地基与工程施工中的应用范文

1冲抓锥技术性能及工作原理

1.1适用范围冲抓锥是为了开发和施工建筑、交通、水利等基础工程而研制的一种单钢丝绳自动挂卸成孔设备，其具有适用范围广、工效高、结构简单、操作和维修方便等优点。冲抓锥除在一般地层（如砂土层、粘土层等）可顺利钻进凿孔外，对卵砾石层、礓石（孤石、漂石）层以及杂填土层等松散复杂地层同样具有较高的钻进效率。冲抓锥钻进工艺为上述复杂地层钻进成孔提供了一种最有效的方法，而且还可以捞取孔内杂物及石块，是修复废井的最好工具。此外，若配置相应的冲击钻头，还可在基岩地层中施工。

1.2技术规格造孔深度：不大于50m；造孔直径：⌀600~1500mm；卷扬起重能力：3000kg；塔架有效高度：5.4m；配套动力（电动机）：22kW。

1.3工作原理冲抓锥由吊环、自动挂卸器、配重体、连杆、开合机构、滑轮组、锥瓣等组成。冲抓锥工作时，依靠自重向孔底冲击，张开的锥瓣插入孔底地层。冲击后操纵卷扬机，钢丝绳先通过滑轮组将四片锥瓣闭合，挖取孔底泥砂或砾石，然后将整个锥头提出孔外，利用固定于塔架上的自动挂卸器实现自动挂卸。挂牢挂钩后放松钢16丝绳，即张开锥瓣，取出的孔内杂物卸于孔口出渣斗车中。待出渣斗车拖离孔口后，便可将锥头从挂卸器上脱下，再进行冲击，开始下一轮循环作业，周而复始以达到造孔目的。冲抓锥瓣的开闭由自动开合机构完成，锥头的挂卸由自动挂卸器完成，冲抓锥的冲击力可由调整配重体块数和改变冲击高度予以控制。多功能冲抓锥施工原理如图1所示。

2施工组织及工法要点

冲抓锥施工工艺与常规钻探方法有较大区别，因而在施工准备、人员配置、设备安装等方面亦有不同之处。在人员配备方面，单机实行二班倒制，每班核定施工人员5人，分别为：操作工（带班班长）1人，辅助工（包括供水、供电、泥浆配置）2人，出渣工2人。带班班长负责做好施工记录（重点关注地层变化）。造孔期间应连续作业，正常情况下不允许中途停工，以防钻孔坍塌。施工现场“三通一平”工作完成并具备开工条件后，人员、设备和机具即可进场，按甲方要求进行测量放线以确定桩孔位置。孔位确定后，即着手进行设备的安装以及机具、物料准备工作。机具准备包括主机、动力、辅助设备及其它配套设施的准备工作；物料准备包括灌注材料、井管、砾料、造浆粘土、泥浆处理剂等材料的准备工作。在设备安装过程中，安设自动控卸器时，要注意使挂卸器中心与天车滑轮、孔位中心在一条直线上。控卸器的位置距离地面3.2~3.5m范围内为宜，以使冲抓锥瓣提出孔口张开卸料时不受孔口出渣斗车限制，又能使接绳器上行时不受天车滑轮限制。冲抓锥所施工地层一般为松散破碎且胶结性差的地层，为防止钻孔坍塌，在每个桩（孔）冲抓前必须下好孔口护筒，周围用粘土夯实，并合理布设泥浆填充系统（包括泥浆池及通向孔口的泥浆槽）。根据地层变化情况，可加入一定量的泥浆处理剂，开孔后应连续不断地向孔内补充泥浆，以保证泥浆充满整个钻孔。

3施工实例

2005年度我们通过竞标承揽了甘肃兰州某大厦钻孔灌注桩工程及用于基坑降水的降水井工程。根据施工地层情况，在设备选型上优先选择投入8JZ型冲抓锥钻机4台（套），合计完成⌀800mm钻孔灌注桩196根，⌀600mm降水井12眼，钻探有效工作量4256m，创产值256.5万元，取得了较好的经济效益和社会效益。

3.1工程地质概况施工区地层自上而下依次为：①杂填土层：0~2.4m，层厚2.4m。杂色，主要成分为黄土、炉渣、砖石等建筑垃圾，偶见砾径较大的块石和卵石；②黄土、亚粘土互层：2.4~5.2m，层厚2.8m。黄褐色，软塑状，可见云母碎片且有层理，具红色粘性土团块，下部夹粉细砂；③砾岩：5.2~9.0m，层厚3.8m。亚圆状，砾径一般在30mm以内，有粗砂夹层，砾石面可见胶结物;④卵砾石层：9.0~18.6m，层厚9.6m。呈不规则椭圆状，砾径一般大于30mm，最大砾径达80mm，其成份主要为石英岩、花岗岩、变质岩等，砾砂充填，颗粒含量大于60%；⑤细砂岩：桩基持力层，18.6m以下。砖红色，性脆，上部强风化段约0.8m，下部中风化段约1.0m，以下为微风化段。设计要求入微风化岩0.5m以上且经现场监理取样认可方可终孔。

