冲击反循环钻孔法综合项目施工基本工艺

冲击反循环钻孔法施工工艺

1前言

随着国民经济发展，铁路、公路桥梁以及高层建筑基本大多采用钻孔灌注桩基本，其

成孔办法较多，而冲击钻孔法是常用一种，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，因而在复杂地质中钻孔灌注桩

基本大多优先选用冲击钻孔法来解决施工中疑难问题。

2工艺特点

(I)设备简朴，操作以便。

(2)可以采用反循环冲击成孔提高效率。

(3)可以穿过漂石、卵石、砾石等地层。

<4)对解决复杂地层中基本有明显长处。

(5)它可直接投入粘土块入孔自行造浆。

3合用范畴

冲击钻孔法合用于孔径100cm-300cm,钻孔深度50m。冲击钻机合用于所有土层，

采用实心锤钻进时，在漂、卵石和基岩中显得比其她办法优越。

4机械性能及参数

见表1Q

表1惯用冲击钻机技术性能表

卷筒负荷钻头最大重冲击频率电动机功率钻机质

钻孔类型冲程(m)

(kN)量(t)(次/min")(k)量(t)

YKC22201.30.35~1.040,45,50206.85

YKC2O1510.45-1.040,45,50206.18

YKC20-21210.3-0.7656,58

YKC302.5I.0.8.0.7.0.540,45,504011.15

GID-I50030.1~1.00-303016

CZ30302.50.5~1.040,45,504013

CZ22201.50.35~1.040,45,50227

CZ20201.540,45,50206.18

1CJF-20

2404.00.65.1.0.1.3536,4675I

冲击钻孔系统设备由7r卜击钻头、三口即立架、卷扬机构成。冲击钻机配有1〜51重冲击

锥。国产冲击钻机重要是CZ型CZ-30、CZ-28、CZ-22等,此外尚有YKC-3KYKC-30

等型号。

5钻孔施工

5.1施工工艺流程

5.1.1冲击钻孔施工工艺流程

见图Io

5.1.2冲击反循环钻孔施工工艺流程

见图2。

图1冲击钻孔施工工艺流程图

图2冲击反循环钻孔施工工艺流程

5.2施工工艺环节

5.2.1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营松散

场地，应采用硬化、加固等办法。场地要采用有效排水办法。

依照施工图设计，合理选取和拟定进出线路和钻孔顺序，制定场地布置方案。合理安

排泥浆池、沉淀池位置，沉淀池容积应满足2个孔以上排渣量需要。

(2)围堰筑岛(浅水)。

对于浅水区域桩基施工，可采用围堰筑岛方式施工，筑岛填料宜用粘土，岛面要有

足够施工场地，岛面标高应高出施工水位1.5〜20m。

(3)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)测量定位。

桩位放样后，应埋设好护桩，并做好测量交底，随时进行检食。

（5）制作埋设护筒。

护筒普通用4〜8mm厚钢板加工制成，高度为1500〜mm。钻孔桩护筒内径应比钻头

直径大200〜400mm。护筒顶部应高出地面250〜350mm。护筒顶高程，采用反循环时应

高出地下水位2.0m。

护筒位置要依照设计桩位，按纵横轴线中心埋设。埋设护筒坑不要太大。坑挖好后，

将坑底整平，然后放入护筒，经检查位置对的，筒身竖直后，四周即用黏土回填，分层夯

