软基地质段旋挖钻深孔水中钻桩施工工艺

《软基地质段旋挖钻深孔水中钻桩施工工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《软基地质段旋挖钻深孔水中钻桩施工工艺（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、软基地质段采用旋挖钻机解决深孔钻孔桩的施工技术杨保全(中铁十局集团第二工程,河南 商丘市 476000)摘 要:本文通过东荆河特大桥桩基施工的实践，针对长江冲积平原在软基地质条件下，采用旋挖钻机快速进行钻孔灌注桩根底施工的成功经验，总结旋挖钻机解决在淤泥质粘土、粉砂、细砂、砾砂等软基地段施工的技术工艺。关键词：软基;旋挖钻;深孔桩;钻孔桩;施工技术Geology segment of soft base using rotary drilling rig deep hole drilling pile Construction TechnologyYANG Bao-quan(The Secon

2、d Engineering Co., Ltd. of China Railway Tenth Group,Shangqiu,Henan 476000,China)Abstract: The text through Construction practice of pile foundation of Dongjing river bridge, in allusion to soft base of Yangtze River Alluvial Plain conditions, the use of successful experience that rotary drilling ri

3、g process drilling a hole fleetly to construction of bored pile, summarize the rotary drilling rig to solve silt clay, powder sand, thin sand, gravel sand etc.and other soft base construction techniques.Key word:Soft base;Rotary drilling rig;Deep hole pile;Bore pile;Construction techniques1 工程概况湖北东荆

4、河特大桥地位于长江西岸，地貌形态属长江冲积平原，桥址位于长江外滩东荆河入江处，地表水系发育，沟渠纵横、坑塘密布，洪水期除两端局部桥段外，均为江水浸没区。本桥设计为330、430米的装配式预应力混凝土连续T梁。设计桥宽25.50m，双幅布置，全长4446m。钻孔灌注桩基共有628根，桩长为45米50米之间，直径全部为1.5m。钻孔桩基地层穿过素填土、亚粘土、淤泥质粘土、粉砂、粘土、细砂、亚砂土、砾砂等地层。地下水为孔隙承压水，含水层水头埋深为0.52.2米。2 施工方案的选择本工程管段内地质条件主要为淤泥质粘土、粉砂、细砂、砾砂地层，地表水系兴旺。工程方案在4月份开始开工钻孔，方案6月下旬汛期洪

5、水上涨前将钻孔桩全部完成。保证后续施工难度和工期压力减轻，并且创造较好的经济效益。如单纯选用正循环的盘旋钻机施工，比拟平安稳定且能保证质量。但施工投入较大，并且难以保证施工进度。旋挖钻机具有自行和定位功能，成孔速度快，转场方便等特点，主要适用于在地下水位低，且成孔自稳性好的地质条件。在本工程地下水位高，且软泥质地段，采用旋挖钻施工，对于泥浆配置、钻孔过程定位、清孔等工序要求较高，成孔质量控制难度大等施工困难。3 旋挖钻的工作原理旋挖钻机由主机、动力头、钻杆、下部导向圈和钻斗组成。主机采用履带式底盘，带传动装置和其它机构；动力头为主要的驱动机构、驱动钻杆和钻斗旋转，钻杆为多层伸缩式，共5节，单节

6、长12.87m。钻斗为锅底式钻筒，直径1.48m、高度1.25m，钻斗切削土层成孔。在特殊泥浆护壁保护下钻进，泥浆由配浆池泵入钻孔，钻进时上下往复作业，对泥浆进行搅拌。4 施工工艺工程投入使用了6台旋挖钻机均为引进意大利先进的大功率全液压钻孔机械。其规格型号为R618、R180型，适用于粘土、淤泥土、砂土及含局部卵石的地层。1.1 储浆池造浆配置优质泥浆：制浆原料选用塑性指数大于25，粒径小于0.074mm的粘粒含量大于50%的粘质土。现场缺少上述性能的粘质土，实际在泥浆中掺入了钠质膨润土、纯碱Na2CO3、适量纤维素改进泥浆性能。膨润土泥浆具有相对密度低、粘度低、含砂量少、失水量少、泥皮薄、

7、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。纯碱的作用是可使pH值增大到10。因泥浆中PH值过小时，粘土颗粒难于分解，粘度降低，失水量增加，流动性降低；小于7时，会使钻具受到腐蚀；假设PH过大，那么泥浆将渗透到孔壁的粘土中，使孔壁外表软化，粘土颗粒之间凝聚力减弱，造成裂解而使孔壁坍塌。泥浆PH值以810为宜，可以增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量。羧甲基纤维素钠简称CMC是一种水溶性纤维素醚，白色粉状，控制泥浆的流变性，具有很好的凝胶性，很强的携砂能力。储浆池：标准依据钻孔所实际需泥浆用量及造浆能力确定。容量为：长10m宽10m深1.5m。泥浆配置：根据

