灌注桩工程施工工艺讲解课件.ppt

1、灌注桩工程施工工艺 冲洗液从钻杆与孔壁的环状间隙中进入钻孔，再从钻杆内返回孔口的一种钻进工艺 循环槽 回水管 水泵 水龙头 高压胶管 水源箱 钻杆 钻头 破碎钻屑要消耗较多的时间、能量并加快钻头磨损 细小钻屑使泥浆处理难度加大 为排出钻渣，需加大泥浆粘度与密度，这会在孔壁形成厚泥皮，增大清孔难度，影响桩的承载力 大口径正循环钻进的三方面缺陷 泥浆上返速度一般可达23.5m/s，可以较高速度排出粒径很大的钻屑，钻屑只要能通过钻杆就可不经破碎而直接排出。 反循环钻进优势 反循环驱动压力小，降低排除循环系统的堵塞能力，反循环钻进深度受限制。 1.实现方法 可在第四纪松散地层中钻进大直径孔，在各种粘土

2、、粉土、淤泥、砂土及卵石中能获得较高的钻进效率。 反循环钻进适用地层 由于牙轮钻头、滚刀钻头、潜孔锤钻进技术的应用以及双壁钻杆的出现，可适用于较深孔和坚硬地层钻进。 双壁钻杆，从地面沿双壁钻杆之间的环状间隙压入冲洗液，冲洗液到达孔底后从内管中上返。 封闭孔口处钻杆与护筒之间的环状间隙，从孔口向环状间隙中压送冲洗液，冲洗液到达孔底后从钻杆内上返。 直接压送法 利用离心泵、射流泵、气举泵在循环管路的终端（出口）或中间某处，形成负压和反向压差，并由此产生抽吸力，从钻杆中心通孔抽吸循环介质，形成循环介质的连续反循环 。 抽吸法 地层适应性好，而且不必封闭孔口，但需要用专用钻具，这种方法在桩孔施工中应用

3、较少 设备简单，只适用于非漏失或漏失量很小的地层（或用套管有效封闭漏失层之后） 工艺与设备均较简单，已在大口径钻孔施工中得到广泛应用。 2.泵吸反循环 利用砂石泵（一般为离心泵）将钻杆柱内带有钻屑的泥浆抽到沉淀池，沉淀后的泥浆经循环槽或其他方式再流回钻孔，从而实现泥浆的反循环。 1-砂石泵的启动 真空抽吸排气法 灌注泵灌液排气法 工作前管路为空气充满，离心泵抽吸空气的能力非常有限，必须先排除砂石泵吸入管路中的空气。 2-泵吸反循环工作条件 水龙头弯管最高点（压力最低点）的压力应不小于泥浆的汽化压力P 砂石泵的吸入口处压力大于砂石泵的吸入压力Pb 水龙头转盘主动钻杆护筒钻杆钻头排渣管砂石泵泥浆池

4、L2L1LbmamaPLPPPPPLPPPP?)()(23211321?Pa-大气压（100KPa）；Pb-吸入口压力； P-泥浆汽化压力；P1-沿程压力损失；P2-钻头吸入阻力产生的压力损失；P3-钻杆内外重度差形成的压差； L1-水龙头弯管最高点与钻孔液面之间的高度； L2-砂石泵吸入口与钻孔液面之间的高度。 效率（效率（m/h） 孔深（孔深（m） 10 20 30 0 30 60 90 120 150 工作特性曲线工作特性曲线 驱动泥浆循环的压力（Pa-Pb）或（Pa-P）小于一个大气压，这就限制了泵吸反循环的钻进能力（钻进深度及钻进过程中排除管线堵塞的能力） 理论与实践都说明，泵吸反循

5、环在孔深50米以内效率较高，孔深超过70米时虽能工作但效率太低，不经济 。 3-泵吸反循环参数选择 钻杆长度 采用较短的钻杆和主动钻杆 钻杆内泥浆上返速度 大于钻屑在钻杆内的沉降速度 钻杆内径 内径大，可增大能到达的钻孔深；同时上返的钻屑颗粒也大，且不易产生堵塞从而可提高钻速 冲洗液上返流速 流速大则排渣效果好，但阻力损失与速度的平方成正比，沿程及局部阻力损失加剧 4-泵吸反循环钻进工艺 砂石泵启动后，应形成正常反循环才能开动钻机慢速回转，正常后逐渐加大转速（防堵） 在砂砾、砂卵、卵砾石层中钻进时，为防止钻渣过多造成堵塞，可采用间断给进、间断回转 观察排水出渣情况，排量减小或出水中含钻渣量太多

