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1、2023/1/18水文地质及工程地质钻探1第四章 工程地质钻探和工程施工钻探工程钻探:工程地质钻探工程施工钻井（孔）的方法2023/1/18水文地质及工程地质钻探2第五节第五节 工程施工钻井（孔）的方法工程施工钻井（孔）的方法 工程施工钻井（孔）是用作工程施工手段的钻井工程施工钻井（孔）是用作工程施工手段的钻井或钻孔。或钻孔。一、工程施工钻特点和应用一、工程施工钻特点和应用（一）特点（一）特点1.1.口径大：口径大：0.60.611m11m2.2.孔浅：孔浅：50m50m左右，技术上容易实现左右，技术上容易实现3.3.钻孔弯曲小钻孔弯曲小4.4.地层变化较大：黏土、砂、卵石、漂石、基岩等地层变
2、化较大：黏土、砂、卵石、漂石、基岩等5.5.钻进的地层主要是松散岩土层和部分基岩层钻进的地层主要是松散岩土层和部分基岩层2023/1/18水文地质及工程地质钻探3（二）应用（二）应用1.1.各种地面或地下地下大型建筑物的基础工程施工各种地面或地下地下大型建筑物的基础工程施工（1 1）钻孔灌注桩）钻孔灌注桩 常作大型建筑物的基础，其目的是人工方法改善原来常作大型建筑物的基础，其目的是人工方法改善原来基础条件的不足，提高承载力与抗风、抗震能力，防止下基础条件的不足，提高承载力与抗风、抗震能力，防止下沉、倾斜、倒塌、滑坡、延长建筑物使用年限。沉、倾斜、倒塌、滑坡、延长建筑物使用年限。（2 2）管桩）
3、管桩 它可分为钢管桩和水泥混凝土管桩两种，在管内下钢它可分为钢管桩和水泥混凝土管桩两种，在管内下钢筋笼和水泥混凝土，可作大型建筑物等基础。筋笼和水泥混凝土，可作大型建筑物等基础。2023/1/18水文地质及工程地质钻探4（3 3）地下连续墙）地下连续墙 在地下挖一段狭长的深槽，在槽内放入钢筋笼，然在地下挖一段狭长的深槽，在槽内放入钢筋笼，然后灌注水泥混凝土，构成一段钢筋笼水泥混凝土墙段，后灌注水泥混凝土，构成一段钢筋笼水泥混凝土墙段，最后把这些墙段连接起来形成一道连续的地下墙壁。最后把这些墙段连接起来形成一道连续的地下墙壁。它可以作为地下设施的挡土墙、隔水墙、重力坝的它可以作为地下设施的挡土墙
4、、隔水墙、重力坝的防渗墙以及地面和地下建筑物的骨架等。防渗墙以及地面和地下建筑物的骨架等。（4 4）锚桩）锚桩 钻孔钻孔下锚定物下锚定物灌注水泥浆灌注水泥浆 应用：锚固易坍倒、塌方的挡土墙，加固地下建筑应用：锚固易坍倒、塌方的挡土墙，加固地下建筑物和坑道，治理滑坡等。物和坑道，治理滑坡等。2023/1/18水文地质及工程地质钻探52.2.各种已竣工基础的注浆加固处理各种已竣工基础的注浆加固处理 （1 1）原有水泥混凝土桥墩、坝基等基础上发现裂缝、）原有水泥混凝土桥墩、坝基等基础上发现裂缝、渗漏，利用钻孔高压注浆予以加固处理。渗漏，利用钻孔高压注浆予以加固处理。（2 2）原有建筑物基础发现裂缝，
5、利用钻孔注浆堵塞结）原有建筑物基础发现裂缝，利用钻孔注浆堵塞结合起来。合起来。（3 3）路基沉降，利用钻孔注浆加固处理。）路基沉降，利用钻孔注浆加固处理。3.3.各种工程技术钻井（孔）方面各种工程技术钻井（孔）方面 （1 1）矿山采矿爆破、运输、通风、排水孔（井）等）矿山采矿爆破、运输、通风、排水孔（井）等 （2 2）地下核试验）地下核试验 （3 3）监视地震，观测地壳运动）监视地震，观测地壳运动 （4 4）铺设地下管道，埋置地下电缆）铺设地下管道，埋置地下电缆 （5 5）应急救险、检查工程质量、大型供水井）应急救险、检查工程质量、大型供水井 （6 6）考古挖掘钻孔等）考古挖掘钻孔等2023/