实，并随填随观测，防12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

位中心应重叠，偏差不得不不大于50mm。

护筒埋设深度：在黏土中不适当不大于1m；在砂土中不适当不大于1.5m,并保持孔

内泥浆液面高于地下水位1m以上。

（6）钻机就位安装。

钻孔机就位时，必要保持平稳，不发生倾斜、位移，其下部要用方木垫平，塞牢。桅

杆顶端用钢丝绳对称拉紧。为精确控制钻孔深度，应在机架上或机座上作出控制标尺，以

便在施工中进行观测、记录。冲击反循环钻孔采用液压起塔、液压步履纵、横移位安装就

位。

（7）泥浆制备及指标控制。

泥浆必要具备性质：

物理稳定性，静置相称时间其性质不变化，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。

恰当比重。比重大对护壁、浮渣有利，但比重太大会使泵能力局限性也影响钻进速度。

良好触变性。规定泥浆在流动时，阻力很小，以便泵送。当停止钻孔时，泥浆能不久

凝聚成凝胶状，避免浆由砂粒迅速下沉，同步也维持心壁稳定。

形成薄而韧泥皮，豺附于孔壁上，不透水，不坍塌。

可以容易从沉淀池，旋转器中分离出来。

不产生过多气泡。

泥浆性能指标见表2。

表2泥浆性能指标表

泥浆性能指标规定

钻孔办法地层状况黏度静切力含砂率胶体失水率酸碱度

相对密度

（s）（MPa）（%）率（％）(ml/30in)（pH值）

冲击钻机黏性土1.05-1.216-221~2.5<4>95<258-10

砂土

碎石土

L2-I.4519-383~5<4>95<158~10

卵石

漂石

泥浆相对漏斗黏量杯

测定办法静切力计含眇率计失水量仪PH试纸

密度计度计法率

膨润土泥浆具备相对密度低、黏度好、含砂量小、失水量小、拟皮薄、稳定性强、固

壁能力高、钻具冲击阻刀小、钻进率高、造浆能力大笔长处，是钻孔施工优质泥浆。其制

备重要材料是膨润土和水，外加剂有分散剂，增黏剂，防漏剂。

黏土泥浆重要材料为：黏土，水，纯碱，外加剂;分散剂和增黏剂）。

泥浆配合比应视地质状况、施工机械等条件选定。选定配合比后，通过配制实验并修

正后拟定泥浆配合比。

5.2.2钻进成孔

（1）开孔钻进控制。

开孔时应扶正锤头用小冲程低锤密击。如表土为淤泥、松散细沙等软弱土层，可加黏

土块夹小片石，重复冲击造壁，保证护筒稳定，控制好桩位中心。

必要保证泥浆供应，使孔内浆液稳定。冲击反循环钻进也应从正循环开始，待泵吸反

循环系统可以正常工作时才用反循环钻进。

（2）冲击（反循环）成孔工艺。

I）冲击钻孔法成孔工艺。

冲击钻孔法是运用目力起重力，带动卷扬机上单根钢丝绳，通过桅杆上导向轮提引钻

头作上下冲击运动，形成瞬时冲击力破碎岩土，其钻麓由孔内泥浆承托上浮，待冲击一段

时间后，提出钻头，再运用桅杆上副绳提引抽磴筒入孔内捞砧，倾倒入泥浆槽内流入沉淀

池内净化，再供使用，如此往复成孔办法即为冲击钻孑）法施工工艺。

2）冲击反循环钻孔法成孔工艺。

从钻机同步卷筒引出来2根受力相等正、反转钢丝绳，经冲击梁和桅杆导向滑轮，提

引冲击钻头，然后起动电动机，通过传动机构驱动冲击机构，拉动钢丝绳带动钻头作上下

冲击运动，形成瞬时冲击力破碎岩土，同步在两根主钢丝绳之间放置由副卷扬机提引排磴

系统，排硝管下端在钻头中心管内，钻头作上下冲击运动时，排殖管除了随着钻孔进尺间

歇下放外，普通保持不动，并在冲击同步启动砂石泵持续排出钻磴，此种成孔方式即为冲

