泥浆护壁 冲孔灌注桩

冲击成孔灌筑桩系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，将硬质土或岩层破碎成孔，部分碎渣和泥浆挤入孔壁中，大部分成为泥渣，用掏渣筒掏出成孔，然后再灌筑混凝土成桩。其特点是：设备构造简单，适用范围广，操作方便，所成孔壁较坚实、稳定，坍孔少，不受施工场地限制，无噪声和振动影响等，因此被广泛地采用。但存在掏泥渣较费工费时，不能连接作业，成孔速度较慢，泥渣污染环境，孔底泥渣难以掏尽，使桩承载力不够稳定等问题。适用于黄土、粘性土或粉质粘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，对地下水大的土层，会使桩端承载力和摩阻力大幅度降低，不宜使用。

1．机具设备

主要设备为CZ-22、CZ-30型冲击钻孔机（图7-62），其技术性能见表7-58，亦可用简易的冲击钻机（图7-63）。它由简易钻架、冲锤、转向装置、护筒、掏渣筒以及3~5t双筒卷扬机（带离合器）等组成。所用钻具按形状分，常用有十字钻头和三翼钻头两种（图7-64）；前者专用于砾石层和岩层；后者适用于土层。钻头和钻机用钢丝绳连接，钻头重1.0~1.6t，钻头直径60~150cm。转向装置是一个活动的吊环，它与主挖钢绳的吊环联结提升冲锤。掏渣筒用于掏取泥浆及孔底沉渣，一般用钢板制成（图7-65）。

图7-62 CZ-22型冲击钻机

1-电动机；2-冲击机构；3-主轴；4-压轮；5-钻具滑轮；6-桅杆；7-钢丝绳；8-掏渣筒滑轮

图7-63 简易冲击钻机

1-钻头；2-护简回填土；3-泥浆渡槽；4-溢流口；5-供浆管；6-前拉索；7-主杆；8-主滑轮；

9-副滑轮；10-后拉索；11-斜撑；12-双筒卷扬机；13-导向轮；14-钢管；15-垫木

图7-64 冲击钻钻头型式

（a）φ800mm十字钻头；（b）φ920mm三翼钻头

图7-65 掏渣筒

（a）平阀掏渣筒；（b）碗形活门掏渣筒 1-筒体；2-平阀；3-切削管袖；4-提环

2．施工工艺方法要点

（1）冲击成孔灌筑桩施工工艺程序是：场地平整→桩位放线、开挖浆池、浆沟→护筒埋设→钻机就位、孔位校正→冲击造孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣→清孔换浆→终孔验收→下钢筋笼和钢导管→灌筑水下混凝土→成桩养护。

（2）成孔时应先在孔口设圆形6~8mm钢板护筒或砌砖护圈，它的作用是保护孔口、定位导向，维护泥浆面，防止坍方。护筒（圈）内径应比钻头直径大200mm，深一般为1.2~1.5m，如上部松土较厚，宜穿过松土层，以保护孔口和防止塌孔。然后使冲孔机就位，冲击钻应对准护筒中心，要求偏差不大于±20mm，开始低锤（小冲程）密击，锤高0.4~0.6m，并及时加块石与粘土泥浆护壁，泥浆密度和冲程可按表7-81选用，使孔壁挤压密实，直至孔深达护筒下3~4m后，才加快速度，加大冲程，将锤提高至1.5~2.0m以上，转入正常连续冲击，在造孔时要及时将孔内残渣排出孔外，以免孔内残渣太多，出现埋钻现象。

各类土层中的冲程和泥浆密度选用表 表7-81 项次 项目 冲程 泥浆密度备注 3（m） （t/m） 1 在护筒中及0.9～1.1 1.1～1.3 土层不好时宜提高泥浆密度，必要时加入护筒脚下小片石和粘土块 3m以内 2 粘土 1～2 清水 或稀泥浆，经常清理钻头上泥块 3 砂土 1～2 1.3～1.5 抛粘土块，勤冲勤掏渣，防坍孔 4 砂卵石 2～3 1.3～1.5 加大冲击能量，勤掏渣

