福州鼓山大桥2#主墩钻孔桩施工质量控制

魏文云

(福建省交通建设工程监理咨询公司，福州 350007)

福州市鼓山大桥全长1 520 m，跨越闽江，是福州市二环和三环连接线中的控制性工程。全桥划分为主桥、南引桥、北引桥三部分，其中主桥为(35+235+150+50)m独塔自锚式悬索桥，主梁为封闭正交异性桥面板钢箱梁，桥面宽42 m，双向8车道。2#墩为主塔墩，分离式基础，每侧9根 φ2.2 m钻孔桩，呈行列式布置，桩间距为6 m，桩长82～92 m不等的柱桩。

1 地质情况

2#墩位于闽江下游北港，台江至马尾河段主航道区域。本地区地质主要分为4大层，自上而下依次为:淤泥层3～6 m;冲洪积松散 ～中密砂层20～25 m;冲洪积密实卵、砾石层20～30 m;下伏基岩为燕山晚期侵入花岗岩层20～30 m。其中50～60 m巨厚砂层和卵石层对泥浆的要求较高，对钻进过程中的控制要求很高;强风化、弱风化和微风化在内的花岗岩基岩厚度达到20～30 m，且强度高达90～120 MPa，对钻机性能要求较高。

2 钻机选型

2#墩位于闽江主航道中，所有钻孔作业均在水上施工平台进行。同时2#墩钻孔桩直径大，达到2.2 m;钻孔深度大，加上平台高度达到110 m;地质情况复杂，有巨厚的砂和卵石层，基岩为花岗岩，强度高达90～120 MPa;且嵌岩(微风化)深度大，达到5 m;沉渣要求高，不超过5 cm。因此2#墩钻孔桩施工难度大，是全桥的控制重点。为确保施工质量和进度，对钻孔桩施工提出较高的要求:①钻孔桩平面偏位≤50 mm，垂直度偏差≤0.5%;②泥浆指标要求封孔前的含砂率≤0.5%，相对密度在1.05～1.10之间，胶体率达到98%以上，最终沉渣≤5 cm，泥浆护壁要好;③工期紧，每根桩施工周期不得超过20 d。根据以上地质情况及钻孔桩技术参数要求，钻孔桩施工难度相当大。能否安全快速优质施工钻孔桩，钻机性能的好坏是关键。选择钻机时主要考虑几个因素:必须是带有动力头的，能钻超长大直径桩;有较好的液压提升系统;有较强的泥浆循环系统。综合以上几点最终选择了当时(2007年)国内最先进的由中铁大桥局研制的带动力头的气举反循环KTY3000-B旋转钻机，钻机照片见图1，参数见表1。

图1 KTY3000—B旋转钻机

3 钻孔桩施工质量控制

3.1 钻孔桩施工工艺流程

表1 KTY3000－B钻机参数

测量放线→护筒插打→测量复核→钻机检修及拼装就位→钻机试运转、造浆→覆盖层钻进(刮刀钻头)→基岩钻进(球齿钻头或菠萝钻头)→终孔检孔→第一次清孔→下放钢筋笼、导管→第二次清孔→灌注桩身水下混凝土→质量检测。

3.2 钻孔前的准备工作

3.2.1 机械准备

如何正确使用和保养机械设备，充分提高机械设备的效率，是钻孔桩在质量和工期两方面控制的关键。而KTY3000-B旋转钻机是技术比较先进，操作比较复杂的新型钻机，所以开钻前必须对操作人员进行详细的培训和交底。特别是对KTY3000-B钻机钻具、液压、电器三个系统的操作、保养及注意事项进行详细的讲解，并制订详细的操作规程。

