岩土工程施工.docx

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岩土工程施工

岩土工程施工总论

一、岩土工程施工所处的学科领域及其业务范围

岩土工程学（Geotechnology）是以工程地质学、岩体力学、土力学和地基基础工程学作为基本理论基础，以解决工程建设过程中出现的所有与岩体和土体有关的工程技术问题为目的的一门新型技术学科，是隶属于土木工程学的一个分支学科。

而岩土工程（GeotechnicalEngineering）则是这门学科在工程建设中的应用，是一门把岩体和土体作为建设环境、建筑材料和建筑物组成部分并进而研究其合理利用、整治、改造的综合性应用技术。

2、岩土工程的技术分类

（1）地基处理技术

（2）基础工程施工技术

（3）边坡加固工程施工技术

（4）非开挖施工技术

（5）地下水防治工程施工技术

（6）其他岩土工程施工技术

三、岩土工程施工技术的主要特点

1、岩土施工技术具有不确定性

2、岩土施工技术具有地区性问题

3、岩土施工技术具有经验性问题（很重要）

4、岩土施工技术具有多样性问题

5、岩土施工技术具有超前性问题

工程孔施工

一、螺旋钻进法（无循环液回转钻进法）

1、工作过程

螺旋钻进是利用螺旋钻具储存和输送钻渣的干式机械回转钻进方法，它不使用冲洗介质，在轴心压力和回转力矩作用下，钻头回转并切削岩土体，钻渣沿螺旋叶片上升到地表排出，或暂时储存在螺旋叶片的空间里随钻头一起提到地表排出。

2、螺旋钻进法的特点

①钻土层速度快

②无泥浆，无振动，无污染

③破碎岩土同时可输送破碎岩屑

④孔壁稳定

3、螺旋钻进法的适用条件

①地层：

适用于填土层、黏性土层、淤泥土层、粉土层、砂土层及卵石层（粒径小于150mm、卵石含量30%～40%）等，采用特殊钻头也可进入强、中风化岩层。

②钻孔直径和深度：

长螺旋钻，目前最大直径为800mm，最大深度为27.5m；短螺旋钻，直径最大可达1.5～2m，孔深可达30m。

2、钻斗钻进法（无循环液回转钻进法）

1、工作过程

这种钻进方法是在钻杆下端连接一个底部带耙齿的筒状钻具（称为钻斗），靠钻具自重和钻机加压力，在回转力矩作用下钻斗回转，切削钻掘地层，并将切削下的钻屑收入斗内，待钻屑装到相当数量后被提到孔外，打开钻斗，卸去土块。

然后再将钻斗下入孔内，重复以上过程。

2、钻斗钻进法的特点:

①适宜在黏性土中干作业钻成孔；

②钻进与排渣交替进行，但钻进速度较快，工程造价较低；

③振动小、噪声低；

④由于频繁的升降钻斗，导致孔壁不规整，扩孔率较大；

⑤对稳定液管理十分严格，且竣工后要对稳定液进行处理；

⑥在承载地基附近有强承压水时，施工困难。

3.适用条件

地层适用于填土层、黏土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及含有部分卵石、碎石的地层。

钻孔直径和深度：

目前最大直径达到3000mm，最大深度达到80m

3、正循环回转钻进法

1、工作过程

在钻具回转钻进的同时，利用泥浆泵通过水龙头、钻杆内腔向孔底输送冲洗液（清水，更常用的是泥浆），冲洗液完成冷却钻头，冲洗孔底，并携带钻屑沿钻杆与孔壁之间的外环空间上升，从孔口流向沉淀池，形成正循环（冲洗液的这种流向称为正循环）排渣系统，称为正循环回转钻进。

2、正循环回转钻进的特点

①多采用泥浆循环，孔壁稳定，不受地层限制。

②既使循环系统有少量泄漏，循环也不会中断，只要冲洗液能够连续补给，仍可继续钻进。

③设备体积小，重量较轻，且施工技术容易掌握。

④冲洗液上返流速低，大颗粒钻屑（大于40～50mm）不能及时排出，这些钻屑在孔底被钻头重复破碎，增加钻头的功率消耗，加速钻头的非正常磨损。

3、适用条件

地层：

没有任何地层限制。

钻孔直径和深度：

多使用于800mm以内的孔径，深度基本不受限制。

4、选择该工法的依据

对于直径大于1m的工程孔，使用该法无论在经济上或工期方面都不利，该法适用于1m以内，多用于φ8OOmm以内的孔。

该法钻机体积小，重量较轻，在施工少量桩时，工程造价较低。

在基坑底部或狭窄地段，以及重型机械不易进入的山地等处施工，该法具有绝对优势。

该法耗电量小，只使用50～60kW的电动机（累加），就可以进行钻孔、灌注混凝土、钢筋笼加工等工作。

四、反循环回转钻进法

1、工作过程

与正循环的循环路径相反，冲洗介质从孔口沿钻具与孔壁的环状间隙向孔底，冷却钻头，清洗孔底，携带钻屑，再沿钻杆内腔上升，经过水接头和排渣管排到地表沉淀池，经净化重新流入孔内，冲洗液这种循环方式，称为反循环回转钻进法。

