1、冲击成孔灌筑桩施工工艺一、工程概况南广铁路工程 NGZQ-3 标段沙子桥区段，位处于溶洞溶洞发育地带，溶洞形状各异，错落无序，规模大处溶洞呈多层分布。在桩基础施工前，除根据设计提供的初勘、施勘地质资料外，还应进行补勘、电磁波层析 CT 探测等多层次勘察。根据溶洞的不同特点,拟采取冲击钻机成孔并配合相应的施工方案，确保成孔、成桩的可靠性。二、主要施工工艺和技术要求2.1 概要冲击成孔灌筑桩系用冲击式钻机或卷扬机悬吊冲击钻头（又称冲锤）上下往复冲击，将硬质土或岩层破碎成孔，部分碎渣和泥浆挤入孔壁中，大部分成为泥渣，用泥浆循环法排渣，然后再灌筑混凝土成桩。其特点是：设备构造简单，适用范围广，操作方便
2、，所成孔壁较坚实、稳定，坍孔少，不受施工场地限制，无噪声和振动影响等，因此被广泛地采用。但存在掏泥渣较费工费时，不能连接作业，成孔速度较慢，泥渣污染环境，孔底泥渣难以掏尽，使桩承载力不够稳定等问题。适用于黄土、粘性土或粉质粘土和人工杂填土层中应用，特别适于有孤石的砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层中使用，对流砂层亦可克服，但对淤泥及淤泥质土，则要十分慎重，对地下水大的土层，会使桩端承载力和摩阻力大幅度降低，不宜使用。2.2 机具设备主要设备为简易的冲击钻机。它由简易钻架、冲锤、转向装置、护筒以及 35t 双筒卷扬机（带离合器）等组成。所用钻具按形状分，常用有十字钻头和三翼钻头两种；前者专用于砾石
3、层和岩层；后者适用于土层，沙子桥所用皆为十字钻头。钻头和钻机用钢丝绳连接，钻头重 4t，钻头直径 1.25m。转向装置是一个活动的吊环，它与主挖钢绳的吊环联结提升冲锤。2.3 主要施工工艺和技术要点（1）冲击成孔灌筑桩施工工艺程序是：场地平整桩位放线、开挖浆池、浆沟护筒埋设钻机就位、孔位校正冲击造孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣清孔换浆终孔验收下钢筋笼和钢导管灌筑水下混凝土成桩养护。（2）成孔时应先在孔口设圆形 68mm 钢板护筒，它的作用是保护孔口、定位导向，维护泥浆面，防止坍方。护筒内径比钻头直径大 200mm，深 1.5m，如上部松土较厚，宜穿过松土层，以保护孔口和防止塌孔。然后使冲孔机就位
4、，冲击钻应对准护筒中心，要求偏差不大于20mm，开始低锤（小冲程）密击，锤高 0.40.6m，并及时加块石与粘土泥浆护壁，泥浆密度和冲程可按表 1 选用，使孔壁挤压密实，直至孔深达护筒下34m 后，才加快速度，加大冲程，将锤提高至 1.52.0m 以上，转入正常连续冲击，在造孔时要及时将孔内残渣排出孔外，以免孔内残渣太多，出现埋钻现象。各类土层中的冲程和泥浆密度选用表 表 1项次 项目冲程（m）泥浆密度（ t/m3） 备注1在护筒中及护筒脚下 3m 以内0.91.1 1.11.3土层不好时宜提高泥浆密度，必要时加入小片石和粘土块2 粘土 1 2 清水 或稀泥浆，经常清理钻头上泥块3 砂土 1
5、2 1.31.5 抛粘土块，勤冲勤掏渣，防坍孔4 砂卵石 2 3 1.31.5 加大冲击能量，勤掏渣5 风化岩 1 4 1.21.4如岩层表面不平或倾斜，应抛入2030cm 厚块石使之略平，然后低锤快击使其成一紧密平台，再进行正常冲击，同时加大冲击能量，勤掏渣6 塌孔回填重成孔 1 1.31.5 反复冲击，加粘土块及片石（3）冲孔时应随时测定和控制泥浆密度。如遇较好的粘土层，亦可采取自成泥浆护壁，方法在孔内注满清水，通过上下冲击使成泥浆护壁。每冲击 12m 应排渣一次，并定时补浆，直至设计深度。排渣使用泥浆循环法。将输浆管插入孔底，泥浆在孔内向上流动，将残渣带出孔外，本法造孔工效高，护壁效果好
6、，泥浆较易处理，但对孔深时，循环泥浆的压力和流量要求高，较难实施，故只适于在浅孔应用。（4）在钻进过程中每 12m 要检查一次成孔的垂直度情况。如发现偏斜应立即停止钻进，采取措施进行纠偏。对于变层处和易于发生偏斜的部位，应采用低锤轻击、间断冲击的办法穿过，以保持孔形良好。（5）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，以免水位升降波动造成对护筒底口处的冲刷，同时孔内水位高度应大于地下水位 1m 以上。（6）成孔后，应用测绳下挂 0.5kg 重铁碗测量检查孔深，核对无误后，进行清孔，使密度控制在 1.151.25 之间。（7）清孔后应立即放入钢筋笼，并固定在孔口钢护筒上，
