岩土工程施工

岩土工程施工总论

一、岩土工程施工所处的学科领域及其业务范围

岩土工程学（Geotechnology）是以工程地质学、岩体力学、土力学和地基基础工程学作为基本理论基础，以解决工程建设过程中出现的所有与岩体和土体有关的工程技术问题为目的的一门新型技术学科，是隶属于土木工程学的一个分支学科。而岩土工程（Geotechnical Engineering）则是这门学科在工程建设中的应用，是一门把岩体和土体作为建设环境、建筑材料和建筑物组成部分并进而研究其合理利用、整治、改造的综合性应用技术。

二、岩土工程的技术分类

（1）地基处理技术

（2）基础工程施工技术

（3）边坡加固工程施工技术

（4）非开挖施工技术

（5）地下水防治工程施工技术

（6）其他岩土工程施工技术

三、岩土工程施工技术的主要特点

1、岩土施工技术具有不确定性

2、岩土施工技术具有地区性问题

3、岩土施工技术具有经验性问题（很重要）

4、岩土施工技术具有多样性问题

5、岩土施工技术具有超前性问题

工程孔施工

一、螺旋钻进法（无循环液回转钻进法）

1、工作过程

螺旋钻进是利用螺旋钻具储存和输送钻渣的干式机械回转钻进方法，它不使用冲洗介质，在轴心压力和回转力矩作用下，钻头回转并切削岩土体，钻渣沿螺旋叶片上升到地表排出，或暂时储存在螺旋叶片的空间里随钻头一起提到地表排出。

2、螺旋钻进法的特点

①钻土层速度快

②无泥浆，无振动，无污染

③破碎岩土同时可输送破碎岩屑

④孔壁稳定

3、螺旋钻进法的适用条件

①地层：适用于填土层、黏性土层、淤泥土层、粉土层、砂土层及卵石层 (粒径小于150mm、卵石含量 30%～40% )等，采用特殊钻头也可进入强、中风化岩层。

②钻孔直径和深度：长螺旋钻，目前最大直径为800mm，最大深度为27.5m；短螺旋钻，直径最大可达1.5～2m，孔深可达30m。

二、钻斗钻进法（无循环液回转钻进法）

1、工作过程

这种钻进方法是在钻杆下端连接一个底部带耙齿的筒状钻具（称为钻斗），靠钻具自重和钻机加压力，在回转力矩作用下钻斗回转，切削钻掘地层，并将切削下的钻屑收入斗内，待钻屑装到相当数量后被提到孔外，打开钻斗，卸去土块。然后再将钻斗下入孔内，重复以上过程。

2、钻斗钻进法的特点:

①适宜在黏性土中干作业钻成孔；

②钻进与排渣交替进行，但钻进速度较快，工程造价较低；

③振动小、噪声低；

④由于频繁的升降钻斗，导致孔壁不规整，扩孔率较大；

⑤对稳定液管理十分严格，且竣工后要对稳定液进行处理；

⑥在承载地基附近有强承压水时，施工困难。

3.适用条件

地层适用于填土层、黏土层、粉土层、淤泥层、砂土层以及含有部分卵石、碎石的地层。

钻孔直径和深度：目前最大直径达到3000mm，最大深度达到80 m

三、正循环回转钻进法

1、工作过程

在钻具回转钻进的同时，利用泥浆泵通过水龙头、钻杆内腔向孔底输送冲洗液（清水，更常用的是泥浆），冲洗液完成冷却钻头，冲洗孔底，并携带钻屑沿钻杆与孔壁之间的外环空间上升，从孔口流向沉淀池，形成正循环（冲洗液的这种流向称为正循环）排渣系统，称为正循环回转钻进。

