冲击钻施工工艺设计与步骤

冲击钻施工工艺及步骤

一、概要

1、分类:（1）实心锥：由冲击装置（底盘、支架及钢绳等）、卷扬机和冲击锥组成。上下往返冲击，将土石劈裂、劈碎，通过泥浆将钻渣悬浮排出。（2）空心锥：主要区别是钻头为空心。

2、适用范围：

3、优缺点

优点:适用地层和土质广，可以说是无坚不摧。但在钻普通土时进度较慢，空心锥比实心锥进度快，在遇到坚硬层时宜使用实心锥。

二、准备工作

进度参考表

冲击钻机分类：

1.冲击式钻机，配备有钻架及起吊、冲击全套设备。如图：

国产的冲击钻机主要是CZ型，有CZ—30、CZ—28、CZ—22、CZ—20、CZ—20—2等，另外还有YKC—31、YKC—30、YKC—22、YKC—20等规格。除CZ—20—2外，均非自行。

详细介绍:1、冲锥由锥身、刃脚和转向装置三部分组成。如下图。钻身提供冲锥所必须的重力和冲击动能；刃脚位于冲锥的底部，为直接冲击、破碎土、石的部件；转向装置舍于锥顶，和起吊钢丝绳联结，是使冲击锥能冲击成圆孔的关键部件。

转向装置的工作原理:钻进时,借吊起冲锥的钢丝绳在悬重作用下,顺钢丝捻扭的相反方向转动,带动冲锥转动一个角。与冲锥下落置于孔底，钢丝绳松弛后不受力后，又因钢丝绳的弹性，带动转向装置扭转过来。当再提起冲锥时，它又沿上述方向转动一个角度，这样就能冲成完整的圆桩孔。

2、场地准备

施工场地应按以下不同情况进行整理；

a)场地为旱地时，应平整场地清除杂物，换锄软土，夯大密实。

b)场地为陡坡时，可用枕木或木架搭设坚固稳定的工作平台。

c)场地为浅水时，宜采用筑岛方法。

d)场地为深水或淤泥层较厚时，可搭水上工作平台。

护筒的作用及注意事项

护筒有固定桩位，引导钻头（锥）方向，隔离地面水免其流入井孔，保护孔口不坍塌，并保证孔内水位高出地下水或施工水位一定高度，形成静水压力，以保护孔壁免于坍塌等作用。

冲击锥筒径宜比桩径大30~40cm。

护筒顶高度要求：护筒顶端的泥浆溢出口底边，当地质良好、不易塌孔时，宜高出地下水1.0米~1.5米；当地质不良、容易塌孔时，应高出地下水位1.5~2.0米。其余情况一般都在1.5~2.0米。在旱地施工时还应该高出地面0.3米。

护筒埋置深度：旱地或浅水区，对于粘性土不小于1.0~1.5米，对于砂类土应将护筒周围0.5没~1.0米范围内土挖除，夯填粘质土至护筒底0.5米以下。

护筒的埋设与沉入

护筒埋设工作是钻孔灌注桩施工的开始，护筒平面与竖直度准确与否，护筒周围和护筒底脚是否紧密、不透水，对成孔、成桩的质量都有重大影响。埋设时，护筒中心轴线应对正测量标定的桩位中心，其偏差不得大于5厘米，并应该严格保持护筒的竖直位置。

当地下水位在地面以下超过1米，可采用挖埋法。

在砂类土、沙砾等河床埋护筒时，先在桩位处挖出比护筒外径大0.8~1米的圆坑。然后在坑底填筑50厘米左右厚的粘土分层夯实，以备安设护筒。

在粘性土中挖埋时，坑的直径与上述相同，坑底应整平；然后通过定位的控制桩放样，把钻孔的中心位置标于坑底；再把护筒吊放进坑内，找出护筒的圆心位置用十字线定在护筒顶部或底部，然后移动护筒，使护筒中心与钻孔中心位置重合。

若河床为很松散的细砂地层挖坑不易成形，可采用双护筒。

若河床为含水量很大的粉土质砂或软土地层，应将自护筒底部50厘米以上至表层的原土全部挖除，换填好土。若护筒底部50厘米以下有很厚这样土层，则宜使用长护筒。

泥浆的各项事宜

泥浆的作用和性能要求

泥浆由水、粘土和添加剂组成，在钻孔中，由于泥浆相对密度大于水的相对密度，故护筒内同样高的水头，泥浆的静水压力比水大。由于静水压力的作用，泥浆可作用在井孔壁形成一层泥皮，阻隔孔内水外渗流，保护孔壁免于坍塌。

