空气潜孔锤灌注桩施工工艺及方法

空气潜孔锤钻进技术完成灌注桩施工工艺及应用实例

摘要: 利用空气潜孔锤钻进技术成孔进行灌注桩是桩基施工中的一种常见的施工工艺，本文结合工程实例，对该工艺进行了较为详细的介绍。

关键词: 空气潜孔锤；灌注桩施工；工艺流程

一、基本情况

空气潜孔锤钻进工艺能够大幅度提高钻进效率，保证工程质量，降低施工成本，具有显著的技术经济效益。采用无循环干式作业，空气既作为动力又作为排渣介质，不污染环境。钻具对孔壁的碰撞机会较少，潜孔锤以高频对孔底冲击，避免了对岩石或倾斜地层产生孔斜的影响，从而可提高钻孔的垂直度，同时也可减少孔壁岩石坍塌。

塘朗车辆段工程是深圳地铁5号线项目的重要组成部分。本工程总占地面积37.82公顷，基础采用独立桩基承台，桩型多选用Φ1000钻（冲）孔灌注桩，根据详勘及补勘资料分析，场地岩面高低起伏，且在残积层、全、强、中等风化岩中夹有微风化岩球状风化体，直径达2-3米，且垂直分布有多层。面对这种工程量大，地质存在坚硬孤石的施工情况下，如采用传统冲孔桩施工工艺，将严重滞后施工工期，因此在灌注桩的施工中采用了空气潜孔锤钻进技术。

生产实践证明采用潜孔锤灌注桩工艺钻进效率高，成孔质量好，保证了施工的工期与质量要求，取得了理想的效果，现结合本工程对空气潜孔锤灌注桩施工工艺进行详细介绍，希望能对其它类似工程的施工提供借鉴。

二、施工工艺选型及原理

1、施工工艺选型

根据工程设计要求及场地工程地质条件，冲孔灌注桩桩机选用150PW型双回旋钻机，配370型风动潜孔锤冲钻成孔。因其在各种软硬地层、碎石层、卵石层及岩层等复杂条件下均可轻松施工钻孔成桩，且由于外钻套保护，可实现干法成孔新工艺，孔径、孔壁形状质量好、垂直度精度高，施工速度快等优点而广泛用于桩基工程施工中。在施工过程中因基岩上部土层松软、松散，极易产生缩径塌孔等现象，为防止桩孔缩径及塌孔等现象发生，基岩上部土部采用跟管钻进，即冲钻孔过程中采用外径为82.4cm、壁厚为1.6cm的无缝钢管跟进护壁。桩身砼水下砼,灌注采用直升导管法。套管采用5.5T履带式启动机配60型激震式震动锤进行起拔。

2、施工原理

空气潜孔锤是以压缩空气为功力的一种风动冲击工具。

它所产生的冲击功和冲击频率可以直接传给钻头，然后再通

过钻机和钻杆的回转驱动，形成对岩石的脉动破碎能力，同

时利用潜孔锤排出的压缩空气，将破碎后的岩石颗粒排出体

外，从而实现了孔底冲击回转钻进清孔的目的。虽然空气潜

孔锤加套管护壁工艺也是冲击成孔原理，但是加快了钻进速

度，克服了坍孔问题，减少了环境污染，提高了工作效率。

液压式双回旋套管钻机

双回旋转组合钻具

三、机械设备配备

机械设备配备详见下表：

序号设备名称规格型号功率（KW）单位数量

1 桩机150PW回转钻机220 台 1

2 钢管φ810 米200

3 履带式起重机QUY100T 台 1

4 全液压挖掘机台 1

5 空气压缩机中压330HP 台 1

6 电焊机BZ-500 台 3

7 振动锤60型个 1

8 气割工具套 1

9 导管φ250 m 40

10 初灌斗m3 1.5×2

11 全站仪台 1

12 经纬仪台 1

13 水准仪台 1

注：空气压缩机、启动机和挖掘机以柴油为动力，现场设备只有钻机和电焊机需要电力，用电总负荷约450KW，其中经常性运行设备负荷约400KW。

四、潜孔锤施工工艺流程

潜孔锤施工工艺流程见下图：

潜孔锤施工工艺流程

液压式双回旋套管钻机成孔起吊钢筋笼灌注混凝土

起吊导管拔除导管

五、施工方法

1、施工准备

（1）施工放样应在施工场地调整平整后进行，放样前要认真复核施工控制点，并在施工现场设立本工程的固定水准点，认真保护测量点位，经常地检查，防止点位受损或其他原因造成的精度下降。