8、桩基钻孔地质砂层含量大的特点，并考虑因钻孔时孔径扩大、井孔壁渗漏及泥浆在钻进出碴时的损失而使泥浆性能变差的因素，试验人员通过对现场泥浆性能反复做试验确定得出膨润土掺入量为储浆池用水量的10%，纯碱掺入量为膨润土质量的0.3%，纤维素为膨润土质量的0.1%。通过计算得出每个储浆池内投入调料用量分别为：膨润土12t、纯碱36kg、纤维素12kg。泥浆调制在专设的造浆桶内采用泥浆搅拌机搅拌，搅拌时先将定量的清水参加搅拌鼓，再投入适量膨润土、纯碱和纤维素，并开动机器搅拌，纤维素用水先溶解后掺拌。成浆后翻开出浆门排浆至储浆池贮存，与以备钻孔时向井孔内注浆之用。每次开钻前必须储浆量大于单个钻孔预计总用量。

9、1.2 护筒埋设护筒采用厚度10mm的钢板制作成整体钢护筒，直径1.7m、长度3.0m。护筒埋深要求在地面粘土层以下不小于2.0m，护筒顶端高出地面0.8m。埋设护筒前将钻斗在桩位处着地、旋转、开孔。当取土深度到达2.0m左右时停止取土，把钻孔中心桩位标示于坑底，再把护筒吊放进坑内准确定位。护筒底部和四周所填土必须分层夯实，以防护筒四周及底端土质液化发生塌孔，使护筒沉落或偏斜。1.3 钻机就位旋挖钻机自重均较大，整机质量超过40t，而地基地表土层多为亚粘土，承载力低。为防止地基局部受力产生不均匀沉陷，影响钻机稳定性，旋挖钻机就位时均在其底铺放厚度16mm的整体钢板，以增大受力扩散面积。然后调节

10、下部导向圈、调直钻杆、将钻斗导向尖与桩位对齐，保证插钻正确，防止钻孔偏斜。1.4 钻进过程旋挖钻的钻进是通过动力头驱动钻杆和钻头整体旋转，利用钻头下端的切削刃对土层进行切削破碎，切削的土体被挤进钻斗，装满后将钻斗提出孔口，旋转钻机底盘然后反转，并开启钻斗阀门，将土体排放到地面或直接卸在汽车上运走，这样通过钻斗的旋转、削土、提钻、甩土，屡次反复作业而成孔，直至孔底标高。钻斗正转钻进、反转甩土。钻进过程中根据土质情况调整钻斗在孔内的升降速度，速度过快，钻斗内的水流会冲刷孔壁，甚至在钻斗方产生负压而导致塌孔。一般粘质土及砂类土在桩径1.5m时钻斗升降速度为0.575m/s，空钻斗升降速度为0.83m

11、/s;砂类土较粘质土为慢，随钻孔深度的增加，其升降速度要慎重，但速度不必变化太大。对桩深49m的钻孔桩，钻斗在孔内的升降时间约为一分半钟(即90s)。旋挖钻作业时经屡次上下往复作业，引起孔内水位波动，护壁管理不善会发生孔壁砂向孔内涌流的情况(即流砂)。所以在钻进过程中要有试验人员对泥浆性能随时观测进行试验，保持泥浆的性能稳定。同时监视井孔内泥浆水头高度与护筒顶端出浆口底部齐平，防止流砂的发生。1.5 垂直度控制钻孔的垂直度主要是靠调整机座、大臂和钻杆座孔之间的相对位置来确定的。大臂和钻杆座孔上都装有刻度盘，调整大臂和钻杆座孔的相对位置，通过刻度盘指针的指示检查钻杆是否垂直于机座；机座上装有水准

12、仪，利用水准仪可以将机座调平。钻孔过程中要随时检查机座的水平和钻杆的垂直度。1.6 清理孔底虚土钻孔完成后，进行第一次清孔排除孔底沉渣，排渣时用带挡板的钻斗空转清渣，不得加深钻进，并测定孔深控制。1.7 测定孔径及垂直度采用探孔器检测桩孔的桩径、桩长及竖直度能否满足要求。如发生卡壳、下沉不到位的情况需用钻斗重新扫孔，去除沉渣。1.8 二次清孔孔内钢筋笼及导管安装完毕，采用泵吸法抽渣换浆进行二次清孔。泵吸法的原理是直接利用砂石泵的抽吸作用使导管内的水位上升而形成循环。抽渣时将导管底中提高到距孔底约30cm的高度，将真空泵加足清水，关闭出水阀使管路封闭，翻开真空胶管管路阀，使气水畅通，然后启动真空

13、泵，并立即启动砂石泵，当砂石泵出口真空压力到达0.2MPa以上时，翻开出水阀，把吸泥胶管中的泥浆钻渣混合物通过胶管排到沉淀池，泥浆沉淀净化后到储浆池循环使用。同时储浆池内的优质泥浆要不断向井孔内补浆，保持泥浆水头高度稳定。砂石泵的泵量是关系到导管内泥浆钻渣上升速度的重要因素，如上升速度太小，那么不能将较粗的钻渣吸引上升。真空泵的泵量可小于砂石泵，因为它只是启动时用一下，泵量小时可多启动一段时间。工程实际施工时，每台旋挖钻机均配有砂石泵、真空泵作为清孔专用机具，所使用的砂石泵6PS泵流量为500m3/h，依据公式Q=(/4)d2V，可计算得出：V=4Q/d2(4500)/(3.140.252)=