6、1/18水文地质及工程地质钻探6二、施工钻钻进方法二、施工钻钻进方法（一）泥浆护壁正循环回转法（一）泥浆护壁正循环回转法1.1.地层：第四系地层、基岩地层：第四系地层、基岩2.2.施工桩孔径不宜大于施工桩孔径不宜大于800mm800mm，钻压大，可加钻铤，钻压大，可加钻铤3.3.泥浆护壁、排渣量大、要求水泵排量大。泥浆护壁、排渣量大、要求水泵排量大。4.4.钻头：全面钻进钻头、环状钻进钻头、扩底钻头钻头：全面钻进钻头、环状钻进钻头、扩底钻头（1 1）全面钻头：）全面钻头：双翼片鱼尾钻头双翼片鱼尾钻头 组合牙轮钻头和组合牙轮钻头和滚刀钻头。滚刀钻头。（2 2）取芯钻头：）取芯钻头：牙轮取芯钻头牙
7、轮取芯钻头 硬质合金钻头硬质合金钻头 钢粒钻头钢粒钻头（3 3）扩底钻头：主要用来施工上小下大的异径扩底灌注）扩底钻头：主要用来施工上小下大的异径扩底灌注桩的桩的“扩大扩大”头的孔段。包括：头的孔段。包括：胶结连杆式扩底钻头；胶结连杆式扩底钻头；套管靴下双翼扩底钻头套管靴下双翼扩底钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探7（二）泥浆护壁反循环回转钻进（二）泥浆护壁反循环回转钻进1.1.地层：一般粘土、砂土、砂粘土、砂粒土等。地层：一般粘土、砂土、砂粘土、砂粒土等。2.2.方法：泵吸、气举、射流方法：泵吸、气举、射流3.3.优点：优点：施工孔大施工孔大100010001300mm1300mm
8、，446m6m；效效率高，泥浆护壁性能好。孔底沉渣少，桩径质量好；率高，泥浆护壁性能好。孔底沉渣少，桩径质量好；孔深不易大于孔深不易大于50m50m。缺点：缺点：设备能力差；设备能力差；与干钻相比有缺点。与干钻相比有缺点。（三）机械冲击钻进（三）机械冲击钻进1.1.地层：第四系地层地层：第四系地层2.2.无冲洗液钻进无冲洗液钻进3.3.设备大、钻具重、系数大。设备大、钻具重、系数大。（四）机械螺旋钻进：长螺旋钻具、短螺旋钻具。（四）机械螺旋钻进：长螺旋钻具、短螺旋钻具。地层：填土层、粘土层、砂土层、砂层地层：填土层、粘土层、砂土层、砂层2023/1/18水文地质及工程地质钻探8（五）冲抓锥（斗
9、）钻进（五）冲抓锥（斗）钻进 用冲抓锥直接抓取土、石块成孔的。冲抓锥直径用冲抓锥直接抓取土、石块成孔的。冲抓锥直径为为1.11.11.5m1.5m，重量，重量1.51.52.8T2.8T，高度，高度1.71.72.7m2.7m冲抓冲抓锥具有冲击、振动、静压等作用。冲抓锥按操纵锥瓣锥具有冲击、振动、静压等作用。冲抓锥按操纵锥瓣开合方式分为：双绳、单绳开合方式分为：双绳、单绳锥瓣有四瓣或六瓣。锥瓣有四瓣或六瓣。适应地层：砂质粘土、粘土、黄土、松散的砂砾适应地层：砂质粘土、粘土、黄土、松散的砂砾卵石和卵石夹小漂石。卵石和卵石夹小漂石。6543212023/1/18水文地质及工程地质钻探9（六）（六）
10、“贝诺特贝诺特”施工法：施工法：用抓斗在套管内钻孔，提动装置在提动套管的同时，用抓斗在套管内钻孔，提动装置在提动套管的同时，使其压入或拔起它适应于第四系地层及其硬岩土。使其压入或拔起它适应于第四系地层及其硬岩土。图4-21 贝诺特钻机主要工作机构贝诺特钻机主要工作机构1.1.摇动装置（水平液压缸）；摇动装置（水平液压缸）；2.2.套套 管；管；3.3.卷扬机；卷扬机；4.4.锤式抓斗；锤式抓斗；5.5.卸土时的锤式抓斗；卸土时的锤式抓斗；6.6.排土板；排土板；7.7.溜土槽；溜土槽；8.8.压拔油缸；压拔油缸；9.9.贝诺特主机；贝诺特主机；10.10.动力机；动力机；11.11.锚桩锚桩2
11、023/1/18水文地质及工程地质钻探10摆管装置1-夹管油缸 2-摇臂固定销 3-摇管油缸 4-压拔管油缸2023/1/18水文地质及工程地质钻探11（七）人工开挖成孔法（七）人工开挖成孔法 用于大直径挖孔桩，地层相对稳定、孔壁稳定的地区。用于大直径挖孔桩，地层相对稳定、孔壁稳定的地区。优点：优点：狭窄地区易于施工；狭窄地区易于施工；土质验证准备；土质验证准备；无噪音、无噪音、无振动等公害；无振动等公害；易于扩大为扩孔桩。易于扩大为扩孔桩。（八）钻斗钻进成孔法（八）钻斗钻进成孔法 钻头为一钻斗，钻斗一方面回转钻进，另一方面可以装渣，钻头为一钻斗，钻斗一方面回转钻进，另一方面可以装渣，渣满后，
