米直径钻孔桩施工技术.doc

2.5m直径钻孔灌注桩施工技术
中铁十三局一公司 韩光明
[接要]：本文具体介绍了2.5m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解决等施工技术难题，为类似施工提供借鉴之处。
[关键词]：2.5m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协议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2×40m+12×50m;右幅为2×40m+2×50m+3×40m+2×50m+2×40m+5×50m。全桥共计54根钻孔灌注桩，桩基设计规定：直径2.5米,最大桩长32米,桩底位于中粗砂地层中,通长钢筋笼,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
2.1地层简述
一层：0-0.5m 人工填土。
二层: 0.5-4.5m 亚粘土,黄色,湿硬型状态。
三层: 4.5-12.0m亚粘土,灰色,湿,可塑状态。
四层: 12.0-16.5m亚粘土,灰色,湿,可塑状态,含云母。
五层: 16.5-17.3m 亚粘土,灰色,稍湿,硬塑。
六层: 17.3-19.0m 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:19.0-29.9m中砂,灰色,稍湿,密实-极密状态,成分重要为石英、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）。
2.2.施工重要难点
(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)旋转钻机穿越砾石，铁板砂层
(4)化学泥浆无公害解决
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初次采用了一些施工方法来解决这些问题。
2.3钻机改造技术
2.3.1.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GM—20型钻机，一种为GPS—15型钻机，从型号可以看出此两种型号的钻机，均需要改善，并辅以相应的施工工艺才干进行2.5M钻孔桩施工。改造钻机的原理为减少电机转速，增长扭距，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,使用的重要钻孔设备见表1
重要钻孔设备 表1
序号
名 称
型号
数量
1
钻 机
GM-20
1
2
钻 机
GPS-15
2
3
钻 头
LY-1
6

2.3.2加工特制钻头
加工锥形刮刀钻头4个,合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个合用于卵石、砾石，加工一个球齿滚刀钻头1个，合用于岩石（铁板砂）层。
2.4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。
2.4.1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。
2.4.2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，避免反复破石率；
(3)在钻机的工作能力下，尽也许加大有效钻压，宜控制在90%-95%左右，作用于钻头上的压力不少于400KN；
(4)保持1.0m/s的线速度,就是说钻头转速为6r/min最抱负；
(5)采用少吃多餐的钻进技术,保持80mm/h左右的进尺速度；
(6)增长泥浆流量,将岩石碎块及时排出孔外。
2.4.3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，成分重要为石英、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，导致钻孔时软硬不一，易使钻头向软弱的砂砾层方向顷斜，导致孔斜，给后续的钻进导致很大困难，且不能满足规定，施工中采用措施如下：
(1)大配重，减压钻进，控制进尺速度
(2)在钻头上方及钻杆中间分别安装稳定器
2.5泥浆系统的管理技术
本地区处在哈尔滨市郊区，桥位处为农田，马家沟河从9#墩及10#墩之间穿过，流向市区，对环保规定高。同时由于地层中的粉细砂层较厚，对泥浆性能规定高，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规定。
2.5.1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相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 0.5kg，水1000kg。通过多次试配，实际施工中所用的常用泥浆配合比见表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
4.5
0.6
1000

2.5.2泥浆的循环
泥浆除循环与孔位通过地沟连接外，其余部分所有采用管道化运送，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

2.5.3废泥浆的无公害解决
(1)运用沉淀池（自然沉淀法）从排渣口出来的泥浆一方面进入沉淀池，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，使泥浆反复使用的次数增长很多，从而大大减少了废浆的产生。
(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175m3。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，施工中靠这些泥浆解决方法，现场向外没有运送一车废泥浆，取得了满意的效果。
2.6钻孔桩封底
2.5m钻孔桩灌注水下砼时封底是关键，与我们平常施工的Φ1.5及Φ1.2钻孔桩有很大区别。由于导管口距离孔底为20cm—40cm米时，要保证第一次埋管深度达成1米以上，第一次灌注砼量必须达成7m3以上。
2.6.1设计一个大的料斗，容积为4.5m3，此储料只在第一次灌注砼时使用，封底成功后，改成1.5m3的小储料斗，保证灌注提高方便。
2.6.2用2台6m3砼搅拌运送运送灌砼，第一次灌砼时，两台车装满料后就位，当打开大储料斗止水阀门开始灌注水下砼的同时，有一台搅拌运送车向储料斗里倾倒砼,速度应使储料斗基本处在满料状态。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。
2.6.3两台运送车及储料的砼总量为16m3达成了良好的封底效果，封底完毕后，移去大储料斗换上小储料斗可正常进行水下砼灌注，运送设备同样用2台砼搅拌运送车。
3.施工总结
由于我局没有φ2.5m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,很好的完毕黎明站分离立交桥2.5m钻孔桩施工任务，摸索出一些好的施工经验还是在此后施工中值得推广的。
3.1钻机的改造技术
我们现有的1.5m以上钻机经改造后均可用于2.5m钻孔桩施工 ，改造可从两方面入手，一是保存原钻机的钻架，更换大功率电机；二是减少原电机转速，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），通过减少原钻机转速来提高扭距的办法略显局限性，钻进速度明显减慢，此后碰到此种地质应更换大功率电机。
3.2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，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。
3.3导管直径的大小对孔底沉碴的影响
　　2.5m钻孔灌注桩,钻孔及清渣完毕后,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长。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成了0.8m左右，对于摩擦桩，虽然基本能满足规范规定，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，解决沉渣效果更加明显，沉渣厚度基本在10cm左右，甚至达成了零沉渣。
4.结束语
4.1本工程通过东北林业大学实验中心超声波检查及应力波，完全满足设计及施工规范规定。
4.2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。
4.3本工程解决了小钻机进行大直径钻孔桩施工的成孔技术。
4.4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。
4.5本工程解决了泥浆无公害解决技术。
4.6为本桥创优质工程奠定了基础，哈双高速公路全线质量目的是“四省”质量争第一，全线创国优，本桥A类桩比例为92.6%，超过创国优规定的不少于85%的标准。

2.5m直径钻孔灌注桩
施工技术

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