浅谈冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及掉钻处理

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【摘要】 本文结合施工项目的实际，对冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及掉钻处理进行了较为详细的分析与研究。

【关键词】 冲击钻钻孔灌注桩 施工工艺 掉钻处理

随着我国公路桥梁和高层建筑的飞速发展，桩基础的优势越来越突出的表现出来，冲击钻钻孔灌注桩以其适应性强、造价低、施工简单易操作等特点已广泛应用于水利、公路、铁路、港口、高层建筑等工程基础中。但由于其施工工艺环节较多，一环不慎，便可能发生质量事故，给国家及企业造成较大损失，同时其病害处理也是一大难题，下面结合达陕高速公路清沟湾大桥的施工，谈一谈冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及掉钻处理。

1 工程概况

清沟湾大桥桥址位于四川省达州地区万源市太平镇清沟湾村，横跨两条冲沟，沟中有常流水，水质清澈。起点桥台处与清沟湾隧道出口相接，坡面较陡；终点桥台位于龙王庙沟一侧山体边坡上，地势相对较平缓，覆盖层厚约40～60cm。

该桥为左、右线大桥，跨径组合为8*40m，双线全长658.00m。桥梁按正交布设，上部结构采用40m跨径的装配式预应力混凝土简支T梁；下部结构当桥高小于30m时采用柱式墩，当桥高大于30m时采用空心墩，桥台采用柱式桥台，基础均采用钻孔灌注桩基础。

2工程地质情况及机具的选择

2.1 工程地质情况

桥位区表层为碎石土（粒径2.0~6.0cm，含少量角砾，厚度4.2m）、角砾土（以粉、粘粒充填，局部夹有碎石，密实，厚度约2.7~4.2m）；下伏基岩为强～弱风化石灰岩(强风化层原岩结构大部分被破坏，节理发育，厚度约7.2~12.8m)。通过工程钻孔和地质测绘表明，桥位区内未发现断层、滑坡、泥石流、崩塌及地下采空区等不良地质作用，新构造运动不强烈，两岸边坡稳定。

2.2 机具的选择

该工程钻孔灌注桩共34根，设计单个钻孔平均深度约28.60m，根据该工程特点及现场的施工条件，决定在保证冲击钻工艺和泥浆质量的基础上采用4台套IKL-6/8AB型冲击钻孔设备同时施工。

3 冲击钻钻孔灌注桩施工工艺

钻孔灌注桩的施工顺序为：桩位放样护筒埋设钻机就位钻孔成孔检测清孔下钢筋笼下导管砼浇注破桩头成桩检测。

3.1 桩位放样及护筒埋设

3.1.1 河沟内桩基施工采用围堰筑岛后用全站仪（GPT－7502）测量放出桩中心位置。

3.1.2 护筒埋设是重要一环，起到定位和导向的作用，它依靠筒内水位和泥浆比重使孔内水压大于外部水压，防止塌孔，护筒内径比桩径大200~400mm，护筒高度宜高出地面0.3m或水面1.0~2.0m，护筒的埋设深度应根据设计要求或桩径及水文地质情况确定，一般情况埋置深度宜为2~4m，有冲刷影响的河床，应沉入冲刷线以下不少于1.0~1.5m。清沟湾大桥1.5米的孔径选用了φ1750mm×5mm×2000mm钢护筒，护筒埋设采用挖坑埋设法，护筒高度高出筑岛地面0.3m。

3.2 钻机安装、就位及冲头的选择

3.2.1 钻机用吊车安装就位，用全站仪将护桩点引到孔口护筒壁上，形成十字交叉来进行钻机主绳定位。钻机定位偏差小于20mm。钻机就位必须周正、稳固，确保在施工中不发生倾斜、移动。

3.2.2 为确保钻进平稳和钻孔圆整，改善钻孔边缘破碎效果，清沟湾大桥钻机钻头采用带圆弧副刃的四翼(十字)结构，钻头翼片底部呈"V"型设置，钻头直径φ1500mm，质量5t，边刃、底刃用轨道钢堆焊。施工中采用补焊保径。使用φ34.5mm的钢丝绳，合金套旋转机构。

