钻孔灌注桩试成孔总结（共2篇）
1.钻孔灌注桩试成孔总结 篇一
青岛海湾大桥是国家高速公路网青岛至兰州高速公路的起点段, 也是青岛市交通规划中东西岸跨海通道的“一路、一桥、一隧”中的“一桥”。青岛海湾大桥土建工程第十合同段位于位于胶州湾黄岛岸侧, 墩号373#~424#, 全长2550m, 跨径组合为51×50m, 共52排墩。每个墩下设4根直径为1.5m的钻孔灌注桩, 桩长43~54m, 桩基共计416根, 成两排平行布置, 均为摩擦桩, 处于滩涂渔民养殖区。根据地质资料及现场勘测, 淤泥覆盖层较薄, 其下为亚粘土或强风化泥质砂岩, 桩底持力层为弱风化泥质砂岩或弱风化砂质泥岩。胶州湾属规则半日潮类型。青岛长期验潮站实测最高潮位为3.09m, 年平均高潮位1.39m;历史实测最低潮位-3.12m, 年平均低潮位-1.40m;历年最大潮差4.75m, 年平均潮差2.78m;平均涨潮历时5小时39分, 平均落潮历时6小时46分。实测测点最大涨潮流速0.76m/s, ;最大落潮流速0.62m/s。
二、施工组织
1方案的制定
根据不同桩位处的地质特点选用不同的施工方案:⑴373#~404#墩桩基, 采用钢管桩钻孔平台方法进行施工, 平台须牢靠稳定, 能承受工作时所有静、动荷载。在计算栈桥与平台的钢管桩单根轴向极限承载力Pj时, 应考虑桩底端闭塞效应及挤土效应, 这样才能即保证平台施工质量, 又能充分节省施工成本。Pj采用如下公式:Pj=λs U∑τili+λp AσR其中, λs—侧阻挤土效应系数, 对于Φ60cm钢管, λs=1.0, 对于Φ80cm钢管, λs=0.87;U—桩身周长;τi—桩侧第i层土的极限侧阻力;li—第i层土的厚度;λp—桩底端闭塞效应系数, 由于hb/ds>5, λp=0.8λs, hb—持力层深度, ds—钢管内直径;A—桩底投影面积;σR—桩底处土的极限端阻力[1]。同时为提高钢管桩体的刚度及稳定性, 桩体入土达到设计要求时, 将钢管桩内填砂。⑵405#~422#共18个墩位淤泥覆盖层为0.30~0.62m不等, 其下为亚粘土或强风化泥质砂岩, 钢管桩入土困难, 利用褪潮后露出海滩约5个小时的间隙, 采用挖掘机进行基坑开挖, 再沉放钢套箱模板, 然后沉设钢护筒, 砼封底后利用钢护筒作为支撑搭设钻孔平台, 这样既解决了钻孔平台问题, 又利用封底砼解决了钻孔灌注桩串浆现象。⑶423#与424#墩海底与承台顶高程较高, 利用原有码头回填粘土进行筑岛围堰施工。
2钻机的选择
钻机的选择主要按如下原则进行: (1) 孔位处的地质情况等结合各种钻机的适用能力来选择钻机类型, 该海域地质较硬, 入岩达35m以上; (2) 设计钻孔的直径和深度结合钻孔能力确定钻机的型号, 该处钻孔深度都在50m以上; (3) 钻机的选择还考虑工期、效益等因素。该工程主要选用了KP2000高性能回旋钻机, 性能参数如表1。
实践证明该类型钻机成孔率高, 成孔一般在7~10天, 成孔质量较好。
3海水泥浆的应用
(1) 海水泥浆的制备
由于海水对砼及钢筋具有腐蚀作用, 所以钻孔泥浆必须采取措施减少腐蚀。该地域淡水资源匮乏, 若使用淡水配置泥浆, 不但造成水资源的浪费, 而且淡水资源在钻孔高峰时段不能保证施工需要。为此对钻孔泥浆依据青岛海湾大桥土建工程施工招标文件等技术规范进行了专门施工设计, 通过使用增粘剂、分散剂等调配泥浆, 经过反复实验确定海水泥浆的质量配合比为:海水:钠质膨润土:PAC:纯碱=1:0.13:0.0037:0.005。膨润土、PAC主要用于提高泥浆的粘度、胶体率和降低失水率, 纯碱的主要作用是调整泥浆的PH值, 促使砂与泥浆分离。表2为泥浆性能指标。
