常见地层施工工法及设备选配

1、常见地层施工工法及钻具选配三一重机工法研究院编制 二零一五年七月淤泥层及砂层钻进及案例1回填土施工及案例2碎卵石层钻进及案例34石灰岩溶洞地层钻进及案例5硬岩地层钻进及案例集锦目 录淤泥层及砂层钻进地质特点选型配置问题及对策案例分析淤泥层/砂层淤泥土外观一般呈灰黑、灰绿等暗淡颜色，或有臭味。力学上表现为软塑状态，具有高孔隙比、高含水率和高压缩性等特性，含水率多在50%以上，其抗剪强度极低，蠕变性强。淤泥类土多为近代滨海、湖泊、沼泽、河湾、废河道等地区沉积的一种特殊土类。沿海沉积分布较稳定，厚度较大。内陆湖盆地沉积的淤泥类土，沉积厚度较小，性质变化大。淤泥层淤泥层/砂层砂土是最常见的无粘性土，是

2、指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50的土。砂土一般颗粒较大，主要由石英、长石、云母等原生矿物组成。一般没有连结，呈单粒结构及伪层状构造，并有透水性强、压缩性低、压缩速度快等特点。细砂、粉砂土抗剪强度却较差，其工程性质也相对较差，特别是饱和细砂、粉砂土受振动后易液化。砂层淤泥层/砂层摩擦钻杆：淤泥质土及砂土层的力学强度低，因此对钻机的功率和加压力的要求都不高，摩擦杆就能达到施工要求；实际施工需要根据持力层的承载力和力学强度选择钻杆。双底捞砂斗：对于中大直径的桩孔，钻头选用双底双开门捞砂斗即可满足要求，对于直径小的孔可采用单开门双底土层捞砂斗（注

3、意增开流水孔）。体开式钻斗：对于粘性较大，卸渣困难的小桩径淤泥地层可选择体开式钻头。钻机配置淤泥层/砂层钻进问题施工事故成桩质量漏浆孔壁坍塌埋钻扩径、超方泥浆含沙量高，灌注反浆慢沉渣过厚淤泥层/砂层解决对策妥善的护壁方式：高质量泥浆护壁、长护筒穿越不稳定地层淤泥层/砂层解决对策钻具选择：双底捞砂斗带流水孔、提开钻都解决淤泥卸渣困难问题淤泥层/砂层解决对策正确的操作方式：转速慢、提钻慢、放钻慢，出现缩颈情况时多次空转扫孔；为防止因渣屑粘糊包裹钻头侧壁造成吸钻和泄渣困难，每次钻深不要太大；每次提钻应尽量避免扰动下层原生土层，防止打滑；禁止一次钻进超深，造成埋钻。淤泥层/砂层工程概况时间：2011.

4、11地点：江苏南京钻机：SR200C钻 具：700土层双底捞砂斗、700单头双螺、900嵌岩双底捞砂斗、900单头单螺桩径：0.7、0.9米桩深：28-32米地质情况：12米为回填土层，220米为淤泥地层（16米以下为流塑状），20米以下为强-中风化砂质泥岩 淤泥层/砂层现场问题淤泥层缩颈塌孔现象严重，无法成孔；最后几米硬岩层施工效率低；现场施工工序较混乱；淤泥层/砂层问题分析地层问题：淤泥层流塑性强，加上地下水水位高（稳定水位埋深在0.502.10米之间） ；钻具问题：钻头未开流水孔，加剧吸钻现象，保径齿最外圈尺寸太小，糊钻严重；操作问题：机手为求快，提放钻太快，且单斗进尺过多，溢钻严重；泥

5、浆质量问题：泥浆质量不好，比重粘度数值均偏低，导致泥浆对孔壁的作用力太小，无法有效避免塌孔吸钻，且现场提钻补浆不及时。工序问题：现场工序混乱，条理性差，混凝土供应速度慢，停机时间长。护筒问题：护筒只有1.2米，太短，提钻时无法有效避免液面刮蹭筒壁，加剧塌孔现象。淤泥层/砂层问题对策增开泥浆回流槽，保持液面稳定添加纤维素和火碱提高泥浆质量淤泥层/砂层问题对策钻斗增开流水孔加长护筒长度到3米现场管理、工序衔接操作方式 避免提钻泥浆液面下降导致的液面刮蹭孔壁。成桩工序衔接效率，单桩成孔完成以前做好下根桩放桩位工作，做好提前协调混凝土等工作。减小提钻钻底负压。1易吸钻地层，钻头慢提慢放减小单斗进尺深度

