冲击反循环钻孔施工应用

摘要：本文介绍了冲击反循环钻孔施工的工艺以及特点，并探讨了该工艺的几个问题，总结了冲击反循环钻孔施工的一些经验，供业内人士参考。

关键词：冲击 反循环钻机 钻孔 应用

前言

冲击反循环钻机是一种将传统冲击钻进方法和反循环连续排碴技术结合在一起的钻孔桩施工设备。冲击反循环钻机在钻孔施工中广泛适用于各种复杂地质条件(土层、砂层、漂卵石层、岩石层)下铁路公路桥梁、港口、码头、高层建筑的各类桩施工，也可用于城市大口径污水井及野外深井的开挖钻进，特别在卵、砾石层和岩石中较其他类钻机有更高的钻进效率和成孔质量，而在市政桩基钻孔桩施工中更是具有便捷、实用、短、平、快的优势。

一、工法特点

1、使用同步卷筒双绳提引冲击钻头，有利于坚硬地层的钻进，减少冲孔的扩孔率。

2、采用SBQ－60型潜水砂石泵，实现了泵举反循环连续排碴和超深孔的钻进。

3、作简便，适用地层广，尤其适于漂卵石和岩石层的钻进，成本低，钻孔效率高。

4、钻孔效率：土层、砂层0.5～2.0 m/h，漂卵石层：0.2～0.5 m/h，岩石层：0.1～0.3 m/h。

二、施工工艺

1、工艺流程(见图1)

2、施工准备。

（1） 陆地上钻孔，要把场地平整好，以便钻机安装和移位。水上钻孔，要搭设工作平台。场地布置应根据施工组织设计，合理安排泥浆池、沉淀池的位置，沉淀池的容积应满足2个孔以上排碴量的需要；根据地质情况准备一定数量的造浆粘土。

（2）桩位测量放线。准确测量桩位并做好标记。测好的桩位必须复测，误差控制在5mm以内。

（3）埋设护筒。护筒的作用主要是保持孔口稳定和定位，如在陆地上钻孔，护筒周围一定要夯实，如在水上钻孔，护筒下沉应有导向装置，严防护筒倾斜、漏水、变形。施工中一般采用挖坑法埋设。开挖前用十字交叉法将桩中心引至开挖区外，作4个标记点，保持到成孔后，埋设护筒时再将中心引回，使护筒中心与桩中心重合。

护筒周围土回填的好坏，对冲击钻孔非常重要，对于土质较差的孔口，可以在护筒下部灌注30cm的C20级混凝土，上部用红粘土夯填密实，以防冲击成孔时护筒底部塌孔。

（4）钻机就位和试机。

主机放在孔口边预定位置上，使钻机底盘前后中心线与桩位中心线重合，主机就位时，需在底盘下部垫8～9根枕木，并用水平仪将底盘调平。

（5）冲孔作业。

1)造浆、开孔。往护筒内填制浆粘土约0.5m，分别往护筒和泥浆池内注足水。开动钻机，使冲击钻头上下运动，将护筒粘土冲成泥浆，启动泥浆泵，循环泥浆，直至护筒内与泥浆池内泥浆浓度一致。开始正循环钻进，钻进时勤观察孔内浮出的钻碴，在石质地层中，如果从孔口浮出的钻碴粒径在5～8mm之间，表明泥浆浓度合适，如果浮出的钻碴粒径小又少，表明泥浆浓度不够，需往孔内添加粘土。加粘土时要停开泥浆泵，形成泥浆后再开泥浆泵。正循环钻进至泵吸反循环系统可以正常工作的时候开始反循环钻进。

