大孔径钻孔灌注桩成孔施工技术研究

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摘要：随着公路建设的发展，钻孔灌注桩应用领域越来越广，桩径范围也逐渐扩大，与此同时，大孔径混凝土灌注桩施工中的成孔技术问题越发突出。本文重点以某桥梁桩基工程为例分析了大孔径钻孔灌注桩成孔施工质量控制要点。

关键词：大孔径钻孔灌注桩；成孔；施工技术

中图分类号：U443文献标识码： A

一、大孔径钻孔灌注桩施工特点

大直径钻孔桩根据桩径、桩长、地质条件、水文情况等诸多因素来选择钻机的型号、扭矩及钻具的各项参数。一般在地层强度较高、钻孔深度较深地质情况较复杂则选用较大型号钻机，另其反。在陆地上施工时，其泥浆循环可在陆地开挖泥浆沟和泥浆池，护筒的埋设只受表层不稳定土层影响。而在在水上施工时，需搭设平台。护筒的埋设较深，既要保重平台的稳定又要保证钻孔壁的安全。成孔过程泥浆的循环方法可分正循环和反循环泵，而反循环又可分泵吸反循环和气举反循环两种。大口径成孔对泥浆质量要求很高，一般检测指标有相对密度、粘度、含砂率、胶体率等。在江上或海上作业时，材料供应和正常施工不可避免的要受到潮汐、风浪、季节性的影响，另由于平台的局限性需在平台配制专门的泥浆箱或利用护筒的连接作为泥浆池或泥浆循环管。

二、大孔径钻孔灌注桩成孔施工技术

（一）工程概况

某大桥主桥长2*148＝296ｍ，采用独塔单索面墩、塔、梁固结的预应力混凝土斜拉桥，主梁采用单箱五室断面，主塔采用独柱式。其中水上部分为：（6×40）mPC斜腹板连续箱梁+（2×148）ｍ独塔单索面斜拉桥+（6×40）mPC斜腹板连续箱梁。全桥共48孔。其中15#-28#墩在东江水中，主墩为22#墩，主桥过渡墩为21#、23#墩，其余为引桥墩。主桥主墩共有钻孔桩15根，桩基直径φ250cm,桩长50.3―58.3m，桩顶标高-4.7m，河床标高-10.06m，墩位水深12m左右，设计为嵌岩桩。质量控制的重点：桩位坐标控制、垂直度控制、孔径控制、清孔质量控制、钢筋笼接头控制、及水下混凝土灌注质量控制。

根据设计给出的地质勘察报告，22#主墩处的地质结构自上而下如下：

1、表层淤泥层：1--2m。

2、砂砾、卵石层：6--8m。

3、泥质粉砂岩（强、中、微风化层）：砂层以下（从设计给出的勘查报告可知，其有风化倒现象）。

（二）施工技术要点

1、测量放样

测量放样是桩基施工控制的重点，如果放样不准或在施工过程中出现的偏位没有被及时发现，造成的质量问题很难弥补，并且弥补的代价非常高。进行桩基放样前，首先必须对设计给出的桩基中心点坐标进行校核，校核时必须由两个或两个以上的测量工程师分别单独对设计给出的桩基坐标点进行验算，然后对验算结果进行比对，确认无误后，才能进行正式放样。根据设计提供的坐标点、水准点建立测量控制网，并根据设计给定经复核的桩基坐标及高程进行测量放样，桩位可根据施工进度分批测放，待测放完经自检合格以后提交监理工程师验收，合格后进行下道工序。施工过程进行不小于二次的检验性测量，防止出现冲孔偏位和护筒扰动。

2、钻头的选择

我们知道，大直径钻孔砼灌注桩是在泥浆护壁下，利用旋转台盘带动底部装有钻头的钻杆旋转进行挖土钻进的，所以，根据土层的地质情况选择合适的钻头是非常重要的。如果钻头选择不当，就可能无法顺利进行挖掘，从而影响工程的进度。钻孔砼灌注桩使用的钻头有多种形式，其中最常用的是多瓣式钻头，适用于多种土质，如粉砂、粘土、砂和砂砾层，挖掘效率也比较高。不过，多瓣式钻头吸泥口的直径只有150~200mm，在挖掘过程中如果遇到较大的石块或卵石，钻孔就难以进行，需要停钻，用抓斗挖出大的石块或卵石后，再进行钻孔，如大的石块或卵石很多，则钻进效率就会在大降低。对于击数超过40以上的硬土层，因为一般钻头的刃口会打滑，故要采用三翼式钻头才有效。对于更硬的土层及特别坚硬的砂砾层，则需采用四翼式钻头才有效。这种四翼式钻头在刃尖部分为阶梯式圆筒形，挖掘时先挖一个小圆孔，然后成阶梯形扩大，起导向作用，钻头摇动很小，孔壁不会扩大，因此可以顺利地进行挖掘。在22#桩中，根据设计要求桩端进入强化岩层2m及现场地质情况，我们选用了双腰带四翼合金钻头，这种钻头合金齿密，有利于风化岩层破碎，在整个钻进过程中均比较顺利。对于特别硬的粘土和砂砾层，还可选用滚轮式钻头，这种钻头有50~200kN的压力加到钻头上，因而需要大功率的旋转台盘。此外，还有扩大桩底用的扩底钻头，这种钻头可将桩孔底部扩大，从而提高桩的承载能力。