拌制海水泥浆在钢护筒内完成, 先加水再加膨润土, 同时开动钻机及泥浆循环系统充分循环, 最后加外加剂造浆 (PAC事先充分水解搅拌) , 调整泥浆, 直到检测合格为止。
(2) 海水泥浆的净化与处理
如何使泥浆充分利用且避免污染海域对于海上施工特别重要。考虑到钻孔平台施工的特殊性, 护筒间利用Ф27cm钢管进行串连。钻孔采用正反循环钻进施工工艺, 钻渣的排除采用多级沉淀的方法。首先携带钻渣的泥浆经高压橡胶管进入泥浆分离筛 (分离筛根据成孔的不同阶段, 制作不同网眼规格的筛网, 以满足不同粒径的钻渣排出) 对泥浆进行第一级净化, 分离出的钻渣, 清理到盛渣箱内。在泥浆分离筛的下面放置一台DZX-500泥浆净化器, 将0.074mm以上的颗粒排除, 经净化器处理后的泥浆排到一个沉淀池, 沉淀池顶部设有出浆管。泥浆流入沉淀池后, 泥浆中的钻渣逐渐下沉, 泥浆从沉淀池上部的出浆管中排出至钻孔的邻近护筒内, 当沉淀池沉渣快满时, 用挖机将钻渣清理到盛渣箱内。经过三次沉淀, 然后再补回钻孔内循环使用。施工过程中配泥浆船用于换浆及灌孔排浆, 废弃泥浆用泥浆泵打入运浆车运送到指定泥浆存放地点。该工程建立了完善的环保体系, 确保将青岛海湾大桥工程建设成一条环境无污染、无破坏的高质量水上交通工程。
三、成孔施工关键技术、钢护筒施工关键技术
1钢护筒埋置深度的确定
由于该海域褪潮后护筒内外水头差较大, 钻孔桩钢护筒埋置太浅, 护筒底口易发生串浆现象, 退潮后钻孔示意如图1。
结合土的渗透、管涌的原理, 计算钢护筒的理论埋置深度H采用如下公式:H=k[rm (h1+h2) -rwh2]/ (rdrm) 其中, H为护筒埋置深度, m;K为安全系数, 取为1.5;rm为泥浆比重, KN/m3;h1为超压水头高度, m;h2为水深, m;r为水容重, KN/m3;rd为护筒外河床土的饱和容重, KN/m3。当护筒穿过不相同的土质时, 护筒外河床土的饱和容重rd计算如下:rd= (∑r idli) / (∑li) 其中, r d为几种不同土的平均饱和容重, KN/m3;r id为每种不同土的饱和容重, KN/m3;li为每种不同土的层厚, m[2]。并且护筒尽量深入到透水性较弱的粘土层1m~1.5m, 当河床下无粘土层或护筒沉到粘土层有困难时, 护筒应下沉到持力层。该工程海底强风化泥质砂岩较硬, 钢护筒在实际插打中发现护筒进入强风华岩层2m左右, 无论使用DZ90型振动锤还是DZ120型振动锤插打, 护筒均不再下沉, 护筒若漏浆必须采取其他措施处理。
2钢护筒的插打
钢护筒对刃脚部分包箍加强, 避免在振打过程中发生卷曲变形。钢护筒插打采用50吨履带吊车配合DZ90型振动锤在平台上施打, 振动锤的振动力须大于克服护筒在下沉中土的摩阻力。护筒平面位置的偏差不得大于5cm, 钢护筒的垂直度利用导向架与导向板双重控制, 并用全站仪、水平尺不断校合, 使护筒倾斜度不大于1%。
3成孔工艺参数的选择
