钻孔工艺10.docx

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钻孔工艺10

钻孔工艺及设备

一、工程概况

XX墩基础为高桩承台结构。

桩基由131根Ф2800～2500mm变截面钻孔灌注桩组成，设计桩底标高–124.000m、顶标高–6.600m，设计桩长117.400m。

桩基钢护筒内径Ф2800mm，采用Q345Cδ25mm钢板卷制，设计底标高–62.200m、顶标高–3.555m，长58.645m，重102.143t，131根Q345Cδ25mm钢护筒总重13380.733t。

钢护筒施工顶标高为+7.000m，标高–3.555m～+7.000m采用Q235δ25mm钢板卷制，长10.555m，重18.384t/根，131根Q235δ25mm施工钢护筒总重2408.304t。

每根钢护筒总长131.045m、总重120.527t。

131根钢护筒总重15789.037t。

桩基钢筋采用Ф40、Ф16、Ф12三种Ⅲ级钢筋，主筋Ф40为双层径向布置，每根桩钢筋重70.767t。

131根桩钢筋总重9270.477t。

钢筋接长采用机械连接。

桩基采用C35水下混凝土，设计方量为645.70m3/根。

131根桩基混凝土总方量为84586.70m3。

二、钻机选型

桩基主要穿过沙层、粘土层等地层，桩径大、深度深，成孔难度大，为保证成孔要求，钻孔选用气举反循环工艺进行施工，选用中升ZSD300和洛矿ZDZ3000两种型号钻机各4台，共8台，使用直径Φ2.45m的刮刀钻头钻进成孔，其主要性能参数须满足表1要求：

表1

钻孔直径

（m）

钻孔深度

（m）

循环方式

输出扭矩（KN·M）

钻架提升能力

（KN）

≥2.50

≥140.00

气举反循环

≥150.00

≥1000.00

由于河床防护抛了一层2.0m厚沙袋，沙袋为塑料编织袋和无纺土工布两层，为防止堵管和加快正式钻孔进度，拟采用2～3台冲抓钻机，在每个孔开钻前清除护筒内砂袋，再用2～3台250型钻机气举反循环先期清除护筒内刃脚2.0m以上土层，并用其它孔浇混凝土时排出的泥浆置换其内的清水，为正式钻孔做准备。

三、钻孔顺序

根据工序、进度和水文条件，钻孔平台采用先打上游起始平台，再从上游往下游逐排施打钢护筒，当上游侧平台形成一定平面后，钻机可以上平台钻孔，由于相临孔中心间距为7.375m或10.9m，都不宜邻孔作业，故采用隔排隔孔施钻。

四、供气设备及布置

为了给钻机供气的压力和气量稳定，由气压罐直接为钻机供气。

设置4个空压站，上下游各2台，分别配备4台20m3/min空压机共8台为其供气，同时另备2台作为备用。

给钻机供气的管道布设于下层平台，并在一定距离设置排气阀，供钻机接用。

管道布设见图1。

图1供气管道布置图

五、泥浆制备及泥浆循环

1、泥浆制备及性能指标

护壁泥浆在钻孔中非常重要，尤其是对本工程大直径深孔，土层为砂层，造浆性能差，泥浆控制显得尤为重要。

施工采用不分散、低固相、高粘度的PHP泥浆。

为保证钻孔桩成孔施工的顺利进行，在正式开钻之前进行泥浆配比试验，选用不同产地的膨润土和不同比例的水、膨润土、碱、PHP等进行试配，选择泥浆各项指标最优的泥浆配比，在试桩施工中得以检验和调整后用于正式钻孔桩施工中。

泥浆的制备在平台泥浆制备区进行，同时拟准备泥浆船以增加整个泥浆的制备速度。

钻孔施工前首先在泥浆制备区或泥浆船上采用3PN泵射流搅拌膨润土泥浆，然后利用泥浆泵泵送至钢护筒内，当钢护筒内泥浆性能指标满足施工要求后开孔钻进。

泥浆各施工过程中性能指标要求（见表2）：

泥浆性能指标一览表表2

性质

阶段

试验方法

新制泥浆

循环再生泥浆

清孔泥浆

容重（g/cm3）

≤1.08

≤1.25

≤1.1

1006型泥浆比重秤

粘度（s）

22～28

20～25

19～22

粘度计

失水量（ml/30min）

≤15

≤20

≤15

失水量仪

泥皮厚（㎜）

≤1.5

≤2

≤1.5

钢尺

胶体率（％）

≥99

≥96

≥98

量筒

含砂量（％）

≤0.5

≤3.0

≤1.0

含砂量测定仪

PH值

8～10

8～10

8～10

试纸

泥浆净化设备主要性能表表3

名称

泥浆净化器

型号

ZX-250

处理能力（m3/h）

250

分率程度（μm）

≥74

总功率（kw）

45

经处理后泥浆含砂率（%）

≤1

重量（kg）

6750

图2泥浆循环系统

2、泥浆循环系统

每台钻机配备两台宜昌黑旋风工程有限公司生产的ZX-250泥浆净化器（其技术参数见表3），泥浆经泥浆净化器使直径在0.074mm以上的土颗粒筛分到储渣筒内，处理后的泥浆通过钢护筒之间的U型槽流入钻孔孔内。