击反循环钻孔法施工工艺。

①开始钻基岩时应低锤密击或间断冲击，以免偏斜。如发现钻孔偏斜，应及时回填片

石至片孔处上部0.3〜0.5m,重新钻进。

②遇弧石时可恰当抛填硬度相似片石，采用重锤冲击，或中低冲程交替冲击，将大弧

石击碎挤入孔壁。

③必要精确控制松绳长度，避免打空锤。普通不适当用高冲程，以免扰动孔壁，引起

坍孔、扩孔或卡钻事故。

④经常检查钢丝绳磨损状况，卡扣松紧限度、转向装置与否灵活，以免掉钻。

⑤经常检查冲击钻头磨损状况，如磨损较大，切削角不符合规定期要及时更换修理，

以提高钻进效率和防止卡钻等事故。

⑥勤松绳：防止打空锤，避免钢丝绳承受过大意外荷载而遭受破坏；

⑦勤补浆：保持泥浆浓度，使孔内钻硝能及时排出孔外；

⑧勤取渣：使钻锤经常冲击新鲜地层。

（3）扩孔率施工控制。

扩孔率过大是由于钻锤摆动过大或因地层松软冲击振动力过大，或因钻头直径过大均

可导致。必要控制钻锤摆动和冲程大小，改进钻头直径匹配，以控制扩孔率。

（4）泥浆回收及排渣解决。

钻孔时，采用泥浆悬浮钻渣和护壁，因施工中水泥、上粒等混入及泥浆渗入孔壁等因

素使泥浆性能变化，以及为了回收泥浆原料和减少环境污染，可使用机械、物理、化学等

办法使泥浆净化与再生，可在现场设立泥浆池、沉淀池等泥浆循环净化系统，钻硝应集中

运至弃砧场解决切忌污染环境。

泥浆池、沉淀池池面高程应比护筒低0.5〜1m,以利泥浆回流畅顺，位置布局要合理,

不得妨碍吊机和钻机行走。泥浆池容量为每根桩排渣量1.5倍〜2倍。

应有专人清除沟槽沉淀物，多余泥浆要及时排出坑槽，保证不淤塞，维护泥浆沟（槽）、

沉淀池、泥浆池工作性能。

（5）终孔时清孔办法及验孔原则。

冲击正循环钻孔完毕后即用抽砧法清孔，直至孔底沉瞪厚度满足规定为止。冲击反循

环钻孔采用换浆法清孔使孔内泥浆达到原则为止。清孔过程中，必要及时补给足够泥浆，

并保持孔内浆液面稳定。冲击钻孔成孔质量原则见表3。

表3冲击钻孔成孔质量原则

项目容许偏差

孔中心位置(mm)群桩：100:单排桩:50

孔径(mm)不不大于设计桩径

倾斜度不大于1%

孔深摩擦桩：符合设计规定；支承桩：比设计深度超深不不大于50mm

摩擦桩：符合设计规定，当设计无规定期，对于桩径WL5m桩，300mm；对于

沉淀厚度(mm)桩径＞1.5m或桩长＞40m或土质较差桩，W500mm；

支承桩：不不不大于设计规定。

清孔及泥浆指标相对密度：1.03-1.10：粘度:17~20Pa.s；含砂率:＜2%：胶体率：＞98%

6钻孔异常防止及解决

6.1坍孔

坍孔不严重时，可回填片石、粘土至坍孔位置以上，采用改进泥浆性能、加高水头、

埋深护筒等办法继续钻进；若坍孔严重时，应及时将钻孔所有用砂或小砾石夹黏土回填重

钻。

为避免埋钻坍孔，应加大泥浆比重，迅速钻进；对于冲击法成孔，应用小冲程，可以

抛碎石土或片石，重复冲砸以加固孔壁。必要时采用全护筒跟进，但是护简很难拔出，成

本较高。

6.2弯孔

浮现孔身偏斜、弯曲，不严重者，可重新调节钻机继续钻进或在偏斜处吊挂钻头重复

扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时应回填硬质带棱石块，多填高0.5m重复冲击修孔。

防止办法：钻机安装牢固，机架不摆动，保证吊绳始终对准孔心；基地夯实，防止不

均匀沉降引起钻机倾斜。

6.3卡钻

