反循环钻机与冲击钻配合施工桩基方法

摘要： 本文以京沪高铁四标七工区为例从地质条件、机械设备、以及施工情况等方面进行分析，试图探索总结反循环钻机与冲击钻配合施工桩基方法。

Abstract： Based on the Beijing-Shanghai high-speed rail four standard seven work area， the paper analyzes geological conditions， mechanical equipment， and construction situation， trying to explore the pile foundation construction method of coordinating reverse circulation drilling rig and percussion drill.

关键词： 地质；钻机；桩基

Key words： geological condition；drill；pile foundation

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）02-0100-02

0 引言

京沪高铁四标七工区北起江苏省徐州市，南至安徽省宿州市杨庄乡苏湖村，全长12.96km。施工段为濉河特大桥DK700+030～DK712+990段，共计3210根桩基，平均桩长45m左右。

1 工程地质条件

经过多次勘察揭示，根据其岩土特征的差异，桥址区的地层可分为：I、第四系全新统（alQ4）河流冲积相沉积的粉土、淤泥质黏土、黏土、粉质黏土、粉砂、细砂，持力层σ0=80～120Kpa；Ⅱ、上更新统（alQ3）河流冲积相沉积的黏土、粉质黏土、粉土、粉砂、角砾土，持力层σ0=160～450Kpa；Ⅲ、白垩系（K）砂岩，持力层σ0=300～500Kpa；IV、寒武系（∈）灰岩、泥质灰岩、泥灰岩，持力层σ0=500～800Kpa。

从设计图纸统计2104根桩基进入白垩系（K）砂岩、泥质砂岩、砂砾岩、含砾砂岩层，持力层σ0=300～500Kpa；部分桩基进入寒武系（∈）灰岩层，持力层σ0=500～800Kpa。

2 机械设备

根据地质条件，选用机型设备有反循环钻机、冲击钻。

反循环钻机主要用于为持力层不大于500Kpa的桩基施工；冲击钻用于持力层大于500Kpa的桩基施工。

3 各种钻机施工情况

3.1 反循环钻机施工 反循环钻机为加压式钻机，在钻杆顶设加压装置，在未进入岩层时采用钻杆自身的重量进行钻进，在进入岩层后开始对钻杆加压进行钻进。反循环钻机采用膨润土制浆，泥浆比重为1.12左右，在进入黏土层后，反循环钻机自身可以造浆，在进入黏土层后可利用黏土造浆，泥浆比重控制在1.15左右。在施工时，反循环钻机在未进入岩层时进尺约每小时10m左右，在进入岩层后，反循环钻机进尺明显变慢，基本上每小时只能进尺10cm～20cm，甚至有12小时钻进30cm情况。入岩在1m～3m左右的桩基，反循环钻机需施工4～5天才能成孔。包括浇筑砼，反循环钻机成孔时间基本上为5天左右。

3.2 冲击钻施工 冲击钻钻机为实心钻头，在粉土层及黏土层由于地质条件软，开孔比较空难，提钻不能太高，否则在钻头冲击下很容易造成塌孔，开孔3m后，由于地质条件原因，考虑到埋钻的可能，每次提钻控制20cm左右，控制进尺。只有在进入岩层后方能正常钻进。因此成孔所需时间长，基本上包括浇筑砼每根桩基需5～7天左右的时间。经过统计，入岩1m的岩层基本需要5天时间成孔，入岩3m的岩层需要7天时间才能成孔。因此，反循环钻机在对未入岩的桩基施工时成孔时间段，在入岩后存在施工时间长、机械磨损等问题；冲击钻在桩基施工时存在开孔困难，在粉土层及黏土层时间长，容易造成埋钻风险等问题。

4 两种机械配合施工

考虑到每种钻机单独施工桩基存在的优缺点，因此考虑两种机型综合施工。采用反循环钻机施工钻进粉土层及黏土层，入岩后采用冲积钻机施工。以便提高机械使用率，节省施工时间。