此外，泥浆还起悬浮钻渣的作用，使钻进正常进行。

主要性能指标

相对密度

泥浆的相对密度是泥浆与4o C时同体积水的质量比。泥浆的相对密度增大时，在钻孔中对孔壁的侧压力也相应增大，孔壁也越趋稳定，

悬浮携带钻渣的能力也越大。然而相对密度过大的泥浆，其失水率也加大，孔壁上的泥皮也增厚，就增加了泥浆的原材料消耗而且会给清孔和灌注混凝土造成困难。

粘度

粘度是液体或混合物运动时，各分子或颗粒之间产生的内摩擦力。粘度大的泥浆，产生的孔壁泥皮厚，对防止翻砂、隔阻渗漏有利，对悬浮携带钻渣的能力强，但粘度过大，则容易糊钻，影响泥浆泵的正常工作，增加泥浆净化的困难，进而影响钻进速度。粘度过小，钻渣不易悬浮，泥皮薄，对防止翻砂、渗漏不利。

含砂率

含砂率是泥浆内所含的砂和粘土颗粒的体积百分比。泥浆含砂率大时，会降低粘度，增加沉淀，容易磨损泥浆泵和水管摇头、钻渣等钻具；停钻时易造成埋钻、卡钻事故。

胶体率

胶体率是泥浆静止后其中呈悬浮状态的粘土颗粒与水的分离程度以百分比表示，胶体率高的泥浆，粘土颗粒不易沉淀，悬浮钻渣的能力高，否则反之。冲孔钻机需要较高的胶体率。

泥浆性能指标选择

钻孔灌注桩的施工工艺流程

冲击钻机成孔

开孔:开钻应先在孔内灌注泥浆,始终保持孔内的水位高出地下水位1.5米~2.0米,并低于护筒顶面0.3米以防溢出,掏渣后及时补水.护筒底脚以下2米~4米范围内属河床表面,一般比较松散,应认真施工.一般细粒土层可采用浓泥浆、小冲程、高频率反复冲砸，使孔壁坚实不坍塌。

在砂及卵石夹土等松散层开孔或钻进时，可按1：1投入粘土和小片石（粒径不大于15厘米）用冲击锥以小冲程反复冲击，使泥膏、

片石挤入孔壁。必要时须重复冲击2~3次。

开孔或钻进遇有流砂现象时，宜加大粘土减少片石的比例按上述方法进行处理，力求孔壁坚实。

注意事项：

1.冲程应根据土层情况分别规定：一般在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中时，宜采用高冲程（1米），在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中时宜采用中冲程（0.75米）。冲程过高，对孔底振动大，易引起塌孔。在通过高液限粘土、含砂低液限粘土时，宜采用中冲程。在易塌孔或流砂地段宜采用小冲程并应提高泥浆的粘度和相对密度。

在通过漂石或岩层如表面不平整，应先投入粘土、小片石，将表面垫平，再用十字形钻锥进行冲击钻进，防止发生斜孔、塌孔事故。

要注意均匀地放钢丝绳的长度，一般在松软土层每次松绳5厘米~8厘米在密实坚硬的土层每次松绳3厘米~5厘米。应注意防止松绳少，形成“打空锤”使钻机、钻架及钢丝绳受到过大的意外荷载，遭受损坏，松绳过多，则会减少冲程降低钻进速度严重时使钢丝绳纠缠发生事故。

掏渣：一般在坚硬密实的土层没小时纯钻进小于5厘米~10厘米、松软地层每小时纯钻进小于15厘米~30厘米时，应进行掏渣。或每进尺0.5米~1米时掏渣一次，每次掏渣4~5筒，或掏至泥浆内含渣显著减少、无粗颗粒、相对密度恢复正常为止。

钻孔事故的预防及处理

坍孔原因

泥浆相对密度不够及其他泥浆指标不符合要求，使孔壁未形成坚实泥皮。

由于出渣后未及时补充泥浆（或水）或河水、潮水上涨，或孔内出现承压水或钻孔通过沙砾等强透水层，孔内水流失等造成孔内水头高度不够。

护筒埋置太浅，下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸湿泡软，或钻机直接接触在护筒上，由于振动使孔口坍塌，扩展成较大坍孔。

在松软砂层中钻进进尺太快。

提出钻锥钻进，回转速度过快，空转时间太长。

冲击锥或掏渣筒倾倒，撞击孔壁，或爆破处理孔内孤石、探头石、炸药量过大，造成过大振动。

水头过高，使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。

清孔后泥浆相对密度、粘度等指标降低，用空气泥机清孔泥浆吸走后未及时补浆（或水），使孔内水位低于地下水位。

清孔操作不当，供水管嘴直接冲刷孔壁、清孔时间过久或清孔后停顿时间过长。

10、吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。

坍孔的预防和处理

在松散粉砂土或流砂中钻进时,应控制进尺速度,选用较大相对密度、粘度和胶体率的泥浆。冲击钻成孔时投入粘土，掺片、卵石，低冲程锤击，使粘土膏、片、卵石挤入孔壁起护壁作用。