在冲击钻孔时，常发生卡钻。卡钻后不适当强提，应查明因素和钻头位置采用晃动大

绳带动钻头，使钻头松动后再提起，也可用半圆形钻头修孔将钻头周边钻渣松动后提出。

在岩层中冲击钻孔，钻头磨损快，在更换钻头后应一方面扩孔，防止卡钻。

6.4掉钻

掉钻落物时，宜迅速用叉、钩、绳套等工具打捞。防止埋钻发生，埋钻时可采用空气

吸泥机吸走埋钻泥沙，再下钩、绳套打捞。

6.5溶洞

在穿透溶洞顶板时，要用小冲程重复冲击，慢慢击穿岩层，不可猛冲快进。如有填充

物、溶洞较小，可回填片石、粘土块并及时加水运用钻头冲击将粘土块和片石挤入溶洞及

其裂隙中形成•种封闭环形壁，继续冲击钻进。如溶洞较大，又无填充物，可用内护筒跟

进办法穿过溶洞继续钻进成孔。

7灌注桩身水下碎

7.1原材料选取和配合比

拌合站拌制混凝土所用水泥、粗骨料、细骨料、掺合物（粉煤灰、硅粉、磨细矿渣粉）、

外加剂和水等原材料，其质量原则应符合施工图和《铁路混凝土工程施工质量验收补充原则》

规定，其质量检查办法、检查规定参照《铁路混凝土用原材料质量原则及检查办法》执行。

混凝土配合比设计：

混凝土配合比应依照混凝土原材料品质、施工图规超强度级别、耐久性以及施工工艺对

工作性规定，通过试配、调节环节选定。配制混凝土拌合物应满足施工过程中混凝土工作性

能规定，配制成混凝土应满足施工图标示强度、耐久性等质量规定。

混凝土水胶比、胶凝材料用量、矿物掺和料用量、混凝土含碱量、氯离子总含量等配合

比技术参数应符合规定。

7.2制安钢筋笼及检测管

钢筋笼在制作、运送和安装过程中，应采用办法防止变形。吊入桩孔内，将钢筋笼进行

有效固定，防止灌注混凝土时钢筋笼移位和上浮。

检测管接头顺直牢固，与钢筋笼主筋焊接固定，安装期间检测管内注清水；检测管上、

卜端口用钢板密封，禁止泥浆或水泥浆进入管内，保证混凝灌筑后管道畅通。

7.3导管配备、试压及安装

（1）导管配备。

导管是灌注水下混凝土重要工具，用钢板卷制焊成或用无缝钢管制作。其直径按桩长、

桩径和每小时需要通过混凝土数量决定，普通25〜30cm。

导管分节长度应便于拆装和搬运，并不大于导管提高设备提高高度。中间节两端焊有

法兰，以便用螺栓互相连接。法兰厚度10〜12mm,法兰边沿比导管外壁大出4（）〜50mm。

直径12〜16mm螺栓孔6〜8个。上下两节法兰间应垫以4〜5mm厚橡胶垫圈，其宽度外

侧齐法兰盘边沿，内侧宜稍窄于法兰内边沿。为防止在提高导管时卡

挂钢筋骨架，可在每节导管上套装一种用1.5mm厚钢板制锥形活动护

罩，罩住下法兰。

导管制作应力求结实，内壁应圆滑、顺直、光洁和无局部凹凸。

各节导管内径应大小一致：偏差不不不大于±2mm。

导管上下法兰应与导管轴线垂直。为保持法兰位置对的和防止焊

接时变形，焊制可在特制胎具上进行。

（2）导管试压。

在导管使用迈进行水压实验和接头抗拉实验，禁止用气压试压，

禁止使用漏水导管。进行试压水压不应不大于孔内水深1.3倍压力，

也不应不大于导管壁和焊缝也许承受混凝土时最大内压力1.3倍。

（£3首nt漉卷±M里计彳示（3）导管安装。

中间节普通长2m,下端节可加长至4m,漏斗下可配长0.5、1.0m上端节导管，以便

调节漏斗高度。导管下口与孔底距离以0.2〜0.4m为宜。

7.4二次清孔办法或办法

钻孔应经成孔质量检查合格后，方可开始灌注工作。当钢筋笼和导管好，灌注前应对

孔底沉淀层厚度再进行一次测定。如沉渣厚度超过规定，可用喷射法向孔底喷射3〜5min,