12、可以将钻头提出倒渣，然后继续钻进。钻斗起落方渣满后，可以将钻头提出倒渣，然后继续钻进。钻斗起落方式有：提升式、爬杆式两种。式有：提升式、爬杆式两种。2023/1/18水文地质及工程地质钻探12（九）水平孔钻进法（九）水平孔钻进法 1.1.指采用旋转切削式钻头在管前切削土层，并输送到孔指采用旋转切削式钻头在管前切削土层，并输送到孔外的一种钻进方法。外的一种钻进方法。2.2.用于不开挖的输油、输水管道、电缆及隧道施工法。用于不开挖的输油、输水管道、电缆及隧道施工法。3.3.直径：一般直径：一般200200800mm800mm，112m2m，甚至，甚至9911m11m大直径的管道及隧道一般采用盾构机
13、施工，中小径则一般采大直径的管道及隧道一般采用盾构机施工，中小径则一般采用普通的水平钻施工：用普通的水平钻施工：套管导向；套管导向；打预偏孔；打预偏孔；螺旋钻螺旋钻头前有偏心接头，纠斜。头前有偏心接头，纠斜。4.4.水平孔易倾斜，原因：水平孔易倾斜，原因：孔内沉渣下沉，使钻头下面摩孔内沉渣下沉，使钻头下面摩擦力增大，钻孔向上偏斜。擦力增大，钻孔向上偏斜。钻具自重作用，使钻头下垂，钻具自重作用，使钻头下垂，钻孔向下偏斜。钻孔向下偏斜。钻杆和钻头尺寸不匹配，造成钻孔水平弯钻杆和钻头尺寸不匹配，造成钻孔水平弯曲。曲。5.5.适用地层：一般土、混砂砾土等。适用地层：一般土、混砂砾土等。2023/1/1
14、8水文地质及工程地质钻探13（十）潜水钻进成孔法（十）潜水钻进成孔法1.1.钻进时，电机主轴连接钻头，钻进时，电机主轴连接钻头，一起潜入水中回转切削岩土，正一起潜入水中回转切削岩土，正反循环排渣成孔。钻进时，上面反循环排渣成孔。钻进时，上面钻孔不动，起支撑抗扭作用，钻钻孔不动，起支撑抗扭作用，钻进效率高。进效率高。2.2.适应地层：淤泥、粘土。砂土、适应地层：淤泥、粘土。砂土、砂层、风化岩层及含有少量砾石砂层、风化岩层及含有少量砾石等地层。等地层。图图4-22 KQ950L4-22 KQ950L钻机钻具示意图钻机钻具示意图 1.1.提升架；提升架；2.2.连接架；连接架；3.3.宽导向板；宽导
15、向板；4.54.5英寸胶管；英寸胶管；5.5.潜水泵；潜水泵；6.6.潜水电机；潜水电机；7.7.配重；配重；8.8.机座；机座；9.9.宽切刀；宽切刀；10.10.短钻头；短钻头；11.11.长钻长钻头头2023/1/18水文地质及工程地质钻探14三、钻孔灌注桩桩基础2023/1/18水文地质及工程地质钻探15低桩承台 高桩承台2023/1/18水文地质及工程地质钻探16反循环水上施工法成桩程序12023/1/18水文地质及工程地质钻探17反循环水上施工法成桩程序22023/1/18水文地质及工程地质钻探18四、地下连续墙地下连续墙施工程序图 地下连续墙是利用一定的设备与工具，在泥浆（一般称
16、稳定液）护壁的条件下向地下钻挖一段狭长的深槽，在槽内吊放入钢筋笼，然后灌注混凝土，筑成一段钢筋混凝土墙体，再把每段墙体逐个连接起来就形成一道连续的地下墙壁。2023/1/18水文地质及工程地质钻探19地下连续墙施工现场布置2023/1/18水文地质及工程地质钻探20钢筋混凝土导墙剖面2023/1/18水文地质及工程地质钻探21钻孔的排列形式1-1-交错型交错型 2-2-直线互搭型直线互搭型 3-3-切线型切线型 4-4-间隔型间隔型2023/1/18水文地质及工程地质钻探22先掘导孔后抓斗挖掘成槽2023/1/18水文地质及工程地质钻探23先挖导孔后重复钻孔成槽2023/1/18水文地质及工程
