桃花峪黄河大桥大直径深孔钻孔桩的成孔质量控制

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【摘 要】针对黄河滩地质情况，介绍复杂地质情况下大孔径、深桩的关键施工技术及成孔质量控制措施。

【关键词】公路桥；钻孔灌注桩；质量控制

1.工程概况

桃花峪黄河大桥本标段跨越黄河两岸，主河槽靠近南岸，北岸滩地高出背河地面约4米，河槽宽浅，水流分散，主流摆动剧烈，河槽不稳定，属于游荡型河道。主桥结构为自锚式悬索桥，北主墩紧邻黄河边，地质主要为黄土状亚粘土坚硬状粘土.第四世纪沉淀的砂层，埋深20～30米为稍密-中密的粉砂层，之下为密实状的细中砂和硬塑粘性土。下面针对北主墩大孔径（φ=2.2m）深桩（h=95m）的关键施工技术进行介绍。

2.施工方法

2.1 关键施工控制

2.1.1护筒的制作和埋设

北主墩墩位平台采用筑岛方法，将钻孔桩位处的原地面平整压实后，采用吊机配合插打护筒，护筒采用1.5cm厚的钢板加工而成，直径为2.5m，长6m。在钢护筒征地下沉过程中要精确定位、跟踪监测、垂直度满足规范要求，保证钻孔桩顺利进行。

2.1.2 泥浆循环净化系统的设置

泥浆循环净化系统由泥浆土的配比搅拌机、300m3泥浆池，400m3 沉淀池，600m3蓄浆池、砂石泵，空压机等组成。

2.1.3 泥浆的制备、原材料

（1）泥浆配合比

钻机泥浆按墩位处地质情况进行反复适配，选用不分散，低固相，高粘度的PHP优质膨润土化学泥浆，经实验室配比试验确定，要严格控制泥浆的比重、粘度、含砂率、PH值和泥皮厚度等指标。

优质PHP泥浆由膨润土、碱（Na2CO3）、羟基纤维素、和聚丙烯酰胺等原料组成。钻进过程中，根据地质变化情况对泥浆指标及时调配。

（2）泥浆拌制

泥浆拌制采用泥浆搅拌机进行拌制，泥浆配制顺序为先加水，再加膨润土，泥浆的搅拌方法对膨润土的溶胀程度影响很大，根据搅拌试验的结果在现场决定搅拌时间。泥浆开机搅拌均匀检测合格后，注入泥浆池中贮存，将水与膨润土拌制成泥浆后，使土粒充分膨化后方可使用。

2.1.4泥浆护壁水头的控制

深水处钻孔时，为确保钻孔的安全，在采用反循环钻进时，一般要求有2m以上的水头压力。桩孔内泥浆柱压力与孔壁土压力分布形成3个区域，即被动区、过渡区和塑性区。在被动区内，孔壁压力大于孔内泥浆柱压力，属易坍孔区，钢护筒最小应穿过该层；过渡区孔壁内外压力则接衡，因为孔内外地层压力平衡，自然地层在钻头的拨动下容易通过循环系统将其孔内钻渣排出孔外。

因为本工程属黄河滩地，孔位紧邻黄河边，地下水丰富且土层为软土层，若孔内泥浆压力大于孔壁压力时，容易发生孔内泥浆的反串，导致无法建立孔内水头高度，严重时护筒下沉、孔口坍塌，若孔内泥浆压力小于孔外地层及地下水压力时，则容易发生垮孔，从而影响孔壁的安全，因此，根据计算钢护筒入土深度应最小应大于5米。在钻进过程中，确保孔内发生泥浆漏失时，及时采取补浆措施。

