φ30m大直径钻孔桩一次成孔技术

φ3.0m大直径钻孔桩一次成孔技术1、概况9号墩为8根φ2.8m的钻孔桩，岩面标高-41m~-42m，孔底标高-48m~-52m，10号墩为19根φ3.0m钻孔桩，岩面标高-42m～-43m，孔底标高-60m~-69m。2、地质水文桥址处水位季节性涨落明显，按水文资料统计，12月至次年3月为枯水期，6至10月为洪水期。历史最高水位为+10.96m，最低水位为+0.2m。桥址水位受潮水影响，最大潮差发生在春季，潮差最大1.16m。桥址河床覆盖层厚7~55m，由无为岸向XX岸逐步变浅，覆盖层多为中、细砂，岩面上局部有砾砂和圆砾土。基岩以角岩、花岗闪长岩为主，局部有破碎带。新鲜角岩，花岗闪长岩、闪长岩极限抗压强度为50~60MPa。3、钻机平台及机具配备（1）9#、10#墩均采用在围堰顶设置钻机平台，平台上设钻机走道。平台布置简洁紧凑，不受水位影响，也不影响航道，布置见图1。图1钻孔平台图（2）钻机选定钻机用大桥局桥机厂产KPG-3000、KPG-3000A和KTY-3000钻机。主要参数如表一：表一单位KPG—3000KTY—3000mφ1.0~φ6.0φ1.5~φ6.0mφ1.5~φ3.0φ1.5~φ3.0m130130气举反循环气举反循环r/min0~3.50~7.00~140~80~16KN.m200100/20080~100200100KN12001200度0~150~30mm351×25×5000351×25×3000351×25×3000KW110×2+18110×2+18mm7600×4450×138927180×4450×8670T5550.2KPG-3000钻机是目前国内比较先进的钻机，液压系统由瑞典进口，可实现电控或液控恒压自动给进，无级变速，钻杆采用工字卡连接，大大减轻工人的劳动量，提高工效，并能保证成孔质量。（3）钻头选定钻头选用洛阳矿山机械厂的φ2.8、φ3.0m钻头。由于XX桥地质为中硬以下的岩石，因此选用洛阳矿山机械厂12英寸系列楔齿滚刀，型号XHB—200，同时也辅以12英寸盘形刀和矮齿的球齿滚刀。刀齿为TM-60碳化钛优质钢，可焊、高强，且有很好的韧性，是比较理想的耐磨材料。（4）辅助机具每台钻机配500Kn浮吊1台，40m3/min压风机一台，0.7MPa风压，或20m4、钻孔参数的选择及控制要点9#、10#墩钻孔桩都是纯钻基岩，因此用清水气举反循环钻进，钻进原理是利用钻具自重，在滚刀的刀齿处产生大于岩石抗压强度的压应力，通过钻具回转，强大的扭矩产生剪切，压碎等作用来破碎岩石，随以气举反循环，将碴块及时排出孔外。所以合理地选用钻压、转速、水流循环量是至关重要的。（1）钻压的选定和控制：钻压应与岩石强度相关，如果刀齿处的压应力小于岩石的抗压强度，则刀齿只是在岩石表面刮削，打磨碎屑，刀具磨损严重。理论上讲，钻压应力应大于岩石抗压强度，使刀齿适当压入岩石，但钻压不宜太大，太大易造成掉钻、斜孔，并且基岩磨损刀体，易造成滚刀轴承的早期损坏。对楔齿滚刀，钻压可用下式计算：P=KQL/100(KN)式中:K=（刀具长×刀数）/成孔半径，为刀体作用在半径上的重迭系数Q—岩石的线压强度，经验数值约为岩石强度的三分之一(Kg/cm)L—钻孔半径（cm）当L=150cm时，对50MPa基岩选钻压力350~450KN，对15MPa基岩选钻压力100KN~150KN。钻机加压的原则是“自重加压，减压钻进，低压开钻，缓慢加压。”实际孔底钻压为钻具、配重和钻杆总重减去浮力，再减去水龙头的提升力量。10#墩钻孔时，KPG—3000钻机和KTY—3000钻机钻具、配重和钻杆扣掉浮力后约520KN左右，称为全压。通过控制水龙头的提升力量来调整钻压，实现减压钻进。减压钻进，可保持钻杆受拉，保证孔的垂直度，减少斜孔。一般情况，合理的钻压为全压的40%~80%，应视岩石强度和出碴效率而定。在开孔阶段和有倾斜岩面的地层，需控制钻压不宜过大，一般取150~250KN，待整个钻头进入岩层后再慢慢加压加速。（2）转速：在一定的转速之内，进尺跟转速成近乎正比的关系，即转速愈快，进尺愈快。但刀具破岩的线速度有一个临界值，超过临界值，则刀具磨损很快。不同的岩石强度有不同的临界值，一般情况对硬岩宜采取高压低速，而对软岩则取低压高速。XX桥边刀外缘线速度V为0.9~1.3m/s，按N=60V/π*D计算转速，为5~8转/min，式中D为钻头直径（m）。现在滚刀已趋于标准化生产，各种类型刀具，均提供破岩强度和边刀适应的线速度，使用时可直接查询，如按经验公式，以边刀每分钟不超过120转为标准计算，则：N=120d/D式中：d—滚刀大头直径(m)D—钻头直径(m)在开孔阶段，宜选用低钻压，低转速，以保证入孔垂直。我们一般控制在5r/min以内。