大直径钻孔桩施工工艺和质量控制处理

1、大直径钻孔桩施工工艺和质量控制处理摘要：本文介绍了大孔径钻孔桩施工工艺，阐述了其中的施工注意事项，供大家参考。关键词：大直径钻孔桩施工工艺 钻孔工艺 灌注混凝土1 前言 配合大直径连续结构的下部基础工程，根据河床地质情况，目前国内除少数采用管桩或沉井基础外，多采用大直径钻孔桩型式。本文就中山市某大桥施工经验、采用新技术、新工艺，重点介绍大直径钻孔桩的施工工艺。 2钻机的选型及成孔工艺 21钻机的选型 根据桩长、桩径及桩位处的地质情况(较厚的弱风化砂岩、泥岩)，选择钻机的技术指标应达到如下要求： 钻机成孔直径D20m； 钻孔成孔深度h=70100m； 钻机扭矩M80KNM； 正反循环钻机。 工地

2、选择了大功率、自动化程度高的ZSD2000型正反循环钻机两台；GF200型正反循环钻机两台；郑州QJ250型钻机一台；气举设备三套；并配有三翼高强度切削钻头和牙轮组合钻头。 22 护筒埋设 由于桩长长，桩径大，桩位上部土层为易坍落的粉土，采用深长厚壁钢护筒。护筒尺寸为： 24m、6=14mm、L=8m，为防止在成孔过程中护筒沿孔位向下移动，所有护筒均采用振拔机振动下击入土层中，穿过钻孔上部易坍落的土层，以增大护筒与外侧土的摩阻力，减小对护筒底口原状土的扰动。 23 成孔工艺及成孔监控 231成孔工艺 根据钻孔桩桩位处的地质构造情况，地质层属复杂坚硬类型，加之钻孔深度深；桩径大；成孔困难，根据上

3、述情况，经过详细研究，结合工地的设备状况，决定采用正反循环相结合及气举式反循环成孔工艺进行大孔径、深桩长的钻孔桩钻孔施工。 大口径正循环钻进中，钻具与孔壁的环状空间断面尺寸大，泥浆泵的泵量有限，泥浆上返速度很低，因此，钻渣在孔底必须充分破碎后才能被排除。这会带来四个问题：一是充分破碎钻渣要消耗较多的能量和时间，影响钻进效率并加快了钻头磨损；二是细小钻渣很难在沉淀池沉淀并加以消除，泥浆用量大；三是在泥浆上返速度不大的情况下，只有增大泥浆粘度和密度才有利于上返钻渣，这也会在孔壁形成很厚的泥皮，增大清孔工作量，影响桩的承载力；四是钻进速度慢，工期长。而泵吸式反循环成孔只对35m 以内的浅孔效果较好，

4、不适合钻深孔桩。 根据上述分析， 工地拟采用如下方法进行钻孔施工：钻孔上部15m 内采用正循环成孔工艺；15m70m深度采用气举式反循环成孔工艺进行本桥大桩径钻孔桩施工。 气举式反循环工作原理是利用气泵实现泥浆反循环的，如图1所示。 压缩空气通过供气管路送至孔内并上移、膨胀，形成一种密度小于下部泥浆的液气渣混合物， 并在钻杆内外压力差和压气动量的联合作用下，沿钻杆内孔上升，带动钻杆内孔下部泥浆和钻渣一起向上流动至沉淀池，空气逸散，钻渣沉淀，泥浆回流孔内。气举式反循环形成的条件是：空气送入水下一定深度，在钻杆内外形成足够大的反向压力差。如图1所示，钻杆内上部气液固混合物的容重为Y ，钻杆下部及外

5、部液体容重为Y 作用于送气管出口处的导管内外压力差P为： 由于压力差AP和高速喷出并迅速膨胀的压气动量的作用，驱动钻杆内的液体沿导管外空间下流，沿导管内上流，形成连续的反循环。由上式可知，减少Y (通过增大送气量)，将会提高驱动气举反循环的压力差P，从而影响气举反循环钻进能力和效率。 气举式反循环成孔必须下端钻锥钻杆埋入泥浆中一定深度，即在孔底泥浆的压强和钻杆底泥浆、空气混合体的压强基本相同的条件下，才能吸引浆渣上升。 根据公式H(LH) H-一钻杆、钻锥埋入泥浆最小深度；I一水龙头出水管口至加配重钻杆(钻锥)长度205m：a 排泥管出口处高于井内水面的高度，一般为1015m，取15m；Y、Y

6、 2、Y厂为水、泥浆和泥浆与空气的混合体比重Y=10，Y =110，Y 3=06。 计算得H(205一H)06+15 (11010)(110-06) H 1132m 基于上述原因，经技术小组研究，本桥采用先正循环钻进15m，再反循环钻至孔底的成孔工艺。 图1 气举式反循环成孔工艺原理图 232钻进注意要点 钻孔应连续进行，不得中断；保持足够的水头压力，防止钻进过程中坍孔。根据不同的地质情况，调节钻机进尺速度，以及更换相适应的钻头。 保持减压钻进，采用拉力计进行自控，以保证成孔垂直度。 233泥浆要求 在钻孔前应制备足够的优质泥浆，泥浆的性能和指标是成孔质量的重要因素。泥浆的含砂率高则成孔效率低

