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1、正、反循环钻机施工作业指导书1、概念介绍1.1、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 局。1.2、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。1.3、正、反循环钻孔的适用范围：钻孔方法适用范围泥浆作用土层孔径(cm)孔深（m）正循粘
2、性土、粉沙、细砂、中802530100浮悬环回粗砂、含少量砾石、卵石0钻渣转钻土（含量少于20%）、软并护岩；壁反循粘性土、砂类土、含少量8030用真空泵小于35,护壁环回砾石、卵石土（含量少于0用空气吸泥机可达转钻20%,粒径小于钻杆内径65,用气举式可达2/3);120;1.4、正反循环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) 、在不容易坍塌的粘质土层中，反循环钻进时，可采用清水提高水头(A 2m)维护孔壁。钻地层情泥浆性能指标
3、孔况相对密粘度含胶体失水率泥皮厚静酸方度Pas砂率ml/30mm/30切碱法率%minmin力度%PaPH正一般地1.051.16284 96 25 96 15 250环易坍地1.201.1923581层4580反一般地1.021.162 95 20 312.81循层060 95 20 350环易坍地1.061.182 95 20 312.81层10850卵石土1.101.20312.8115550相对密度：指泥浆与4C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（A 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
4、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， 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
5、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值等于乙为中性，小于7,为酸性。大于7, 为碱性；泥浆的PH值在810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
6、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。1.5、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，以提局泥浆性能指标，掺入量由试验确定；一般Na?CO3
7、（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%;1.6、常用泥浆外掺剂的要求：CMC:全名愈甲基纤维素，具有使地基土表面形成薄膜的强化作用 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:称为铁铭木质素磺酸盐，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%
8、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。2、钻机组成2.1、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 59m,其余为圆钻杆，通常见到的 钻机钻杆由内径为15cm,壁厚10mm的
9、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；2.2、反循环：一般循环钻钻机都可采用正、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
10、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
11、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 65m80m）,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,
12、 一般有150mm （配置7m3/min的空 压机）、200mm （配置 10m3/min 的空压机）、250mm （配置 20m3/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=1.02 （约为 10 个大气压）3、成孔工艺：3.1、正循环钻进工艺：属于常规施工工艺，略；（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，
13、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。3.2、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，
14、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，白由进尺；钻进速度612m/h; 高液限粘土、含砂低液限粘土：二、三档转速，白由进尺；钻进速度612m/h;砂类土(含少量卵石)：用一、二档钻速，控制进尺；钻进速度35m/h;砂砾：12m/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69m/h;(5) 、泥浆净化、循环使用和补充；(6) 、成孔及清孔；(7) 、验收检查。3.2.1、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
