冲击钻孔桩原理及施工过程详解

冲击钻孔桩原理及施工过程详解

--梁宏顺一、原理

冲击钻孔桩是使用冲击钻机通过机架、卷扬机把带刃的重钻头(冲击锤)提高到一定高度，靠自由下落的冲击力冲击土层及切削破碎岩层钻进，利用泥浆护壁和悬浮钻渣，成孔后放入钢筋笼，浇筑水下混凝土成桩。

1-副滑轮；2-主滑轮；3-主杆；4-前拉索

5-后拉索；6-斜撑；7-双滚筒卷扬机

8-导向轮；9-垫木；10-钢管；11-泥浆管供浆

12-泥浆出口；13-泥浆渡槽；14-护筒回填土；15-泥皮

冲击钻机示意图

二、冲击钻孔桩施工过程详解

1、施工准备

场地布置：确定钻机摆放位置，泥浆池位置，要求成孔后，罐车能直接退到孔边直接浇筑混凝土，同时该桩施工结束后，不影响下一根桩施工。钻机安放牢靠，防止钻机沉陷导致孔位偏差。

测量放样：于钻机大致摆放后进行，测量组将用木桩打入地面，用铁钉在圆木上放出桩中心，钻机班组，根据桩中心拉出十字线，打设四根护桩，护桩要求牢靠，在施工过程中不被挂碰偏位。

2、埋设护筒

护筒的作用：

①稳定孔壁、防止坍孔（类似于在砂子上挖坑，只要孔口不坍塌，内部一般不会坍塌，当然遇到流沙、溶洞或软弱层情况除外）。

②隔离地表水。

③保护孔口周围地面，为施工创造安全的工作面。

④固定桩孔位置和钻头导向作用等。

护筒的埋设要求：

护筒要求比桩径大40cm，埋设在较密实的土层，护筒中心与桩中心偏差不大于5cm，倾斜度小于1%，护筒有一定的刚度，变形太大严禁使用。

尽量采取人工沿护筒的轮廓开挖，减少对周围土体的扰动。护筒下放后要拉出十字线，校核中心和垂直度。护筒外侧回填土要求夯实，如果护筒脚在软弱的土层时，外侧要用较好的土回填密实，甚至可以使用混凝土浇筑,防止护筒下沉(安装钢筋笼和浇筑混凝土时，钢筋笼和导管的重量都压在护筒上，同时护筒顶标高也是计算孔深、控制桩顶和桩底的依据)。

3、泥浆制备

钻孔泥浆组成：由水、粘土(膨润土)和添加剂组成。

泥浆指标：

①泥浆比重：泥浆密度和4℃纯水密度的比值，现场使用泥浆比重计测量。钻孔过程中一般取1.1-1.3。

②泥浆粘度：泥浆流动性能，现场使用泥浆粘度计测量。钻进过程中一般取16-22s。

③含砂率：泥浆中所含沙粒体积比，现场用泥浆含砂率测定计测量。新制泥浆一般不大于4%。

以上三项统称泥浆三大指标，是施工过程中控制的重点。

④胶体率：泥浆中粘土颗粒分散水化程度的粗略指标，钻进过程中，不小于95%。

⑤PH值：大于6.5。

泥浆的作用：

①浮悬钻渣：利用粘稠的泥浆通过泥浆管从孔底压入，形成一个向上的流动，悬浮的排出的泥浆池，钻渣沉淀后，新鲜的泥浆用泥浆泵压入孔底，形成泥浆循环。据地层情况来确定泥浆比重，应视地层变化或操作要求机动掌握，泥浆太稀，排渣能力小、护壁效果差；泥浆太稠会削弱钻头冲击功能，降低钻进速度。

②冷却钻头、润滑钻具：钻头切削岩石会产生大量的热，同时润滑钻头，减小钻头与孔壁的摩擦力。

③增大静水压力：利用泥浆密度大的特点，同时要求孔内的泥浆面高度比地下水面高度高，根据压强=ρgh，ρ大h高，压强大，在孔壁形成一个向外的压力。

④在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止坍孔的作用。

泥浆的制作：现场一般使用原孔造浆，即在孔内投放黏土和水，小冲程反复冲击造浆。当不具备原孔造浆条件时可用泥浆搅拌机造浆。

4、钻孔

利用钻头反复冲击成孔，这是一道关键工序，在施工中必须严格按照操作要求进行，才能保证成孔质量，在施工中要注意不断添加泥浆和排渣，还要随时检查成孔是否有偏斜现象。

测量护筒顶标高，依据护筒顶标高及孔底标高计算钻孔的深度。护筒顶标高统一测设于护筒的泥浆出口处。

钻进过程中要留取桩身渣样，未入岩且地质无变化时2m取一次，地质有变化时及时取样，入岩后1m取一次，达到设计持力岩层时要提高取样频率。渣样

装入有封口的渣样袋，渣样要具有代表性并不宜过少。渣样袋外侧要贴好标签，注明取样日期，深度等信息。对照地质勘查图，当区别较大时及时通知监理及设计代表。终孔后通知监理及设计代表判定。渣样留存到桩检结束，并照相留存。

钻进过程中要及时填写钻孔记录。

5、清孔

钻孔达到设计要求深度后，应对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查,孔深使用测绳测量,在护筒的位置打结,然后用50m钢卷尺复核测绳。

检查符合设计要求后，应立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。

冲击钻孔清孔方法通常是使用换浆法，利用绑在钻头上的泥浆管把新鲜的、比重较小的泥浆通过导管压入孔底，比重较大、含有钻渣的泥浆向上流出孔外，并不时提动钻头，扰动底部。

6、灌注水下混凝土

清完孔之后，提出钻头，将预制好的钢筋笼垂直吊放到孔内。

钢筋笼安装完成后，一般会刮下泥皮或沉渣沉淀，故应进行二次清孔，二次清孔类似第一次清孔，此时钻头已提出，利用导管往孔底压泥浆，如此反复，已达到灌注要求。

灌注水下混凝土之前泥浆三大指标要求：泥浆比重不大于1.1；含砂率不大于2%；粘度为17-20s，沉渣厚度满足要求（摩擦桩不大于100mm，端承桩不大于50mm）。

水下混凝土灌注：混凝土是在一定的落差压力作用下,通过密封连接的导管浇筑，首批混凝土封底后，后续浇筑的混凝土进入到初期灌注的混凝土下面，顶托着初期灌注的混凝土及其上面的泥浆逐步上升，形成连续密实的混凝土桩身。灌注时混凝土不要中断时间过长，否则已浇筑混凝土开始凝结，易出现断桩现象。

写的仓促，应该还有很多没有提到的问题，该文要结合规范使用，有错漏的地方，一切以规范与设计图纸为准。