6、，避免过度扰动泥浆和原生土层。淤泥层/砂层回填土层地质钻进地质特点问题及对策贵州案例重庆案例回填土层回填土层地质特点 回填土层全国各地均有分布，尤其重庆四川等地区此类工程较多，深度从几米到几十米不等。成分杂乱不一，主要由粘性土、砂或碎石组成，偶尔会遇到夹杂建筑垃圾、生活垃圾或工业废料等情况。由于其特殊的地质特点导致在钻进过程中，效率低，孔壁不稳定，极易出现塌孔、斜孔、漏浆等现象。回填土层回填土层钻进钻具选择：由于人工填土层工程性质的差异性，钻具选择必须根据具体工地填土层的力学强度选择。素填土生活垃圾填土土层双底捞砂斗+摩擦杆回填土层回填土层钻进建筑垃圾碎石填土嵌岩双底捞砂斗+机锁杆+筒钻回填土

7、层回填土层钻进操作要点：优质泥浆长护筒护壁慢提慢放回填土层重庆展览中心回填土层施工工程：重庆展览中心、体育中心、轻轨等钻机：SR250R、 SR280R、SR360桩径：1.0 2.5米桩深： 70米典型地质：回填土、流砂、泥岩、砂岩回填土层工地概括回填土层现场地质特点回填土层钻进过程塌孔回填土层塌孔处回填C20混凝土回填土层初凝后重新钻进回填土层护筒跟进器跟进长护筒提钻或下钻状态钻进状态回填土层护筒跟进器钻进回填土层回填土层回填土层贵州毕节瑞丰新城回填土钻进工程：毕节市瑞丰新城钻机：SR280R桩径：1.2、1.5、1.6、1.8米桩深： 30米典型地质：回填土、石灰岩（溶洞）回填土层工地概

8、括-上部回填土层塌孔及灌注漏浆严重回填土层回填湿粘土，钻头翻转压实后重新钻进，解决塌孔回填土层回填层孔壁缝隙被挤密后，灌注泥浆正常钻进孔壁被粘土挤密回填土层回填层孔壁缝隙被挤密后，灌注泥浆正常钻进孔壁光滑灌注泥浆正常钻进回填土层回填土层回填土层碎卵石层地质钻进地质特点选型配置问题及对策案例分析碎卵石层碎卵石层 碎、卵石土主要由颗粒大小不均、形状不规则、风化程度各异的岩石碎屑或石英、长石等原生矿物组成，呈单粒结构及块石状和假斑状构造，具有孔隙大、透水性强、压缩性低、抗剪强度大等特点。 地基承载力范围根据碎、卵石层密实度不同约在350700KPa之间。其具体的工程地质特征又与颗粒间的填充物有直接的

9、关系，填充物主要有粘土或砂两类。碎卵石层钻杆：碎卵石地层钻杆的选择要根据持力层的承载力和桩的设计情况确定；一般选择机锁式钻杆施工，个别承载力低且桩径较小的工程也可选择摩擦杆。钻头：钻头是影响施工效率的关键因素，钻头的选择要针对地层的不同而不同，另外，对钻齿的选择，包括齿形的选择、数量的确定、角度的设计，是保证钻进轻便高效的前提。经实践证明，在碎石地层，小直径颗粒可使用截齿双底捞砂斗；在中等颗粒卵石层，短螺旋钻斗、嵌岩筒钻、双层或三层筒钻配合钻进，可发挥很好的效果；遇到大粒径的漂石、探头石，可用螺旋松动后带出，或使用嵌岩筒钻带出，若在筒钻内增加楔断器，更有利于大岩块被钻筒内壁卡紧。钻机配置碎卵石

10、层钻进工艺小粒径碎卵石钻进工艺中等粒径卵、碎石钻进工艺防漏浆塌孔技术块石、漂石钻进工艺碎卵石层小粒径卵石斗式钻头钻进工艺技术宝峨齿高裙边周边截齿辅助先行切削斗式钻头钻进小粒径卵石层概况特制斗式钻头碎卵石层中等粒径卵、碎石双层筒钻钻进技术采用全新的钻进思路“挤密”根据卵、碎石粒径定制内、外筒内高外低，有效减少钻进阻力双层筒钻双层筒钻钻进中等粒径卵石场景碎卵石层块石、漂石钻进技术采用全新的钻进思路“挤密”筒式结构有效减少偏孔根据块石粒径定制筒径筒钻筒钻捞取块石、漂石场景碎卵石层碎卵石地层钻进防漏浆塌孔技术静浆护壁方式长护筒护壁回填粘土挤密孔壁碎卵石层1.长护筒护壁碎卵石层正确的操作方式：提放钻头尽

