大直径钻孔桩施工工艺和质量控制处理

麦桂明

广东省中山市坦洲镇建设管理所 广东中山 528467

摘要： 本文介绍了大孔径钻孔桩施工工艺，阐述了其中的施工注意事项，供大家参考。

关键词：大直径钻孔桩施工工艺 钻孔工艺灌注混凝土

Abstract: this paper introduces the large diameter bored pile construction technology, expounds the construction points for attention, for your reference.

Keywords: big diameter bored pile construction technology drilling process perfusion concrete

中图分类号：U443.15+4 文献标识码：A文章编号：

1 前言

配合大直径连续结构的下部基础工程，根据河床地质情况，目前国内除少数采用管桩或沉井基础外，多采用大直径钻孔桩型式。本文就中山市某大桥施工经验、采用新技术、新工艺，重点介绍大直径钻孔桩的施工工艺。

2钻机的选型及成孔工艺

2．1钻机的选型

根据桩长、桩径及桩位处的地质情况(较厚的弱风化砂岩、泥岩)，选择钻机的技术指标应达到如下要求：① 钻机成孔直径D>2．0m；② 钻孔成孔深度h=70～100m；③ 钻机扭矩M≥80KN·M；④ 正反循环钻机。

工地选择了大功率、自动化程度高的ZSD2000型正反循环钻机两台；GF200型正反循环钻机两台；郑州QJ250型钻机一台；气举设备三套；并配有三翼高强度切削钻头和牙轮组合钻头。

2．2 护筒埋设

由于桩长长，桩径大，桩位上部土层为易坍落的粉土，采用深长厚壁钢护筒。护筒尺寸为： 2．4m、6=14mm、L=8m，为防止在成孔过程中护筒沿孔位向下移动，所有护筒均采用振拔机振动下击入土层中，穿过钻孔上部易坍落的土层，以增大护筒与外侧土的摩阻力，减小对护筒底口原状土的扰动。

2．3 成孔工艺及成孔监控

2．3．1成孔工艺

根据钻孔桩桩位处的地质构造情况，地质层属复杂坚硬类型，加之钻孔深度深；桩径大；成孔困难，根据上述情况，经过详细研究，结合工地的设备状况，决定采用正反循环相结合及气举式反循环成孔工艺进行大孔径、深桩长的钻孔桩钻孔施工。

大口径正循环钻进中，钻具与孔壁的环状空间断面尺寸大，泥浆泵的泵量有限，泥浆上返速度很低，因此，钻渣在孔底必须充分破碎后才能被排除。这会带来四个问题：一是充分破碎钻渣要消耗较多的能量和时间，影响钻进效率并加快了钻头磨损；二是细小钻渣很难在沉淀池沉淀并加以消除，泥浆用量大；三是在泥浆上返速度不大的情况下，只有增大泥浆粘度和密度才有利于上返钻渣，这也会在孔壁形成很厚的泥皮，增大清孔工作量，影响桩的承载力；四是钻进速度慢，工期长。而泵吸式反循环成孔只对35m 以内的浅孔效果较好，不适合钻深孔桩。

根据上述分析， 工地拟采用如下方法进行钻孔施工：钻孔上部15m 内采用正循环成孔工艺；15m～70m深度采用气举式反循环成孔工艺进行本桥大桩径钻孔桩施工。

气举式反循环工作原理是利用气泵实现泥浆反循环的，如图1所示。

压缩空气通过供气管路送至孔内并上移、膨胀，形成一种密度小于下部泥浆的液气渣混合物， 并在钻杆内外压力差和压气动量的联合作用下，沿钻杆内孔上升，带动钻杆内孔下部泥浆和钻渣一起向上流动至沉淀池，空气逸散，钻渣沉淀，泥浆回流孔内。气举式反循环形成的条件是：空气送入水下一定深度，在钻杆内外形成足够大的反向压力差。如图1所示，钻杆内上部气液固混合物的容重为Y ，钻杆下部及外部液体容重为Y 作用于送气管出口处的导管内外压力差△P为：