17、地质钻探24一次钻挖成槽2023/1/18水文地质及工程地质钻探25槽段连续墙施工程序1-挖槽 2-下接头管与钢筋笼 3-灌注混凝土 4-拔出接头管 5-挖第二槽段 2023/1/18水文地质及工程地质钻探26五、扩孔与扩底钻进1.扩孔钻进1-钻杆 2-导正器 3-扩孔钻头 4-坑道 5-矿车 6-导向钻具2023/1/18水文地质及工程地质钻探27螺旋翼片式四翼阶梯翼片式多节翼片式2023/1/18水文地质及工程地质钻探282023/1/18水文地质及工程地质钻探29滚刀扩孔钻头1-钻杆接手 2-导正圈 3-滚动座 4-滚刀 5-三牙轮钻头 6-导正轮 2023/1/18水文地质及工程地质钻
18、探30扩孔钻具1-导向钻头 2-导向钻具 3-扩孔钻头 4-连接接头 5-钻杆 6-导正圈 7-钻杆接头2023/1/18水文地质及工程地质钻探312.扩底钻进扩底钻头类型a.上开式 b.下开式 c.滑降式 d.推出式2023/1/18水文地质及工程地质钻探322023/1/18水文地质及工程地质钻探332023/1/18水文地质及工程地质钻探34铰接连杆式扩底钻头1-接头 2-导向轴套 3-上盘 4-连杆5-导向轴 6-扩孔翼片 7-矛式钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探35自重加压上开式扩底钻头1-法兰盘 2-外管 3-连杆 4-扩底翼 5-芯管 6-底钻头2023/1/18水文
19、地质及工程地质钻探36三翼上开式扩底钻头1-法兰盘 2-导向套 3-导向轴 4-上盘 5-连杆6-扩底翼板 7-限位板 8-下盘 9-钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探37连杆外张式扩底钻头1-连接管 2-限位帽 3-内方套 4-方钻杆5-上扩底翼板 6-副连杆 7-下扩底翼板 8-底钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探38液压式扩底钻头1-法兰盘 2-油缸 3-滑套4-连杆 5-扩底翼 6-底钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探39自重加压下开式扩底钻头1-法兰盘 2-方轴 3-方形套4-扩底翼 5-连杆6-底钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探40液压式扩
20、底钻头1-法兰盘 2-钻杆 3-扩底翼4-油缸 5-连杆 6-滑套 7-底钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探41六、钻斗钻进钻斗钻进1-钻斗 2-导向器 3-伸缩钻杆 4-动力装置 5-护筒它是靠提钻取土、无冲洗液循环的一种成孔方法。在钻杆柱下端连接一个底部带切削齿的筒状钻具（钻斗），借助钻具重量及钻机加压把切削齿切入土层，在回转扭矩作用下钻斗回转，钻掘土层，同时将切削下来的土块收入斗中。待斗内土块装到一定程度后将钻斗提到孔外，打开钻斗，卸去土屑，然后再将钻斗下入孔内，重复以上操作。2023/1/18水文地质及工程地质钻探422023/1/18水文地质及工程地质钻探432023/1/
21、18水文地质及工程地质钻探44旋挖侧开式钻斗1-钢丝绳 2-中心管 3-钻斗体 4-半合管5-切削齿板 6-销轴 7-钻杆 8-卡头 9-捞钩2023/1/18水文地质及工程地质钻探45半合式钻斗1-方接头 2-钳形连扳 3-销轴4-半合筒 5-切削齿板2023/1/18水文地质及工程地质钻探46美国底开式钻头1-顶杆 2-钩头 3-底盖4-切削齿 5-销轴2023/1/18水文地质及工程地质钻探47全套管钻进钻斗1-钢丝绳 2-单动接头 3-配重块 4-内管 5-外管（主液压缸）6-连杆液压缸 7-支撑靴板 8-钻斗 9-套管2023/1/18水文地质及工程地质钻探48储土钻斗1-钻杆 2-