3.2技术措施根据施工场地工程地质条件和选用的施工工艺特点，以“控制上部孔段的坍塌超径，提高中部孔段的造孔效率，合理选择下部孔段的入岩钻头”为中心环节和工作重点，施工中采取了如下技术措施：（1）单孔施工开始阶段根据工程地质勘查所揭露的填土层厚度及成份，确定所下孔口护筒的长度，一般护筒应下入至黄土亚粘土互层中，长度以2.5m为宜。在护筒的埋设上，桩孔测量定位后，预先进行人工挖坑或直接用冲抓锥挖取至黄土亚粘土互层，然后下入孔口护筒，其周围用粘土回填夯实。在进行回填时，切忌采用块状石头，因为施工中上返的冲洗液有冲刷孔壁的作用，回填的石块在护筒周围有可能形成“架空状态”，造成护筒的错位或倾斜，严重时可引起孔口周围的坍塌。因此在护筒周围必须用粘土回填并分层夯实，使之超强稳固。（2）冲抓锥在工作中由于对施工地层进行频繁的脉动冲击，极易造成孔壁坍塌和钻孔超径，因此在施工中（特别是卵砾石层钻进中）采用大比重、高粘度的泥浆回灌措施，以增加孔内静水压力，保持孔壁稳定。泥浆的配制应选用优质粘土，必要时加入适当的处理剂。我们在实际施工中所采用的泥浆配方及性能指标如表1、表2所示。（3）对于少量孔内坍塌严重并已形成“大肚子”的桩孔，可以采用回填法处理。我们的做法是：孔内回填粘土与添加少量水泥的混合物，停待8h以上待回填物密实稳定后，再进行造孔施工。用此种方法处理如效，可采用二级护筒护壁，施工时上部采用比设计桩径大一级的护筒护壁，在其下部采用小径护筒护壁，小径护筒可用钢丝绳系挂，随钻孔的加深逐渐跟进，并配合使用大比重高粘度的泥浆护壁。（4）根据地层不同情况，选择适宜的钻进工艺和钻头，采用合理的钻进规程，是提高钻探效率和确保工程质量的关键。卵砾石层粒径不一，岩性不均，且一般埋于砂层下部，常规回转钻探方法阻力大、效率低、事故多。施工此类地层我们曾尝试使用牙轮钻头和滚刀钻头，均效果不佳，实践证明，采用冲抓锥钻探工艺在卵砾石层钻进成孔是目前最为有效的施工方法。在施工工艺和规程上，除配合使用护筒（泥浆）护壁外，重点是根据不同地层情况，合理控制冲程高度，在卵砾石层钻进时冲程高度一般控制在0.5~0.8m较为适宜。（5）粒径较大的漂石、孤石、礓石的处理：一般埋深较浅时，可进行人工或机械挖掘，较深时可采用筒式肋骨合金钻头进行切割清除，施工时应轻压慢转，同时配合冲抓锥抓取。采用筒式肋骨合金钻头切割取芯困难时，可先采用小径合金钻头（⌀168mm）在孔底打适量小眼，割分成块状，然后配合冲抓锥进行捞取。（6）下部孔段持力层钻进时，由于砂岩性脆，故在硬度较低的强风化—中风化段可继续使用冲抓锥钻进，待效率明显减低后，换用同径铸铁式十字钻头冲击钻进，配合捞砂筒捞取孔内岩渣，直至终孔。

4结语

冲抓锥钻进工艺方法的成功应用，为我们在西北地区复杂地层进行基础工程钻探施工提供了新的手段，开辟了新的途径。通过实践和探索，我们在各类复杂地层应用多功能冲抓锥进行地基与基础工程钻探施工取得了较好的施工效果，其工艺技术特点如下。（上接第18页）

4.1优点（1）冲抓锥结构简单，操作容易，安装、拆卸、维修、搬迁方便，其钻进工艺能在较短时间内为工人所接受和掌握；（2）适应性强。不但能在一般地层如粘土、砂土、砂砾石层中使用，而且在复杂地层（特别是卵砾石层）中钻进成孔具有较好的使用效果；（3）冲抓锥钻探技术工艺简单、实用，不需要特殊、复杂的钻探工具和研磨材料，成本低、速度快、效率高、质量好；（4）使用冲抓锥进行钻探施工不破坏地层的原状结构，利于地质技术人员观察描述地层结构、产状，了解卵砾石层的原级配样。如对机具进行适当改进，以应用于工程地质勘察在卵砾石层钻探取芯，亦不失为一种较为理想的施工方法；（5）施工现场文明干净。由于冲抓锥可在无需泥浆护壁的地层中干孔作业，因而孔内取出的岩屑极易拉运出渣。即使是泥浆护壁的钻孔，由于岩屑大多未经回转钻进那样破碎搅拌混合，清洁拉运亦较为容易。

4.2缺点（1）冲抓锥钻进工艺具有一定的局限性和使用条件，不能施工结构致密、完整的地层，甚至胶结性较好的卵砾石层，其钻进效率亦较低，更不能在基岩地层施工；（2）冲抓锥深孔施工能力有限，不能施工设计较深的钻孔，其施工能力一般在50m范围内，具有较大的局限性；（3）用冲抓锥进行钻探成孔时，钻孔超径（充盈）系数较大，一般可达1.20以上，在基础工程施工中相应加大了灌注材料的消耗，增加了钻探成本。

作者：李国智单位：甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院