7、，沉淀层厚；泥浆的粘度和胶体率过低则护壁效果差，沉淀厚。因此选用塑性指数大于25、粒径小于0O05mm、颗粒多于总重50的粘土制浆，并在泥浆中添加03NaOH，和01CMC，改善泥浆性能。015m钻孔深度内钻进过程中入孔泥浆指标满足表1；1570m钻孔深度内钻进过程中入孔泥浆指标满足表2： 表1 正循环泥浆性能指标 工序相对密集粘度（Pa.S）含砂率（%）胶体率（%）失水量（Ml/30min）泥皮厚（mm/30min）酸碱度（PH）钻孔中1.21.451928496152810 表2 反循环泥浆性能指导 工序相对密集粘度（Pa.S）含砂（%）率胶体率（%）失水量（Ml/30min）泥皮厚（mm

8、/30min）酸碱度（PH）钻孔中1.061.102028495203810清孔后1031.05222519915279泥浆在现场的制浆池内制备，分两个泥浆池分别进行正循环和反循环成孔泥浆的制备。泥浆池与沉淀池之间设泥浆回流槽，使沉淀完的泥浆能自动流回储浆池。储浆池内的泥浆用泥浆泵送入钻孔内。 234清孔 清孔的目的是抽换原钻孔内泥浆， 降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标，满足施工要求。清除钻渣，减少孔底沉淀层厚度，防止桩底存留沉淀过厚而降低桩的承载力。在钻进达到设计孔深后，将钻头提高至孔底20cm，利用空气压缩机气举抽渣换浆清孔，用泥浆泵抽新泥浆补充孔内泥浆，清孔时间为20cm左右。清孔

9、后孔内泥浆指标满足表1要求。 235 终孔检验 终孔后用卷扬机滑轮系统起吊孔规入孔，并徐徐下降至孔底，用来检验孔深、孔径以及成孔倾斜度(孔规为长度10m，直径为20m 的钢筋笼，钢筋笼纵向每隔2m 焊接十字支撑筋以增加孔规的刚度)。孔规顺利到达孔底，孔深(测绳长加孔规长)合格，倾斜度(孔规吊点的铅垂线与孔规在孔内任意位置的吊绳偏移)合格，说明成孔合格，钢筋骨架能顺利入孔。 3 钢筋笼吊装 钢筋笼分段加工成型，每段长度58 m。为防止钢筋笼变形，每隔2 m设加劲钢筋圈与主筋焊接。混凝土保护层每隔2 m一个断面，在主筋上焊3个支撑钢筋。吊环必须用I级钢筋，其直径和焊接质量要有充分保证，防止钢筋笼掉

10、入孔内。吊环的焊接位置以不影响两个钢筋笼连接为宜。超声波检测管用壁厚35 mm、直径50 mm的无缝钢管制作，将其固定在钢筋笼上。检测管接头及底部用壁厚65 mm钢套管密封好，顶部用木塞封住，防止砂浆、混凝土、杂物堵塞管道，由起重机吊装钢筋笼。吊装过程中钢筋笼不能变形，并保持垂直下落，防止碰撞孔壁，引起坍塌。第一节钢筋笼吊人孔内，将钢管穿过吊环，担在孔口，起吊第二节钢筋笼。钢筋笼轴线要对准，焊接质量应符合规范要求。钢筋单面焊接焊缝长度为lOd，双面焊接焊缝长度为5d，同一截面钢筋焊接接头应错开。焊接完毕绑好箍筋，起吊钢筋笼，抽 出钢管直到钢筋笼吊装完毕。但是，无承台单桩桩顶与墩柱连接为9O0变

11、截面，桩顶以下1 m范围内，钢筋笼截面应逐渐变为墩柱钢筋笼截面，此段箍筋要加密，间距10 cm。 4 灌注水下混凝土注意事项 41 断 桩 411 断桩产生的原因 断桩是泥浆沉淀物在混凝土内形成的夹层，其强度远低于混凝土的强度。它由多方面原因引起：导管漏水，导管破裂、接头密封不严；卡管，石子粒径过大、混凝土坍落度太小、水泥受潮结块、混凝土发生离析；混凝土终凝，材料不足、天气影响、机械故障、停电等使导管在混凝土中停留时间过长，在灌注混凝土时受阻，提升导管脱离混凝土。以上这些情况都可能引起断桩。断桩是桩基础最严重的质量事故，应加以杜绝。当发生混凝土卡管时，应在导管上捆梆附着式振动器或插入型钢疏通，

12、振动或疏通时上下小幅度移动导管。 412 断桩处理 当在地下水位以下发生断桩时，应回填桩孔，在原桩两侧各做一钻孔灌注桩，再施工承台。此时承台配筋、桩基配筋要重新计算确定。当在地下水位以上发生断桩时，应抽出孔内存水，人工凿毛桩顶，按挖孔桩浇筑混凝土。在情况允许时，拔出导管放人球塞重新灌注混凝土。 42 混凝土强度 该桩基混凝土强度等级C30。水泥为425的普通硅酸盐水泥，水泥受潮或存放时间超过3个月应重新检验使用。施工配合比要准确，碎石颗粒级配良好，粒径24cm，细集料采用级配良好的中砂，水为饮用水。坍落度控制在1822 cm。施工时要注意因温差而导致混凝土开裂。对水泥凝结时间要经试验确定。并根据施工和凝结时间确定是否加缓凝剂。灌注到最后阶段应将导管慢速拔出，防止形成泥心。 43 浇短桩头 由于桩孔内沉渣存在于混凝土表层，随着混凝土的增高，沉渣聚集在桩头位置，使量测结果有误，发生浇短桩头。为防止浇短桩头，混凝土灌注要高出桩顶设计标高051 m。灌注到最后阶段，混凝土自由下落的压力减小，孔内水的比重增大，导管内混凝土会出现滞留情况，此时不能误认为卡管，应小幅度上下