成孔工艺参数主要包括钻机钻压、钻机转速、泥浆性能等。在淤泥层、砂土及夹砂层中, 应采用轻压、低档慢速钻进;在粘土层中, 应采用轻压、中档钻进;在强风化岩层中, 应以转速为主, 钻压适当采用低钻压、中高转速钻进, ;在弱风化岩层中, 应高钻压为主, 转速适当;在软硬相间的地层中, 应以低钻压、低转速为主。采用正、反循环钻孔 (含潜水钻) 均应采用减压钻进, 即钻机的主吊钩始终要承受部分钻具的重力, 而孔底承受的钻压不超过钻具重力之和 (扣除浮力) 的80%[3], 使钻杆保持垂直状态, 保证钻孔垂直度, 确保钻头平稳回转, 防止钻杆扭断。由于该海域地层以砂质泥岩或泥质砂岩为主, 因此泥浆中的细砂很容易沉淀下来, 为防止沉淀过厚, 要结合实际控制泥浆的各项指标。
4成孔孔深控制
在控制钻孔深度时, 采用钻杆与测绳配合测锤双重控制。虽然钻杆深度已反映了成孔深度, 但是如在第一次清孔时泥浆比重控制不当, 或在提钻具时碰撞了孔壁, 就可能会发生坍孔、沉渣过厚等现象, 这将给第二次清孔带来很大的困难, 有的甚至通过第二次清孔也无法清除坍落的沉渣。因此, 在提出钻具后要用测绳复核成孔深度, 如测绳的测深比钻杆的钻深小, 必要时重新下钻杆复钻并清孔。同时考虑到常规用的测绳遇水后缩水的问题, 为提高测绳的测量精度, 本工程使用细钢丝绳制作测绳, 并在使用中经常复核, 同时测锤要采用标准测锤, 形状为锥形, 锤底直径为13cm~15cm, 高20cm~22cm, 质量4kg~6kg[4]。
5成孔质量检测
桩基钻孔结束后运用JJC-1D型灌注桩检测仪检测孔径、孔深、倾斜度等, 该仪器利用超声波的发射与接收, 能准确检测成孔各项指标, 能显示图象, 反映成孔质量直观方便。
6成孔注意事项
开孔的孔位必须准确, 在护筒定位后及时复核护筒的位置, 严格控制护筒中心与桩位中心线偏差不大于50mm[5];钻头根据不同地层分别使用四翼笼式钻头及牙轮滚刀钻头, 充分利用它们各自的优点, 使钻孔速度大大提高, 为保证桩基垂直度, 钻头高度要保证1.0m以上;在钻孔排渣、提钻头除土或因故停钻时, 应保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度和粘度。处理孔内事故或因故停钻, 必须将钻头提出孔外;钻孔混凝土灌注桩则是先成孔, 然后在孔内成桩, 周围土移向桩身土体对桩产生动压力。尤其是在成桩初始, 桩身混凝土的强度很低, 且混凝土灌注桩的成孔是依靠泥浆来平衡的, 故采取较适应的桩距对防止坍孔和缩径是一项稳妥的技术措施。若不能实行隔孔开钻, 则相临桩的开钻, 只有在其相邻桩的混凝土浇注完24小时后才能进行;机架基础的安装要牢固, 稳定, 并经常用水平仪检测钻架及钻杆的垂直度, 及时调整;钻头直径的大小将直接影响孔径的大小, 在施工过程中要经常复核钻头直径, 如发现其磨损超过10mm就要及时调换钻头。
四、成孔中的主要问题及处理
1护筒漏浆
该海域396#、420#等墩在成孔过程中出现漏浆现象, 根据不同的原因分别进行了成功处理。
(1) 漏浆的原因
(1) 396#等墩由于地层太硬, 钢护筒无法达到理论埋深, 退潮时护筒内水头过高, 水柱压力过大, 致使护筒刃脚漏浆。 (2) 405#~422#墩钢护筒支撑平台在施工封底砼时, 护筒周围淤泥未清理干净, 从而使得护筒内泥浆与套箱外海水串联起来。 (3) 钻孔附近的振动影响, 致使护筒刃脚处地层发生液化, 导致发生流土、管涌现象。
(2) 漏浆的预防