汛期或潮汐地区水位变化过大时，应采取升高护筒，增高水头，或用虹吸管、连通管等措施保证水头相对稳定。

发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒再钻。

如发生孔内坍塌，判别坍塌位置，回填砂和粘土（或沙砾和黄土）混合物到塌孔处以上1~2米，如塌孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。

严格控制冲程高度和炸药用量。

清孔时应指定专人补浆或水，保证孔内必要的水头高度。供水（浆）管最好不要直接插入钻孔内，应该通过水槽或水池使水减速后流入钻孔中，可免冲刷孔壁。应扶正吸泥机，防止触动孔壁。不宜使用过大的风压，不宜超过1.5~1.6倍钻孔中水柱压力。

吊入钢筋骨架时应对准钻孔中心竖直插入，严防触及孔壁。

钻孔偏斜的原因

钻孔中遇到较大的孤石或探头石。

在有倾斜的软硬地层交界处，岩面倾斜出钻进；或者粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头受力不均。

扩孔较大处，钻头摆动偏向一方。

钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷、位移。

钻杆弯曲，接头不正。

预防和处理

安装钻机时要使转盘、底座水平，起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔

和护筒中心三者应该在一条竖线上，并经常检查校正。

由于主动钻杆较长，转动时上部摆动较大。必须在钻架上增设导向架，控制钻杆上的提引水龙头，使其沿导向架对中钻进。

钻杆接头应逐个检查，及时调整，当主动钻杆弯曲时，要用千斤顶及时调直。

在有倾斜的软、硬地层钻进时，应吊着钻杆控制进尺，低速钻进或回填片、卵石冲平后再钻进。

掉钻落物的原因

卡钻时强提强扭，操作不当，使钻杆或钢丝绳超负荷或疲劳断裂。钻杆接头不良或滑丝。

电动机接线错误，钻机反向旋转，钻杆松脱。

冲击钻头合金套灌注质量差致使钢丝绳拔出。

转向环、转向套等焊接处断开。

钢丝绳与钻头连接处钢丝绳的绳卡数量不足或松弛。

钢丝绳过度陈旧，断丝太多，未及时更换。

操作不慎，落入扳手、撬棍等物。

预防措施

开钻前应清除孔内落物，零星铁件可有电磁铁吸取，较大落物和钻具也可用冲抓锥打捞，然后在护筒口加盖。

经常检查钻具、钻杆、钢丝绳和联结装置。

为便于打捞落锥，可在冲击锥或其他类型的钻头上预先焊打捞环、打捞杠，或在锥身上围捆几圈钢丝绳等。

处理方法

掉锥后应及时摸清情况，若钻锥被沉淀物或坍孔土石埋住应首先清孔，使打捞根据能接触钻杆和钻锥。

糊钻和埋钻

在粘土层中冲击成孔时，由于冲程太大，泥浆粘度过高、钻渣量大、钻杆内径过小，出浆口堵塞以致钻头被糊住或被埋住。

预防处理措施

可清除泥包，调节泥浆的相对密度和粘度，适当增大泵量和向孔内投入适量的砂石解决泥包糊钻，选用刮板齿小、出浆口大的钻锥；还应减少冲程适当控制进尺；若已严重糊钻，应停钻，清除钻渣。

扩孔和缩孔

在地下水呈运动状态、土质松散地层处或钻锥摆动过大，易出现扩孔，扩孔的发生原因和坍孔相同，轻则为扩孔，重则为坍孔。若孔内只是局部发生坍孔而扩孔，钻孔仍能达到设计深度则不必处理，只是混凝土灌注量大大增加。若因扩孔后继续坍塌影响钻进，应按坍孔事故处理。

缩孔一般表现为钻机钻进时发生卡钻、提不出钻头或者提钻异常困难的迹象。原因有两个：一种是钻锥焊补不及时，严重磨耗的钻锥往往钻出较设计桩径稍小的孔；另一种是由于地层中有软塑土（俗称橡皮土），遇水膨胀后使孔径缩小。为防止缩孔，前者要及时修补磨损的钻头，后者使用失水率小的优质泥浆护壁并须快转慢进，并复转二、三次；或者使用卷扬机吊住钻锥上下、左右反复扫孔以扩大孔径，

直到使发生缩孔部位达到设计孔径要求为止。

梅花孔形成原因

锥顶转向装置失灵，以至冲锥不转动，总在一个方向上下冲击。泥浆相对密度和粘度过高，冲击转动阻力太大，钻头转动困难。操作时钢丝绳太松或冲程太小冲锥刚提起又落下，钻头转动时间不充分或转动很小，改换不了冲击位置。有非匀质地层，如漂卵石层、堆积层等易出现探头石，造成局部孔壁凸进，成孔不圆。

预防方法

应经常检查转向装置的灵活性，及时修理或更换失灵的转向装置。选用适当粘度和相对密度的泥浆，并适时掏渣。