提高至1.5~2M以上转入正常冲击，并随时测定和控制泥浆相对密度。4、在冲击钻进阶段应注意始终保持孔内水位高过护筒底口0.5M以上，以免水位升跌波动造成对护筒底口处的冲刷。施工注意事项1、冲击钻进应遵守以下一般规定1)应控制钢丝绳放松量，勤放少放，防止钢丝绳放松过多减少冲程，放松过少则不能有效冲击，形成“打空锤”，损坏冲击机具。用卷扬机施工时，应在钢丝绳上作记号控制冲程。冲击钻头到底要及时收绳提起冲击钻头，防止钢丝绳缠卷冲击钻具或反缠卷筒。应经常检查钢丝绳磨损情况、卡扣松紧程度、转向装置是否灵活，以免突然掉钻。2）必须保证泥浆补给，保持孔内浆面稳定；护筒埋设较浅或表土层土质较差者，护筒内泥浆压头不宜过大。3）一般不宜多用高冲程，以免扰动孔壁而引起坍孔、扩孔或卡钻事故。4）每次掏渣后或因其他原因停钻后再次开钻时，应由低冲程逐渐加大到正常冲程，以免卡钻。5）冲击钻头磨损较快，应经常检修补焊。6）大直径桩孔可分级扩孔第一级桩孔直径为设计的0.6~0.8倍。2、在粘土层中钻进应注意：可利用粘土自然造浆的特点，向孔内送入清水，通过钻头冲捣形成泥浆；可选用十字小刃角形的中小钻头钻进；控制每次进尺不大于0.6~1.0M；在粘性很大的粘土层中钻进时，可边冲边向孔内投入适量的碎石或粗砂；当孔内泥浆粘度过大、相对密度过高时，在掏渣的同时，向孔内泵入清水。3、在砂砾石层钻进应注意：使用粘度较高、相对密度适中的泥浆；保持孔内有足够的水头高度；视孔壁稳定情况边冲击边向孔内投入粘土，使粘土挤入孔壁，增加孔壁的胶结性用掏渣筒掏渣时，要控制每次掏渣时间和掏渣量。4、在卵石、漂石层钻进应注意：宜选用带侧刃的大刃脚一字形冲击钻头，钻头重量要大，冲程要高；冲击钻进时可适时向孔内投入粘土，增加孔壁的胶结性，减少漏失量；保持孔内水头高度，不断向孔内补充泥浆，防止因漏水过量而坍孔；在大漂石层钻进时，要注意控制冲程和钢丝绳的松紧，防止孔斜；遇孤石时可抛填硬度相近的片石或卵石，用高冲程冲击，或高低冲程交替冲击，将大孤石击碎挤入孔壁。5、在裂隙岩溶地层钻进应注意下列事项：1）冲击钻头操作要平稳，尽可能少碰撞孔壁。2）选用圆形钻头钻进，冲程宜小不宜大，加大钻头重量，悬距不宜过大。3）遇裂隙漏失时，可投入粘土，冲击数次后，再边投粘土边冲击，直至穿过裂隙。4）遇溶洞时，应减小冲程和悬距，慢慢穿过，必要时可边冲边向孔内投放小片石或碎石，以冲挤到溶洞充填物中作骨架，稳定充填物。5）遇无充填物的小溶洞时，如果施工需要，可投入粘土加石块，形成人造孔壁。6）遇起伏不平的岩面和溶洞底板时，不可盲目采用大冲程穿过。需投入粘土石块，将孔底填平，用十字形钻头小冲程反复冲捣，慢慢穿过。待穿过该层后，逐渐增大冲程和冲击频率，形成了一定深度的桩孔后，再进行正常冲击。6、掏渣应遵守以下规定：掏渣筒直径为桩孔直径的50%~70%；开孔阶段孔深不足3~4M时，不宜掏渣，应尽量使钻渣挤入孔壁；每钻进0.5~1.0M应掏渣一次，分次掏渣，4~6筒为宜。当在卵石、漂石层进尺小于5CM，在松散地层进尺小于15CM时，应及时掏渣，减少钻头的重复破碎现象；每次掏渣后，应及时向孔内补充泥浆或粘土，保持孔内水位高于地下水位1.5~2.0M7、第二次清孔应遵守以下规定：孔壁土质较好不易坍孔者可用空气吸泥机清孔；孔壁土质较差者宜用泥浆循环清孔，清孔后泥浆相对密度应控制在1.15~1.25之间，粘度小于等于28S,含砂率小于等于10%；必须及时补充足够的泥浆或清水，始终保持桩孔中浆面稳定；清孔后孔底沉渣厚度应符合灌注桩施工允许偏差的规定；清孔完毕，应立即灌注水下混凝土。常遇见的问题原因和处理方法常遇问题主要原因处理方法桩孔不圆，呈梅花形，掏渣筒下入困难。原因钻头的转向装置失灵，冲击时钻头未转动经常检查转向装置的灵活性泥浆粘度过高，冲击转动阻力太大，钻头转动困难调整泥浆的粘度和相对密度冲程太小，钻头转动时间不充分或转动很小用低冲程时，每冲击一段换用高一些的冲程冲击，交替冲击修整孔形钻孔偏斜冲击中遇探头石、漂石，大小不均，钻头受力不均发现探头石后，应回填碎石，或将钻机稍移向探头石一侧，用高冲程锰击探头石，破碎探头石后再钻进基岩面产状较陡遇基岩时采用低冲程，并使钻头充分转动加快冲击频率，进入基岩后采用高冲程钻进；若发现孔斜，应回填重钻钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷经常检查，及时调整钻孔偏斜土层软硬不均