6、时，应控制给进速度 加接钻杆应先停进尺，将钻具提离孔底100左右，维持冲洗液循环12min，并将管道内钻渣排净后加接钻杆 出现坍孔、涌砂等异常情况，立即将钻具提离孔底，控制泵量保持循环，同时向孔内输送性能符合要求的泥浆 钻孔到达要求深度时，钻具提离孔底5080，维持正常反循环清孔，直到符合清孔标准 钻进速度根据下式计算： 24DQV?泵?D钻孔直径 m 泥浆中岩屑的含量，一般为 810% ?转速： 2）国外推荐大口径钻进转速按下式计算： 1）试验证明，钻头线速度在 1.23.5m/s 3）牙轮钻头或滚刀钻头可按外侧牙轮或滚刀直径与钻头直径关系确定： min)/(/36576rDn ?D钻头直径

7、， mm，在D600mm较为适用 min)/(/120rDdn ?d牙轮或滚刀直径， mm D钻头直径，mm 泵吸反循环钻进参数推荐值泵吸反循环钻进参数推荐值 钻压 （KN） 钻进参数和钻速 转速 （r/min ） 砂石泵排量 （m3/h） 钻速 （m/s） 地层 粘土层、硬土层 砂 土 层 砂层、砂砾层、砂卵层 风化基岩、中硬以上基岩 1025 515 310 2050 2060 2050 2050 1030 180 160180 160180 140160 46 610 812 0.52.0 3.射流反循环 供水管高压工作流体经喷嘴进入吸入室，速度增高形成高速射流 高速射流对周围介质有卷吸

8、作用，可带着周围介质一起向前运动 吸入室流体介质被带走后，压力减小形成一定的真空 由于真空负压，引射流体通过吸入管不断进入吸入室 引射流体被吸入又不断地被带走，形成一个连续的抽吸过程 采用采用射流射流泵驱泵驱动泥动泥浆实浆实现反现反循环循环 射流泵的工作流体与引射流体可以是液体也可以是气体，射流泵的工作流体为净化的泥浆或清水。 1-射流泵的构造 一般射流泵常用一个喷嘴，它与排出管在同一轴线上，吸入管与排出管则不在同一轴线上（中心射流泵）。为了使大颗粒钻屑能顺利通过管道，常用多喷嘴布置成环形，吸入管与排出管在同一轴线上（环形射流泵） 2-射流泵的特点 工作流体的随意性，使得泥浆泵（包括离心泵和往

9、复泵）和空压机都可用为射流泵的动力源，不需要启动装置 结构简单，射流泵无运动部件，工作可靠，作业率高，钻屑通过管路通畅，机件磨损后易于更换 射流泵的机械效率在25%以下，消耗功率较大 结合上图介绍正反循环两用射流泵的工作原理及特点，原工程钻进教室射流泵生产情况。Maginot line为何成了摆设。 此外，引射流体的随意性，使得射流泵既可抽吸液体也可抽吸气体。使得其应用非常灵活。气举反循环开孔时，可用空压机作为动力源进行射流反循环钻进；在泵吸反循环中，可用射流泵作为真空泵来启动砂石泵。 3-射流泵的安装 a- 射流泵放在井底钻头的上部：靠射流泵的扬程来驱动泥浆循环，驱动压力可大于一个大气压，但

10、管路较复杂，高压水流经路程长，沿程压力损失大。 b- 将射流泵放在地表靠射流泵的吸程工作，具有较高的吸入压力（不超过一个大气压）对于大口径工程钻进，这一布置较好。 c- 把射流泵放在水龙头旁靠射流泵的吸程工作，吸入压力较b中的小，但沿程压力损失也小。 （密封要求相对低些） 4.气举反循环 上升的液气混合物带动孔内的冲洗液和钻屑一起向上流动 压缩空气通过供气管路送至孔内气水混合室 混合室内压缩空气膨胀、混合形成密度小的液气混合物 在重度差和压气动量作用下，液气混合物沿钻杆内孔上升 1-工作原理 2-气举反循环参数 气举反循环形成的前提 混合器沉入水下一定深度，在钻杆内外形成足够大的液桩压力差P

