2.5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，位于哈尔滨市动力区朝阳乡东升村，跨越拉滨铁路黎明车站。桥梁孔跨组合为：左幅240m+1250m;右幅为240m+250m+340m+250m+240m+550m。全桥共计54根钻孔灌注桩，桩基设计要求：直径2.5米,最大桩长32米,桩底位于中粗砂地

2、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

3、-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(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范围广、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，一种为连云港生产的GM20型钻机，一种为GPS15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

4、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

5、。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

6、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 本地区处于哈尔滨市郊区，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

7、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，CMC 0.5kg，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，在直线段一般采用钢管，曲线段采用软管，泥浆循环系统见图1 泥浆泵 沉淀池 循环池 储浆池 清水池 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

8、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内，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 2.5m钻孔桩灌注水下砼时封底是关键，与我们平常施工的1.5及1.2钻孔桩有很大区别。因为导管口距离孔底为20cm40cm米时，要保证第一次埋管深度达到1米以上，第一次灌注砼

9、量必须达到7m3以上。2.6.1设计一个大的料斗，容积为4.5m3，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。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2.5m钻孔桩施工

10、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

11、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。孔内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以内有卷砂现象，影响桩的质量。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

12、也需12小时左右，比小直径钻孔桩时间明显增加。又由于桩内泥浆含砂率较高，沉淀速度快，到灌孔时，孔内沉渣厚度基本达到了0.8m左右，对于摩擦桩，虽然基本能满足规范要求，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范要求。4.2本工程解决了复杂地层的护壁问题，做到了不坍