3.2.2 技术准备

钢护筒插打的质量直接影响钻孔桩的成孔质量。为确保钻进及钻头顺利升降，不刮碰护筒，护筒应有一定刚度，且直径应比孔径大20 cm，故采用 φ2.4 m(桩径φ2.2 m)、厚度为14 mm的钢护筒。护筒卷制时严格控制其圆度，要求直径误差在1 cm之内，对接错台不超过3 mm。插打过程中严格控制护筒的各项指标:平面允许误差≤50 mm，垂直度控制≤5‰。在护筒进入河床3 m左右时，再对护筒倾斜度进行复核调整，直到符合规范要求后，继续接高下沉将护筒插打到设计高程为止。护筒插打到位后，测量护筒东南西北四个方向的倾斜度及孔口平面偏位情况，作为钻机就位依据。钻机拼装就位时要保持底盘平稳、钻架直立、钻头中心对准桩位中心，并将钻架与平台固定，确保在钻进过程中不发生倾斜和移位，不刮碰钢护筒。在开钻前对所有的技术人员和操作人员进行技术作业交底，如地质情况介绍和分析，根据不同地质情况对泥浆指标控制和成孔质量要求等提出了不同的技术要求，钻孔时应按设计资料及实际地质情况绘制地质剖面图和填写钻进记录。

3.3 钻孔控制要点

3.3.1 钻进速度及质量控制

2#墩两侧主墩平行施工，受施工平台空间限制，每墩只能摆放2台KTY-3000B型全液压旋转钻机，每墩9个孔共需5个循环周期。开钻时钻头中心与桩位中心的偏差不得大于2 cm。孔内先灌注泥浆，也可直接投放黏土，钻机低速转动造浆。钻进过程中必须勤排渣，使钻头能经常钻入新鲜地层。钻进后及时补入新鲜泥浆以保证护筒内水头。钻机在不同的地层中应选择不同的钻压和钻进速度，不同地层的钻进参数见表2。

表2 不同地层钻进参数表

开钻初期低钻速、低钻压钻进至护筒底口，对护筒壁进行清理。待钻至护筒以下1 m后，再逐渐增加钻压和钻速。当钻头大部分或全部进入岩层后，即可进入正常钻进阶段，并根据岩体强度和钻进、排渣情况，逐步调整钻速和钻压，使钻机进入“液控”恒压自动给进工作状态。

在岩层钻进时，钻压应由小逐渐增大，并经常捞取钻渣，观察钻渣颗粒情况，当钻渣颗粒大小均匀，且最大颗粒粒径接近3～5 cm时，不宜再继续加压。钻进参数选择的一般原则:在岩层与岩层交界处宜采用较小钻压低速钻进;岩面倾斜，岩石破碎或岩层构造一边软一边硬宜采用较小钻压，较低转速钻进;岩面平整，岩石完整时宜采用大钻压，高速钻进;卵石层，宜采用较小钻压较低转速钻进。

正常钻进过程中，必须遵照减压钻进的原则进行，要求在孔底钻压值不超过钻具(钻头、钻杆及配重块之和)重量扣除浮力后的80%，并保持重锤导向作用，保证成孔垂直度和孔形。钻孔注意事项如下:

1)值班人员要准确测量钻杆长度并做好标记，以此来测定钻孔深度。当经过测量换算，确认进程已达设计高程时，应立即停止钻进，并将钻头提起约30 cm，转速由高变低空转5～20 min，将孔底钻渣排净。

2)钻孔过程中应填写施工日志和工程日志，并采集渣样与设计地质资料对比，确认岩性指标与设计相符合。

3)钻孔作业分班连续进行，如确因故须停止钻进时，将钻头提升放至孔外，以免被泥浆埋住钻头。

4)钻进成孔过程中，应定时对钻孔泥浆抽检试验，不符合要求时要及时调整泥浆。及时补充浆液量，使孔内泥浆面始终超过外侧水面2 m以上，保证孔壁稳定，防止塌孔。

5)加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底8～10 cm，维持泥浆循环5 min以上，以清除孔底沉渣并将管道内的钻渣携出排净，然后加接钻杆。升降钻具应平稳，尤其是当钻头处于护筒底口位置时，必须防止钻头钩挂护筒。

6)钻杆连接螺栓应拧紧上牢，认真检查密封圈，以防钻杆接头漏水漏气，使反循环无法正常工作。

7)钻杆撤出前应该反复核算孔深，经确认已经达到设计高程时方能撤除钻杆。清孔后用校核过的测绳(用长钢尺对浸湿的测量绳进行校核)测出孔深。

3.3.2 泥浆循环及指标控制

1)泥浆循环排渣

钻机采用空气反循环排渣，钻孔深度在50 m以内时，只用下部风包即可;若钻孔深度＞50 m时，需连接中间风包，配备空气压缩机，要求风量为20 m3/min，风压 P=1.2 MPa。