钻渣转运至运渣船，水运至除渣码头，输送至弃土场。

泥浆循环系统见图2。

3、排渣、排浆系统

从各个孔内钻出来的钻渣必须经运输船运到指定位置处理，由于每个孔平均钻速为1.3m/h，且钻渣多为砂，渣子不易从振动筛和旋砂器溜到船仓中，故在离所钻孔处设溜槽，排放至排渣船仓中，当到一定负荷时，运输到后场处理。

溜槽置于平台下，利用钢护筒间连撑作为支点（见图4）。

浇注混凝土时，孔内由混凝土置换出来的泥浆一部分经溜槽流入其它待钻钢护筒回收利用（见图3），一部分经护筒间溜槽流入泥浆船中；对于混凝土浇至桩顶以上部分含有水泥浆的废浆不能通过溜槽在护筒内流动，用砂石泵抽至舱驳内，运至排渣码头，用泥浆泵通过布设的输送管道，将废浆排放到泥浆处理场内。

图2.3排浆示意图

图4排渣系统布置示意图

六、钻机安装、调试及移位

根据平台上的桩位，钻机通过桅杆吊、龙门吊、浮吊吊装就位。

钻机就位时，、测量检查，底盘须水平，钻塔与底盘保持垂直状态，并将钻机与平台进行限位，保证钻机在钻进过程中不产生位移。

同时在钻进的过程中及结束对底盘四角点不间断进行校核，如发现钻机有倾斜迹象或怀疑钻机有歪斜时均要进行基座检测并及时调平，且钻机顶部的中心、转盘中心、桩孔中心基本在同一铅垂线上。

利用浮吊或桅杆吊将刮刀钻头、风包钻杆及配重拼装在一起，在钻机就位后使钻塔倾斜或移动上层底盘，将本组件吊入孔内固定。

检查钻杆，清洗密封圈，并接长钻杆，将钻头下到离孔底泥面约30cm处，接通供风及泥浆循环管路，开动空压机，开启供风阀供风，在护筒内用气举法使泥浆开始循环，观察钻杆、供风管路、循环管路、水笼头等有无漏气、漏水现象，并开动钻机空转，如持续5min无故障时，即可开始钻进。

对于下入孔内的钻具，须记录钻头、配重、风包钻杆及钻杆的编号和实际长度。

七、钻进成孔

使用气举反循环，采用轻压、慢速钻进参数，其不同地层钻进参数如表4：

表4

地层

钻压（kN）

转数（rp·min）

进尺速度（m/h）

护筒底口地层

≤150

5～10

1.0～1.5

粘土、亚粘土

≤150

5～10

1.5～2.5

粉、细砂

150～200

10～15

1.5～2.5

中、粗砂砾层

200～250

10～15

1.0～2.0

（2）正常钻进施工中，在粘性土层钻进时，控制进尺，每钻进一个回次的单根钻杆要及时进行扫孔，以保证钻孔直径满足要求。

（3）在不同地层的钻进施工中，循环泥浆比重在1.08～1.25g/cm3、粘度20.0～25.0s、泥皮厚度不大于2mm/30min、含砂率不大于3％，每拌制100m3泥浆检测一次原浆，循环泥浆主要参数指标每一地层抽检比重、粘度、含砂率及PH值不少于一次，全面掌握了孔内泥浆性能的变化情况是否在设计试验的泥浆指标范围内，以便及时调整，同时通过泥浆面观察孔壁的稳定情况，保证孔壁的安全。

