高砂性土层超深混凝土钻孔灌注桩施工技术

缪 建 杨

(上海建工七建集团有限公司，上海 200050)

高砂性土层超深混凝土钻孔灌注桩施工技术

缪 建 杨

(上海建工七建集团有限公司，上海 200050)

以昆山中环高砂性土质的超深钻孔灌注桩工程为例，针对常规方法施工容易造成孔壁坍塌、扩孔、甚至危及桩基施工的安全问题作了研究，在桩基施工过程中提出了使用简易机械、对泥浆系统的重新设置等措施，并阐述了详细的工艺流程控制要点，以确保工程的施工质量和安全。

桩基工程，高砂性土层，泥水分离器，泥浆系统，钻孔灌注桩

1 概述

昆山市地处长江口三角洲平原，隶属长江流域太湖水系；场地浅层地下水分为赋存于上部黏性土层中的孔隙型潜水和赋存于粉土、粉砂中的微承压水。昆山中环项目沿线地貌单元属长江三角洲河口冲积平原。地基土构成除填土外，其余均为第四系滨海、河口海湾、河泛、河床相沉积物。主要由一般黏性土、淤泥质土及粉(砂)性土组成。各土层分布如下：①杂填土；②-1粉质黏土；②-2淤泥质粉质黏土；③黏土；④粉土、粉砂；⑤粉质黏土；⑥粉土、粉砂；⑦粉质黏土；⑧粉砂。此外，在④粉土、粉砂上部一般会存在一层过渡层，为粉质黏土，褐黄色，呈可塑状态；场地20 m～25 m之间局部可能会出现暗绿色黏土层，可塑～硬塑。

昆山中环七工区的土层在6 m以下含砂率高达70%以上，同时施工的钻孔灌注桩直径大、深度深。这种含砂率极高的松散土质，给大直径钻孔灌注桩施工带来了一定的难度和挑战。该土层在钻进成孔过程中自成泥浆胶体率极低，护壁和排渣能力差，常规方法施工容易造成孔壁坍塌、扩孔，甚至危及桩基施工的安全[1]；含砂率几乎呈饱和状态的泥浆停泵时立即发生离析，大量的砂沉淀至孔底造成沉渣过厚；此外，还会形成桩身缩径、夹泥夹砂甚至断桩等质量隐患[2]。为了克服上述不利因素，保证钻孔灌注桩的施工质量，在施工过程中，项目部通过研制简易机械、泥浆系统的合理设置，有效地降低了含砂率；同时，通过一系列的施工工艺措施，确保在高砂性土层超深混凝土钻孔灌注桩工程一次成优，形成了一套独特的施工工艺。

2 工艺原理

施工前需对泥浆池进行改造，加长循环沟，便于降低泥浆流动速度和泥砂的沉淀。泥浆清孔和换浆需提前配制膨润土人工造浆，用事先配制好的膨润土和羧甲基纤维素(CMC)浆液置换出孔内含砂率极高的泥浆，钻进过程中泥浆比重适当提高以便孔底沉渣能够携出，清孔时再需采用比重略小的泥浆；通过泥水分离器、除砂器等设备对钻孔自成泥浆进行除砂，含砂率较高的废浆要及时排浆，否则砂很难降下来。管理上，质检人员和施工管理人员要随时对施工过程进行把控，提钻、下笼、清孔、灌混凝土等关键工序做到必检[3]。

过程控制中关键工艺的时间控制：钻孔后清孔至下钢筋笼时间控制尽量缩短，以免出现“缩径”“塌孔”现象；钢筋焊接时间宜控制在3.5 h～4 h内；二次清孔时间在1 h内；混凝土浇筑控制在2 h～4 h内完成。严格控制混凝土坍落度，控制在200±20。

3 施工设备和方法简介

成孔机械采用GPS-20型回转钻机，钻机高度为10 m，钻机功率为37 kW。最大钻孔深度100 m，转盘最大扭矩30 kN·m，转盘转速8/14/18/26/32/56 rpm，卷扬机单绳提升力30 kN。

