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1、基础正循环钻机 施工方案 陕西正信机械化基础工程有限公司 二 一三年一月 目 录 一 编写依据 3 二 概念介绍 3 1 正循环回转钻孔 3 2 反循环回转钻孔 3 3 正 反循环钻孔的适用范围 3 4 正反循环所用的泥浆性能指标 4 5 泥浆原材料要求 6 三 钻机组成 7 四 成孔工艺 10 五 注意事项 13 六 劳动力计划 14 七 质量目标 创优规划及措施 14 九 安全施工保证措施 26 十 其它保证措施 29 十二 施工平面图 31 十三 公司资质文件 31 正循环钻机施工技术方案 一 编写依据 1 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 2 泥浆护壁回转钻孔灌注桩施工艺标准
2、 204 1996 3 螺旋钻孔灌注桩施工工艺标准 GY205 1996 4 建筑桩基技术规范 JGJ94 2008 二 技术术语 1 正循环回转钻孔 泥浆高压通过钻机的空心钻杆 从钻杆底部射 出 底部的钻头 钻锥 在回转时将土层搅松成为钻渣 被泥浆浮悬 随着泥浆上升而溢出流到井外的泥浆溜槽 经过沉淀池沉淀净化 泥 浆在循环使用 井孔壁依靠水头和泥浆保护 对泥浆的质量要求较高 2 反循环回转钻孔 与正循环相反 泥浆由钻杆外注入井孔 用真 空泵或其他方法 如空气吸泥机 将钻渣从钻杆中吸出 泥浆起辅助 护壁作用 相对正循环泥浆质量要求较低 但遇到钻深孔或易坍塌土 层时 需要高质量泥浆 3 正 反循
3、环钻孔的适用范围 钻孔 方法 适用范围泥浆 作用土层孔径 cm 孔深 m 正循粘性土 粉沙 细砂 中80 2530 100 浮悬 环回 转钻 粗砂 含少量砾石 卵石 土 含量少于 20 软 岩 0 钻渣 并护 壁 反循 环回 转钻 粘性土 砂类土 含少量 砾石 卵石土 含量少于 20 粒径小于钻杆内径 2 3 80 30 0 用真空泵小于 35 用空气吸泥机可达 65 用气举式可达 120 护壁 4 所用的泥浆性能指标 泥浆由水 粘土 或膨润土 和添加剂组成 使用下表的注意事项 1 地下水位高或其流速大时 指标取高值 反之取低值 2 地质情况较好 孔径或孔深较小的取低限 反之取高限 3 在不容
4、易坍塌的粘质土层中 反循环钻进时 可采用清水提高 水头 2m 维护孔壁 钻 孔 方 法 地层情 况 泥浆性能指标 相对密 度 粘度 Pas 含 砂 率 胶体 率 失水率 ml 30 min 泥皮厚 mm 30 min 静 切 力 Pa 酸 碱 度 PH 正 循 环 一般地 层 易坍地 1 05 1 20 1 20 1 16 2 2 19 2 8 4 8 4 96 96 25 15 2 2 1 2 5 3 5 8 1 0 8 1 层45 8 0 反 循 环 一般地 层 易坍地 层 卵石土 1 02 1 06 1 06 1 10 1 10 1 15 16 2 0 18 2 8 20 3 5 4 4
5、 4 95 95 95 20 20 20 3 3 3 1 2 5 1 2 5 1 2 5 8 1 0 8 1 0 8 1 0 相对密度 指泥浆与4 同体积水的质量之比 作用 数值偏大 护 壁能力强 正循环时浮悬钻渣能力强 但太大时 1 45 正循环时 容易糊钻 泥浆失水量也加大 对清孔和浇注混凝土不利 泥皮厚度 也会增厚 对摩擦桩的承载能力不利 常规检验检查指标 粘度 指液体或混合液体运动时 各分子或颗粒之间产生的内摩擦力 作用 粘度大 孔壁泥皮厚 对防止翻砂 阻隔渗漏有利 护壁能力 强 悬浮带渣能力强 太大 超出上表上限 则容易糊钻 静切力 指静止的泥浆开始流动所需的最小外力 又称滑动静应力
