以工程实例浅谈大口径钻孔灌注桩成孔工艺

曹忠安

【摘 要】本文以工程实例浅谈大口径钻孔灌注桩成孔工艺，以供同仁参考。

【关键词】大口径钻孔技术;灌注桩施工

U443.15+4

一、工程概况

某施工大桥主桥采用主孔跨径 328 米，边跨 132 米，两对称分布的自锚式悬索桥方案，全长 1300 米，桥面净宽30米，双向六车道，设计时速 60公里/小时。 建成后将成为国内跨度最大的自锚式悬索桥。

二、施工工艺和设备的选择

1.施工工艺的选择

根据地质资料，钻孔灌注桩施工采用回转钻进，泵吸反循环成孔。

2.钻孔机具的选择

本施工大桥施工桩孔口径大，桩尖嵌岩深度，为此，我们选用的钻机为：成孔能力为 φ3500mm，转盘扭矩为 210KN.m，油缸最大提升力为 1200KN，钻机成孔深度h=80～100m，气举或泵吸反循环装置兼备。

上部覆盖层采用四翼刮刀钻头， 该钻头有四枚阶梯形垂直切削齿，切割度大，排渣导流性能好、强度高，导向性能好，钻进砂砾层非常有效。 下部基岩采用焊齿滚刀钻头钻进，钻头配 30t 配重块，以防止孔斜与提高钻进效率。

三、钻孔

1.开钻前的准备

由于钻机自重大，主机、钻具总重接近 100t。 钻机安装在道轨上，道轨下铺设道木。 由于桩孔直径为 3.5 米，道轨对护筒两边的土侧压力很大，不加固处理，遇水软化，极易坍塌。 为防止坍塌、沉降量过大造成钻孔事故，采用护筒四周开挖一定宽度和深度的土，浇以砼来代替，有效地加固了井口。 在护筒上做好标记，保证钻孔中心不变，钻机对中整平稳定后，以红油漆标好钻机在道轨上的前后位置， 方便走机换钻头后能回到同一位置。

2.泥浆配制

在反循环成孔施工中，泥浆的主要作用是护壁和润滑。 泥浆的护壁原理是通过孔内水位和泥浆浓度高于外部， 产生正压力作用来实现的， 泥浆中悬浮的阴性材料颗粒与孔壁土壤阳性颗料发生离子交换， 泥浆颗粒吸附在孔壁上形成泥膜护层。 地质资料显示，1# 墩第四系残积亚粘土层厚，造浆能力极强，可利用地层造浆。3# 墩砂层厚，地层无造浆能力，采用膨润土造浆，同时加入纯碱对膨润土进行钠化改良。 泥浆比重控制在 1.10 左右，粘度在 20~25 秒左右，PH 值在 8~10 左右，处于碱性，能提高膨润土的分散度。 具体配比如下：每百立方米泥浆用膨润土 6t， 工业用纯碱 500kg， 新型增稠剂聚丙烯酰胺100kg。 按以上指标控制泥浆性能 ，使泥浆具有一定的液柱压力，以达到平衡孔壁外围地层压力，稳定孔壁，满足反循环施工工艺的要求。

3.钻进

钻进技术参数常规值为：钻压：10KN~20KN/每把滚刀；转速：6~8r/min；开孔钻进，轻压慢转，以保持钻具的稳定性和导向性。 亚粘土层保持低转速慢进尺，造好浆备用，卵砾层中保持低转速快进尺。 换滚刀钻头后，加配重 30t，钻头自重 15t，钻头有 23 把刀，每把刀的钻压为 20KN 左右，比较理想，能使钻机最大限度发挥效能。 因为设计嵌岩深度大，弱风化板岩加微风化板岩深度在 10~17 米深，对钻头的磨损比较大，易造成缩径，我们采用高强耐磨钢塊，中间刨槽镶入硬质耐磨合金，以电焊堆满焊牢，有效地保证了岩层中的桩孔直径，同时有效保证了孔壁的顺滑，确保钢筋笼的顺利安放。 整个钻进过程中，要保持一定的水头高度，防止因水头高度落差太大而塌孔。 值得一提的是在 1# 墩第四系残积亚粘土层中钻进时，因该层呈硬塑-坚硬状，夹有砾卵石和风化岩块，且该层厚度较大，是全孔钻进中用时最多，四翼刮刀钻头磨损最厉害的地层，钻进中还出现钻头咬入地层而不能回转， 以后可考虑在残积胶结土层中采用三翼刮刀钻头。 设计要求桩尖嵌入微风化板岩层在4~6 米之间，由于该层质地坚硬，对焊齿滚刀钻头磨损大，滚刀刀齿极易崩裂（高齿滚刀），后来改用低齿滚刀就好得多。

4.桩身垂直度控制

造成钻孔弯曲的根本原因是钻具轴线偏离钻孔轴线。 板岩属变质岩，而钻具在变质岩中钻进时的弯曲强度最大，据地质资料反映，地层倾角为 45~70o，且有多层软硬互层，极易产生钻孔向垂直于层面的方向弯曲。 地质因素是客观存在的，只能通过工艺技术措施来减弱甚至抵消它的促斜作用。 我们的应对措施是将钻头导正体加长到 1.2 米（滚刀钻头），在钻头与配重块之间加钻孔导正圈， 导正圈可以减小下部钻具的倾斜角和增斜力。 加入 30t 配重块，尽量使钻头的重量达到理想状态，形成“钟摆式”钻具结构；另外，加大钻头的质量（可在钻头腹腔中加入铸铁块），也可增大减斜力；钻具法兰螺栓连接采用双螺帽紧固并拧死，既有效提高了钻具的刚度，减小了钻孔弯曲强度，又防止掉钻头等事故。 进入倾斜岩层时，在保证悬吊钻进的前提下保证孔底有最大的钻压， 利用钻头自重防止钻孔沿层面倾斜。

四、清孔

清孔的目的是降低泥浆的相对密度、 粘度、 含砂率等指标，满足施工规范要求；清除钻渣，减少孔底沉渣厚度，防止沉渣过厚而降低桩的承载力， 同时为灌注水下砼创造良好的条件。 施工中我们采用二次清孔法：第一次清孔是在钻进达到设计孔深后，将钻头提高孔底 20cm 左右，用泥浆分离器泵吸反循环加清水清孔；第二次清孔是在钢筋笼下放完毕后，用空压机通过导管进行气举清孔。 二次清孔可以有效控制沉淀层厚度，保证钻孔桩的成桩质量。

在公路桥梁基础施工领域中，钻孔灌注桩基础已占据了重要地位，并向大直径、多样化方向发展。 陆上大口径钻孔桩成孔工艺的实践成功，为我们在大口径钻孔领域积累了宝贵的资料和经验，为我们以后往水上超深大口径发展奠定了基础。

【参考文献】

［1］公路桥涵施工技术规范。

［2］桥梁施工技术规范。