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1、 直径钻孔灌注桩施工技术 中铁十三局一公司 韩光明 接要：本文详细介绍了直径钻孔灌注桩成孔及灌注技术，成功克服了小钻机钻大孔径桩、复杂地质情况下泥浆护壁及砾石、铁板砂层成孔和泥浆无公害处理等施工技术难题，为类似施工提供借鉴之处。关键词：直径 钻孔灌注桩 钻机改造 成孔灌注技术 1.工程概况 哈双高速公路 B2 合同段的黎明站分离立交桥，位于哈尔滨市动力区朝阳乡东升村，跨越拉滨铁路黎明车站。桥梁孔跨组合为：左幅 240m+1250m;右幅为 240m+250m+340m+250m+240m+550m。全桥共计 54 根钻孔灌注桩，桩基设计要求：直径米,最大桩长 32 米,桩底位于中粗砂地层中,通
2、长钢筋笼,孔底沉渣小于 60cm。但实际地质与设计不符，部分桩底位于砾石层中或铁板砂（软岩）层中。2.钻孔灌注桩成孔及灌注施工 地层简述 一层：人工填土。二层:亚粘土,黄色,湿硬型状态。三层:亚粘土,灰色,湿,可塑状态。四层:亚粘土,灰色,湿,可塑状态,含云母。五层:亚粘土,灰色,稍湿,硬塑。六层:亚粘土,黄色-灰色,稍湿,硬塑-坚硬,含氧化铁,下部夹薄细砂层。七层:中砂,灰色,稍湿,密实-极密状态,成分主要为石英、长石及云母，含砾约10-15%，磨圆较好，分选性较好。本层较为致密，具胶结（俗称铁板砂）。.施工主要难点(1)小钻机进行大直径钻孔桩施工 (2)超厚粉细砂及中粗砂层的泥浆护壁(3)
3、旋转钻机穿越砾石，铁板砂层(4)化学泥浆无公害处理 由上可见，该桩基工程所面对的技术问题是范围广、难度高，为了解决这些问题，施工中从理论到实践首次采取了一些施工方法来解决这些问题。钻机改造技术 电机改造 本工程使用的设备都为国产钻孔设备，一种为连云港生产的 GM20 型钻机，一种为 GPS15 型钻机，从型号可以看出此两种型号的钻机，均需要改进，并辅以相应的施工工艺才能进行钻孔桩施工。改造钻机的原理为减少电机转速，增加扭距，以适应大直径钻孔桩施工需要。从结果看并不比国外设备或国产大功率钻孔设备差,使用的主要钻孔设备见表 1 主要钻孔设备 表 1 序号 名 称 型号 数量 1 钻 机 GM-20
4、 1 2 钻 机 GPS-15 2 3 钻 头 LY-1 6 加工特制钻头 加工锥形刮刀钻头 4 个,适用于亚粘土或人工填土以及砂层，加工一个楔齿滚刀钻头 1 个适用于卵石、砾石，加工一个球齿滚刀钻头 1 个，适用于岩石（铁板砂）层。钻机钻孔技术 本钻孔桩工程采用反循环排渣钻进，泥浆池与钻孔桩位相连，循环送浆。穿过砾石、卵石层钻进技术(1)选用楔齿滚刀钻头；(2)调节钻头吸渣口的位置、高度及直径；(3)增大钻压，控制钻进速度；(4)增大排渣速度。入岩钻进技术(1)采用球齿滚刀钻头；(2)球齿滚刀布置要合理，避免重复破石率；(3)在钻机的工作能力下，尽可能加大有效钻压，宜控制在 90%-95%左
5、右，作用于钻头上的压力不少于 400KN；(4)保持 s 的线速度,就是说钻头转速为 6r/min 最理想；(5)采用少吃多餐的钻进技术,保持 80mm/h 左右的进尺速度；(6)增加泥浆流量,将岩石碎块及时排出孔外。保证钻孔垂直度的方法 本桥部分钻孔桩 19m 以下的土层中的砂砾层密实一极密状态，成分主要为石英、长石及云母，含砾约 10-15%，磨贺圆较好，分选性好，本层较为致密具胶结（俗称铁板砂），类似软岩性质且厚度不均一，造成钻孔时软硬不一，易使钻头向软弱的砂砾层方向顷斜，造成孔斜，给后续的钻进造成很大困难，且不能满足要求，施工中采取措施如下：(1)大配重，减压钻进，控制进尺速度(2)在
6、钻头上方及钻杆中间分别安装稳定器 泥浆系统的管理技术 本地区处于哈尔滨市郊区，桥位处为农田，马家沟河从 9#墩及 10#墩之间穿过，流向市区，对环保要求高。同时由于地层中的粉细砂层较厚，对泥浆性能要求高，施工中以化学泥将护壁为主，采用泵送泥浆至桩位的循环系统来满足施工及环保要求。泥浆的配制 先用膨润土+食用碱+CMC+水的配方所组成的化学泥浆.根据不同的地层,现场测试出相应的化学泥浆的配合比,按照不同的配合比在泥浆池中配制对应于不同的地层的泥浆。根据施工经验,常用的泥浆配合比为每立方米泥浆用膨润土 80kg,纯碱 4kg，CMC，水 1000kg。经过多次试配，实际施工中所用的常用泥浆配合比见