14、1.02104m/h=2.8m/s,完全满足吸引较粗钻渣上升速度的要求。同时因旋挖钻钻孔所用泥浆为优质泥浆，仅起护壁作用，相对密度均较低，在1.031.10之间，使砂石泵的抽吸作用很好的发挥效果。泵吸式抽渣换浆工作示意图见附图。清孔即将完毕时，测孔深及孔底抽出泥浆的相对密度，当孔底沉渣符合标准及抽出泥浆性能符合灌注要求时，清孔完成，即可进行水下砼灌注工序的施工。5 施工考前须知(1)钻进前，应随时调整机架保持钻杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底沉渣。(2)初始钻进应保持钻杆的垂直度，进尺缓慢，尽量减少钻杆晃动。(3)钻孔施工应连续进行，如因故停机，应及时提钻，循环泥浆，防止

15、孔壁塌孔。钻孔完毕应及时进入下一道工序，间歇时间不易长。间歇时间较长时，应保持泥浆间隔循环。(4)二次清孔检查合格后，应及时灌注混凝土。防止停时间较长后，孔壁发生变化塌方或孔内泥浆中悬碴再次下沉使孔底沉渣变厚。6 质量保证措施为确保施工质量，施工进程中分别对桩位、桩径、桩长和垂直度及孔底沉渣等进行控制，成桩允许偏差如下表所示。成桩允许偏差、检验方法及检验数量序号工程允许偏差检验方法检验数量1孔位中心群桩：100mm；单排桩：50mm仪器测量和检查施工记录，并用检孔器检查孔径、孔深每根桩均检测2孔径不小于设计桩径3倾斜度小于1%4孔深摩擦桩不小于设计规定。5沉淀厚度(mm)摩擦桩：符合设计要求，

16、当设计无要求时，对于直径1.5m的桩300mm；对桩径1.5m或桩长40m或土质较差的桩500mm。用测绳和测锤测量7 人员、料具、设备配备(1)人员配备:旋挖钻机施工机械化程度高，每班只需配备4人，其中操作司机1人，机修工1人和普工2人，操作司机主要负责机械的操作运转，机修工主要负责机械故障的排除及机械状况的检查，普工主要负责配合换钻头、桩机的对位、下护筒及护筒周围土的回填等工作。(2)料具及其他配备:旋挖钻机自身不能造浆循环，每台钻机需配备一台泥浆泵，真空泵、砂石泵辅助造浆、循环、清孔用。8 平安防护措施(1)全体施工人员，严格执行国家有关平安生产的方针、政策、法令和平安生产职责及平安技术

17、操作规程。(2)对于已埋设护筒未开钻或已成桩护筒尚未撤除的应加设护筒顶盖或铺设平安网遮罩。(3)使用的电缆要定期检查，接头必须绑托牢固，确保不透水、不漏电，对经常处于水、泥浆浸泡处应架空搭设。9 结束语旋挖钻机成孔的优缺点如下：优点：(1)机械操作简单，现场移动方便；(2)机械振动小、噪音低；(3)钻进速度快，每小时可钻进8m左右,每台钻机每天可完成二颗50m钻桩成孔作业；(4)采用优质泥浆护壁能确保孔壁不塌孔；(5)可钻较大直径、较深桩孔;(5)每池新配置泥浆可循环三次，在第二、三次时适量添加膨润土、纯喊或可用工业盐替代、纤维素，综合造价低。缺点：(1)钻进出土过程中泥浆损耗大，增加了泥浆用

18、量；(2)泥浆护壁管理不善会产生塌孔；(3)沉渣处理困难，需配清孔机具。旋挖钻机成孔工艺虽不属新工艺，但就如何在不良地层中做好泥浆护壁管理工作仍是有待研究尝试的，也是比拟困难的。通过在无现有施工经验可参考的条件下，通过在在长江冲积平原软基地层中采用旋挖钻机钻孔，摸索经验，并组织开展QC攻关活动，在解决软基地段大直径深孔钻桩方面积累了较多的施工技术经验。在东荆河特大桥完成的钻孔桩中类桩比例在90%以上，无类桩出现，保证了施工质量，也保证了施工进度和生产效益，在相类似的桩基施工中可值得措鉴与推广。参考文献1郭文玉.旋挖钻机在北京城市铁路高架桥桩基施工中应用J.铁道建筑技术，2001，(12)：5-7.2周红军.我国旋挖钻进技术及设备的应用与开展J.探矿工程,2003,(2):18-21作者简介:杨保全(1972-),男，山西方山县人，中铁十局集团第二工程工程技术部，工程师，1998年7月毕业于兰州铁道学院(现兰州交通大学)土木工程系桥梁工程专业，大学本科。联系 ：13781603481，电子邮箱：ybq940836163 。