GPS-20配套设备有：钻杆75.6 m(27节)、钻头φ1.5 m高1.5 m、引成钻杆3.65 m、护筒φ1.5 m×2 m高、4PNL泥浆泵、100NL排浆泵、简易泥水分离器(见图1)。

本工程采用GPS-20钻机正循环成孔、正循环清孔。

4 施工工艺流程简介

主要施工控制流程：测量定位、埋设护筒、桩机就位→泥浆制备、制作钢筋笼、钻进成孔→第一次清孔→下钢筋笼→下导管→第二次清孔→灌注混凝土→养护→检测。

钻孔灌注桩施工工艺流程见图2。

5 施工工艺主要控制要点

1)施工前制备优质泥浆。

开钻前，必须先准备优质泥浆(事先配制膨润土和羧甲基纤维素(CMC)浆液)，且须检查泥浆性能，直到所配制泥浆比重达到1.2、粘度达到17 s～20 s时，才可开钻。清孔时，采用泥浆比重小于1.1的泥浆。同时，所配泥浆量不少于2倍桩孔体积，以满足桩施工护壁需求量。

2)钻孔施工。

钻进过程中，应根据不同的地质情况，确定钻进速度，钻进过程中应不定期的检查泥浆性能。常规技术参数：钻压10 kN～25 kN,转速50 r/min～80 r/min，最小泵量30 m3/h，在实际施工中，应根据实际情况，对钻进速度、钻压、泵量等参数不断调整、修正，以保证顺利成孔。禁止不分土层，盲目采用高转速、高压、高泵量成孔的方式施工。注意控制深度，超钻深度不许超过30 cm，严格控制超钻现象的出现。

钻孔自成泥浆在泥浆沟用泥浆泵抽吸后，通过泥水分离器或除砂器过滤粗砂或钻渣，过滤出来的泥砂运到指定位置弃土。泥浆循环池中泥砂沉淀较集中的泥浆沟入口附近设置泥浆泵，将沉淀泥砂较高的废浆及时排出至废浆池。

钻孔成孔后，采用钻杆长度和测绳测量双控的方法，控制钻孔深度。

3)钢筋笼制作。

钢筋笼按设计图纸要求进行制作。单节钢筋笼制作长度视钢筋定尺而做，在满足吊车最大起吊高度单节钢筋笼尽量做长一些，以减少孔口焊接的时间。在吊车和作业空间允许的情况下，尽量采用9 m或12 m的长钢筋笼，以减少钢筋接头，加快焊接时间。

4)第一次清孔。

钻孔至设计标高后，采用正循环进行换浆清孔，并保持一定水头高度，以防止塌孔。采用比重小于1.1的含砂量低、粘度好的泥浆、清孔不低于120 min，在一清的过程中，必须及时补充足够的泥浆要始终保持桩孔中浆面稳定。孔深及泥浆比重经质量人员自检及现场监理验收后，方可拆除钻杆。

5)成孔验收(或检测)。

提钻后，由项目质检工程师和监理(或第三方检测机构)对孔深、孔径、垂直度等数据进行检查验收(或检测)，符合设计和规范要求后，方可进行下钢筋笼施工。如出现缩径、沉渣过厚等现象须重新进行扫孔。

6)下钢筋笼。

下钢筋笼时，要注意保持钢筋笼垂直，速度要均匀、缓慢。沉放时要对准孔位，平稳、缓慢的进行，不允许钢筋笼左右摇晃，注意保持钢筋笼与桩中心一致，避免钢筋笼刮蹭碰撞破坏孔壁，到位后立即焊接，固定。焊接处焊缝宽度和厚度要符合规范要求，焊接时质检人员、监理监督验收，合格后方可下入孔内。在保证钢筋笼焊接质量的前提下，钢筋笼接长时要尽量加快。声测管的上下段必须对齐，并将声测管与钢筋笼牢固连接，以增加声测管的刚度，同时需制作好声测管接头，接头液压连接之后再用防水胶带包裹，以防接头处漏浆堵塞管道。钢筋笼定位之后，声测管内穿入φ40尼龙管，以保护声测管。