2、反循环钻进的特点

①钻进效率高。

反循环冲洗液上升流速快，排渣效果好，岩土不经重复破碎就被排到地表。

在一般土层中最高纯钻速可达20～30m/h，平均钻速可达6～7m/h，比正循环方法提高几倍。

②钻头寿命长。

由于排渣效果好，减少了重复破碎，所以钻头寿命明显增长。

采用正循环钻进卵石层，一个牙轮钻头“寿命”不足30m，改用反循环方法施工后，用组合牙轮钻头，钻进720m（包括90m卵石层）后仍能使用。

③钻孔不易坍塌。

因为环状面积中冲洗液的流速很慢，对孔壁的破坏作用较小。

只要合理地设置水头（孔内水位高于地下水位2m），保持稳定的液柱压力，钻孔一般不会坍塌。

④钻孔质量好。

清孔效果好,孔底残渣厚可不超过5m；钻孔的超径率比正循环小。

钻速快，孔壁泥皮薄，这些对工程孔的后续工作是非常有利的。

3、适用条件

地层：

软土层、基岩地层均可采用该工法。

反循环钻进特别适合于在第四纪松散地层钻进大直径钻孔。

超径卵石、漂石不能通过钻杆时，可以采用抓斗或爆破配合反循环钻进。

工作地区地下水位适中。

地下水位不宜太高（最好在3m以下），太高不利于孔壁保持稳定；地下水位也不宜太低，太低则易增大冲洗液的漏失量，给供水造成困难。

需要有适当的供水水源，以满足钻进需要。

就目前工程孔所需的深度和直径来说，该工法基本不受限制。

4、反循环原理

（1）泵吸反循环

这是利用砂石泵运转时其吸口处产生的负压，在孔口液面与

泵的吸口之间形成压差实现的冲洗液反循环，它是利用了砂石泵

的吸程。

开动钻机前，先向孔内供水，孔内水位上升至孔口，然

后启动砂石泵。

砂石泵的启动有二种方式：

一种是利用真空泵排

除泵体和吸水管内的空气，形成负压，钻杆内的液体上升充满砂

石泵后启动；另一种启动方式是配备一台注水泵，开动副泵注满

砂石泵的进水管后，再启动砂石泵。

（2）压气反循环（气举反循环）

压气反循环（气举反循环）是将压缩空气通过管路（单独的风管或双壁钻杆），送至钻杆某一深度处的气水混合室，并由此进入钻杆内部，在这里压气膨胀（管内液柱压力小于压缩空气压力）、液气混合，形成小于冲洗液密度的液气混合物，并在钻杆内外液体重度差和压气动量的联合作用下，带动孔内的冲洗液和钻屑一起向上流动，形成气、液、固三相流，经排渣管流往地面沉淀池，空气逸散，钻屑沉淀，冲洗液流回钻孔。

（3）喷射反循环

喷射反循环采用水泵的水或空气压缩机的压缩空气为动力，但

与泵吸反循环和压气反循环不同，它是供给装在喷射腔内的喷嘴后经

喷嘴高速喷射出去，因此在喷嘴外部形成负压区，其负压可达0.08～

0.09Mp，水泵的水（空气压缩机的压缩空气）通过喷嘴形成上升水流。

据研究认为，冲洗液的最优排渣流速，约相当于管路内最大清水流速

的60%。

泵吸、气举、喷射三种反循环钻进理论效率变化曲线如下图：

图3-7泵吸、气举、喷射三种反循环钻进理论效率变化曲线

5、钢绳冲击钻进法

1、工作过程

钢绳冲击钻进法是用冲击式钻机或卷扬机

悬吊冲击钻头（又称冲锤）上下往复冲击将岩土

破碎成孔，部分钻屑和泥浆挤入孔壁中，而另

一部分悬浮在孔底泥浆中，用抽筒或循环的方

式排至地表，形成钻孔。

2、钢绳冲击法特点

①采用冲击动载破碎岩土体，冲击功大而作用时间短，岩土瞬时间受到的动压力是钻头重量的几十倍，岩土在高速加载的条件下，不易产生塑性变形，表现为脆性增加，形成大体积破碎。