4.1 反循环施工 开钻时宜低挡慢速钻进，钻至护筒以下1米后再以正常速度钻进。使用反循环钻机钻孔，应将钻头提离孔底20厘米，待泥浆循环通畅后方可开钻。

钻进过程中及时滤渣，同时经常注意地层的变化，在地层的变化处均应捞取渣样，判断地质的类型，记入记录表中，并与设计提供的地质剖面图相对照，钻渣样应编号保存，以便分析备查。

根据地层情况及时调整泥浆性能，泥浆性能指标如下：

反循环钻机泥浆比重为1.01～1.15。

粘度：一般地层16～22s，松散易坍地层19～28s。

含砂率：新制泥浆不大于4%。

胶体率：不小于95%。

PH值：大于6.5。

由于循环钻机在黏土层能利用孔内黏土造浆，泥浆比重控制在1.15左右能保证，基本上1～2天可钻至岩层。

钻机入岩后进尺明显变慢，当进尺每小时变为不足1m的时候，开始提钻。提钻后应及时使冲击钻就位，空孔的时间不宜过长。

4.2 冲击钻施工 冲击钻机可携带实心钻头与空心钻头。实心钻头比较笨重，而且冲击力大，会对桩内泥浆护壁造成影响，严重的可能在冲击过程中出现坍孔；空心钻头移动相对方便，而且相对实心钻头来讲冲击时对泥浆护壁影响小，对为持力层为500Kpa左右的岩层钻进基本与实心钻头相同，因此在选择冲击钻机钻头时宜使用空心钻头。应采用整套冲击钻机设备，避免使用双筒卷扬机组成的简易钻具。为防止冲击振动导致邻孔孔壁坍塌或影响邻孔已浇灌砼强度，应侍邻孔砼抗压强度达到2.5MA后方可开钻。

泥浆性能指标如下：

泥浆比重：不大于1.2

粘度：一般地层16～22s，松散易坍地层19～28s。

含砂率：新制泥浆不大于4%。

胶体率：不小于95%。

PH值：大于6.5。

开钻后控制进尺，使用短冲程钻机，泥浆比重达到1.15以上后，开始正常钻进。钻进过程中每隔50cm留取渣样。

经过统计，从岩层开始钻进，冲击钻机对于入岩1m的桩基需要1天时间，对于入岩3m左右的桩基需要1～2天。

4.3 综合比较 进过综合比较，利用反循环钻机与冲击钻配合施工，在持力层为500Kpa的地质情况下，能够明显的缩短桩基成孔时间，既能节约成本，也能缩短工期。

5 注意事项

循环钻机与冲击钻机配合施工应注意以下事项：

5.1 泥浆比重：泥浆比重在粉土层与黏土层钻孔中起着举足轻重的作用。循环钻机的护筒一般为1.5m左右，护筒下埋深度一般为1m～1.2m。在粉土层中钻进过程中如果泥浆比重控制不当很容易造成坍孔。因此泥浆比重调制应该在1.15左右且缓慢进尺。循环钻机换冲击钻后泥浆比重必须进行调整，由于循环钻机在黏土层中钻进时可以利用黏土造浆，在冲击钻施工时尽可能保证泥浆比重在1.15以上，防止应振动引起的坍孔。

5.2 黏土层钻进：对具有一定的流塑性，钻进时应放慢钻进速度，检测泥浆比重，钻进时及时取样，待通过流塑层后方可正常钻进。

5.3 取样：在钻进过程中应及时取样，每隔2m取土样，在岩层变化处加密取样。以便了解地质资料，随时可以调整钻机进尺。

5.4 泥浆的排放：循环钻进与冲击钻都存在泥浆排放问题，泥浆池在开挖的时候尽可能开挖大些，建议开挖尺寸12m×9m×2.5m。在循环钻机钻进过程中应及时将钻渣运出。

5.5 在冲击钻就位时应对钻头进行校正，钻头校正后方可开始钻进，防止在换钻机后对桩基垂直度造成影响。

参考文献：

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[2]曹却非.钻孔灌注桩冲击钻进施工法[J].公路与汽运，2003，（02）.

[3]付跃红.冲击反循环钻机维护保养及注意事项[J].西部探矿工程，2003，（04）.