6、 他表示泥浆结构的强度 以破坏1cm2上的泥浆颗粒结构所需要的力 表示 作用 要适当 在表中要求范围内 数值过大 流动阻力过 大 导致泥浆相对密度过大 过小 则钻渣不容易浮悬 带渣能力差 含砂率 指泥浆内所含的砂和粘土颗粒的体积百分比 为常规检查指 标 胶体率 指静止状态的泥浆内 呈悬浮状态的粘土颗粒与水分离的程 度 用百分比表示 作用 胶体率越高 粘土颗粒越不易沉淀 浮悬 钻渣的能力越强 失水率 又称失水量或渗透量 是指泥浆在钻孔内受内外水头压力差 的作用在一定时间内渗入地层的水量 以ml 30min 为单位 作用 失水率越小 胶体率越大 护壁效果越好 对遇水软化的泥岩尤其有 利 失水率过大
7、的泥浆 会增大泥皮厚度 对遇水软化的泥岩尤其 不利 会导致地层膨胀而坍孔 酸碱度 即 PH 值 PH 值等于 7 为中性 小于 7 为酸性 大于 7 为碱性 泥浆的 PH 值在 8 10 为适当 这时粘土颗粒可进行分散 水分子进入粘土内部使其膨胀 颗粒表面形成吸附性水化膜 又称束 缚水 使失水率减小 能较快形成薄而坚韧的泥皮 对护壁有利 可增加泥浆稳定性和胶体率 PH 值过小 失水率会急剧上升 PH 值 过大 则泥浆滤液将渗透到孔壁的粘土中 使孔壁表面软化 粘土颗 粒之间的凝聚力减弱 从而导致坍孔 该指标为常规检验检查指标 5 泥浆原材料要求 1 粘质土的性能要求 塑性指数大于25 粒径小于
8、0 074mm的 粘粒含量大于 50 当缺少符合该要求的粘土时 可采用性能略差的 粘质土 并掺入合格粘质土30 当采用性能较差的粘质土 塑性指数不小于15 调制的泥浆性能 指标不符合要求时 可在泥浆中掺入Na2CO3 纯碱 NaOH 或膨润 土粉末 以提高泥浆性能指标 掺入量由试验确定 一般 Na2CO3 纯 碱 的掺入量为孔中泥浆土量的0 1 0 4 2 膨润土的性能和用量 膨润土分为钠质膨润土和钙质膨润土两 种 前者质量较好 一般用量为水的8 8kg 的膨润土可掺 100L 的 水 质量较差时为 12 1 1 常用泥浆外掺剂的要求 CMC 全名羧甲基纤维素 具有使地基土表面形成薄膜的强化作
9、用 和降低失水率的作用 掺入量为膨润土的0 05 0 1 一般地基土 很少使用 FCI 称为铁铬木质素磺酸盐 为分散剂 可使钻渣颗粒聚集而加速 沉淀 可使泥浆重复使用 掺量为为膨润土的0 1 0 3 一般不常 用 Na2CO3 纯碱 可增大 PH 值到 10 掺入量为孔中泥浆土量的 0 1 0 4 常用来改善泥浆指标 PHP 聚丙烯酰胺絮凝剂 在泥浆循环中能清楚劣质钻屑 保存造浆 的膨润土粒 具有低固相 低相对密度 低失水 泥浆性能强等特点 掺入量为孔中泥浆量的0 003 在大孔径 超长桩施工时常被应用 三 钻机组成 本工程计划采用5 台钻机 上探二类钻机2 台 18 型 2 台 15 型 1
10、 台 正循环 钻盘 是钻机的主要部分 是提供钻进动力和保持钻杆垂直的主要部 件 可提供快 中 慢三种转速 并可正 反转 卷扬机 包括主 副卷扬机 钻架 由机型确定 泥浆泵 规格指标为流量和压力 钻杆 是向钻锥传递动力的主要部件 也是泥浆循环流行的通道 受 力复杂 第一节为方钻杆 长度5 9m 其余为圆钻杆 通常见到的 钻机钻杆由内径为15cm 壁厚 10mm 的无缝钢管制成 提水龙头 也叫摇头 承受钻杆 钻锥重量 可使提升系统和泥浆胶 管不随钻杆转动 钻锥 也称钻头 常见类型包括鱼尾锥 双腰带笼式锥 也称刮刀钻 刺猬锥 双径六角钻锥 在岩石中钻进的钻头为牙轮钻 反循环 一般循环钻钻机都可采用正
11、 反循环方式钻进 主要部件是相同的 反循环与正循环不同之处在于 泥浆循环系统采用 不需要泥浆泵 但要配置泥石泵 吸泥泵 与真 空泵 或者配置空气吸泥机 又称气举法 或者水力吸泥机 又称 水力喷射法 但多数采用真空泵 泥石泵 吸泥泵 配合气举实现 反循环钻进 钻机 大多与正循环相同 只是气举式钻进的钻杆 内径要大于 127mm 上要另设风管 多采用外供风管 钻锥 头 1 三翼空心单尖钻锥 适合粘质土层 粉质土层和中 粗砂层 适用于泵泥 吸 式反循环 2 牙轮钻头 在砂卵石和风化岩层中效果较好 在砂类土 粘质 土 卵石层中也可使用 适用于泵泥 吸 式反循环 3 圆筒封闭式钻锥 适用于气举式 空气吸