7、使其在浇筑混凝土过程中不向上浮起，也不下沉。钢筋笼下完并检查无误后应立即浇筑混凝土，间隔时间不应超过 4h，以防泥浆沉淀和坍孔。混凝土浇筑一般采用导管法在水中浇筑。2.4 施工常遇问题及预防、处理方法1.桩孔不圆，呈梅花形（！）原因： 钻头的转向装置失灵，冲击时钻头未转动 泥浆粘度过高，冲击转 1 2动阻力太大，钻头转动困难 冲程太小，钻头转动时间不充分或转动很小 3（2）处理措施：经常检查转向装置的灵活性；调整泥浆的粘度和相对密度；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2. 钻孔偏斜（！）原因： 冲击中遇探头石、漂石、大小不均，钻头受力不均 基岩面产状较 1 2陡 钻机
8、底座未安置水平或产生不均匀沉陷 土层软硬不均；孔径大，钻头小，冲击 3 4时钻头向一侧倾斜（2）处理措施：发现探头石后，应回填碎石或将钻机稍移向探头石一侧，用高冲程猛击探头石，破碎探头石后再钻进，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；经常检查及时调整；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；及时更换钻头3. 冲击钻头被卡（！）原因： 钻孔不圆，钻头被孔的狭窄部位卡住（叫下卡） ；冲击钻头在孔内 1遇到大的探头（叫上卡） ；石块落在钻头与孔壁之间 未及时焊补钻头，钻孔直径逐渐 2变小，钻头入孔冲击被卡 上
9、部孔壁坍落物卡住钻头 在粘土层中冲程太高，泥浆粘 3 4度过高，以致钻头被吸住 放绳太多，冲击钻头倾倒顶住孔壁 护筒底部出现卷口变 5 6形，钻头卡在护筒底，拉不出来（2）处理措施：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；使钻头向下活动，脱离卡点；使钻头上下活动，让石块落下及时修补冲击钻头；若孔径已变小，应严格控制钻头直径，并在孔径变小处反复冲刮孔壁，以增大孔径；用打捞钩或打捞活套助提；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；使用专门加工的工具将顶住孔壁的钻头拨正；将护筒吊起，割去卷口，再在筒底外围用 12mm 圆钢焊一圈包箍
10、，重下护筒于原位4. 孔壁塌坍（！）原因： 冲击钻头撞击孔壁 泥浆相对密度偏低，起不到护壁作用；孔内泥 1 2浆面低于孔外水位 遇流砂、软淤泥、破碎地层或松砂层钻进时进尺太快 地层变化 3 4时未及时调整泥浆相对密度 清孔或漏浆时补浆不及时，造成泥浆面过低，孔压不够 5而塌孔 成孔后未及时灌筑混凝土或下钢筋笼时撞击孔壁造成塌孔 6（2）处理措施：探明坍塌位置，将砂和粘土（或砂砾和黄土）混合物回填到坍孔位置以上 12m，等回填物沉积密实后再重新冲孔；按不同地层土质采用不同的泥浆相对密度；提高泥浆面；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；地层变化时要随时调整泥浆相对密度，清孔或
11、漏浆时应及时补充泥浆，保持浆面在护筒范围以内；成孔后应及时灌筑混凝土；下钢筋笼应保持竖直，不撞击孔壁5. 流砂（！）原因： 孔外水压力比孔内大，孔壁松散，使大量流砂涌塞孔底 掏渣时， 1 2没有同时向孔内补充水，造成孔外水位高于孔内（2）处理措施：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6. 冲击无钻进（！）原因： 钻头刃脚变钝或未焊牢被冲击掉 孔内泥浆浓度不够，石渣沉于孔 1 2底，钻头重复击打石渣层（2）处理措施：磨损的刃齿用氧气乙炔割平，重新补焊；向孔内抛粘土块，冲击造浆，增大泥
12、浆浓度，勤掏渣7. 钻孔直径小（！）原因： 选用的钻头直径小 钻头磨损未及时修复 1 2（2）处理措施：选择合适的钻头直径，宜比成桩直径小 20cm；定期检查钻头磨损情况，及时修复8. 钻头脱落（！）原因： 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 1卡松脱或钻头本身在薄弱断面折断 转向装置与钻头的联结处脱开 2（2）处理措施：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，预防掉钻头，并检查易损坏部位和机构9. 吊脚桩（！）原因： 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 1筑混凝土 清渣未净，残留沉渣过厚 沉放钢筋骨架、导管等物碰撞孔壁，使孔壁坍 2 3落孔底（2）处理措施：做好清孔工作，达到要求立即灌筑混凝土，注意泥浆浓度，及时清渣；注意孔壁，不让重物碰撞孔壁三、小结钻孔桩的成桩情况直接影响墩身基础稳定性，在钻进过程中不能马虎，应备足粘土块和片石，出现漏浆要马上补充，钻孔接近溶洞时，必须严格掌握松绳量，要勤松、少松，防止击穿岩壳卡住钻头，钢丝绳及卡子要勤检查，勤保养，松动的卡子及时补拧。严把质量关。中铁十七局集团单位：中铁十七局四公司南广项目桥四队姓名： 龙 跃 2010 年 6 月 13 日