（4）在正常施工过程中，为保证钻孔的垂直度，采用减压钻进，始终让加在孔底的钻压小于钻具总重（扣除泥浆浮力）的80%。

（5）钻进及提升拆除钻杆的过程中始终维持护筒内外的水头差不小于2.0m，以保证孔壁稳定。

（6）升降钻具平稳，尤其是当钻头处于护筒底口位置时，防止钻头钩挂护筒的现象。

（7）加接钻杆时，先停止钻进，将钻具提离孔底8～10cm，维持泥浆循环5分钟以上，以清除孔底沉渣并将管道内的钻渣携出排净，然后再加接钻杆。

（8）钻杆连接前认真检查密封圈后，用力矩扳手拧紧螺栓，防止了钻杆接头漏水漏气，保证反循环的正常工作。

（9）详细、真实、准确地填写钻孔原始记录，精确测量钻具长度，注意地层的变化，若出现实际地层与地质报告提供的资料不一致时，应及时报告监理。

（10）钻进过程中保证孔口安全，孔内不得掉入任何铁件（如扳手、螺栓）等物品，以保证钻孔施工的顺利进行。

（11）认真、仔细检查下入孔内的钻具，保证其可靠性，避免了掉钻事故的发生。

八、钻孔过程中孔内事故的预防及处理

1、斜孔

（1）产生的原因

①地质原因：

相邻两种地层的硬度相差较大，钻头在软层一边进尺速度较快，在硬岩层一边进尺速度较慢，从而在钻头底部形成进尺速度差，导致钻头趋向软地层方向。

②设备因素：

如提吊中心、转盘中心、孔中心不在同一铅垂直线上，钻杆刚性差，钻进过程中钻机发生平面位移或不均匀沉降等。

③操作不当，钻进参数不合理。

（2）预防措施

①必须使钻进设备安装符合质量要求。

②根据准确的地质柱状图选择钻进工艺参数。

③通过软硬不均地层时采用轻压慢转。

④钻进砂层时要特别注意控制泥浆性能及钻头转数。

（3）处理措施

将扫孔纠斜钻头下到偏斜值超过规定的孔深部位的上部，慢速回转钻具，并上下反复串动钻具。

下放钻具时，要严格控制钻头下放速度，借钻头重锤作用纠正孔斜。

2、掉钻及孔内遗落铁件

（1）产生原因

①由于孔斜或地层极度软硬不均造成剧烈跳钻，致使钻杆螺栓或刀齿脱落。

②钻杆扭断。

③由于施工人员操作不当将施工工具遗落孔内。

（2）预防措施

①避免孔斜。

②根据钻进情况定时提钻检查,重点检查加重杆管壁及钻杆上下法兰。

③维护孔壁的稳定及保持孔底清洁是处理孔内事故的必要前提,因此保持泥浆性能是关键。

同时,作好孔口的防护工作,避免向孔内掉入铁件。

④准确记录孔内钻具的各部位部件。

（3）处理措施

①首先准确判断掉钻部位，并据此制定正确的打捞方案，一般采用偏心钩、三翼滑块打捞器打捞的方法进行打捞。

②在打捞过程中,杜绝强拔强扭,以避免扩大事故。

③打捞上来后，要妥善固定在孔口安全部位，方能松脱打捞工具。

④对于孔内遗落的铁件，采用LMC-120电磁打捞器打捞（其水中吸重达5t）。

⑤分析事故产生原因，避免以后再出现类似事件。

3、扩孔

（1）产生原因

①砂层钻进泥浆性能差（如粘度太小、含砂量大等）,不能起到护壁作用。

②孔斜、地层软硬不均等原因造成扩孔。

③在某一孔段进尺速度极不均衡或重复钻进。

④在非稳定层段（如砂层）钻进过程中反复抽吸造成孔壁局部失稳。

⑤孔壁失稳坍蹋。

（2）预防措施

①保证泥浆的性能及水头压力以满足护壁要求。

②采取合理的钻进工艺，反对片面追求进尺而盲目钻进。

（3）处理措施

①小扩孔在不做处理。

②大扩孔采用粘土回填。

4、缩孔

（1）产生原因

①砂层及粘性土层中钻进泥浆性能差（如粘度太小、含砂量大等）,不能起到护壁作用。

②在淤泥及粘性土层中钻进进尺速度过快。

③孔壁失稳坍蹋

（2）预防措施

①保证泥浆的性能及水头压力以满足护壁要求。

②采取合理的钻进工艺，反对片面追求进尺而盲目钻进。

③在粘性土层中钻进每钻进一个钻杆回次重复进行扫孔。

（3）处理措施

保证钻头直径重新下钻扫孔。

九、清孔

终孔后，及时进行清孔，为保证清孔效果，清孔前先清理掉泥浆沉淀池内钻渣。

清孔时将钻具提离孔底约30～50cm，缓慢旋转钻具，补充优质泥浆，进行反循环清孔，同时保持孔内水头，防止塌孔。

当经检测孔底沉渣厚度满足设计要求，清孔后孔内泥浆指标符合表5要求后，及时停机拆除钻杆、钻头，待检孔合格后移走钻机，进行下到工序施工。

清孔过程中，不得采用加深钻孔深度的方法来代替沉渣厚度。

清孔后孔内泥浆指标参数表5

项目名称

PH值

比重（g/cm3）

粘度（s）

胶体率（%）

失水率（ml/30min）

含砂率（%）

指标

8～10

≤1.1

19～22

98%以上

20

0.5

钢筋笼安装完成混凝土浇注前，若孔底沉渣厚度大于20cm，则须进行二次清孔。

二次清孔采用在混凝土导管内下内风管的方法进行，二次清孔泥浆指标符合表5要求且孔底沉渣厚度小于20cm后，即可进行下到工序施工。