（3）沉没比：风包沉入水中深度为h1，水面到水龙头排出口的距离为h2，则沉没比：a=h1/（h1+h2）对气举反循环来说，沉没比越大效率越高，通常情况下沉没比需大于0.5，小于0.4就不好工作，在开孔阶段如沉没比过小应采取措施，比如提高孔内水位或降低水龙头出水口高度等，如仍满足不了就该考虑采用别的钻孔方式。（4）风压：P≥Hr/100+ΔP式中：H—孔底水深（m）r—水比重（1t/m3）ΔP—管路磨擦损失0.03~0.05MPa水深超过65m时，0.7MPa的风压就不够用了，应加大风压或采取加中间风包的办法，10#墩孔底标高由-60到-69m，水位+6m，水深均超过65m，因此增加中间风包，加中间风包后可达到的深度为：H=100/r×P+55(m)55为中间风包至水面距离（m）（5）浆液循环量：浆液循环量决定着钻机的排碴能力，循环量大，则排碴及时，减少二次或多次破碎，节约能量，延长滚刀寿命，提高钻进效率。浆液循环量：Q=πr2V3600（m3/h）式中：r—钻杆内径（m）V—钻杆内水的回流速度，一般取2~4m/s5、钻孔作业及注意事项：（1）大直径钻孔桩作业，自动化程度高，因此在钻孔前需对技术人员和工班操作人员进行培训，做到持证上岗，使相关人员对钻机的性能和钻孔的基本原理有所了解，以减少故障的发生。（2）用吸泥机和电磁铁清除护筒内铁件，如有大件尚需潜水工下水打捞，以免铁件对钻头造成损坏。（3）围堰顶施工平台上钻机定位一定要与水下孔位对应。（4）选择合理的开钻次序。10#墩采用两台钻机钻孔，合理地安排开钻次序会提高整体钻进效率。确定开钻次序的原则：一是充分利用钻机，减少闲置时间。二是先钻孔底标高低的孔，后钻孔底标高高的孔。三是钻机应交错布置，使施钻孔位尽可能远。（5）开钻前根据地质图画出每根桩的地质柱状图。按地质选定合理的参数，同时观察钻机的运行和进尺情况，以及排渣情况和碴径大小，据此对钻机的参数进行调整，每小时记录钻压，转速和进尺以及相关地质实况，切忌求快而盲目加压加速，往往欲速则不达。（6）每次提钻均要检查螺栓连接情况，钻头的磨损情况并做记录，有磨损及时修补和加焊。（7）成立专门的维修保养小组，负责钻机、钻头和滚刀的保养和维修。这样既可保证正常钻进，又能降低成本。（8）对钻孔中常见问题的处理。1）卡钻。及时停止钻进，将钻头上提0.3~0.5m，再以手动的方式慢速开钻下放，上下一次或数次，再恢复正常钻进。2）堵管。可分上堵和下堵。上堵大多卡在胶管中，可采取憋气的方式将堵塞物冲出。胶管磨损后宜及时换掉，否则胶管里外露的铁丝最易造成堵管。我们在钻靠近围堰内壁的孔时，采用直的或有90度弯头的钢管代替胶管，直接向江中排碴，几无上堵现象发生。下堵大多是大的碴块或铁件卡在吸碴口处，可采取憋气的方法，也可采取干磨的方法，如仍不见效，则只有拆开钻杆接头，用白棕绳吊园钢或钢轨下捣后再开钻。3）钻特硬岩石。XX桥局部岩石强度达200MPa，在10#墩8#孔中，钻到近-51m标高后，几乎就没有进尺，而钻头上一把刀磨损很严重，经潜水工下水探摸，发现孔底局部有坚硬的岩石台阶，通过潜水工在孔底安放适量的TNT炸药，炸药上覆盖沙袋，爆破后再钻，效果良好。6、成桩（1）钻到孔底标高后，经各方检查无误，并经验碴与设计持力层相附后上提钻杆0.3m，清孔20min，停60min，再清孔20min后拆钻杆。（2）吊装钢筋笼。钢筋笼主筋为φ28mm，箍筋为φ16mm，以10#墩为例，钢筋笼长26.3m~35.3m，重量9~13T，由于高度大于浮吊吊钩至平台的距离，因此钢筋笼分两至三节成型，在平台上打梢进行竖向对接，接头用冷挤压连接，工效高又易于保证质量。下放用卷扬机和滑车组，利用自制的自动脱钩器实现水下脱钩。（3）砼导管组拼试压后下放，吊装砼灌注架。砼灌注架用万能杆件和型钢组拼而成，高6m，上设9m3大灰斗和1m（4）水上砼工厂就位，接砼泵管。（5）复测沉碴厚度，内控标准是小于10mm，由于在钢围堰内施工，又是清水反循环，所以几乎没有沉碴，特殊情况下有一点沉碴的，在灌注前用吸泥机吸一下，或用高压风管吹20min后立即灌注。（6）灌注水下砼。