(1) 护筒与钻孔平台分离开, 钢护筒间自成稳定体系, 削弱平台的振动影响。 (2) 405#~422#墩钢护筒支撑平台在施工封底砼时, 护筒周围淤泥必须清理干净。 (3) 373#~404#墩当钻进至护筒底口1m左右时, 向孔内回填适量膨润土, 将泥浆循环一段时间, 以利泥皮的形成及膨润土颗粒的沉淀, 利用土颗粒的膨胀性堵塞渗透通道。由于该海域地层大部分为岩层且海水比重较大, 只要能满足泵吸反循环, 涨潮时护筒内水位可以没有水头, 实践证明不会出现反串浆和塌孔现象, 因此护筒间的连通管尽可能低一些。
(4) 钻进至接近钢护筒底口1~2m时, 采用低钻压、低转速钻进, 并控制进尺, 当钻头钻出护筒底口2~3m后, 再恢复正常钻进。
(3) 漏浆的处理
(1) 第一种原因引起的漏浆, 常用处理方法有三种:一是采取压注水泥浆法, 钻至护筒底口1m处, 将水灰比为1:1的水泥浆通过钻杆注入孔底, 边注浆边缓慢提升钻头, 这样水泥浆在静压作用下会渗入穿孔处, 硬化后可将穿孔堵住, 并形成一层坚硬的水泥皮护壁。二是采取灌注砂浆法, 用比设计桩径大20cm的钻头钻至护筒底口1m处, 将M15砂浆用水下灌注的方法灌注至护筒底口以上1.0m, 待砂浆强度10Mpa后, 继续钻进。三是护筒跟进的方法, 钻至护筒理论埋深处, 接长护筒沉打至所需标高。 (2) 第二种原因引起的漏浆, 常用处理方法有两种:一是采取压注水泥浆法, 钻至护筒底口处, 将水灰比为1:1的水泥浆通过钻杆注入孔底。二是封堵法, 向护筒内投放粘土, 套箱外壁与基坑用粘土填起来, 以阻断串浆渠道。
2沉渣过厚
(1) 原因分析
(1) 施工中以超钻代替清孔, 导致出现沉渣少的假象。 (2) 清孔不彻底, 检查不认真。 (3) 泥浆指标不合理或新鲜泥浆注入量不足而不能将沉渣浮起。 (4) 清孔合格后待灌砼时间过长, 使沉淀累积。或泥浆粘度小, 使沉淀下沉过快。
(2) 预防
施工中严禁以超钻代替清孔;置换泥浆时须用新鲜合格的泥浆充分置换, 不得使用清水置换;结合实际控制泥浆指标, 根据实践清孔后泥浆指标按如下控制:比重:1.06~1.13;粘度:17s~20s;含砂率:<1%。沉淀下沉较慢;第二次清孔采用在灌注用的导管内安设风管, 利用大型空气压缩机向孔内射风进行气举反循环清孔, 比较快速彻底;钻孔中采用泥浆净化装置循环去砂, 清孔合格后立即组织钻孔桩水下砼灌注, 减少等待时间。
五、结语及体会
海上钻孔灌注桩施工有着受潮汐影响、环保要求高等特点, 滩涂地段的海域其地层又有不同于深海的特点, 钻孔方案的指定、钻机的选择等要因地制宜。钻孔灌注桩成孔施工要结合实际采取可行的技术控制措施。结合本工程桩基成孔情况, 谈一下钻孔灌注桩成孔体会: (1) 确定钢护筒的埋深时应全面考虑各项影响因素, 钢护筒施工要确保其平面位置和垂直度。护筒底口最好不要落在易渗漏的地层上。由于地质条件限制, 有的护筒底口落在易漏地层时, 需采取预处理措施。 (2) 护筒内水头高度即与土层类别和渗水情况有关, 又和泥浆相对密度、成孔方法、钻机类型、护筒埋置深度以及海水涨落等情况有关。桩基自开钻至混凝土水下灌注结束始终要保持一定的水头高度。 (3) 钻孔过程中随时进行桩位复测, 检查孔径、倾斜度以及钻机平稳程度, 防止孔位偏斜, 并做好钻孔记录。 (4) 成孔过程中应对钻具进行1~2次的检修, 目的有三:一是防止发生断杆、掉钻等事故;二是检查钻头的直径尺寸, 钻头在岩层中磨损严重, 如不及时检查补焊钻头, 将导致孔缩径。三是防止由于长时间不提钻, 泥浆将钻头糊严, 在提升钻头时引起钻头以下孔段形成真空状态, 从而造成提升费力, 甚至导致孔壁坍塌现象。 (5) 钻孔应连续进行, 不得间断, 钻孔时要高度重视泥浆护壁, 适时测泥浆相对密度、粘度、含砂率等主要指标。视土质及钻进部位调整钻进速度、泥浆指标等成孔技术参数。 (6) 成孔中漏浆、塌孔等易出现的事故, 应以采取措施预防为主。