反循环排出的泥浆，经过净化后可循环使用。钻孔施工过程中，将排渣管接在泥浆预筛设施上，滤除粒径较大的钻渣颗粒。为提高泥浆指标，缩短一次和二次清孔时间，在进入砂层后采用泥浆分离器进行泥浆分离，确保钻孔时泥浆含沙率不大于4%。经过两次净化处理后性能指标合格的泥浆通过管路流回孔内，循环使用。钻孔过程中正常情况下每隔2 h测定一次泥浆性能指标，以确保孔内泥浆质量。如果发现泥浆性能较差，不能满足护壁要求时，应根据泥浆指标情况加入纯碱、PHP等处理，以改善泥浆性能，满足施工要求。当钻进至设计高程时，将钻具提离孔底30 cm，维持泥浆循环，对泥浆性能进行调整，使泥浆性能指标达到清孔要求。

钻机在各地层中的钻孔指标:①淤泥质土层采用中速、优质泥浆、大泵量钻进的方法钻进。②砂层，采用轻压、低挡慢速、大泵量、稠泥浆钻进，以免孔壁不稳定，发生局部扩孔或局部坍孔，并充分浮渣、排渣，以防埋钻现象。③卵石层，采用低挡慢速、优质浓泥浆钻进，确保护壁厚度以及充分浮渣。④强度大的花岗岩基岩，采用低挡慢速、优质浓泥浆全压钻进。

2)泥浆指标

为确保成孔质量，提高泥浆护壁效果，缩短二次清孔时间，采用优质PHP泥浆。在泥浆原材料试配时应全面测试泥浆性能指标，以确定合理的配比。测定指标包括:相对密度、黏度、含砂率、胶体率、失水率、泥皮厚度、酸碱度、静切力。不同地层、不同钻孔阶段泥浆指标见表3、表4。

表3 不同地层的泥浆指标

表4 优质PHP泥浆各阶段性能指标

在钻进成孔过程中每隔2 h测试一次泥浆性能指标，主要测试指标:相对密度、黏度、含砂率，并做好记录，其他指标根据实际情况不定期抽检。施工中专人检查泥浆性能，根据不同的地层及时调整泥浆指标。为了保证二次清孔质量和缩短二次清孔时间，成孔后第一次清孔就应按照封孔的要求进行，要求泥浆指标达到如下要求:相对密度1.05～1.11，黏度17～20 s，含砂率＜0.5%，且孔底沉渣厚度不大于5 cm。

终孔验收合格后，即可下放检孔器，满足要求后报监理工程师验收。经验收合格后下放钢筋笼，钢筋笼到位后，再次对桩底沉淀进行检测，若不满足规范或设计要求，需采用混凝土灌注导管进行二次清孔。清孔时及时补充孔内泥浆，维持孔内水头高度。

二次清孔后泥浆性能指标应满足灌注前泥浆性能要求:沉渣厚度≤5 cm，含砂率＜0.5%，泥浆相对密度在1.08左右，胶体率＞98%，黏度在20 s左右。达到要求后，立即拆除清孔头帽和高压风管，进行水下混凝土灌注作业，其间隔时间越短越好。

4 结语

福州鼓山大桥2#主墩钻孔桩施工，在开钻前各项准备工作充分，钻进过程中采取严格的管理和控制措施:①钻进过程采用优质的 PHP泥浆，胶体率达到98%以上;②采用泥浆分离器，严格控制泥浆的含沙率，使得泥浆性能相当稳定，泥浆指标控制得较好;③根据不同的地层及时调整泥浆指标，调整机械性能。不但确保成孔质量，也大大缩短了成孔和清孔时间，成孔时间在10～13 d左右。有效提高施工效率，确保工期，为以后类似工程施工提供宝贵的经验。

［1］杨玉泉.复杂地质条件大直径长桩冲击成孔质量的控制［J］.铁道建筑，2008(4):71-73.

［2］宋运财.钻孔灌注桩施工中质量缺陷的预防与处理［J］.铁道建筑，2006(8):33-34.

［3］中华人民共和国交通部.JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2000.