7、表 2 泥浆配合比 表 2 材 料 名 称 膨润土 纯碱 CMC 水 每 m3 泥浆用量（kg）85 1000 泥浆的循环 泥浆除循环与孔位通过地沟连接外，其余部分全部采用管道化运输，在直线段一般采用钢管，曲线段采用软管，泥浆循环系统见图 1 泥浆泵 沉淀池 循环池 储浆池 清水池 废泥浆的无公害处理(1)利用沉淀池（自然沉淀法）从排渣口出来的泥浆首先进入沉淀池，大部分砾石及铁板砂块将在这里沉淀下来，及时用挖掘机或机械抓斗清理出来，自然沉淀在施工中取得了较好的效果，使泥浆重复使用的次数增加很多，从而大大降低了废浆的产生。(2)本工程中单桩在灌注水下砼时一次性排出的泥浆量很大，一般都达 175m
8、3。灌注砼排出的能用的泥浆用泵排回泥浆沉淀池中，不能用的少数泥浆排到附近的沟池内，沉淀后把清水抽走，沉淀物挖走。本桥 54 根钻孔桩水下砼灌注量 8 千余方，施工中靠这些泥浆处理方法，现场向外没有运送一车废泥浆，取得了满意的效果。钻孔桩封底 钻孔桩灌注水下砼时封底是关键，与我们平常施工的及钻孔桩有很大区别。因为导管口距离孔底为 20cm40cm 米时，要保证第一次埋管深度达到 1 米以上，第一次灌注砼量必须达到 7m3以上。设计一个大的料斗，容积为，此储料只在第一次灌注砼时使用，封底成功后，改成的小储料斗，保证灌注提升方便。用 2 台 6m3砼搅拌运输运送灌砼，第一次灌砼时，两台车装满料后就位
9、，当打开大储料斗止水阀门开始灌注水下砼的同时，有一台搅拌运输车向储料斗里倾倒砼,速度应使储料斗基本处于满料状态。当第一台车倾倒完毕时，第二台车紧接着倾倒，直至封底砼灌注完毕。两台运输车及储料的砼总量为 16m3达到了良好的封底效果，封底完成后，移去大储料斗换上小储料斗可正常进行水下砼灌注，运输设备同样用 2 台砼搅拌运输车。3.施工总结 由于我局没有钻孔桩施工的成功经验,在没有投入更新、更好的设备情况下，完全依靠现有的设备,很好的完成黎明站分离立交桥钻孔桩施工任务，摸索出一些好的施工经验还是在今后施工中值得推广的。钻机的改造技术 我们现有的以上钻机经改造后均可用于钻孔桩施工，改造可从两方面入手
10、，一是保留原钻机的钻架，更换大功率电机；二是降低原电机转速，增大钻机扭距。具体采用哪种方法视地质情况及地质岩性而定。由于本工程原设计地质基本为亚粘土、粉细砂及中粗砂层，较软弱，做采用了第二种方法。但实际地质情况与设计不符，部分钻孔桩穿过了砾石层及铁板砂层（铁岩），通过降低原钻机转速来提高扭距的办法略显不足，钻进速度明显减慢，今后遇到此种地质应更换大功率电机。不同的泥浆性质对成桩质量的影响 由于本工程的地表优质亚粘土比较厚，施工之初没有使用化学造浆法，开始钻进时控制进尺在孔的造浆。孔内造浆对亚粘土层没有什么影响，护壁效果非常好。但对粉细砂及中粗砂层效果就不是很好，虽然可以护住孔壁，但灌注水下砼时
11、，由于骨料向上翻动，有时会破坏泥浆护壁，桩径四周 5cm 以内有卷砂现象，影响桩的质量。采用化学泥浆后，对粉细砂及中粗砂层的护壁效果有了明显的改观，通过超声波检测，桩径四周不再有卷砂现象。导管直径的大小对孔底沉碴的影响 钻孔灌注桩,钻孔及清渣完成后,从提钻头、搭设灌孔平台到下设、钢筋笼，再到下设导管及安装大储料斗，最快也需 12 小时左右，比小直径钻孔桩时间明显增 加。又由于桩内泥浆含砂率较高，沉淀速度快，到灌孔时，孔内沉渣厚度基本达到了左右，对于摩擦桩，虽然基本能满足规范要求，但我们还是希望沉渣厚度越小越好。灌孔之初，我们现场有直径 300mm 及直径 250mm 两套导管，1#桥墩的 4
12、根钻孔桩分别用两套导管灌注的。通过超声波检测，300mm 导管灌注的水下砼的孔底沉渣在 30cm 左右，要明显小于用 250mm 导管灌注的 50cm 左右。从砼冲击动力分析也不难理解，由于 300mm 导管灌注的砼流量大，冲击力强，能将孔底沉渣反上来。为了提高钻孔桩的质量，我们又加工了一套 350mm 的导管，处理沉渣效果更加明显，沉渣厚度基本在 10cm 左右，甚至达到了零沉渣。4.结束语 本工程经过东北林业大学实验中心超声波检验及应力波，完全满足设计及施工规范要求。本工程解决了复杂地层的护壁问题，做到了不坍孔、缩孔，砼冲盈系数不超标。本工程解决了小钻机进行大直径钻孔桩施工的成孔技术。本工程解决了回转钻机穿越砾石及铁板砂（软岩）层的成孔技术。本工程解决了泥浆无公害处理技术。为本桥创优质工程奠定了基础，哈双高速公路全线质量目标是“四省”质量争第一，全线创国优，本桥 A 类桩比例为%，超过创国优要求的不少于 85%的标准。直径钻孔灌注桩 施工技术 中铁十三局一公司