由于压力差AP和高速喷出并迅速膨胀的压气动量的作用，驱动钻杆内的液体沿导管外空间下流，沿导管内上流，形成连续的反循环。由上式可知，减少Y (通过增大送气量)，将会提高驱动气举反循环的压力差△P，从而影响气举反循环钻进能力和效率。

气举式反循环成孔必须下端钻锥钻杆埋入泥浆中一定深度，即在孔底泥浆的压强和钻杆底泥浆、空气混合体的压强基本相同的条件下，才能吸引浆渣上升。

根据公式H＞(L—H)×

H-一钻杆、钻锥埋入泥浆最小深度；I一水龙头出水管口至加配重钻杆(钻锥)长度20．5m：a—— 排泥管出口处高于井内水面的高度，一般为1．0～1．5m，取1．5m；Y、Y 2、Y厂为水、泥浆和泥浆与空气的混合体比重Y=1．0，Y =1．10，Y 3=0．6。

计算得H>(20．5一H)×0．6+1．5 (1．10—1．0)／(1．10-0．6)

H >11．32m

基于上述原因，经技术小组研究，本桥采用先正循环钻进15m，再反循环钻至孔底的成孔工艺。

图1 气举式反循环成孔工艺原理图

2．3．2钻进注意要点

①钻孔应连续进行，不得中断；保持足够的水头压力，防止钻进过程中坍孔。②根据不同的地质情况，调节钻机进尺速度，以及更换相适应的钻头。③ 保持减压钻进，采用拉力计进行自控，以保证成孔垂直度。

2．3．3泥浆要求

在钻孔前应制备足够的优质泥浆，泥浆的性能和指标是成孔质量的重要因素。泥浆的含砂率高则成孔效率低，沉淀层厚；泥浆的粘度和胶体率过低则护壁效果差，沉淀厚。因此选用塑性指数大于25、粒径小于0．O05mm、颗粒多于总重50％的粘土制浆，并在泥浆中添加0．3％NaOH，和0．1％CMC，改善泥浆性能。0～15m钻孔深度内钻进过程中入孔泥浆指标满足表1；15~70m钻孔深度内钻进过程中入孔泥浆指标满足表2：

表1 正循环泥浆性能指标

泥浆在现场的制浆池内制备，分两个泥浆池分别进行正循环和反循环成孔泥浆的制备。泥浆池与沉淀池之间设泥浆回流槽，使沉淀完的泥浆能自动流回储浆池。储浆池内的泥浆用泥浆泵送入钻孔内。

2．3．4清孔

清孔的目的是抽换原钻孔内泥浆， 降低泥浆的相对密度、粘度、含砂率等指标，满足施工要求。清除钻渣，减少孔底沉淀层厚度，防止桩底存留沉淀过厚而降低桩的承载力。在钻进达到设计孔深后，将钻头提高至孔底20cm，利用空气压缩机气举抽渣换浆清孔，用泥浆泵抽新泥浆补充孔内泥浆，清孔时间为20cm左右。清孔后孔内泥浆指标满足表1要求。

2．3．5 终孔检验

终孔后用卷扬机滑轮系统起吊孔规入孔，并徐徐下降至孔底，用来检验孔深、孔径以及成孔倾斜度(孔规为长度10m，直径为2．0m 的钢筋笼，钢筋笼纵向每隔2m 焊接十字支撑筋以增加孔规的刚度)。孔规顺利到达孔底，孔深(测绳长加孔规长)合格，倾斜度(孔规吊点的铅垂线与孔规在孔内任意位置的吊绳偏移)合格，说明成孔合格，钢筋骨架能顺利入孔。

