沙漠地区桩基础施工工法.doc

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沙漠地区旋挖钻孔灌注桩施工工法
GGG（湘）C1—2010
1 前言
沙漠地区基本地质上层是风积沙，厚度达几十米，往下是沙砾层等，桩基设计一般为摩擦桩。沙层的稳定性较差，土质粘结性差，钻孔过程中易塌孔，成孔后沉渣清理困难，因此桩基础施工的难度很大，施工质量难以保障。
内蒙古鄂尔多斯市沿黄公路树独段沿线有多座桥梁在沙漠地区，设计桩长40～82米，桩径1.2～2.0米。施工初期存在成孔过程中经常坍孔、沉渣过厚、清理困难等问题。鉴于上述情况，我们通过大量的现场试验，总结了一套沙漠地区旋挖钻孔灌注桩的施工工法。
2 工法特点
沙漠地区旋挖钻钻孔灌注桩施工工法具有以下特点：
2.1 成孔速度快。成孔时间越长，塌孔风险越大。采用旋挖钻钻进速度快，一般70～80m深的孔只要15个小时左右即可成孔，这样不但可以缩短桩基施工时间，加快施工进度，而且大大降低了塌孔风险。
2.2 表层风积沙水夯密实。沙漠风积沙表层松散、自身稳定性较差、土质粘结性差，不能有效地维持孔壁自身的稳定，钻孔时极易塌孔；而且泥浆在干燥、松散的沙层中流失速度快。因此在钻孔前应将桩位地基灌水夯实，至上部周围沙层紧密、沙层湿透为止，增加孔壁的稳定性，一般水夯持续2周左右。
2.3 换填施工平台：直接在风积沙上埋护筒钻孔，护筒底部容易淘空，护筒下沉；如不处理施工场地，材料不易进场，设备难以稳定。因此桩基施工前应先换填处理施工场地形成稳固的施工平台。
2.4 采用以膨润土为主要材料的混合型泥浆，成孔后旋挖钻头直接掏渣清孔，一般不需要二次清孔。
3 适用范围
沙漠地区的风积沙地质钻孔灌注桩施工。
4 工艺原理
针对沙漠的特殊地质结构，采用水夯固结沙层，地表换填泥结砂砾形成稳定的平台，旋挖钻快速成孔减少孔壁暴露时间，混合型泥浆加强护壁等方法，以解决沙漠地区风积沙地质桩基施工中容易出现的塌孔、沉渣清理、泥浆外渗等问题，提高桩基成功率。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1 场地平整
用推土机（或装载机）将桩位周围沙丘整平。
5.2 水夯处理风积沙
灌水夯实可以使上部沙层紧密，增加孔壁的稳定性，并减少泥浆流失。施工时在桩位范围下挖30～50cm深积水坑，灌水夯实，保证上层紧密，整个沙层湿透，一般水夯2周左右。

图1 水夯处理风积沙

5.3桩基施工平台处理
施工前应根据地面标高，在桩顶换填4～5米泥结砂砾层，用压路机分层压实，形成稳定的持力层，保证设备安全运行和材料进场。

图2 换填施工平台

5.4 埋设护筒
护筒用1cm厚钢板卷焊，直径比桩径大20cm，长度一般4～6米。护筒埋设采用挖埋法，周围用粘土掺少量膨润土回填紧密。
5.5泥浆配制
沙漠地层以风积沙为主，下层一般有粉（细）沙层、卵（砾）石层、粘土层，施工用钠质膨润土、烧碱、羧甲基纤维素配制混合型泥浆。在加膨润土粉前，先将烧碱（NaOH）溶解在小容器里再泼洒在泥浆池里搅匀，用PH试纸检验，将泥浆池的水酸碱度调至10～11；再加膨润土，使用比例为：水：膨润土=10：1（重量比）；然后加纤维素，掺量为膨润土的0.1%。按上述要求配置的泥浆，比重为1.05左右 ，粘度为20～26Pa·s，胶体率可达到98%，泥皮厚≤2mm/30min。在有流沙层时，需加大泥浆比重，加大膨润土用量，使用比例为：水：膨润土=9：1，泥浆比重为1.05～1.06。按上述配比配制的泥浆，悬浮能力强，携砂效果好，稳定性强，钻完后粉细沙不易沉淀下来，这时泥浆相对比重达到1.10～1.25。调制泥浆设备有冲浆机、搅浆机，根据使用情况，搅浆机能使膨润土颗粒充分溶解，泥浆搅拌均匀，效果比冲浆机好。
图3 搅浆机制泥浆