2.2 钻进工艺

钻孔灌注桩施工采用正、反循环回转钻进为主的成孔工艺（0-15m采用正循环，15-95m采用气举反循环）。

正循环钻进是电动机将动力经传送系统传送至转盘旋转设备，带动它中心的空心转杆转动，将扭转动力传递至钻头；钻头受到重压切削泥沙；另用空压机将泥浆经空心钻杆压入孔底后，在钻杆外上升。泥浆将钻渣悬浮出孔外，并起护壁作用。带有钻渣的泥浆经过沉淀池净化后，进入储浆池循环使用。正循环钻进能较好地产生泥浆护壁但护壁层厚度较大且耗时较多，由于本大桥钻孔桩设计为摩擦桩，故正循环钻进影响桩周的摩擦力，反循环较正循环钻进速度快，所需泥浆料少、清孔时间较快，孔壁保护膜较薄，不减弱桩周的摩擦力。气举反循环是利用送入压缩空气使水循环，钻杆内水流上升速度与钻杆内外液柱压力差有关。孔浅时供气压力不易建立，钻杆内水流上升速度低，排渣性能差，孔深小于7m吸升是无效的，孔深增大后，相应的增加供气量和供气压力，钻杆内水流能获得理想的上升速度。孔深超过50m后，可保持较高且稳定的钻进效率。最后综合各种因素采用先正循环钻进再反循环钻进的施工方法。

气举式钻进必须待下端钻锥钻杆埋入水（泥浆）中一定的深度，即在孔底泥浆的压强和钻杆底泥浆、空气混合体的压强基本相等的条件下，才能吸引浆渣上升。经计算，埋入泥浆深度h=9m，因上部为软塑至流塑状低液限粉土及低液限黏土，局部为粉细砂，为确保成孔质量，15m处开始用气举反循环钻进。

在钻进过程中要经常检查钻盘，如有倾斜或位移，及时纠正。

钻孔过程中根据钻机工作状况调整钻速、钻压，如钻机转盘运转均匀，钻架晃动较小，应加大钻压或转速；淤泥质亚黏土软弱地层，应加大泥浆比重，放慢钻进速度；当钻架晃动较大或钻具跳动较大时，应将钻具提起，以减小转盘运转速度。

采用反循环钻进时，空压机送风应与钻锥回转同时进行。接钻杆时，应将钻杆提升30cm左右，先停止钻锥回转，再送风数分钟，将孔底钻渣吸尽，再放下钻锥，进行拆装钻杆工作。

钻孔采取减压钻进，孔底承受的钻压不得超过钻具重力之和（扣除浮力）的80%，以确保长桩的竖直度，保持重锥导向作用。

钻进过程中随时捞取钻渣，判断地层并检验泥浆指标，根据地层变化情况，采用不同钻速、钻压，适时调整泥浆性能。

钻进过程中加强护壁，保持孔壁稳定。

钻孔连续进行，当遇到特殊情况需停钻时，提出钻头，补足孔内泥浆，始终保持孔内规定的水位和泥浆的相对密度和黏度。

根据施工经验，在砂土层中钻进时，要开启泥浆净化机以降低含砂率，保证钻进速度和孔壁的稳定；在黏土层中钻进时采用改造过的钻头，钻头上设射水管，通过高压射水等措施，清除糊钻的黏土，同时控制钻进速度，加强观察，以防止因糊钻而扭断钻杆。

2.3 孔底沉淤的控制措施

（1）用优质膨润土和化学外加剂（如纯碱）提高泥浆黏度，以减缓砂粒沉淀速度。

（2）严格要求钻杆接头的密封性，保证泥浆全部从孔底返出。

（3）钻进砂土层时开启泥浆净化器，降低含砂率。

3.结语

北主墩共35根钻孔灌注桩，全部为一类桩。终孔后及时清理。不能停歇过久，以免使泥浆、钻渣沉淀增多而造成清孔困难甚至塌孔，清孔时利用钻机泥浆循环系统，通过换浆法进行清孔。将钻头提高距孔底10～15cm，持续吸渣直到排出泥浆的含砂率与换入泥浆的含砂率接近为止，及时向孔内注入新鲜泥浆，保持孔内水位，避免塌孔。