25米直径钻孔桩施工技术

1、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 ：本文详细介绍了 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处 理等施工技术难题，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 合同段的黎明站分离立交桥，位于市动力区乡东升村，跨越拉滨铁路黎明车站。桥梁孔跨组合为：左幅2 X 40m+12 X 50m;右幅为2 X 40m+2X 50m+3 X 40m+2 X 50m+2 X 40m+5 X 50m。全桥共计 54根钻孔灌注桩，桩基

2、 设计要求：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

3、 层。七层 :19.0-29.9m 中砂 ,灰色 ,稍湿 ,密实 -极密状态 ,成分主要为石英、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. 施工主要难点专业资料(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) 化学泥浆无公害处理由上可见，该桩基工程所面对的技术问题是围广、难度高，为了解决这些问题，施工中从理论到实践首次采取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，一种为生产的GM 20型钻机，一种为GPS15

4、型钻机，从型号可以看出此两种型号的钻机，均需要改进，并辅以相应的 施工工艺才能进行2.5M 钻孔桩施工。改造钻机的原理为减少电机转速，增加扭距，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，使用的主要钻孔设备见表1主要钻孔设备 表1序号名称型号数量1钻机GM-2012钻机GPS-1523钻头LY-162.3.2加工特制钻头加工锥形刮刀钻头 4个,适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个适用于卵石、砾石，加工一个球齿滚刀钻头1个，适用于岩石(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

5、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，避免重复破石率；(3) 在钻机的工作能力下，尽可能加大有效钻压，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 最理想；(5) 采用少吃多餐的钻进技术 ,保持 80mm/h 左右的进尺速度；(6) 增加泥浆流量 ,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

6、桩 19m 以下的土层中的砂砾层密实一极密状态，成分主要为石英、 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，造成钻孔时软硬不一，易使钻头向软弱 的砂砾层方向顷斜，造成孔斜，给后续的钻进造成很大困难，且不能满足要求，施 工中采取措施如下：(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于市郊区，桥位处为农田，马家沟河从9# 墩及 10#墩之间穿过，流向市区，对环保要求高。同时由于地层中的粉细砂层较厚，对泥浆性能要求高，施工中 以化学泥将护壁为主，采用泵送泥

7、浆至桩位的循环系统来满足施工及环保要求。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对应于不同的地 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 , CMC0.5kg，水1000kg。经过多次试配，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)854.50.610002.5.2泥浆的循环泥浆除循环与孔位通过地沟连接外，其余部分全部采用管道化运输，在直线段般采用钢管，曲线段采用软管

8、，泥浆循环系统见图1泥浆泵2.5.3废泥浆的无公害处理(1) 利用沉淀池(自然沉淀法)从排渣口出来的泥浆首先进入沉淀池，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，使泥浆重复使用的次数增加很多，从而大大降低了废浆的产 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，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，施工中靠这些泥浆处理方法，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1.

9、5及1.2钻孔桩2.5m 钻孔桩灌注水下砼时封底是关键，与我们平常施工的有很大区别。因为导管口距离孔底为 20cm 40cm 米时，要保证第一次埋管深度达 到 1 米以上，第一次灌注砼量必须达到 7m 3 以上。2.6.1 设计一个大的料斗，容积为4.5m 3，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，保证灌注提升方便。2.6.2用2台6m3砼搅拌运输运送灌砼，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，有一台搅拌运输车向储料斗里倾倒 砼,速度应使储料斗基本处于满料状态。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

10、。2.6.3两台运输车及储料的砼总量为16m3达到了良好的封底效果，封底完成后，移去大储料斗换上小储料斗可正常进行水下砼灌注，运输设备同样用2 台砼搅拌运输车。3. 施工总结由于我局没有0 2.5m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 ,很好的完成黎明站分离立交桥 2.5m 钻孔桩施工任务， 摸索出一些好的施工经验还是在今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，一是保留原钻机的钻架，更换大功率电机；二是降低原电机转速，增大 钻机扭距。具体采用哪种方法视地质情况

11、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），通过降低原钻机转 速来提高扭距的办法略显不足，钻进速度明显减慢，今后遇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 以有卷砂现象，影响桩的质

12、 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 ,钻孔及清渣完成后 ,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 明显增加。又由于桩泥浆含砂率较高，沉淀速度快，到灌孔时，孔沉渣厚度基本达 到了 0.8m 左右，对于摩擦桩，虽然基本能满足规要求，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，处理沉渣效果 更加明显，沉渣厚度基本在 10cm 左右，甚至达到了零沉渣。4. 结束语4.1 本工程经过东北林业大学实验中心超声波检验及应力波，完全满足设计及施工 规要求。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