（2）桩位全站仪放样。测量仪器应通过有资格的检验单位进行有效标定，并在有效使用期间内。按照测量要求和为了防止测量失误或减小误差，测量要采用“双测制”，并经过监理或业主复检验收。

（3）施工区附近设若干个以上不受打桩影响的水准点，以便控制桩顶标高，每根桩完成后均须作标高记录。

（4）根据原始确认坐标点，测放测放桩位点，同时在不受打桩影响地段测量设置2个安全永久性控制点，用于施工过程中检查校正各轴线点或复核桩位。施工轴线必须严格按设计坐标点引测，并经多次复核后确认，施工现场轴线控制点位置应设在不受打桩作业影响的地方，并加以保护。

（5）根据设计的桩位图，按施工顺序将桩逐一编号，依桩号对应的轴线，按尺寸要求施放桩位。

（6）桩位放样允许误差<10mm ，设置桩点用0.5米钢筋头打入地坪，外露0.1米，距桩点1米设置护点（使用钢筋），并在打桩前进行复核。

（7）开桩时应会同监理单位共同复核样桩，及时办理隐蔽工程验收签证手续。

2、冲钻成孔

空气潜孔锤的钻机型号为MZ150，为国内先进设备；美国公司产螺杆空气压缩机一台，型号为900XHH~1150XH，公称容积流量25.5 m3/32.6m3，额定排气压力3.45MPa/2.41Mpa，可以满足凿岩、排渣清孔的需要。长螺旋钻杆提升排渣，钻孔产生

的渣由潜孔锤排渣孔排出；为保证钢套管较好的护壁作用，防止卡钻、埋钻和提高钻进效率，在进入岩石前钻进时，要保持潜孔锤与套管的同步跟进，并且要进行1~2次提拔长螺旋钻杆排渣清孔，尤其是在大块径砂卵石层尤为重要；套管的入岩深度要认真控制，最大进入岩石层20cm，以减少套管和岩壁的摩擦，也可延长套管钻头的使用寿命。

先启动空气压缩机，当气压达到12Mpa压力时，潜孔锤形成随旋转振动，开动钻机内外动力头进行冲钻。为防止偏孔，开孔时要采取慢速冲击；钢套管解决了防止桩孔坍孔、卡钻或埋钻的问题。套管随潜孔锤进尺而跟进至基岩面后关闭外动力头，跟管停止，内动力头带潜孔锤继续冲钻入岩至设计孔深。

（1）冲钻过程中采用匀速慢进，遇阻力大时潜孔锤向上提升，提升距离约0 .30-0.50米，再次随旋转振动冲击进尺，孔深钻至5-8米，提升螺旋杆排除钻渣一次，钻至孔深钻至10.00米进行第二次排除钻渣，孔深达到设计要求。采用空压机气压达到12Mpa压力清孔2-3分钟，提升螺旋杆排除钻渣。

（2）钻进参数：330HP空压机，钻进过程中为12Mpa气压，进入岩石层电流表参数值为220A，潜孔锤气压值2.41-3. 钻进过程中禁止移动钻机，要保持机架的稳定；按设计要求桩基端头进入中微风化岩石一倍桩径深度，可本钻机随机取样困难，为保证桩基施工质量，钻孔深度可根据地质勘察报告，再利用桩架上的高度标志进行控制，潜孔锤进入岩石层时，从钻机钻进的转动声音也可直观地听到，所以入岩深度便于控制。如果为了工程保险起见，也可按2倍桩径入岩深度来进行控制。45Mpa，内螺旋杆转数17转/分，外护筒（套筒）7.8转/分。

孔深及孔底沉渣经检验符合要求后终孔。

3、清孔

钻孔达到设计孔深后潜孔锤孔底通过气压清孔2-3分钟随螺旋杆提升排除沉渣，经检测孔深与沉渣厚度≤50mm满足设计要求后停止。在钻机潜孔锤头端部设有排渣通道，凿除的渣可利用压力风为介质由排渣通道排到长螺旋钻杆上，将长螺旋钻杆提升，钻出的渣就可直接排至孔外，完成钻孔的清孔，通过高压高速压力风的清理后，孔底被清理干净，不存在沉渣。

当检测沉渣厚度>50mm时，应将潜孔锤再次下入孔内进行第二次请孔，直到满足实际要求。

4、钢筋笼制作与吊装

钢筋笼采用现场加工，当钢筋笼长小于24米时，整体吊装。当钢筋笼长大于24米