11、量缓慢匀速，防止钻头刮碰孔壁，保护泥皮，避免塌孔。严禁快速起步操作方式，导致阻力瞬间增加提断钢丝绳，扭断钻杆等。钻杆被负载憋住时，严禁硬钻损伤钻杆钻具。当提升出现异常阻力增高时，严禁硬提，预防钻具卡死。出现打滑或钻杆跳动现象。要慢转速钻进，用主卷扬钢丝绳吊着钻杆，用齿具拨动卵石，采用正反交替转动的方法，不宜持续加压。使用捞沙斗时，每次要彻底关闭斗门，确保挂钩完全挂上，防止斗底在孔内打开，造成卡钻。碎卵石层工程概况施工时间、地点： 时间： 2010.2.20-2010.3.11地点：陕西省宝鸡市蔡家坡镇石头河大桥设备、工法及钻具：钻机型号：SR200C钻 杆： 513摩阻钻杆钻 头： 1.25m

12、岩层双底捞砂斗（宝峨齿），1.25m嵌岩筒钻，1.25m双筒筒钻（内筒径0.6m），1.25m双底土斗（V19齿），0.9m嵌岩筒钻，1.0m单头单螺旋钻头。桩孔情况： 桩孔直径： 1.25m桩孔孔深：约45m地质情况：（1）覆盖土：松散，主要由粉质粘土土质组成，厚度约0.2-1m。（2）卵、漂石层：饱和，密实，0=450500kPa，厚度约6m。卵石成分主要为石英岩、花岗岩、砂岩，充填物主要为砂。卵、漂石的粒径为300-1000mm，骨架颗粒含量大于总重的85%，呈交错排列，密集连续接触。（3）粉质粘土：坚硬，夹少量粉砂和硬核，0=300350kPa。碎卵石层主要现场问题塌孔严重，无法成孔；

13、个别漂石粒径大，穿越困难；碎卵石层塌孔原因分析卵、漂石粒径大，最大可达500mm。当其作为孔壁的探头石时，一旦将其松动，会影响较大范围的卵、漂石坍塌； 卵、漂石填充物为细沙，无粘性，本身极不稳定；钻进3m后即遇地下水，而地下水能带走卵、漂石中的细沙，导致孔壁缺少承载而进一步塌孔；地下水的出现，导致900筒钻基本不可能在此地层中将卵、漂石带出，而双层筒钻震动较大，从而加剧孔壁的坍塌。碎卵石层问题对策双层筒钻增加卵石渣提取效率增设护筒长度提高护筒稳定性碎卵石层分级钻进下护筒碎卵石层问题对策成都博物馆深基坑工程碎卵石层成都博物馆深基坑工程碎卵石层碎卵石层成都博物馆深基坑工程其它应用场景陕西地区重庆地

14、区 巩固了陕西地区旋挖钻机占有量的霸主地位，在西安至宝鸡132公里的沿线上，最多时有80多台三一的旋挖钻机。 开辟了重庆碎石土市场的突破点。碎卵石层灰岩（岩溶）地层钻进地质特点选型配置问题及对策案例分析灰岩（岩溶） 喀斯特地貌又称为岩溶地貌，是由可溶性岩石在溶蚀性地下水的长期作用下形成的。该类地貌在我国西南地区广为分布，其中尤以云南、贵州、四川、江西以及广西所占面积最广。这些区域拥有大量的碳酸盐岩、硫酸盐岩和卤化盐岩，这些可溶性岩石在流水的长期侵蚀、冲蚀等作用下，在地表和地下形成了各种复杂的地质形态。石灰岩溶洞地质报告中的溶洞形态石灰岩溶洞钻杆：由于石灰岩地层的地层承载力较高。对钻机以及钻杆的