附：正桥10#~12#墩钻孔记录汇总表XX长江大桥正桥钻孔记录汇总表10#墩序桩钻孔时间钻孔总时间纯钻孔时间开钻孔顶终孔孔底钻进深度平均进尺号号开始时间结束时间(小时)(小时)标高(m)标高(m)(m)(m/h)11997-11-1212:1297-10-1712:45123.0881.00-41.970-66.00024.0300.2972197-10-1613:1297-11-19:00384.67122.92-42.270-60.00017.7300.14431897-10-2214:1297-10-2616:35102.8386.20-42.520-65.00022.4800.26141797-10-3115:1297-11-27:0052.5044.20-42.320-64.00012.6800.49051097-11-516:1297-11-911:30107.5079.00-42.120-66.00023.8800.30261197-11-1517:1297-11-2523:15241.42126.60-41.960-65.00023.0400.1827397-11-1918:1297-12-723:30450.50164.00-42.870-62.00020.1300.1238997-11-2719:1297-12-213:00129.5097.10-41.620-69.00027.3800.28291697-12-720:1297-12-157:00184.83126.00-41.320-68.00026.6800.21210297-12-1121:1297-12-189:40157.33134.00-42.070-60.00017.9300.134111297-12-1622:1297-12-2110:30139.7561.25-42.120-69.00026.8800.43912697-12-2123:1297-12-2611:15143.92106.00-42.370-65.00022.6300.213131497-12-210:1297-12-246:3057.5049.80-42.250-65.00022.7500.457141397-12-251:1297-12-2712:3040.8331.50-41.900-63.00021.1000.67015597-12-282:1298-2-212:00125.5095.50-42.040-61.00018.9600.198161597-12-293:1298-1-18:4078.3370.30-41.940-65.00023.0600.32817798-1-24:1298-1-911:00152.0090.00-42.030-62.00019.9700.22218498-1-115:1298-1-1523:25101.5870.00-41.770-63.00021.2300.30219898-1-196:1298-2-622:55201.9290.50-41.370-63.00021.6300.2391725.87414.170平均0.24XX长江大桥正桥钻孔记录汇总表11#墩序桩钻孔时间钻孔总时间纯钻孔时间开钻孔顶终孔孔底钻进深度平均进尺号号开始时间结束时间(小时-分)(小时-分)标高(m)标高(m)(m)(m/h)1398-6-215:4598-6-2418:2084-3573-45-33.286-45.00011.7140.162698-6-301:4598-7-221:5569-1065-45-33.575-45.00011.4250.183198-6-155:0098-6-1812:3079-3070-25-33.726-47.00013.2740.1941498-8-54:4598-8-710:0051-1549-15-32.500-43.01910.5190.2151098-7-1616:0098-7-2022:00102-0098-50-33.035-44.01510.9800.1161598-8-812:3098-8-186:10322-2088-40-32.916-46.01013.0940.1571298-7-262:3098-7-300:3094-0067-25-33.828-45.00011.1720.178598-6-268:3598-6-2921:3084-5581-35-32.015-43.00010.9850.149298-6-182:4098-6-2017:3062-5057-15-33.000-41.1768.1760.1510898-7-44:2098-7-223:30431-10123-00-32.998-47.10614.0180.11111198-7-232:2098-7-2511:4557-2554-25-31.308-41.0089.7000.18121698-8-101:3598-8-122:4551-0049-55-31.926-41.0079.0450.18131798-8-1221:5098-8-146:2032-4032-00-32.665-41.9909.3250.29141398-7-2314:2098-8-822:10228-30129-20-31.748-47.01215.2640.1215798-6-3016:1598-7-66:00124-00118-20-31.868-41.0009.1320.081