3.3 钻孔、护壁及排渣

3.3.1 开孔前备足粘土，粘土用量约为钻孔渣土排出量的80%。开孔时向孔内投入粘土6~8m3，加清水用低冲程（0.5～1.0m）冲击造浆，泥浆比重1.5左右，钻进0.5m再回填卵石、粘土反复冲击。开孔后孔内泥浆液面高度控制在护筒口以下0.5m且高出河床水位1 m；开孔3~5m以内控制回次进尺0.5m，且用粘土、卵石回填两至三次。卵石部分被冲击成钻粉随泥浆排出，部分被冲击成碎块石嵌入孔壁，与部分粘土粘接成体，形成均匀致密坚固的人工造壁，并隔离孔内外水渗透。部分粘土造成泥浆用以平衡孔外水头压力。

3.3.2 开孔后3~5m即可安装泥浆循环系统排渣。利用循环泥浆形成的泥皮护壁。泥浆循环系统采用3PNL泥浆泵从泥浆池内向孔底泵送优质泥浆，携带钻渣的泥浆经二级3PNL泥浆泵从孔口泵入振动筛，经筛分后流入泥浆池。

3.3.3 冲击过程中，锤头冲击使孔底地层松散、破碎成为钻渣，钻渣在锤头的冲击搅动下悬浮于泥浆中，随着循环的泥浆排出孔口。利用振动筛通过机械振动把大于网孔的固体颗粒筛离出来。即用泥浆泵将从孔口返出的泥浆泵入振动筛，在振动着的倾斜筛网表面，固体颗粒从筛面滚下排出，而冲洗液和小颗粒透过筛网流入循环系统。钻进中泥浆比重控制在1.25左右，在泥浆性能发生改变时，停止泥浆循环向孔内投入2~4m3粘土造浆，用ZX-200泥浆净化装置（旋流除砂器）保持泥浆的性能符合要求。

3. 4 清孔

钻孔深度达到设计标高后，对孔深、孔位、孔径、孔斜进行检查，符合设计要求后方可清孔。根据清沟湾大桥工程桩基础设计要求、现行规范规定及该区地层特点，采用了"浑水孔"（即全孔泥浆护孔平衡地下水及地层压力）灌注水下混凝土。

3.5 钢筋笼吊放

钢筋笼采用吊车放入，吊点设置在加劲箍筋处。钢筋笼分节吊放，当前一节钢筋笼放入孔内后，即用型钢穿入钢筋笼加劲箍下面，，对接时上下主筋位置应对正，保证钢筋笼上下轴线一致，在构件任一有钢筋焊接接头的区段内，主筋对接位置应错开，同一截面主筋接头不超过钢筋总面积的50%。吊放钢筋笼入孔时应对准孔位轻放、慢放，若遇阻应停止下放，查明原因进行处理。钢筋笼全部入孔后，立即固定。

3.6 灌注前准备及下导管

3.6.1 清沟湾大桥水下混凝土较设计强度提高10%~20%选配，坍落度18~22cm，混凝土初凝时间控制在4小时以上。

3.6.2 导管采用Φ350mm的钢导管，使用有垫圈的法兰盘连接管节，混凝土灌注前，对导管进行水密、承压和接头抗拉实验。混凝土采用6.0m3混凝土罐车运输，漏斗容积2.0m3。

3.7 灌注水下混凝土

钢筋笼检验合格后，对孔底沉渣进行检测，符合要求后开始下放导管、漏斗并安装储料斗。导管、漏斗用吊车起吊安装，导管底口距孔底0.25~0.4m。混凝土料斗内宜先灌入约0.1m3的1:1.5的水泥浆，然后再灌注第一斗混凝土，第一斗混凝土要适当加大含砂率，第二斗开始正常配料，进入正常灌注。