11、10100)()(hhhhhPmmama?泥浆池 排渣管 护筒 双层钻杆 钻头 压气盒 空压机 泥浆池泥浆池 转盘 h1 h0 冲洗液重度； h1升液高度； h0混合器沉没深度； m液气混合物重度 在冲洗液重度和升液高度h1一定的情况下，增大混合器沉没深度，降低三相流的重度m（加大风量），将会提高压力差。 气举反循环的重要参数 压缩空气流量压缩空气流量 压缩空气压力 混合器沉没深度 混合器的沉没深度 010hhh?h1-升液高度；h0-混合器沉没深度 混合器的沉没深度通常用沉没系数表示 从上式可看出，0，另一个区区钻屑因自重而滑落只有靠钻杆旋转时产生的离心力摔到叶片外侧不向下滑，离心力小时易造

12、成钻屑挤实而堵塞。 长螺旋 两个区域的分界处可取在叶片的中间，通过旋转产生的离心力，将叶片内侧钻碴摔到叶片外侧排出，避免挤密堵塞。 短螺旋 钻碴是积聚在螺旋面上提出孔口排出，两个区域的分界处必需取在靠近心轴处，使大部分螺旋面的避免钻碴因重力作用而滑落。 长螺旋对转速有严格要求，而短螺旋对螺距要求较严，但并不绝对，还于地层、设备本身有关，从上面的看似矛盾的内容应能领会一些，从这可以谈谈工程领域为什么会有一些相对立的观点 长螺旋一般为单线主要原因是为了减小螺距，减轻因钻屑摩擦角小于螺旋倾角而因重力下滑与后切削下来的钻屑挤实而堵塞，而短螺旋一般为双线，螺距大钻速可高些，因其排钻屑是提钻摔土，挤实堵塞

13、关系不大。 土与螺旋叶片的摩擦系数一般为0.30.6，即摩擦角为16.731，所以大部分螺旋叶面上的任意倾角最大应在不大于16.731 或参考下式得出 S=(0.250.5)D 泥岩； S=(0.50.7)D 软湿地层； S=(0.81.0)D 干硬地层 根据钻具外径（D）钻屑与叶片摩擦角（也是地层情况）可求出最大螺距值 S=Dtg 5、螺旋钻进参数 1、转速 2、螺距确定 转速对钻进的影响 钻孔速度 排碴效率 螺旋叶片转动产生离心力 钻屑在离心力作用下滑向孔壁 离心力作用下钻屑与孔壁产生磨擦力 钻屑依靠摩擦力在叶片转动下上升 排碴过程 ?钻屑能滑向孔壁的转速： ?tgnirgcos30?保证

14、钻屑顺着螺旋叶片上升的最低转速（临界转速）： )(300?tgnRfg-钻屑与螺旋叶片的摩擦角；f-钻屑与孔壁的摩擦系数；R-钻头直径； i- 钻碴所在处叶片的升角； -螺旋叶片外径处的升角；r-钻碴至钻具轴线的距离 ?tgmgrmicos2?F F1 ?Rr 602 n?tgFmgmgF)sincos(sincos?mg ?离心力 钻碴与叶片摩擦力 RfmF2?钻碴因离心而与孔壁的摩擦力 速度越高越有利钻屑上升，但功率要求大；由于短螺旋是提钻排土，转速可小于临界转速 2、钻压 N50时，c=0.0122N N50时，c=0.033N 平均值c=0.023N N为工程地质勘察标准贯入试验所得的