12、升式 反循环 适合 粘质土层 粉质土层和中 粗砂层 4 楔齿滚刀钻头 适合于中 硬岩层 如砂岩 灰岩 卵漂砾地 层 强度大于 30Mpa 其他岩层也可使用 5 球齿滚刀钻头 嵌岩桩用钻头 强度大于60MPa 的岩层都可 使用 真空泵 吸泥机 泥石泵 及空压机 泵吸式 直接利用泥石泵的抽吸作用使钻杆内水流上升而形成反循 环 采用真空泵和吸泥机 泥石泵 配合使用 其最大吸力不会超过大气 压力 约为 0 1MPa或 10m 水高 因为摩擦和泥浆密度较大 实际吸 程不超过 8m 所以泵吸式反循环钻孔深度不能太深 一般不超过 65m 80m 真空泵只是启动时使用 气举式 利用送入压缩空气使水循环 钻杆内
13、水流上升速度与钻杆内 外液柱压力差有关 原理是高压空气通过送气管送到钻头上部一定位 置 一节钻杆长度 使孔底附近泥浆压力增大 而钻杆顶部压力小 只有一个气压 压差使得高压空气将钻渣和泥浆压进钻杆内 而 将泥浆从钻杆内排出 气举式在孔深大于7m 以上时才有效 7m 以 内无效 适合使用于超过50m的孔深 气举式钻杆内径不小于150mm 一般有 150mm 配置 7m3 min 的空 压机 200mm 配置 10m3 min 的空压机 250mm 配置 20m 3 min 的空压机 风压计算 孔深 max m 4m 101 94 MPa 比如 100m 孔深 需要风压 为 100 4 101 94
14、 1 02 约为 10 个大气压 四 成孔工艺 正循环钻进工艺 属于常规施工工艺 1 钻机就位前场地 泥浆池 设备 技术准备 2 钻机就位 注意要求 转盘中心同钻架上的起吊滑轮在同一铅垂 线上 转盘要水平 方钻杆上安装提引水龙头 用输浆胶管连接泥浆 泵和水龙头 3 初钻 先启动泥浆泵和转盘 先空转一段时间 待孔中有泥浆后 在开始钻近 之后逐节接长钻杆 4 正常钻进 注意减压钻进 5 泥浆净化 循环使用和补充 6 成孔及清孔 7 验收检查 泵吸式反循环工艺 常见式 1 钻机就位 2 开钻 将钻头提高距离孔底30cm 左右 将真空泵加足清水 不 得用脏水 关紧出水控制阀和沉淀室放水阀使管路封闭 打
15、开真空 管路阀时气水畅通 然后启动真空泵 抽出管路内的空气产生负压 把水引到泥石泵 通过沉淀室的观察窗看到泥石泵充满水时关闭真空 泵 立即启动泥石泵 当泥石泵出口真空压力达到0 2MPa以上时 打开出水控制阀 把管路中的泥水混合物排到沉淀池 形成反循环后 启动钻机慢速开始钻进 通过开闭出水控制阀 要将泥石泵出口的真 空压力控制在 0 2MPa以上 3 钻进 接长钻杆 4 钻进过程中要控制钻速 硬粘土中 一档转速 放松起吊钢丝绳 自由进尺 钻进速度 6 12m h 高液限粘土 含砂低液限粘土 二 三档转速 自由进尺 钻进速度 6 12m h 砂类土 含少量卵石 用一 二档钻速 控制进尺 钻进速度
16、 3 5m h 砂砾 1 2m h 易坍塌土层 粉质土 低档慢速钻进 加大泥浆相对密度和提高水 头 钻进速度 6 9m h 5 泥浆净化 循环使用和补充 6 成孔及清孔 7 验收检查 钻进过程中的故障及处理 1 反循环不正常 a 启动真空泵后反循环流动不正常 泥石泵抖动 泥水减少以致 中断 原因 管路漏气或钻头 钻杆堵塞 处置 首先检查钻杆法兰盘螺丝有无松动 是否垫好橡皮圈 有问题 拧紧并垫好 其次检查泥石泵的石棉垫 即盘根 处是否漏气 提引水龙头填料压 盖是否松动 保证接头处不漏气漏水 如果是钻头钻杆堵塞 则清除堵塞物即可 b 产生真空后 沉淀室的水位上升缓慢 原因 真空泵使用过久 工作性能差或管路漏气 处置方法 拧紧各处螺栓 加强保养 消除漏气现象 检查真空泵气 水分离器内是否注满水 采取上述措施后 仍无效果 则应考虑更换 真空泵 c 真空泵压力达到 0 067 0 080MPa时仍不来水 原因 吸渣口堵塞 冬季时真空管路冻结 或操作时未开管路阀门 处置方法 先检查管路阀门 如果在冬季 检查真空管路 如确属冻 结 可采用喷灯或炭火烤化 未开启时开启后即可消除 当判断属 于吸渣口堵塞