摘要：针对青岛海湾大桥第十合同段钻孔灌注桩施工特点, 叙述该海域钻孔方案确定、钻机选择、海水泥浆应用等施工组织, 介绍海上钻孔灌注桩成孔施工中护筒埋设、钻进等技术, 并对钻孔灌注桩成孔施工中的事故及质量问题进行了分析, 提出了解决方案。
关键词：钻孔灌注桩,成孔,组织,技术
参考文献
[1]凌治平、易经武主编:《基础工程》[M].北京:人民交通出版社, 2003
[2]高大钊、袁聚云主编:《土质学与土力学》[M].北京:人民交通出版社, 2001.3
[3]JTJ041-2000《公路桥涵施工技术规范》[S].北京:人民交通出版社, 2000
[4]山东高速集团青岛高速公路有限公司.《青岛海湾大桥土建工程施工招标文件》 (技术规范) [M].2007.2
2.钻孔灌注桩试成孔总结 篇二
【关键词】强造斜;大口径;灌注桩;成孔工艺方法
1.工程概况
长沙三汊矶湘江大桥是长沙市二环线北段跨越湘江的特大桥，全长1577米，桥面净宽29米，双向六车道，设计时速60公里/小时。主桥采用主孔跨径328米，边跨132米，两对称分布的自锚式悬索桥方案，建成后将成为国内跨度最大的自锚式悬索桥。大桥1#墩基础为φ3500mm钻孔灌注桩，桩长为41.8m；3#墩基础为φ3500mm钻孔灌注桩，桩长为43.5m。地质情况比较复杂：护筒以下2～10m左右是淤泥、细砂等典型滩涂淤积形成;中间夹杂部分不透水粘泥层;10～27m左右为卵砾、砾石、卵石和粗砂，该层中含大量粒径在25～30cm的漂石，在该层中反循环钻进经常发生堵管，排除堵管较烦锁，影响施工进度。
2.施工工艺和设备的选择
2.1施工工艺的选择
根据地质资料，钻孔灌注桩施工采用回转钻进，泵吸反循环成孔。
2.2钻孔机具的选择
考虑到本工程施工桩孔口径大，桩尖嵌岩深度大等问题，要求选用的钻机必须具有足够大的扭矩，钻机的扭矩是影响钻孔施工进度的关键因素。为此，我们选用江西金泰机械有限公司的GW-35B型钻机。该钻机成孔能力为φ3500mm，转盘扭矩为210KN.m，油缸最大提升力为1200KN，钻机成孔深度h=80～100m，气举或泵吸反循环装置兼备。
上部覆盖层采用四翼刮刀钻头，该钻头有四枚阶梯形垂直切削齿，切割度大，排渣导流性能好、强度高，导向性能好，钻进砂砾层非常有效。下部基岩采用焊齿滚刀钻头钻进，钻头配30t配重块，以防止孔斜与提高钻进效率。
3.钻孔
3.1开钻前的准备
由于钻机自重大，主机、钻具总重接近100t。钻机安装在道轨上，道轨下铺设道木。由于桩孔直径为3.5米，道轨对护筒两边的土侧压力很大，不加固处理，遇水软化，极易坍塌。为防止坍塌、沉降量过大造成钻孔事故，采用护筒四周开挖一定宽度和深度的土，浇以砼来代替，有效地加固了井口。在护筒上做好标记，保证钻孔中心不变，钻机对中整平稳定后，以红油漆标好钻机在道轨上的前后位置，方便走机换钻头后能回到同一位置。
3.2泥浆配制