22、传动接头 3-轴套 4-储土筒 5-切削齿板 6-螺旋钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探49扩底螺旋钻斗1-钻杆接头 2-传动轴套 3-螺旋叶片 4-储土筒5-卸渣口 6-销轴 7-滚柱 8-活动翼板 9-鱼尾钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探50 七.冲击抓斗钻进 冲击抓（锥）斗钻进，是用钢绳吊起抓斗，从一定高度落下，依靠冲击力使抓瓣插入土层，抓取土及石块的一种成孔（成槽）方法。一般冲抓钻进采用泥浆做稳定液来保护孔壁。如地层复杂，也可采用套管护壁，即先将套管压入（或打入）地层，然后用冲抓斗从套管内抓取岩土而成孔，即全套管施工法，亦称贝诺特施工法。2023/1/18水文地质
23、及工程地质钻探51 降斗 闭斗抓土 满斗提升 开斗卸土双绳双颚板抓斗工作过程2023/1/18水文地质及工程地质钻探52双绳冲抓锥1-外套 2-连杆 3-内套 4-支撑杆 5-锥瓣2023/1/18水文地质及工程地质钻探53落锤式单绳抓斗1-壳体 2-钢绳 3-上滑轮 4-弹簧 5-活塞 6-下滑轮 7-抓瓣座 8-销轴 9-抓瓣2023/1/18水文地质及工程地质钻探54液压抓斗2023/1/18水文地质及工程地质钻探552023/1/18水文地质及工程地质钻探56八.非开挖地下管线施工技术1.概述非开挖地下管线施工是利用水平成孔或水平定向钻孔技术，不在地面开挖沟槽而铺设、修复或更换管线的施
24、工。与传统方法相比，有以下特点：1.不影响城市、水上及道路交通；2.不破坏已有道路、建筑物或构筑物等；3.不污染环境；4.施工周期短、铺管效率高、总体成本低；5.可实现原位修复管线等；6.引入管线轨迹的测量与控制技术；7.增强了在水下、卵砾石层和硬岩层等复杂条件下施工的能力。2023/1/18水文地质及工程地质钻探572.施工方法顶管法非开挖施工原理1-导轨 2-油压千斤顶 3-顶铁 4-成品管 5-工具管 6-工作井 7-接收井2023/1/18水文地质及工程地质钻探58中继顶管示意图2023/1/18水文地质及工程地质钻探59水平螺旋钻进1-钻头 2-管节 3-土体 4-导轨 5-螺旋钻具
25、 6-传动机 7-土斗 8-千斤顶 9-油泵 10-后座 11-导向架2023/1/18水文地质及工程地质钻探60可控水平螺旋钻铺管系统1-控制头 2-控制油缸 3-目标靶 4-灯 5-跟随件 6-成品管 7-测量光束8-测量仪器 9-钢导环 10-螺旋导管 11-倾斜仪 12-输送螺旋 13-钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探61夯管锤施工法1-钢管 2-砧子及接头 3-活塞冲锤 4-张紧带 5-空气压缩机2023/1/18水文地质及工程地质钻探62冲击矛非开挖施工1-导向架 2-冲击矛 3-空压机 4-瞄准器 5-发射坑 6-标杆 7-接收坑2023/1/18水文地质及工程地质钻
26、探63水平定向钻孔法1-钻机 2-半刚性钻杆 3-手持式导航仪 4-带发射器的导孔钻头 5-欲铺管线 6-扩孔钻头2023/1/18水文地质及工程地质钻探64造斜钻具组成1-接手 2-发射器 3-喷射钻头 4-挤密钻头 5-挤密区2023/1/18水文地质及工程地质钻探65九、高压旋喷注浆 高压旋喷注浆法的实质是，先钻一直径为40-150mm的导孔（钻孔），当导孔钻至预定深度后，提出钻具并将端部带有特制喷嘴的注浆管，置入地基土层的预定深度后，以压力20MPa左右的高压喷射流强制切割、喷射冲击破坏土层，使之剥落下来，与此同时，使旋喷管边旋转、边提升，使喷出的浆液与切割下来的土粒搅拌混合，最后在喷射力的有效射程内经过凝结、固化形成一个圆柱状的固结体，即旋喷桩。2023/1/18水文地质及工程地质钻探66单管旋喷注浆示意图2023/1/18水文地质及工程地质钻探67二重管旋喷注浆示意图2023/1/18水文地质及工程地质钻探68三重管旋喷注浆示意图2023/1/18水文地质及工程地质钻探69旋喷旋喷法施工程序