3 钢筋笼吊装

钢筋笼分段加工成型，每段长度5～8 m。为防止钢筋笼变形，每隔2 m设加劲钢筋圈与主筋焊接。混凝土保护层每隔2 m一个断面，在主筋上焊3个支撑钢筋。吊环必须用I级钢筋，其直径和焊接质量要有充分保证，防止钢筋笼掉入孔内。吊环的焊接位置以不影响两个钢筋笼连接为宜。超声波检测管用壁厚3．5 mm、直径50 mm的无缝钢管制作，将其固定在钢筋笼上。检测管接头及底部用壁厚6．5 mm钢套管密封好，顶部用木塞封住，防止砂浆、混凝土、杂物堵塞管道，由起重机吊装钢筋笼。吊装过程中钢筋笼不能变形，并保持垂直下落，防止碰撞孔壁，引起坍塌。第一节钢筋笼吊人孔内，将钢管穿过吊环，担在孔口，起吊第二节钢筋笼。钢筋笼轴线要对准，焊接质量应符合规范要求。钢筋单面焊接焊缝长度为lOd，双面焊接焊缝长度为5d，同一截面钢筋焊接接头应错开。焊接完毕绑好箍筋，起吊钢筋笼，抽

出钢管直到钢筋笼吊装完毕。但是，无承台单桩桩顶与墩柱连接为9O0变截面，桩顶以下1 m范围内，钢筋笼截面应逐渐变为墩柱钢筋笼截面，此段箍筋要加密，间距10 cm。

4 灌注水下混凝土注意事项

4．1 断 桩

4．1．1 断桩产生的原因

断桩是泥浆沉淀物在混凝土内形成的夹层，其强度远低于混凝土的强度。它由多方面原因引起：导管漏水，导管破裂、接头密封不严；卡管，石子粒径过大、混凝土坍落度太小、水泥受潮结块、混凝土发生离析；混凝土终凝，材料不足、天气影响、机械故障、停电等使导管在混凝土中停留时间过长，在灌注混凝土时受阻，提升导管脱离混凝土。以上这些情况都可能引起断桩。断桩是桩基础最严重的质量事故，应加以杜绝。当发生混凝土卡管时，应在导管上捆梆附着式振动器或插入型钢疏通，振动或疏通时上下小幅度移动导管。

4．1．2 断桩处理

当在地下水位以下发生断桩时，应回填桩孔，在原桩两侧各做一钻孔灌注桩，再施工承台。此时承台配筋、桩基配筋要重新计算确定。当在地下水位以上发生断桩时，应抽出孔内存水，人工凿毛桩顶，按挖孔桩浇筑混凝土。在情况允许时，拔出导管放人球塞重新灌注混凝土。

4．2 混凝土强度

该桩基混凝土强度等级C30。水泥为42．5的普通硅酸盐水泥，水泥受潮或存放时间超过3个月应重新检验使用。施工配合比要准确，碎石颗粒级配良好，粒径2～4cm，细集料采用级配良好的中砂，水为饮用水。坍落度控制在18～22 cm。施工时要注意因温差而导致混凝土开裂。对水泥凝结时间要经试验确定。并根据施工和凝结时间确定是否加缓凝剂。灌注到最后阶段应将导管慢速拔出，防止形成泥心。

4．3 浇短桩头

由于桩孔内沉渣存在于混凝土表层，随着混凝土的增高，沉渣聚集在桩头位置，使量测结果有误，发生浇短桩头。为防止浇短桩头，混凝土灌注要高出桩顶设计标高0．5～1 m。灌注到最后阶段，混凝土自由下落的压力减小，孔内水的比重增大，导管内混凝土会出现滞留情况，此时不能误认为卡管，应小幅度上下移动导管，并用清水稀释孔内水的比重，保证混凝土顺利灌注。

5 结束语

深孔大直径钻孔桩施工工艺的实践成功，为在深水基础领域施工积累了十分宝贵的资料和经验。利用导管气举法进行2次清孔控制沉渣厚度，有效地保证了钻孔桩施工的成孔质量。

参考文献

1 俞高明．公路工程施工技术．北京：人民交通出版社，2002

2 路桥集团第一公路工程局．公路桥涵施工技术规范(JTG041—2000)．北京：人民交通出版社，2000

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。