进入软硬不均地层，采取低锤密击，保持孔底平整，穿过此层后再正常钻进孔径大，钻头小，冲击时钻头向一侧倾斜及时更换钻头冲击钻头被卡，提不起来钻孔不圆，钻头被孔的狭窄部位卡住若孔不圆，钻头向下有活动余地，可使钻头向下活动并转动至孔径较大方向提起钻头冲击钻头在孔内遇到大的探头使钻头向下活动，脱离卡点石块落在钻头与孔壁之间使钻头向下活动，让石块落下冲击钻头被卡，提不起来未及时焊补钻头，钻孔直径逐渐变小钻头入孔冲击被卡及时修补冲击钻头；若孔径已变小，应严格控制钻头直径，并在孔径变小处反复刮孔壁，以增大孔径上部孔壁坍落物卡住钻头用打捞钩或打捞活套助提在粘土层中冲程太高，泥浆度过高，以致钻头被吸住利用泥浆泵向孔内泵送性能优良的泥浆，清除坍落物，替换孔内粘度过高的泥浆冲击钻头被卡，提不起来放绳太多，冲击钻头倾倒，顶住孔壁使用专门加工的工具将顶住孔壁的钻头拨正护筒底部出现卷口变形，钻头卡在护筒底，拉不出来将护筒吊起，割去卷口，再在筒底外围用12MM的钢筋焊一圈包箍，重下护筒于原位孔壁坍塌冲击钻头或掏渣筒倾倒，撞击孔壁探明坍塌位置，将砂和粘土混合物回填到坍孔位置以上1~2M，等回填物沉积密实后再重新冲孔泥浆相对密度偏低，起不到护壁作用按不同地层土质采用不同的泥浆相对密度孔内泥浆面低于孔外水位提高泥浆面遇流砂、软淤泥、破碎地层或松砂层钻进时进度太快严重坍孔，用粘土，泥膏投入，待孔壁稳定后，采用低速重新钻进孔壁坍塌地层变化时未及时调整泥浆相对密度地层变化时要随时调整泥浆浆相对密度清孔或漏浆时补浆不及时，造成泥浆面过低，孔压不够而塌孔清孔或漏浆时应及时补充泥浆，保持浆面在护筒范围以内成孔后未及时灌注混凝土而塌孔成孔后应及时灌注混凝土下钢筋笼时撞击孔壁造成塌孔下钢筋笼应保持坚直，不撞击孔壁流砂(冲孔时有大量流砂涌塞孔底）孔外水压力比孔内大，孔壁松散，使大量流砂涌塞孔底流砂严重时可抛入碎砖石、粘土，用锤冲入流砂层，做成泥浆结块，使成坚厚孔壁，阻止流砂涌入掏渣时，没有同时向孔内补充水，造成孔外水位高于孔内保持孔内水头，并向孔内抛粘土块，冲击造浆护壁，然后用掏渣筒掏砂冲击无进尺钻头刃脚变钝或未焊牢被冲击掉磨损的刃齿用氧气乙炔割平，重新补焊孔内泥浆浓度不够，石渣沉于孔底，钻头重复击打石渣层向孔内抛粘土块，冲击造浆，增大泥浆浓度，勤掏渣钻孔直径小选用的钻头直径小选择合适的钻头直径，宜比成桩直径小20MM钻头磨损未及时修复定期检查钻头磨损情况，及时修复钻头脱落大绳在转向装置联结处被磨断；或在靠近转向装置处被扭断；或绳卡松脱；或钻头本身在簿弱断面折断用打捞活套打捞；用打捞钩打捞；用冲抓锥来抓取掉落的钻头转向装置与钻头的联结处脱开预防掉钻头，勤检查易损坏部位和机构吊脚桩清孔后泥浆相对密度过低，孔壁坍塌或孔底涌进泥砂，或未立即灌注混凝土做好清孔工作，达到要求，立即灌注混凝土清渣未净，残留沉渣过厚注意泥浆浓度，及时清渣沉放钢筋骨架、导管等物碰撞孔壁，使孔壁坍落孔底注意孔壁，不让重物碰撞孔壁水下混凝土灌注施工•灌注水下混凝土的方法按施工中隔离环境水的不同手段可分为：导管法、混凝土泵压法、挠性软管法、预填骨料的灌浆混凝土法。箱底张开法灌注混凝土法、溜槽法、开底容器法和袋装混凝土叠置法。•现介绍导管法灌注水下混凝土；1、基本原理导管法是将密封的钢管作为水下混凝土的灌注通道，其底部以适当的深度埋在灌入的混凝土拌合物内，在一定的落差压力作用下，形成连续密实的混凝土桩身。2、导管法分类1）按地面上导管露出长度可分为低位灌注法和高位灌注法，建筑工地中通常采用低位灌注法，即地上导管部分很短。2）按孔口漏斗的位置可分为漏斗固定式和漏斗活动式，后者为保证导管埋入混凝土深度的要求，在灌注过程中，不断地提高孔口漏斗的位置。3）按隔水装置及方法不同可分为刚性和柔性塞两大类。其中刚性塞又可分为钢制滑阀、钢制底盖、混凝土隔水塞、木制球塞等。柔性塞又分为隔水球、麻布或编织袋内装锯末、砂及干水泥等。3、导管法灌注混凝土的优缺点优点：能向水深处迅速地灌注大量混凝土；利用有利的地下条件对混凝土进行标准养护；作业设备和器具简单，能适应各种施工条件；不需降水。缺点：每立方米混凝土的水泥用量比一般混凝土要多；在桩顶形成混凝土浮浆层；稍有疏忽，就不易保证混凝土的质量；灌注量大时，作业时间和劳动强度都比较大。主要机具1、导管1）导管的厚度一般为4~6MM2）导管的长度，标准节一般为2M；最下端一节管长应为4.5~6M，不得短于4M；为了配合导管柱长度，上部导管长为1