灌注桩工程施工工艺

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2～3.5m/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、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Pγ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L2L1LbmamaPLPPPPPLPPPP)()(23211321Pa-大气压（100KPa）；Pb-吸入口压力；Pγ-泥浆汽化压力；ΔP1-沿程压力损失；ΔP2-钻头吸入阻力产生的压力损失；ΔP3-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（m/h）孔深（m）1020300306090120150工作特性曲线驱动泥浆循环的压力（Pa-Pb）或（Pa-Pγ）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1～2min，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50～80㎜，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8—10%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1.2—3.5m/s3）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，mm，在D≥600mm较为适用min)/(/120rDdnd——牙轮或滚刀直径，mmD——钻头直径，mm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10—255—153—1020—5020—6020—5020—5010—30180160—180160—180140—1604—66—108—120.5—2.03.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射流泵驱动泥浆实现反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。Maginotline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ΔP10100)()(hhhhhPmmama泥浆池排渣管护筒双层钻杆钻头压气盒空压机泥浆池转盘h1h0γα冲洗液重度；h1升液高度；h0混合器沉没深度；γm液气混合物重度在冲洗液重度γα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γm（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ε表示从上式可看出，0ε1，沉没系数越大，气水混合器沉入钻孔越深，驱动压差越大。若泥浆相对密度为1.1，气液混合物相对密0.6则ε为多大时气举反循环才能工作？若水龙头最高点距钻孔液面的高度是4米，则混合器必须沉没多深才能开始气举反循环？？钻杆内径(㎜)8094120150200300空压机风量㎡2.54561020空气压力考虑供气管道的压力损失，空气压力P(MPa)应按左式计算PPha10000γα-孔内泥浆重度(KN/m3)；h0-混合器沉没深度(m)；ΔP-供气管道压力损失(0.05～0.1MPa)压气量(Q)压气量的大小直接影响钻杆内三相流的重度γm，进而影响驱动反循环的压力差。压气量与泥浆上返量有关，泥浆上返速度一定时，泥浆上返量又与钻杆内径有关。经验公式Q=(2～2.4)d2vd-钻杆内径；v-钻杆内混合流体上返速度尾管长度(L)重度差引起的压力损失以及泥浆和钻渣两相流的沿程阻力损失都与尾管长度(L)成正比。实践经验证明尾管长度以L≤(2～3)h0为宜，其极限值为LMAX=4h0。混合器至钻头吸水口的长度-尾管长度（L）要提高钻进深度，就必须加大混合器的沉没深度3-气举反循环的供气方式并列式：通过与钻杆并列的输气管供气，结构简单，但钻杆之间一般用法兰联接。环隙式：使用双壁钻杆，压气经双壁钻杆内外间隙进入混合器，拆装方便。中心式：供气用的中心管通过水龙头悬置于钻杆中心，不随钻杆回转。并列式与环隙式供气方式在施工深孔时的一个共同缺点：倒风管4-气举反循环钻进特点只要能提供高压空气，就能钻进较深的孔管路平直且驱动压力较大，管路不易堵塞液流不通过任何工作机械，设备磨损小地面管路局部密封不严不会影响冲洗液循环工作可靠，故障较少，钻进效率高不能进行开孔阶段钻进，浅孔段时效较低5.反循环回转钻进常用钻头芯管翼板齿板超前小钻头锥形三翼钻头芯管翼板齿板超前小钻头导向板单环式三翼钻头1-锥形三翼钻头三个翼板底边呈锥形，便于钻渣向中心吸渣口运动，开有较大吸渣口的双翼超前小钻头，不仅可减小主翼片的切削阻力，又为孔底聚渣创造有利条件。芯管翼板齿板超前小钻头可调翼板适用条件：土层、砂层、砂砾层特点：结构简单、回转稳定、聚渣作用强三翼钻头活动副翼板钢板环带可调式三翼钻头活动的副翼板可根据需要沿主翼板滑动槽作径向滑移，钻头直径可调。用在有多种孔径的工地可减少钻头数，降低成本。可调式钻头最小与最大直径之差一般在：300~600mm单环式三翼钻头加焊一圈钢板环带，增加钻头的整体性和刚度；环带有导向作用，提高钻头工作稳定性并能修圆钻孔。大口径反循环桩孔施工中最广泛采用的一种钻头，多数单位自已设计加工2-筒式捞石钻头3-牙轮钻头适用于砂砾、卵石层反循环钻进适用于硬岩层及非均质地层③潜水钻机成孔潜水钻机成孔与正、反循环原理相同，只是钻机是密封的，潜入水中工作。属于孔底动力回转钻进。1.潜水钻特点结构简单、地面设备简单孔底动力、钻杆不回转、功率消耗小、钻进效率高易于实现反循环（某些型号的潜水钻砂石泵也潜入孔底可直接启动）噪音小、振动小夹杆导轮水管卷扬提升卷扬提升钢绳滑轮水龙头电缆主机钻头钻杆电缆卷扬主卷扬夹杆导轮水管卷扬提升卷扬提升钢绳滑轮水龙头电缆主机钻头钻杆电缆卷扬主卷扬提升盖进水管电缆潜水电机行星减速箱中间进水管钻头接箍1-钻头；2-电钻；3-分叉管；4-钻杆；5-钢管正循环钻进时，泥浆由胶管送至分叉管，再分为两路经钢管射入钻锥下部。1-钻头；2-钢管；3-配重；4-电钻；5-孔壁支撑；6-分叉管；7-钻杆；8-高压风喷嘴反循环钻进时，泥浆和钻渣经两个分叉钢管吸入并汇集到总管。总管内有一高压风喷嘴，可以使用气举反循环。2.潜水钻适用条件地层：一般性粘土、淤泥、淤泥质土及砂、砂夹小卵石层、强风化基岩。不适合钻进基岩。地下水位：较高施工孔径：500～1500㎜施工场地：可在狭小场地施工对非均质不良地层适应性差（地面不能进行变速）3.潜水钻钻具钻杆：方形钻杆，中空但不通水，主要作用是加压、减压、提供反扭矩，导正钻具及提升潜水钻钻头：参考正、反循环的钻头可采用槽钢对焊而成4.潜水钻施工注意事项为防止潜水电钻因钻杆折断或其它原因而掉入孔中，可在潜水钻上加焊吊环，系一保险钢丝索通出钻孔外吊挂根据进尺情况及时放松电缆及进浆胶管，应勤放少放，防止缠绕注意观察电流表，一般钻机电流为30～40A，突然上升说明钻机超负荷钻进基岩或硬土层时，钻进速度以潜水钻不产生跳动为准钻孔偏斜时可反复扫孔纠斜④螺旋钻进螺旋钻进是一种利用钻具进行贮存或输送岩悄的干式回转钻进方法。1.类型长螺旋-整个