3、泥浆池的开挖

对于大直径长钻孔灌注桩而言，泥浆池的大小及位置选择十分重要，22#墩的泥浆循环池（2个：10m*10m*2.5m）、沉淀池（25m*32m*2.5m）

均设置在淮安侧的施工便道外，靠近大运河一侧，容量约有2500m3，用袋装土围砌而成。

4、钻进操作要点

桩机就位后，对准护筒中心，待桩机平衡后，桩机开孔。首先起动砂石泵，待反循环正常后，才能开动钻机慢速回转下放钻头到底。开始钻进时，应先轻压慢转，待钻头正常工作后，逐渐加大转速，调整压力，并使钻头吸口不产生堵水。其次控制好泥浆比重，保持孔口稳定。钻进时应认真仔细观察进尺和砂石泵排水出渣的情况，排量减少或出水中含钻渣量较多时，应控制钻进速度，防止因循环液比重太大而中断反循环。在淤泥和淤泥质土中，应根据泥浆的补给情况，严格控制钻进速度，一般不宜大于1m／min，同时每钻进3m，应回尺2～3次，以使护壁充分稳定。进入粘土层时，此层可硬塑，含砂少，钻孔时应注意控制泥浆比重，出现堵水口现象应停机处理后，加碎砖块钻进。在松散砂层中，钻进速度不宜超过3m／h，同时应注意控制泥浆比重在1．3～1．5之间。在硬土层中的钻进速度，以钻机不发生跳动为准，并改换四翼钻头，在砂砾卵石层中钻进时，为防止钻渣过多，卵砾石堵塞管路，可采用间断钻进，并以此来控制钻进速度。加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底8～lOcm，维持冲洗液循环1～2分钟，以清洗孔底并将管道内的钻渣携出排净，然后停泵加接钻杆。钻进时如孔内出现塌孔、涌砂等异常情况，应立即将钻具提离孔底，控制泵量，保持冲洗液循环，吸除塌落物和涌砂；同时向孔内输送性能符合要求的泥浆，保持水头压力以抑制继续涌砂和塌孔，恢复钻进后，泵排量不宜过大，以防吸塌孔壁。当钻进达到设计要求孔深停钻时，仍要维持冲洗液正常循环，清洗吸除孔底沉渣直到返出冲洗液的钻渣含量小于4％为止。起钻时应注意操作轻稳，防止钻头拖刮孔壁，并向孔内补入适量冲洗液，稳定孔内水头高度。

4、漏浆的处理

一般钻孔至-52～-63m开始进入卵砾层,出碴为卵砾石夹亚粘土。并开始漏浆;有时漏浆迅速,一小时内漏掉近100m3泥浆,此时需投入近50t膨润土和约40袋锯末,并适当降低水头,提钻慢搅,一般当泥浆比重达到1.34以上,粘度27时水头开始稳定,然后继续钻进。

针对这种情况,钻机在进入卵砾层之前应对施工工艺进行必要的调整,采用正循环或压缩空气“反吹”,利用淤泥质粘土层造浆,在进入卵砾层前将泥浆调制为比重1.41～1.44,粘度达32～45,进入卵砾层后放慢进尺,并投入适当锯末,这样很少出现漏浆现象,随着钻孔深度的增加,泥浆性能开始变差,这时加入膨润土,纯碱Na2CO3或碱NaOH,再加入适量的聚丙稀酰胺絮凝素,注意控制水头高度约2.5m。在终孔前12m左右开始利用漩流出碴器,来降低泥浆中的含砂率,保证钻孔的顺利进行。

参考文献

[1]刘霁,聂赛武.茅草街大桥湖区淤泥质软土地层大孔径钻孔灌注桩施工技术[J].施工技术,2008年4期.

[2]潘达明.大孔径冲孔灌注桩施工工艺问题及控制要点分析[J]. 科学与财富,2012年9期.