2)反循环钻进。当潜水砂石泵潜入孔内泥浆后，若孔壁比较稳定，停止正循环钻进，泥浆循环约2min后停泵，解除排碴胶管与泥浆泵的连接，启动泵吸反循环系统，开动钻机，进行反循环钻进。钻进过程中，操作者要随着进尺快慢及时放主钢丝绳，放绳时应使钢丝绳在每次冲击过程中始终处于拉紧状态，既不能少放，也不能多放。放少了，钻头落不到孔底，打空锤，此时冲击梁上的缓冲弹簧在一次冲击中响两声，不仅不能获得进尺，反而会对钻机和钢丝绳造成极大的损害；放多了，钻头落到孔底后处于自由状态，可能向孔壁倾斜撞击孔壁，造成扩孔，再提升时，钻头突然受力，在这种突然的冲击作用下提升装置会降低寿命甚至损坏。

当排碴弯头下降到离孔口1m时，需要接换排碴管。此时，钻机停止冲击，泥浆继续循环约1～3min，待排碴管内钻碴排完后，停泵，拆除弯头与排碴管的联接螺栓，提升弯头至一定高度，将要接换的排碴管下端与原排碴管联接，上端与弯头联接。

反循环钻进时应及时补水，始终保持孔内水位高于地下水位或河水位2m左右。

冲击反循环钻进应针对不同的地层采用不同的泥浆比重，以保持孔壁的稳定。砂卵石地层泥浆比重为1.2左右，岩石层泥浆比重为1.05～1.15。

3)砂样的提取。提取砂样的目的是随时掌握地质的变化情况。一般每钻进0.5m提取砂样一次，从出碴口捞取砂样用清水冲洗干净，每次提取量为100g，编号保存，以便成孔时交接。

4)勤检查钻机、钻头是否偏移，防止出现斜孔。

（6）清孔。

1)桩深达到设计深度后，停止钻进，进行清孔，用较好的泥浆将孔内含有钻碴的泥浆置换出来，具体操作方法是：将钻头提离孔底0.5m，开启砂石泵，反循环清孔，清孔时间视孔径、孔深和钻碴含量而定，一般30m深、直径1.5m含砂卵石较多的孔，约需15min。孔内泥浆比重达到要求后，清孔结束。

2)清孔后准确测量孔深和孔底沉碴厚度，使之达到设计要求和规范规定标准。

（7）清孔之后的后续工序的施工程序及操作要点同一般钻孔桩施工方法，这里不赘述。在吊放钢筋笼、导管和灌注混凝土作业时可利用此钻机作为起吊设备。

三、冲击成孔注意事项

1、冲击钻机就位前，应对钻孔前的各项准备工作进行检查，包括主机机具设备的检查和维修，钻机就位后应平稳，不得产生位移和沉陷，开孔的孔位必须准确。

2、冲击钻头的钢丝绳同钢护筒中心位置偏差不得大于2cm，升降冲击钻头应平稳，不得碰撞护壁和孔壁。定期检查钻头中心与桩孔中心是否一致，发现偏差必须及时纠正。

3、防止塌孔，提高成孔质量。

1)钻孔作业必须连续，并作钻孔施工记录，经常对钻孔泥浆进行检测和试验，不符合要求及时改正，注意补充新鲜的好泥浆，在整个施工过程中，泥浆的损失较小，水头始终保持在2m左右，有效防止了塌孔，埋钻头现象，确保了钻孔桩的成孔质量和成孔速度。