2、正循环回转钻进的特点

①多采用泥浆循环，孔壁稳定，不受地层限制。

②既使循环系统有少量泄漏，循环也不会中断，只要冲洗液能够连续补给，仍可继续钻进。

③设备体积小，重量较轻，且施工技术容易掌握。

④冲洗液上返流速低，大颗粒钻屑（大于40～50mm）不能及时排出，这些钻屑在孔底被钻头重复破碎，增加钻头的功率消耗，加速钻头的非正常磨损。3、适用条件

地层：没有任何地层限制。

钻孔直径和深度：多使用于800mm以内的孔径，深度基本不受限制。

4、选择该工法的依据

对于直径大于1m的工程孔，使用该法无论在经济上或工期方面都不利，该法适用于1m以内，多用于φ8OOmm以内的孔。

该法钻机体积小，重量较轻，在施工少量桩时，工程造价较低。在基坑底部或狭窄地段，以及重型机械不易进入的山地等处施工，该法具有绝对优势。该法耗电量小，只使用50～60kW的电动机（累加），就可以进行钻孔、灌注混凝土、钢筋笼加工等工作。

四、反循环回转钻进法

1、工作过程

与正循环的循环路径相反，冲洗介质从孔口沿钻具与孔壁的环状间隙向孔底，冷却钻头，清洗孔底，携带钻屑，再沿钻杆内腔上升，经过水接头和排渣管排到地表沉淀池，经净化重新流入孔内，冲洗液这种循环方式，称为反循环回转钻进法。

2、反循环钻进的特点

①钻进效率高。反循环冲洗液上升流速快，排渣效果好，岩土不经重复破碎就被排到地表。在一般土层中最高纯钻速可达20～30m/h，平均钻速可达6～7m/h ，比正循环方法提高几倍。

②钻头寿命长。由于排渣效果好，减少了重复破碎，所以钻头寿命明显增长。采用正循环钻进卵石层，一个牙轮钻头“寿命”不足30m，改用反循环方法施工后，用组合牙轮钻头，钻进720m（包括90m卵石层）后仍能使用。

③钻孔不易坍塌。因为环状面积中冲洗液的流速很慢，对孔壁的破坏作用较小。只要合理地设置水头（孔内水位高于地下水位2m），保持稳定的液柱压力，钻孔一般不会坍塌。

④钻孔质量好。清孔效果好,孔底残渣厚可不超过5m；钻孔的超径率比正循环小。钻速快，孔壁泥皮薄，这些对工程孔的后续工作是非常有利的。

3、适用条件

地层：软土层、基岩地层均可采用该工法。反循环钻进特别适合于在第四纪松散地层钻进大直径钻孔。超径卵石、漂石不能通过钻杆时，可以采用抓斗或爆破配合反循环钻进。

工作地区地下水位适中。地下水位不宜太高(最好在3m以下)，太高不利于孔壁保持稳定；地下水位也不宜太低，太低则易增大冲洗液的漏失量，给供水造成困难。

需要有适当的供水水源，以满足钻进需要。

就目前工程孔所需的深度和直径来说，该工法基本不受限制。

4、反循环原理

（1）泵吸反循环

这是利用砂石泵运转时其吸口处产生的负压，在孔口液面与

泵的吸口之间形成压差实现的冲洗液反循环，它是利用了砂石泵

的吸程。开动钻机前，先向孔内供水，孔内水位上升至孔口，然

后启动砂石泵。砂石泵的启动有二种方式：一种是利用真空泵排

除泵体和吸水管内的空气，形成负压，钻杆内的液体上升充满砂

石泵后启动；另一种启动方式是配备一台注水泵，开动副泵注满

砂石泵的进水管后，再启动砂石泵。

(2)压气反循环(气举反循环)

压气反循环(气举反循环) 是将压缩空气通过管路（单独的风管或双壁钻杆），送至钻杆某一深度处的气水混合室，并由此进入钻杆内部，在这里压气膨胀（管内液柱压力小于压缩空气压力）、液气混合，形成小于冲洗液密度的液气混合物，并在钻杆内外液体重度差和压气动量的联合作用下，带动孔内的冲洗液和钻屑一