15、扭矩输出要求较大，一般选用机锁杆。钻头：针对溶洞地层应配备筒钻、螺旋钻头、截齿捞砂斗，以便配合使用有效钻进该类地层。特殊要求：为了防止不良工况的发生，须对钻头进行改进，也可以在穿越这一特殊地层使用专用钻具。比如加长型筒钻，改进连接方筋板形式等。设备配置石灰岩溶洞钻进常见问题和事故空溶洞、裂隙发生漏浆漏浆发生的塌孔掰齿、钻头损坏、断钻杆斜岩面产生孔斜穿越溶洞顶板发生卡钻溶洞灌注大量超方Add Title石灰岩溶洞解决对策操作方式控制：采用“低钻速，变加压”的钻进原则，可避免掰齿、钻头损伤等问题。钻头改制：溶洞层岩石碎裂、裂隙发育，钻头受力不均，大多数处于冲击受力状态，容易发生掰齿、钻头损伤等问题

16、。钻进溶洞前钻齿焊接需要加固，钻头需要经常检查钻头部件是否有焊缝开裂的情况。施工前准备必须保证每孔一勘。根据地勘结果中溶洞发育的不同情况,选择相应的施工方案，做好钻孔前的准备，保证钻孔时心里有数石灰岩溶洞a. 斜岩和半边岩斜孔处理石灰岩溶洞b.卡钻预防及处理石灰岩溶洞c. 漏浆处理及预防石灰岩溶洞d. 漏浆处理及预防漏浆处理准备施工前要依据地质报告和桩位布置图中所给的溶洞高度和周围桩孔同一深度分布溶洞的范围，估算所要施工溶洞所在的相通溶洞的大概容积。保证泥浆池容积至少为考虑溶洞后计算所需泥浆量的两倍，并保证有足够的贮浆量。泥浆泵和补水用的水泵的型号都要比常规情况大，保证漏浆时快速补浆和补水准备

17、足够的填充物于待钻孔附近，挖机型号至少为200以上，保证填充速度。填充物材料加水的膨润土、锯末、粘土、水泥的软塑状混合体片石+打包的散状粘土:片石的大小要考虑所用钻斗的进土口的大小，最好为泥岩块，避免硬度过大块状胶泥:此种材料不透水且塑性、粘性均很好，填充后用钻头反钻压实，可充分填充溶洞空间，再次钻进也不易发生塌孔。漏浆处理钻孔时发现孔内泥浆缓慢下降,应及时补浆，且提出钻头，向孔内加有膨润土、锯末、粘土、水泥的软塑状混合体, 放入钻头，钻机浮动反转将混合体挤入岩石裂隙,以阻断泥浆流失若发现孔内泥浆面快速下降, 漏浆太快,散填难以达到目的，应及时大量补浆补水，且快速提出钻头，将片石+打包的散状粘

18、土或块状胶泥,短时间内大方量投入，放入钻头，浮动反转直至浆液面不再下降。石灰岩溶洞d.典型填充物石灰岩溶洞e. 塌孔处理漏浆引起的塌孔处理除了补浆和回填堵漏外，还要向孔中放适量膨润土等配置泥浆的材料，钻头扰动搅匀，保证泥浆的各项参数迅速在泥浆池中补水，加入定量的泥浆配置材料，搅拌均匀，随时保证足够的贮浆量若塌孔较严重，需要用片石+打包的散状粘土或块状胶泥回填至严重塌孔位上方0.5m1.0m，钻机浮动反转压实稳定一段时间后再重新钻进。溶洞填充物坍塌处理溶洞填充物常常是流塑状的粘土或淤泥，钻孔后不稳定，坍塌后会沿着孔壁流向孔底，这就需要在同一深度范围多次捞渣，直至孔壁基本稳定；对于长时间捞渣后钻进

19、深度仍然停留在原深度附近的情况，需要回填片石+打包的散状粘土或块状胶泥至严重塌孔位上方0.5m1.0m，钻机浮动反转压实稳定一段时间后再重新钻进；石灰岩溶洞f. 灌注超方预防1对于矮溶洞（如小于1米），有小量超方是正常的大于1米小于4米，且分布深度较浅的（15米内），可回填片石+粘土或块状胶泥充填后再次钻进大于1米小于4米，且溶洞分布深度较深的（如在15米之下），可用填充法。2对于高溶洞（如大于4米）的，可填充水泥砂浆或低标号混凝土，待其初凝后方再次钻进，这就要求溶洞之上地层在此期间不会发生塌孔。 对于溶洞富水的情况，要考虑水泥砂浆填充后可能被大量地下水稀释而影响凝固效果。3对于相互连通的溶洞