本工法泥浆比重、粘度指标比规范略大，根据实际施工情况，通过填高施工平台抬高灌注高度后，不会影响混凝土的顺利灌注。在试验阶段时，成孔阶段泥浆比重控制在规范（1.03～1.1）范围内，泥浆携带的粉沙下沉缓慢，清孔阶段时间长，需要二次清孔。泥浆护壁效果不好，孔壁稳定性差，成孔、灌注阶段易塌孔，特别是二次清孔时无论用正、反循环、气举反循环清孔，都容易造成塌孔。按上述工法施工，成孔后泥浆稳定性好，30小时内沉渣厚度为15～20cm，一般不会超过30cm，能满足摩擦桩的沉渣厚度要求，一般不需要二次清孔。

图4 试验室泥浆试验

图5 试验室泥浆试验

5.5钻进
根据孔径、孔深，选用相应型号的旋挖钻机；钻孔时控制好钻杆垂直度；在不同的地质调整旋挖钻机钻杆的进尺速度、拔杆速度。控制钻进速度，风积沙区钻进18～20转/min，黏土层速度可以适当快些，达到24转/min，钻头经过卵（砾）层时要放慢速度，尽量减少对孔壁的扰动。拔杆时初期速度适当放慢，让下面及时回浆，减少钻头下负压。钻孔时根据孔内水头下降情况，及时补浆，保持孔内水头高度。
图6 旋挖钻成孔

5.6 清孔
成孔后静置30分钟，使大颗粒钻渣沉淀下来，用旋挖钻机掏渣清孔。一般用此方法清孔后，30小时内沉渣厚度能保持在30cm以下，不需二次清孔。
5.7 吊放钢筋笼
为了加快下钢筋笼的速度，减少孔壁暴露时间，降低塌孔风险，钢筋笼主筋建议使用直螺纹套筒连接。钢筋笼应居中轻放，减少对孔壁的破坏。
5.8 混凝土灌注
采用导管法灌注混凝土，浇筑时灌注高度应高出桩顶4米以上，保证导管内混凝土压力，并控制好灌注速度。

图7 施工作业程序

图8 钻孔灌注桩施工工艺流程图

6 材料与设备
6.1 项目上使用的主要机械设备（表1）
序号
机械设备
规格型号
数量
备注
1
旋挖钻
SYR250、NR2206
4台
根据桩径选用
2
制浆机

2台

3
洒水车
东风
2台

4
挖机
Pc200
2台

5
压路机
18t
1台

6
装载机
ZL50
4台

7
推土机
D85
1台

8
自卸汽车
15吨
6台

9
汽车吊
25吨
4台

10
混凝土罐车
10m3
6台

11
砼拌和楼
HZS50型
2座

6.2 项目上使用的主要材料
钠质膨润土、烧碱、羧甲基纤维素、机井水、彩条布、成品钢筋笼、C25砼。
7 质量控制
7.1 换填厚度4～5米，平台灌水夯实时间持续2周以上。
7.2 平台高度高出桩顶4米以上。
7.3 泥浆应严格按照设计配合比配制，以保证酸碱度、比重、粘度等指标满足要求。
7.5 施工过程中及时补充泥浆，保持孔内水头高度，防止孔内压力小于孔外压力而塌孔。
7.6 施工应连续，减少停顿时间。停顿时间过长，孔壁结构破坏，易造成坍孔、沉渣过厚。
7.7 吊放钢筋笼时注意居中，速度平缓，尽量减少对孔壁的破坏。灌注时控制好砼的和易性，及时拔导管，导管埋深控制在2～6米，尽量不超过6米，以减少混凝土顶升的阻力。混合型泥浆比重大时，翻浆困难，因此在混凝土灌注后期应提高混凝土的下落高度。
8 安全措施
8.1 场地清理范围比正常宽，以施工期间流沙不影响平台施工为准。
8.2 严格用电管理，施工电线、电缆架空，以防被流沙淹没、漏电。
8.3 大风、沙尘暴天气不得吊放钢筋笼。
8.4 沙尘天气工人上岗应戴口罩和护目镜，不中断正常施工。
8.5 泥浆池周围注意防护。
9 环保措施
9.1 平台土、钻渣集中运到弃土场。
9.2 泥浆循环利用，施工完后让其自然蒸发干，余料集中处理。
9.3 施工完后包装袋、彩条布、剩余造浆材料，及时清理、回收处理。
9.4 施工机械注意保养，维修时将油料、废水收集集中处理。
9.5 工地经常洒水，降尘降沙。
10 效益分析
内蒙古鄂尔多斯市沿黄一级公路树独段罕台川特大桥沙漠桩基础施工，应用本工法，泥浆外渗量较少，能循环重复利用，成孔成功率100%，节约工期52天，并大幅地降低了钻孔的成本。
11 应用实例
内蒙古鄂尔多斯市沿黄一级公路树独段一标262根桩、二标225根桩等均应用本工法，取得了良好的效果。

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