不良地质钻孔桩成孔工艺及质量控制的分析

2012-10-08李平

中国新技术新产品 2012年1期

关键词：孔中砂率清孔

李平

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100123）

1 工程概况

苏通大桥北接线工程位于长江三角洲地区，该地区陆地由长江冲积而成，平均海拔2.1m，地下水位较高，且受降雨和长江水位影响较大。张江公路分离立交桥基础采用钻孔灌注桩。

根据地质剖面图来看，该地区只有表层为1m的亚粘土，大多为粉砂、细砂和亚砂土，故选用正循环回转钻孔成孔工艺。

2 施工准备

2.1 泥浆搅拌机

泥浆搅拌机是一个两端封闭的圆鼓，内部装有焊着金属叶子的水平轴，一端上方有进料斗，斗口设有8～10mm的筛子，另一端下方有可启闭的出浆口。若无泥浆搅拌机也可用灰浆搅拌机代替。

2.2 泥浆循环系统

尽可能增加循环线路，加大泥浆池和沉淀池的容积，减少掏渣次数。在沉淀池和泥浆池间修筑小坝，在含砂率较高时可加高坝的高度，抬高沉淀池泥浆的液面高度，加快砂子沉淀。

2.2.1 沉淀池

根据地质柱状图计算孔中砂子的体积，沉淀池容积宜为砂子体积的1.2倍，若受场地限制沉淀池过小不能满足使用要求时，必须及时掏渣。钻一个孔沉淀池最少应掏渣两次，在终孔时或快终孔时和砼灌注后掏渣较好。也可用两个沉淀池轮换使用，一个池沉淀，另一个池关闸清渣。

2.2.2 储浆池

在泥浆池旁修筑储浆池，以保证能及时向孔中输送优质泥浆。

若施工现场未配备泥浆搅拌机和储浆池，而采用钻锥搅拌粘土方法制浆不适用砂土层钻进成孔。因为砂土层钻进过程中含砂率很高，且现场不具备储浆池，不可能及时补充大量的优质泥浆。钻锥搅拌粘土制浆需往护筒里加入大量粘土，钻锥搅动泥浆形成漩涡，在离心力作用下部分粘土形成烂泥粘在孔壁上，提钻时钻锥的护圈将烂泥刮落，致使孔底沉渣超标；还有部分粘土颗粒不能充分溶解形成泥浆，落到孔底，难以清净。

3 成孔

3.1 护筒埋设

护筒平面示意图2

图1 泥浆循环系统示意图

图2 护筒平面示意

3.1.1 护筒一般采用4～6mm的钢板制作，直径宜比桩径大200～400mm。为增加护筒刚度防止变形，可在护筒上、中、下三个部分的外侧各焊一道加劲肋。

3.1.2 砂土层埋设护筒时，先在桩位处挖出比护筒外径大80～100cm、比护筒埋置深度深50cm的圆坑，然后在坑底填筑50cm的粘土，安放护筒，护筒底部和四周所填粘土必须分层夯实，以免地下水位增高引起护筒沉陷，若含水量较大，可掺入少许石灰夯实。

3.1.3 对于旱地或浅水处，护筒埋置深度一般取2.0～4.0m；对于深水及河床软土、淤泥层较厚处，护筒埋置深度应取孔内泥浆柱压力与孔壁外的静土压力的平衡点处。

3.2 钻机就位

钻机就位后沿钻机前后和左右两个方向检测转盘平整度，并使转盘中心线与桩中心线重合，注意钻机的整体稳定性，严禁产生平面位移。

3.3 砂性土不能自造浆，开钻前应调制大量优质泥浆，泥浆体积宜大于孔体积的一半，检测泥浆的相对密度和粘度，合格后方可开钻。并在泥浆过少时，及时从储浆池输送优质泥浆到孔中。

3.4 先启动泥浆泵，使之空转一段时间，待泥浆输进孔中形成循环时，方可开始钻进。

3.5 开始进尺时，在护筒刃脚处应低档慢速钻进，使刃脚处有坚固的泥皮护壁，待导向部位或钻头全部进入地层后，方可加速钻进。为避免钻杆受压弯曲而导致斜孔、弯孔和扩孔现象，应采取减压钻进。

3.6 在进尺过程中应每小时检测一次泥浆的相对密度、粘度和含砂率。

3.6.1 若粘度过小，应及时从储浆池输送优质泥浆到孔中。若粘度过大，可在孔出口2m处逆泥浆流动方向加入清水，清水循环一周到孔中时已充分掺和到泥浆中，以免急剧降低孔中泥浆比重，造成孔壁渗漏，坍孔。

3.6.2 若含砂率较大，可稍提钻锥离孔底10～20cm，不停钻，不进尺，保持泥浆正常循环，降低含砂率。另外泥浆过少时（沉淀池泥浆液面与沉渣表面间距小于5cm），含砂率也会增高，可输送优质泥浆到孔中或加高沉淀池和泥浆池之间的坝，抬高泥浆液面。

3.7 在进尺过程中应经常（每小时）注意地层变化，在地层变化处均应捞取渣样，判明后记入钻孔记录表中并与地质剖面图核对，选择更为适合的泥浆、钻进压力和钻进速度，可加快成孔速度，避免或减少坍孔。

3.7.1 钻进粘土层时，采用相对密度1.05～1.20、粘度 16～22的泥浆。若钻进过程中粘度过大，可按4.6.1降低泥浆粘度。若粘土层钻进速度过慢，造成地层软化膨胀，易产生缩径或坍孔，可适当加快钻进速度。

3.7.2 钻进砂土层（粉砂，细、中、粗砂，含少量砾石、卵石的土）时，采用相对密度1.20～1.45、粘度19～28的泥浆。若钻进过程中粘度过小，孔壁易翻砂、渗漏，应及时从储浆池输送优质泥浆到孔中。当孔内有渗漏时，可在泥浆中加入锯木屑、稻草末、石棉等纤维质物质；若孔内有承压水或地下水位高，渗漏严重时，可加入水泥、重晶石粉（BaSo4）。若含砂率过大，可按4.6.2降低含砂率。

3.8 终孔检测

检测孔径和孔深，合格后方可清孔。

3.8.1 孔径

用笼式检孔器检测孔径，检孔器可用钢筋制作，其外径略小于孔径，长度等于孔径的4～6倍，若检孔器重量不够，可用铁块配重，为避免检孔器下端破坏孔壁，应在检孔器下端收口。检测时，将检孔器吊起，使其中心线与孔中心线重合，缓缓放入孔中，上下畅通无阻则表明孔径符合要求。

3.8.2 孔深

用测锤检测孔深，测锤一般采用倒锥形锤，锤底直径为 13～15cm，高 20～22cm，质量4～6kg，测绳采用钢丝测绳（若为尼龙测绳应用钢尺经常校验测绳），用测得孔深与计算孔深（钻具总长减去余尺）做比较，若发现出入较大，及时校验测绳。

4 清孔

4.1 清孔的方法

正循环钻孔采用换浆清孔法。终孔后，稍提钻锥离孔底10～20cm，不停钻，不进尺，并保持泥浆正常循环，以中速将相对密度1.03～1.10的较纯泥浆压入孔中，把孔中内悬浮钻渣较多的泥浆置换出孔外，充分循环后检测泥浆泵入口处和孔出口处的含砂率，直至两处的含砂率较为接近时，方可加入清水降低泥浆的粘度，否则不利于含砂率的降低，清孔时间较长。清水应在孔出口2m处逆泥浆流动方向加入，使之充分掺和到泥浆中。严禁用加深钻孔深度的方式代替清孔。