清沟湾大桥水下混凝土灌注过程中，导管埋深一般2~3m。初灌混凝土时，导管埋深不得小于1m，并缩短第二斗混凝土与第一斗混凝土的间隔时间，做到浅埋勤提，当混凝土灌注至钢筋笼底部时，为防止钢筋笼上浮，此时保持埋管较深，并适当放慢了灌注速度，当混凝土面进入钢筋骨架1-2m后，才控制导管埋深在2~3m左右。灌注的桩顶标高比设计标高高0.5~1.0m，以保证混凝土强度，多余部分应在接桩前凿出。

3.8 成桩检测

砼强度达到70％后可做桩基无破损检测，用基桩动测仪和手提电脑，传感器用橡皮泥粘在桩顶（破桩头后桩顶清理干净），用大锤在桩顶砸5下，在电脑中显示声波图象，如振幅出现异常，说明有问题。

3.9 钻机搬迁及混凝土养护

水下混凝土灌注结束后，拔除孔口护筒，钻机搬迁移位，混凝土自然养护。

4 掉钻处理

由于操作失误和经验不足，清沟湾大桥右线6号墩1孔桩在施工过程中发生掉钻。

4.1 原因分析

4.1.1 卡钻时强提强扭，操作不当，使钻杆或钢丝绳超负荷或疲劳断裂。

4.1.2 钻杆接头不良或滑丝。

4.1.3 电动机接线错误，钻机反向旋转，钻杆松脱。

4.1.4 转向环、转向套等焊接处裂开。

4.2 处理措施

掉钻发生在孔深36m处，在采取多种形式的打捞失败后，进行下孔探查，由于清孔不当，发生塌泥，掉钻被深埋。面对此种状况，经过现场调查勘察，设计院提出了扩大孔径的解决办法，将原设计孔径1.5m扩大为1.8m，孔桩位置不变。桩基深度由原设计40m改为36m，这36m也正是现掉落钻头顶部的位置，比原设计深度减少4m。

4.3 施工方法及注意事项

4.3.1 对1孔桩回填强~弱风化石或碎石土，并备有足够的石料和碎石土，在冲孔作业过程中不断地及时向孔内补充回填石料和碎石土；

4.3.2 钻机安装（钻孔设备采用IKL-6/8AB冲击钻机，根据孔径选用φ180cm冲击锤头），用全站仪将护桩点引到孔口护筒壁上，形成十字交叉来进行钻机主绳定位，钻机定位偏差小于20mm；

4.3.3 开孔前备足粘土造浆，开孔时向孔内投入粘土6～8m3，加清水用低冲程（0.5-1.0m）冲击造浆，泥浆比重1.5左右，钻进0.5m再回填碎石、粘土反复冲击；

4.3.4 开孔后3-5m即可安装泥浆循环系统排渣，利用循环泥浆形成的泥皮护壁。

4.3.5 钻孔深度达到设计标高后，对孔深、孔位、孔径、孔斜进行检查，符合设计要求后方可清孔。根据该工程桩基础设计要求、现行规范规定及该区地层特点，采用"浑水孔"（即全孔泥浆护孔平衡地下水及地层压力）灌注水下混凝土。

4.3.6 清孔方法采用正循环清孔，备用捞渣筒和空压机喷射，清孔时必须注意孔内水头，防止钻孔坍塌。检查清孔满足设计及规范要求，再进行下道工序施工。

4.3.7 在灌桩时，每根桩应做3组试块，施工单位二组，监理一组，强度测试后，如不合格，要及时提出报告补救处理。 4.3.8 有关砼灌注情况，各灌注时间，砼面的深度，导管埋深，导管拆除及发生的异常现象应由专人进行记录。 4.3.9 破桩头：由人工或汽镐、电镐进行，直至设计高程，要保持钢筋的完整，桩顶基本平整、干净。

4.4 处理结果

圆满解决。

5 结论

综上，采用正确的冲击钻钻孔工艺和配制高质量的泥浆是保证成孔的关键，采用正确灌注水下混凝土方法可有效地防止灌注桩病害的发生。本文介绍的掉钻处理方法取得了成功，受到权威部门的肯定，不失为处理掉钻病害的优秀方法。