15、N值 DPc46. 0262. 0?钻杆柱较重，钻进时孔壁对钻具也有一向下的力，象木螺钉，加上叶片上土的重力，钻压较大，因此长螺旋一般是减压钻进，用卷扬机控制给进速度。 一般考虑加压钻进 （轴心压力过小，钻具抖动；轴心钻压过大，扭矩增大、钻屑量增大可能导致蹩钻） 钻压 设备给进力 钻具重量 钻具上钻屑重量 c为土层单轴抗压强度（MPa） P-钻压（N） D-钻头直径（cm） 长螺旋 短螺旋 6、螺旋钻钻进注意事项 长螺旋钻进，适当控制给进速度，防止钻屑量大而堵塞 长螺旋钻进到达深度后，然后空转清土，如果孔底虚土过厚，掏除或夯实 短螺旋钻进回次进尺不超过2/3钻头长 钻进防斜、防扩孔 接杆同心度

16、要求 钻杆不要弯曲 钻进交界层放慢速度 带导向套作业 防钻具抖动 短螺旋钻进短螺旋钻进 钻斗钻进 钻斗为一个底部带耙齿的筒状钻具，钻斗连接在钻杆下端，钻进过程中，借助钻具的自重和钻斗的回转，耙齿压入并切削土层，切削下的土块被收入斗内。当斗内渣土装到相当数量后，钻具提至孔外，打开钻斗，卸除渣土。 为防止孔内泥浆激动而影响孔壁稳定，提、下钻具时速度不可过快 钻掘与排渣不连续进行，辅助时间多； 孔内泥浆不循环，只是起到平衡孔内与地层压力的作用，减少污染、降低成本； 适用于软土和淤泥层，并可在地下水位以下的地层作业； 特 点 用于淤泥、淤泥质亚粘土、砂土、砂砾、强风化软基岩 旋挖捞砂钻斗：用于含水量高

17、的砂土层、淤泥质粘土、砂砾层 硬地层旋挖钻斗：采用斧形齿。 采用不同斗齿，可扩大钻斗对不同地层的适应力，提高其钻进速度与使用寿命 冲击钻进 冲击钻进是采用钢丝绳周期性地将钻头提离孔底一定高度，让钻头在自身重量作用下加速降落，冲击孔底。每次冲击后，钻头在钢丝绳的带动下转动一定角度形成圆形钻孔，再用捞渣筒或其它方式将钻渣排出。 冲击反循环钻头 工艺方法简单，易于掌握 功耗小（只有轴向力无扭矩），机具部件少 在含大卵石或漂石地层中钻进成孔效率高 冲击成孔适用于浅孔大口径钻进，（孔过深，钢绳弹性伸长大） 用于碎岩时间短，重复破碎严重，需定期停钻清渣，钻进效率偏低 在非均质地层钻进时易偏斜，钻孔不圆 易

18、出现卡钻、掉钻事故 只能钻直孔 优 点 缺 点 1、特点 对硬岩破碎效果好，冲挤作用形成的孔壁坚固 形式 结构 2、适用范围 除粘性土以外的各类地层，尤其适用于砾石层 钻孔直径600-1500，最大可达2500 钻孔深度一般为50m，特殊情况可达100m 3、施工机械及设备 钻杆冲击式 上部接头 钻头体（锥体） 冲击刃 一字形、十字形、工字形、人字形 圆形、管式 钻机 1-接头；2-环形槽；3-扳手切口（其下为钻头体）；4-主刃；5-副刃；6-水槽 钻头 钢丝绳冲击式 1 2 3 4 5 6 ?简易冲击钻（勘查） ?正、反循环冲击钻 ?冲击钻机 捞渣筒 （抽砂筒）捞取被冲击钻头破碎后的孔内钻渣

19、，筒底阀门为单向阀门。捞碴筒下降时，孔内岩屑与泥浆挤开捞碴筒底阀进入筒体内，上提时，底阀关闭。岩屑与泥浆一同提出孔外。 泄水孔 扩孔器 钻杆 吊环吊环 刃口 活门 钻筒 可捞出岩屑的钻头 碗阀；单向板阀；双向板阀 4、施工工艺特点 1.在孔内以最大的加速度下落，增大冲击功； 2.合理选择冲击钻头重量，一般为(100-140)Kg/100 3.冲击行程为0.8-1.5m（最大不超过6m），冲击频率40-48次/分 4.依地层选择合理参数，少松绳（长度）、轻松绳（次数） 5.控制合适的泥浆比重，勤掏渣（减小冲洗液重度，提高钻头加速度） 钻孔直径越大，岩石硬度越大，要求钻头重量越大； 冲程与冲次越大