20、组，可按组施工。先将溶洞相互连通的一组桩孔统一钻进到溶洞底，然后统一回填，相互之间压实，这样可保证将连通的溶洞充填完整，最大限度节省混凝土。按组施工需要计算好这一组桩孔施工完毕的时间，确保桩孔灌注前孔壁稳定。石灰岩溶洞工程案例施工时间： 2010年6月工程名称：沪昆高铁江西段萍乡后平乐特大桥钻机型号：SR280R钻 头：1000土层捞砂斗、1000单头单螺、1000嵌岩筒钻孔径： 1.0m；孔深： 27m34m地质情况：上层为粉质粘土，基层是弱风化灰岩层，含有岩洞的桩位较多。由于雨季，地下水十分丰富，地表以下1m左右可见地下水冒出。形状不规则的较大溶洞石灰岩溶洞施工问题漏浆塌孔埋钻卡钻孔斜石灰

21、岩溶洞石灰岩溶洞操作方式除严格采取上文中的应对漏浆塌孔等预防措施，并采取正确的钻机操作方式。进入溶洞后操作要领：选用嵌岩直筒筒钻，操作采用轻加压钻进，禁止大加压力钻进以防出现斜孔而卡钻；溶洞顶板穿越方式：在溶洞顶部的灰岩斜面层的存在，钻进时稍有不注意就会造成孔斜，因此根据地勘报告，在距溶洞顶板500mm开始换筒钻减压研磨钻进，直至穿越溶洞顶板，预防斜孔和卡钻。1234液面动态：钻进过程中密切关注孔内泥浆液面动态，当泥浆液面急速下降时，表明溶洞底板被打穿或者发生塌孔，应根据实际情况进行应对。溶洞底层微分化灰岩的钻进：嵌岩筒钻、螺旋钻头配合互制自由面钻进，嵌岩捞砂斗捞渣。钻进溶洞底层灰岩层之初，采

22、用筒钻减压钻进，防止斜孔。之后采用脉冲加压方式，提高钻进效率。提取钻头时速度要慢，避免损坏钻具以及出现斗门孔中打开等情况；石灰岩溶洞石灰岩溶洞硬岩地层钻进地质特点选型配置问题及对策案例分析硬岩地层岩石定义：颗粒间牢固联结、呈整体或节理裂隙的岩体。分类：可从坚固程度、风化程度、完整程度三个维度对岩石进行划分： 坚硬岩 较硬岩 较软岩 软岩 极软岩 饱和单轴抗压强度(MPa) fr6060fr3030fr1515fr5 fr5按岩石的坚固程度划分按岩石的风化程度划分风化程度描述未风化结构构造未变化，岩质新鲜微风化结构构造、矿物色泽基本未变，部分裂隙面有铁锰质渲染弱（中）风化结构构造部分破坏、矿物色

23、泽有明显变化、裂隙面出现风化矿物或夹层强风化结构构造出现大部分破坏，矿物色泽有较明显变化，可见次生矿物全风化结构构造全部破坏硬岩地层岩石泥岩砂岩砾岩石灰岩灰岩凝灰岩玄武岩花岗岩硬岩地层钻杆：由于硬岩地层的地层承载力高。对钻机以及钻杆的扭矩输出要求较大，所以这种地层一般选用机锁式钻杆。钻头：大部分中风化的软岩可选用，截齿筒钻、单头锥螺旋钻头、截齿筒钻进行施工。 对于微风化的硬质岩层，可配备牙轮筒钻配合施工。特殊钻具：潜孔锤、破碎锤、全断面钻具等。钻机配置硬岩地层铣轮施压压力扭矩重锤冲击锥形齿破重锤: 重量 ：15吨 15to 面积： 1m, 下落高度 ： 2m自由落钩卷扬 : 提升力 25 吨 发动机功率 250kW效率 : qu = 50 MPa 0,4m/h qu = 100 MPa 0,2m/h qu = 150 MPa 0,1m/h*qu: Unconfined compression strength 无侧限抗压强度加压 通过锁紧的凯氏钻杆将动力 传输至钻具或通过自重压力 20 - 30 吨/m扭矩: 面积 1m效率: qu = 50 Mpa 1.0-1.2 m/h qu = 100 Mpa 0.5-0.7 m/h qu = 150 Mpa 0.2-0.3 m/h扭矩加压加压Vorschubkraft: 通过锁紧的凯氏钻杆将动力 传输至钻具压力 20 吨/