2)在表层土质量较差的情况下，加长护筒长度至6～7m，提高护壁的可靠性。

3)在易塌孔地层成孔时，及时向孔内添加粘土或火碱，保证泥浆的质量，增强护壁效果。

4、严格按操作规程施工，交接班必须有交接记录。定期检查各部件运转情况，定期向各部位加注油，检查主电机是否过热，冲击时最大电流不超过150A。

5、因故停钻时，应将钻具提离孔底1～2m，以防埋钻，如长时间停钻，须将钻具提出孔外。突然停电时，可用人工操作提升卷筒，将钻头提离孔底。

6、下放潜水砂石泵电缆时，要根据进尺的快慢决定下放电缆的长度，防止电缆与钢丝绳绕在一起，每接一根排碴管，应将电缆和排碴管捆在一起。

7、冲孔过程中，如发现离合器运转有间歇或过热现象，说明离合器打滑，应停机调整。

8、经常检查钢丝绳磨损情况，如超过有关规定，及时更换。

9、在软弱土层钻孔时，注意孔口状况，出现塌方时，将钻机及时撤出，以免坠入孔中。

10、随时注意孔内有无异常情况，桅杆是否倾斜，各连接部位螺栓是否松动。

四、冲击反循环在冲孔孔过程中几个问题的探讨

1、泥浆的控制

泥浆好坏是成孔质量的重要保证之一。优质的泥浆可以使孔壁形成一层粘性好、密度大、渗透性差的泥皮，可防止孔内泥浆外渗，大大减缓孔内水头降低的速度，这也是使孔壁稳定的有效措施之一。

冲击反循环钻孔造浆可采取红粘土造浆，造浆方式为开钻前将红粘土直接填入孔内，加入水，利用钻头反复轻轻锤击，直至造成优质的泥浆，红粘土造浆简单、实用、快捷，如孔内渗浆，这种造浆方式可以及时补救。

2、冲击钻头

冲击钻孔直径宜小于2.5m，且钻孔深度不宜大于80m，超此范围后，采用冲击反循环钻机钻进成孔易出现诸多孔内问题，如掉钻、卡钻、断钢丝绳、钻进效率降低等。以直径2.5m冲击钻头为例，钻头自重在8吨左右，在冲击过程对钢丝绳的磨损、拉力非常大，冲击过程在一种自重状态下对钻头体冲击较严重，钻头宜经常检查。

在钻进过程，钻头的工艺选择也非常重要。冲击钻头多为锥体，锥体的角度根据地质情况选择，在砂层、粘土层，钻头锥体角度宜在50度～90度，同时增加冲击钻头的刀齿长度，提高钻进效率；在卵石层以及坚硬岩层中，钻头锥体角度宜在90度～120度，同时减小冲击钻头的刀齿长度，提高冲击钻头整体性和稳定性。

冲击过程是冲击破碎和反循环排渣过程，尽可能的扩大冲击钻头芯管直径，增加砂石泵的泵量，促进及时排渣，保持孔底干净。

冲击钻头冲程在0.1～1.3m，冲击频率在0～30次/分，进行冲击前先将钻头放至孔底，用主卷扬机将冲击钢丝绳调整到松紧合适的程度，将冲击机构拉到最下位置，将排渣管提高孔底0.3m左右，冲击过程随着钻孔深度增加，冲击机构对缓冲机构的冲击力会增加，钻头的冲击功不能完全作用于孔底，放绳时间调整在0.5～0.8s之间，保持钢丝绳调整在合适的松紧程度。

冲击钻孔过程极易出现吸钻、卡钻现象，在钻头体外圈加焊一些硬质钢合金、改变钻头体角度、控制出渣口位置等措施减少这些现象发生。

3、冲击钻机钢丝绳

在冲击钻孔过程中，除了经常性的常规检查以及必要的更换外，钢丝绳的选择也是非常重要。钢丝绳的种类很多，最常用的分为钢芯钢丝绳和麻芯钢丝绳，最好选用钢芯钢丝绳，且要经常检查和更换，提引钻头的两根钢丝绳一个应该是左旋钢丝绳，一个应该是右旋钢丝绳，一方面避免钢丝绳旋转搅绳，另一方面提高钢丝绳使用寿命，减少因钢丝绳问题导致的孔内事故。

4、易塌陷地层的钻进

采用冲击钻机钻进成孔在一些易塌陷地层补救有很明显的优势，在钻进前可以加入红粘土并掺合一些块状粒径的岩石、砖块、石子等，利用冲击并造浆挤密原地层，使原地层稳定。在已坍塌的钻孔施工中也可以采取此措施回填重新钻进的方法进行。

五、效益分析

实践证明，采用冲击反循环钻机钻孔，在同一工地，桩径、桩长、地质条件相同的条件下，钻进效率在漂卵石地层为回转钻机的2.5倍，在岩石层中为回转钻机的1.6倍。冲击反循环钻机特适用于漂卵石层和岩层，成孔质量好，经济效益和社会效益比较显著。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。