在反循环成孔施工中，泥浆的主要作用是护壁和润滑。泥浆的护壁原理是通过孔内水位和泥浆浓度高于外部，产生正压力作用来实现的，泥浆中悬浮的阴性材料颗粒与孔壁土壤阳性颗料发生离子交换，泥浆颗粒吸附在孔壁上形成泥膜护层。地质资料显示，1#墩第四系残积亚粘土层厚，造浆能力极强，可利用地层造浆。3#墩砂层厚，地层无造浆能力，采用膨润土造浆，同时加入纯碱对膨润土进行钠化改良。泥浆比重控制在1.10左右，粘度在20~25秒左右，PH值在8~10左右，处于碱性，能提高膨润土的分散度。具体配比如下：每百立方米泥浆用膨润土6t，工业用纯碱500kg，新型增稠剂聚丙烯酰胺100kg。按以上指标控制泥浆性能，使泥浆具有一定的液柱压力，以达到平衡孔壁外围地层压力，稳定孔壁，满足反循环施工工艺的要求。
3.3钻进
钻进技术参数常规值为：钻压：10KN~20KN/每把滚刀；转速：6~8r/min；开孔钻进，轻压慢转，以保持钻具的稳定性和导向性。亚粘土层保持低转速慢进尺，造好浆备用，卵砾层中保持低转速快进尺。换滚刀钻头后，加配重30t，钻头自重15t，钻头有23把刀，每把刀的钻压为20KN左右，比较理想，能使钻机最大限度发挥效能。因为设计嵌岩深度大，弱风化板岩加微风化板岩深度在10~17米深，对钻头的磨损比较大，易造成缩径，我们采用高强耐磨钢块，中间刨槽镶入硬质耐磨合金，以电焊堆满焊牢，有效地保证了岩层中的桩孔直径，同时有效保证了孔壁的顺滑，确保钢筋笼的顺利安放。整个钻进过程中，要保持一定的水头高度，防止因水头高度落差太大而塌孔。值得一提的是在1#墩第四系残积亚粘土层中钻进时，因该层呈硬塑-坚硬状，夹有砾卵石和风化岩块，且该层厚度较大，是全孔钻进中用时最多，四翼刮刀钻头磨损最厉害的地层，钻进中还出现钻头咬入地层而不能回转，以后可考虑在残积胶结土层中采用三翼刮刀钻头。设计要求桩尖嵌入微风化板岩层在4~6米之间，由于该层质地坚硬，对焊齿滚刀钻头磨损大，滚刀刀齿极易崩裂（高齿滚刀），后来改用低齿滚刀就好得多。
3.4桩身垂直度控制
造成钻孔弯曲的根本原因是钻具轴线偏离钻孔轴线。板岩属变质岩，而钻具在变质岩中钻进时的弯曲强度最大，据地质资料反映，地层倾角为45~70o，且有多层软硬互层，极易产生钻孔向垂直于层面的方向弯曲。地质因素是客观存在的，只能通过工艺技术措施来减弱甚至抵消它的促斜作用。我们的应对措施是将钻头导正体加长到1.2米（滚刀钻头），在钻头与配重块之间加钻孔导正圈，导正圈可以减小下部钻具的倾斜角和增斜力。加入30t配重塊，尽量使钻头的重量达到理想状态，形成“钟摆式”钻具结构；另外，加大钻头的质量（可在钻头腹腔中加入铸铁块），也可增大减斜力；钻具法兰螺栓连接采用双螺帽紧固并拧死，既有效提高了钻具的刚度，减小了钻孔弯曲强度，又防止掉钻头等事故。进入倾斜岩层时，在保证悬吊钻进的前提下保证孔底有最大的钻压，利用钻头自重防止钻孔沿层面倾斜。
4.清孔
清孔的目的是降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标，满足施工规范要求；清除钻渣，减少孔底沉渣厚度，防止沉渣过厚而降低桩的承载力，同时为灌注水下砼创造良好的条件。施工中我们采用二次清孔法：第一次清孔是在钻进达到设计孔深后，将钻头提高孔底20cm左右，用泥浆分离器泵吸反循环加清水清孔；第二次清孔是在钢筋笼下放完毕后，用空压机通过导管进行气举清孔。二次清孔可以有效控制沉淀层厚度，保证钻孔桩的成桩质量。
5.结语
在公路桥梁基础施工领域中，钻孔灌注桩基础已占据了重要地位，并向大直径、多样化方向发展。陆上大口径钻孔桩成孔工艺的实践成功，为我们在大口径钻孔领域积累了宝贵的资料和经验，为我们以后往水上超深大口径发展奠定了基础。■
【参考文献】
［１］长沙三汊矶湘江大桥工程1#、3#墩一般构造图.
［２］长沙三汊矶湘江大桥钻孔柱状图.
［３］公路桥涵施工技术规范.