②所用设备和机具比较简单，操作和维护容易，施工中材料消耗也少，工程费用较低。

③可采用反循环排渣，大大提高了钻进速度。

④在水源不足的情况下，排渣可不用循环液，采用抽筒。

⑤有效破碎岩面的时间少，绝大部分时间能量消耗在钻头上下运动上若不采用反循环排渣，则钻渣聚集在孔底附近，造成重复破碎，影响钻进效率，而专门的捞渣作业也减少了纯钻进时间。

⑥由于靠钻头自由下落钻进，所以只能钻垂直孔。

3、适用条件

（1）地层：

适用于黄土、黏性土或粉质黏土和人工杂填土层中应用，特别适于有孤石的砂砾石层、漂石层、坚硬土层、岩层中使用，对流砂层亦可克服，但对淤泥及淤泥质土则要十分慎重。

（2）钻孔直径和深度：

钻孔直径一般为600～2500mm；深度从几十米到数百米。

6、冲抓钻进法（冲抓及全套管钻进法）

1、工作过程

冲抓成孔是在稳定液护壁的条件下，利用特制的冲抓锥或冲抓斗鄂板，在下落时，冲抓锥锥瓣和冲抓斗鄂板张开，冲入或压入孔底岩土，然后提升，冲抓锥锥瓣和冲抓斗鄂板闭合抓土，提升至地面将土卸去，重复上述过程，使钻孔不断延伸到设计深度。

2、冲抓钻进特点

（1）主要不是靠破碎岩土，而是靠抓瓣切入，将部分岩土从整体中分离出来后抓取，切入和抓取同时进行，破碎工作量不大。

（2）钻进与排渣交替进行。

（3）稳定液护壁，对稳定液的管理较严格。

（4）设备、机具和工艺简单，易于掌握。

（5）扩孔率较大。

3.适用条件

（1）地层：

在腐植土、淤泥、坚密性黏土、砂土、流砂、松散及软硬相差较大的岩层均可使用。

（2）钻孔直径和深度：

钻孔直径一般为Φ700mm～Φl500mm；施工孔深在30m以内。

七、全套管施工法（冲抓及全套管钻进法）

1.工作过程

这个施工法是：

用液压油缸摇动套管，并用另外的油缸将其压入地基土中来护壁，并同时在套管内用锤式抓斗冲抓钻进，一直将孔掘凿到设计规定的地基深度以后，再将焊接好的钢筋骨架插入孔中，边灌注混凝土边拔出套管，就地建成大孔径灌注桩。

2.全套管施工法特点

（1）一般地层中，原则上是套管超前于挖掘，所以引起的孔周围

土的松动很小。

（2）在松软地层中施工，能做到安全与准确。

（3）能够安全地紧贴已有的建筑物进行施工，不会影响建筑物的基础。

（4）孔底的沉渣量小，是各种成孔方法中能获得最优承载力的一种方法。

（5）根据冲抓斗的挖掘阻力及排出土目测，能准确掌握地层情况，控制孔底标高。

（6）不使用泥浆，桩孔质量高，而且施工场地干净，特别适于城市内施工

（7）与其它施工法相比，其噪音、振动级别低。

（8）扩孔率极低，与其它成孔法相比可节约混凝土13%。

（9）设备庞大，自重大，所以当场地小，表土软弱及水上作业时，该工法不适合。

（10）设备原价高，机械使用费用也高，所以钻孔成本费用高。

8、振动沉管钻进法

1、工作过程

振动沉管法是在钻管（桩管）的上部安装一个振动锤，振动锤与桩管刚性联结，形成一个振动体系，启动振动锤的原动机，锤内两水轴上的偏心块则相对旋转而产生激振力，使桩管振动，桩管下部的锥形钻头边破坏地层土，边挤密土下沉，沉入地层预定深度后在管内制桩，振动拔管。

2、振动沉管施工法特点

（1）采用挤密法成孔，桩身的承载力会有一定程度的提高。

（2）可按变化了的地层条件变更原设计桩长、桩径，以满足要求，不会造成材料浪费和延误工期。

（3）采用钻管（沉管）护壁，不使用泥浆，具有干式成孔法的优点。

（4）成孔速度快。

（5）可结合爆破法扩底，扩大钻孔底部直径，提高桩端承力。

（6）该施工方法将产生一定的噪音和挤土效应。

3、适用条件

（1）地层：

黏土、淤泥质土、砂性土、人工回填土、稍密（或部

分中密）的卵石层和碎石夹层。

（2）钻孔直径和