使沉渣悬浮，直至合格后，及时灌注首批混凝土。

7.5导管隔水栓方式及初始碎储备

混凝土初灌时采用泡沫材料制作圆柱形隔水栓，高14cm,直径比导管内经小1cm,

用18#铁丝吊住该栓放置导管上口如下20〜30cm深处。剪球、拔栓或开阀，将首批混凝土

濯入孔底后，及时测探孔内混凝土面高度，计算出导管内埋置深度，如符合规定，即可正

式灌注。

7.6砂灌注方式及砂表面测量办法

（1）首批灌注混凝土数量应能满足导管初次埋置深爱ei.Om）和填充导管底部需要，见

图3,所需混凝土数量可参照公式计算：

/N日-出++-用

44

式中V—灌注首批混凝土所需数量（m3）；

D——桩孔直径（m）；

国——桩孔底至导管底端间距，普通为0.4m；

H2——导管初次埋置深度（m）；

d------导管内径（m）；

hi——桩孔内混凝土达到埋置深度比时，导管内混凝土柱平衡导管外（或泥浆）压

力所需高度（m）,即

H产月；

式中HW一孔内泥浆深度（m）；

%——孔内泥浆重度（m）；

儿——混凝土拌合物重度，取24kN/n?。

（2）灌注开始后，应紧凑地、持续地进行，禁止半途停工。尽量缩短拆除导管时间,

下料掌握好速度，不适当太快太猛，以免导致气堵。

（3）灌注过程中要防止混凝土拌合物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底。使泥浆内

具有水泥而变稠凝结，而使测深不精确。灌注过程中，应注意观测管内混凝土下降和孔内

水位升降状况，及时测量孔内混凝土面高度。对的指引导管提高和拆除。

（4）深锤法测量混凝土表面。当前多采用绳系重锤吊入孔内，所示锤沉入深度作为

混凝土灌注高度。完全凭探测者手中所提测锤在接触混凝土顶面此前与接触混凝土顶面后

来不同重量感觉而鉴别。

测深桩测锤重量以重某些为好，为防止测深锤接触混凝土表面后陷入太深，以平底为

宜，且底面积不适当太小。普通制成圆椎形。锤底直径15cm左右，锤用铁铸成，其重量

视所系绳种类、测探深度和泥浆比重等而定。普通为6〜9kg。测绳用质轻、拉力强、遇水

不伸缩、标有尺度测绳为宜。

（5）水下混凝土灌注普通采用泵送入孔，也有用吊车提吊斗方式灌注，但必要持续

不能间隙。

7.7导管埋深及拆卸

灌注混凝土时，导管埋入混凝土深度，普通宜控制在2〜4m较好，在任何状况下，不

得少于1m或不不大于6m。少于1m时，易发生提导管时提漏事故，不不大于6m以上时,

易发生埋管提不出来事故。提管前须仔细探测混凝土面深度。用测深锤探测时，须由2人

用2个测锤测探，防止误测。提导管及拆卸导管高度须在测量人员指引下进行，拆卸导管

在孔口进行，要精确无误，要快。

7.8灌注超桩顶混凝土控制

为保证桩顶质量，在施工图桩顶高程以上超灌一定高度，保证桩身混凝土质量，灌注

结束后将此段混凝土凿除。增长高度，可按孔深、成孔办法、清孔办法拟定，普通不适当

不大干0.5m.深桥不适当不大干LOmc

混凝土灌注到接近施工桩顶标高时，工地值班人员要计算还需要混凝土数量（订算时

应将导管内数量预计在内），告知拌合站按需要数量抵制，以免导致挥霍。

7.9拔出导管及混凝土质量检查评估

在濯注将近结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，超压力减少，而导管外泥浆及所