7)下导管。

导管需按顺序进行编号，并用油漆注上导管的长度尺寸。下导管前，先根据成孔深度确定下导管长度，可采用先将导管下放至孔底再提升的方法保证导管底部距孔底25 cm～40 cm。导管下放过程中注意保持与孔位中心线一致。

8)第二次清孔。

导管安放后，用正循环法进行二次清孔。清孔后由质检工程师与监理单位对孔深、垂直度等数据进行检测，加强对沉渣的检查力度，控制沉渣厚度不得超过0.2d，垂直度不超过1%，并且泥浆相对密度1.03～1.10；粘度17 Pa·s～20 Pa·s、含砂率小于2%。

9)灌注混凝土。

开始灌注混凝土前，严格控制导管底部至孔底的距离宜为25 cm～40 cm。为保证足够的混凝土初灌量，采用2.5 m3以上大料斗且首灌后混凝土连续灌注封底。混凝土灌注前，需由试验室主任检测混凝土坍落度，控制在200±20。对不符合要求的混凝土，采取退场处理。灌注前，导管内要安放隔水球，管口需要加活动盖板。

混凝土灌注底部时应尽量增大导管埋深并放慢灌注速度以减少混凝土的冲击力。灌注过程中尽可能提高混凝土浇筑速度，快速连续浇筑，提前报送混凝土计划并要求拌站保证供应混凝土及时并且连续不中断。灌注过程中，需经常抽拔导管，并随时用测绳测量混凝土的深度，并用实际浇筑方量进行校核，控制导管埋深。所拔导管长度必须保证剩余导管下口埋入混凝土面大于2 m，小于6 m。每节导管拆除后，应清洗干净。

10)养护。

混凝土初凝后，拔出插入声测管的尼龙管，并上下疏通声测管。在混凝土达到一定强度后，把灌注好的桩上面的孔用土填实，避免人员坠落。养护期间尽量减少车辆等荷载对桩的扰动。

11)桩基检测。

建设单位指定专门检测站用超声波对桩基进行检测，根据需要也可用高应变、低应变检测或钻芯取样进行抽测。

6 结语

本文针对昆山中环七工区桩基工程，对高砂性土层条件下的钻孔灌注桩施工方案进行研究，对泥浆系统、钻孔过程、钢筋笼制作、清孔、灌注混凝土等全过程进行了详细的分析和施工指导，最终昆山中环七工区的Ⅰ类桩率达到95%以上，取得了较好的质量安全成效。昆山中环七工区在高砂性土层下进行的超深钻孔灌注桩施工工艺的成功实施，为后续类似桩基施工的质量控制提供了经验和依据。

[1] 华 燕.大直径钻孔灌注桩在砂性土层中施工的关键技术[J].建筑施工，2011(6)：78-80.

[2] 田胜祥.软土地基超深钻孔灌注桩施工技术[J].建筑施工，2010(6)：33-35.

[3] 徐佩林.高砂性地层钻孔灌注桩施工易发的基桩质量隐患[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2008(6)：126-129.

On construction technique for super-deep concrete bored pile with high sandy soil strata

Miao Jianyang

(ShanghaiNo.7ConstructionCo.,Ltd,Shanghai200050,China)

Taking the super-deep bored pile project with high sandy soil at Shanzhong Ring as the example, the paper researches the safety problems including pore wall collapse, reaming, and hazards caused by regular construction methods, points out the reallocation of mud system and adoption of simple mechanics in the pile foundation construction process, and illustrates the detailed craft procedure controlling points, so as to ensure the quality and safety of the projects.

pile foundation project, high sandy soil strata, muddy water separator, mud system, bored pile

2015-01-18

缪建杨(1982- )，男，工程师

1009-6825(2015)09-0058-02

TU473.14

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