20、，时效越高，但冲程与冲次是相互制约的，即冲程大以牺牲冲次为代价，冲次多也是以牺牲冲程为代价。 冲抓锥钻进法 冲抓成孔是利用冲抓锥张开的锥瓣向下冲击切入岩土，然后收拢锥瓣将岩土抓提到孔外，形成桩孔。冲抓法可以采用泥浆护壁（地层好时可采用水头来平衡地压，），也可采用全套管钻进。 双绳冲抓锥 冲抓锥的种类 单绳冲抓锥 松软、松散地层 适用条件适用条件 成孔直径：6001500mm 成孔深度：小于40m 与冲击钻头配合则可用于硬地层 冲抓锥的特点 对地层适应性强，施工附属设备少 采用套管护壁钻孔超径系数小，桩的质量好 无冲洗液反循环，岩碴可直接运离，污染少 全套管钻进时设备庞大，需大底座平衡摇管装置

21、地下水位以下砂层，套管压入起拔困难 冲抓机具冲抓机具 双绳冲抓锥 由卷扬机卷筒伸出的两根主钢丝绳通过钻架上的滑轮后，一根与冲抓锥的锥顶吊环连接（称为外套绳或吊起钢丝绳）；另一根穿入锥体内，绕过开合机构的滑轮组后固于外套上端（称内套绳或开合钢丝绳）。 外套绳用来卸土与落锥冲击 内套绳用来抓土及提升。 1-挂环；2-外套滑轮；3-导向圈；4-外套；5-连杆；6-内套；7-内套滑轮；8-叶瓣；9-瓣背；10-瓣尖 当收紧内套绳时，通过开合机构的上下滑轮组收紧内套，锥瓣合拢。当外套绳提住冲抓锥时，内套绳不受力，冲抓锥的内套因重力（弹簧张力）作用向下坠，锥瓣张开。两条主绳相互交替操作。 单绳冲抓锥 单绳

22、冲抓锥仅有一条内套绳，抓土与提锥出孔与双绳形式相同，但卸土冲击则有两种方式 。 人工挂钩人工挂钩：由专人在工作台上负责挂钩，当用固定钩吊住冲抓锥时，内套绳不受力，锥瓣张开卸土，当活动钩提住锥时，内绳套虽已受力，但锥内开合机构滑轮组的钢丝绳仍然松着，开合机构不起作用，故落锥冲击时，锥瓣仍张开；当锥落至孔底时，内套绳松着，活动钩因柄重钩轻自动脱钩，通过收紧内套绳通过开合机构合拢使锥瓣抓土和提锥出孔。 自动挂钩自动挂钩：冲抓锥头工作时，依靠自重（配重体）向孔底进行冲击，靠张开的叶片插入孔底地层；冲击后操纵卷扬机使钢丝绳先通过滑轮组将叶片闭合，挖取泥砂，排土时，冲抓锥提上孔口碰到自动挂卸器，实现自动挂

23、钩；挂钩后，放松钢丝绳即张开叶片，进行卸土。 活动钩 短钢丝绳编入起吊钢丝绳 内套绳 冲抓锥 固定钩 双绳和单绳比较 双绳形式在孔内和孔口都可操纵锥瓣的开合，比单绳形式效率高 双绳形式的两条钢绳轮换双力，较少发生掉锥现象 双绳形式两条主钢丝绳容易相互缠绕，要经常将其展开，否则会损坏钢丝绳 单绳采用人工挂钩时，每次冲抓时间比双绳长，采用自动挂钩则可克服此缺点 冲抓成孔工艺 保证冲抓锥与护筒同心，偏差不大于20 开孔采用泥浆护壁 根据不同地层，采用不同冲程： 与十字冲击锥配合穿越硬地层，可提高效率 1. 松散地层采用低冲程（ 0.5-1.0米）； 2. 松散卵石地层（ 1-2米）； 3. 密实卵石地层（ 2-3米）； 4. 冲抓漂石连续低冲 （ 0.5-1.0米）； 5. 密实地层（ 2-3米） 注意事项 THE END