含渣土稠度增长，比重增大。如浮现混凝土顶升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，并掏出

某些沉淀土，使灌注工作顺利进行。在拔出最后一段导管时，拔管速度要慢，以防止桩顶

沉淀泥浆挤入导管下，形成泥心或空心。

桩身混凝土灌注完毕后待强度达到规定期，必要进行灌注桩无损检测。普通是运用桩

身预埋声测管进行超声波检测混凝土完整性，由此评估桩质量，检测单位必要要有资质专

业机构进行。

7.10按设计进行孔底压浆

桩身混凝上灌注后，用高压水进行预埋注浆孔初裂，使套筒包裹出浆口开裂。在桩身

混凝土灌注后，在桩身混凝土强度及时间满足设计规定后开始进行桩底压浆，采用膨润土、

水泥、水、缓凝剂拌制成不收缩混合浆液，其7天最小抗压强度为5MPa。浆液按剂量通

过注浆回路依次压注，所有回路应以规定剂量轮流压注或达到规定压力后维持lOmir,第

一循环压注完毕后不少于6小时开始下一轮压注，直至满足设计规定。

8灌注异常防止及解决

8.1堵管

在灌注过程中，混凝土在导管中下不去，称为堵管或卡管。堵管有如下两种状况。

第一、剪球时卡管：在灌注水下混凝土时，经常会产生剪球时卡管状况，浮现这种状

况因素，一是塞球制作不合理.，塞球直径与导管直径差别太小，剪球前由于砂浆或维石料

渗入导管与球壁之间导致堵塞。如果是这种状况，在不挥霍混凝土前提下，用一定长度（普

通比漏斗长2m左右）直径为20〜25mm钢筋捅球塞，便混凝土下落。或运用机械振动使混

凝土下落，这种办法规定操作技术娴熟，以保证混凝土在下落时导管回落到正常灌注位置。

第二、由于混凝土自身因素，如塌落度过小，流动性太差、夹有大粒径骨料、拌制不

均匀，以及运送中产生离析、导管接缝处漏水、雨天运送混凝土未加遮盖等，使混凝土中

水泥浆被冲走，粗集料臭中而导致导管堵塞。补救办法可用长杆冲捣管内混凝土，用吊绳

抖动导管，或在导管上安装附着式振捣器等使塞球下落。如仍不能下落时.，则应将导管连

同其内混凝土提出孔，进行清理整修，然后重新吊装导管，重新灌注。一旦有混凝土拌合

物落入井孔，须将散落在孔底拌合物粒料等予以清除。同步必要注意：第一斗混凝土坍落

度普通以控制在水下混凝土坍落度规定高限为宜，为保证剪球顺利，可恰当控制石料用量,

待剪球完毕后，再按正常配合比进行拌制。如果采用办法后混凝土仍不能下落，时间又长，

只能放弃这一斗混凝土，恰当清孔或用空压机对孔底进行扰动后重新灌注混凝土。

8.2导管漏水

导管漏水重要因素有：

第一、首批混凝土储量局限性，或虽然混凝土储量足够，但导管底口距孔底间距较大，

混凝土下落后不能埋设导管底口，以至泥水从底口进入导管。

第二、导管接头不冷封，接头间橡皮垫被导管高压气囊挤开，或焊缝破裂，水从接头

或焊缝中流入。

防止和解决办法：

如果是因素一引起导管进水，应及时将导管提出，用空气吸泥机、水利吸泥机清出。

不得已时需要将导管、钢筋笼提出来采用复钻清除。然后重新下放钢筋笼、导管并投入足

够数量首批混凝土，重新濯注。

如果是因素二引起导管进水，应视详细状况，拔换原管下新管，或用整修后原导管插

入重灌，但应将孔内已灌注混凝土清理干净，否则视为断桩。

8.3提漏导管

导管提高过猛，或测深出错，导管底口超过已灌混凝土面，底口涌入泥水，此时已灌

注失败导致断桩，应及时提出导管及钢筋笼重钻，因而在灌注中应精确测量从而指引提导

管和拆卸导管高度防止断桩事故发生。

9劳动力组织

见表4o

表4人员配备表

序号工班分类人员名称人数

指挥