5 风化岩 1～4 1.2～1.4 1 塌孔回填重1.3～1.5 成孔 （3）冲击钻成孔冲击钻头的重量，一般按其冲孔直径每100mm取100~140kg为宜，一般正常悬距可取0.5~0.8m；冲击行程一般为0.78~1.5m，冲击频率为40~48次/min为宜。

（4）冲孔时应随时测定和控制泥浆密度。如遇较好的粘土层，亦可采取自成泥浆护壁，方法在孔内注满清水，通过上下冲击使成泥浆护壁。每冲击1~2m应排渣一次，并定时补浆，直至设计深度。排渣方法有泥浆循环法和抽渣筒法两种。前者是将输浆管插入孔底，泥浆在孔内向上流动，将残渣带出孔外，本法造孔工效高，护壁效果好，泥浆较易处理，但对孔深时，循环泥浆的压力和流量要求高，较难实施，故只适于在浅孔应用。抽渣筒法，是用一个下部带活门的钢筒，将其放到孔底，作上下来回活动，提升高度在2m左右，当抽筒向下活动时，活门打开，残渣进人筒内；向上运动时，活门关闭，可将孔内残渣抽出孔外。排渣时，必须及时向孔内补充泥浆，以防亏浆造成孔内坍塌。

（5）在钻进过程中每1~2m要检查一次成孔的垂直度情况。如发现偏斜应立即停止钻进，采取措施进行纠偏。对于变层处和易于发生偏斜的部位，应采用低锤轻击、间断冲击的办法穿过，以保持孔形良好。

（6）在冲击钻进阶段应注意始终保持孔内水位高过护筒底口0.5m以上，以免水位升降波动造成对护筒底口处的冲刷，同时孔内水位高度应大于地下水位1m以上。

（7）成孔后，应用测绳下挂0.5kg重铁碗测量检查孔深，核对无误后，进行清孔，可使用底部带活门的钢抽渣筒，反复掏渣，将孔底淤泥、沉渣清除干净。密度大的泥浆借水泵用清水置换，使密度控制在1.15~1.25之间。

（8）清孔后应立即放入钢筋笼，并固定在孔口钢护筒上，使其在浇筑混凝土过程中不向上浮起，也不下沉。钢筋笼下完并检查无误后应立即浇筑混凝土，间隔时间不应超过4h，以防泥浆沉淀和坍孔。混凝土浇筑一般采用导管法在水中浇筑。

3．施工常遇问题及预防、处理方法（表7-82）

冲击钻成孔灌筑桩常遇问题及预防处理方法 表7-82 常遇问题 产生原因 预防措施及处理方法 1．钻头的转向装置失灵，冲击时钻头未转动 经常检查转向装置的灵活性；调整桩孔不圆，2．泥浆粘度过高，冲击转动阻力太大，泥浆的粘度和相对密度；用低冲程呈梅花形 钻头转动困难 时，每冲击一段换用高一些的冲程3．冲程太小，钻头转动时间不充分或转冲击，交替冲击修整孔形 动很小 发现探头石后，应回填碎石或将钻机稍移向探头石一侧，用高冲程猛1．冲击中遇探头石、漂石、大小不均，击探头石，破碎探头石后再钻进 钻头受力不均 遇基岩时采用低冲程，并使钻头充2．基岩面产状较陡 分转动，加快冲击频率，进入基岩钻孔偏斜 3．钻机底座未安置水平或产生不均匀沉后采用高冲程钻进；若发现孔斜，陷 应回填重钻；经常检查及时调整；4．土层软硬不均；孔径大，钻头小，冲进入软硬不均地层，采取低锤密击，击时钻头向一侧倾斜 保持孔底平整，穿过此层后再正常钻进；及时更换钻头 1．钻孔不圆，钻头被孔的狭窄部位卡住若孔不圆，钻头向下有活动余地，冲击钻头被（叫下卡）； 可使钻头向下活动并转动至孔径较卡 冲击钻头在孔内遇到大的探头（叫上大方向提起钻头；使钻头向下活动，卡）；石块落在钻头与孔壁之间 脱离卡点；使钻头上下活动，让石6 如岩层表面不平或倾斜，应抛入20～30cm厚块石使之略平，然后低锤快击使其成一紧密平台，再进行正常冲击，同时加大冲击能量，勤掏渣 反复冲击，加粘土块及片石 2．未及时焊补钻头，钻孔直径逐渐变小，钻头入孔冲击被卡 3．上部孔壁坍落物卡住钻头 4．在粘土层中冲程太高，泥浆粘度过高，以致钻头被吸住 5．放绳太多，冲击钻头倾倒顶住孔壁 6．护筒底部出现卷口变形，钻头卡在护筒底，拉不出来 孔壁塌坍 1．冲击钻头或掏渣筒倾倒，撞击孔壁 2．泥浆相对密度偏低，起不到护壁作用；孔内泥浆面低于孔外水位 3．遇流砂、软淤泥、破碎地层或松砂层钻进时进尺太快 4．地层变化时未及时调整泥浆相对密度 5．清孔或漏浆时补浆不及时，造成泥浆面过低，孔压不够而塌孔 6．成孔后未及时灌筑混凝土或下钢筋笼时撞击孔壁造成塌孔 1．孔外水压力比孔内大，孔壁松散，使大量流砂涌塞孔底 2．掏渣时，没有同时向孔内补充水，造成孔外水位高于孔内 流砂 1．钻头刃脚变钝或未焊牢被冲击掉 冲击无钻进 2．孔内泥浆浓度不够，石渣沉于孔底，钻头重复击打石渣层 钻孔直径小 1．选用的钻头直径小 2．钻头磨损未及时修复 1．大绳在转向装置联结处被磨断；或在靠近转向装置处被扭断，或绳卡松脱．或钻头本身在薄弱断面折断 2．转向装置与钻头的联结处脱开 1．清孔后泥浆相对密度过低，孔壁坍塌或孔底涌进泥砂，或未立即灌筑混凝土 2．清渣未净，残留沉渣过厚 3．沉放钢筋骨架、导管等物碰撞孔壁，使孔壁坍落孔底 钻头脱落 块落下及时修补冲击钻头；若孔径已变小，应严格控制钻头直径，并在孔径变小处反复冲刮孔壁，以增大孔径；用打捞钩或打捞活套助提；利用泥浆泵向孔内泵送性能优良的泥浆，清除坍落物，替换孔内粘度过高的泥浆；使用专门加工的工具将顶住孔壁的钻头拨正；将护筒吊起，割去卷口，再在筒底外围用φ12mm圆钢焊一圈包箍，重下护筒于原位 探明坍塌位置，将砂和粘土（或砂砾和黄土）混合物回填到坍孔位置以上1~2m，等回填物沉积密实后再重新冲孔；按不同地层土质采用不同的泥浆相对密度；提高泥浆面；严重坍孔，用粘土泥膏投入，待孔壁稳定后，采用低速重新钻进；地层变化时要随时调整泥浆相对密度，清孔或漏浆时应及时补充泥浆，保持浆面在护筒范围以内；成孔后应及时灌筑混凝土；下钢筋笼应保持竖直，不撞击孔壁 流砂严重时，可抛入碎砖石、粘土，用锤冲入流砂层，做成泥浆结块，使成坚厚孔壁，阻止流砂涌入保持孔内水头，并向孔内抛粘土块，冲击造浆护壁，然后用掏渣筒掏砂 磨损的刃齿用氧气乙炔割平，重新补焊；向孔内抛粘土块，冲击造浆，增大泥浆浓度，勤掏渣 选择合适的钻头直径，宜比成桩直径小20mm；定期检查钻头磨损情况，及时修复 用打捞活套打捞；用打捞钩打捞；用冲抓锥来抓取掉落的钻头 预防掉钻头，勒检查易损坏部位和机构 做好清孔工作，达到要求立即灌筑混凝土 注意泥浆浓度，及时清渣； 注意孔壁，不让重物碰撞孔壁 吊脚桩