钻孔液在旋挖钻钻孔施工中的应用

冯 志 宏

(山西省公路局大同分局，山西 大同　037006)



钻孔液在旋挖钻钻孔施工中的应用

冯 志 宏

(山西省公路局大同分局，山西 大同037006)

结合工程实例，介绍了钻孔液在旋挖钻钻孔施工中的优势，简述了新型钻孔液的适用范围及工艺原理，并阐述了其施工工艺流程及操作要点，提出了施工的质量、安全、环保控制措施，指出钻孔液具有工期短、质量高、成本低等特点，值得推广应用。

钻孔液，桩基础，旋挖钻，环保

传统的钻孔桩基础施工中泥浆主要用于润滑、护壁、携带钻渣，泥浆的作用较为明显，但也有一定的弊端。例如，泥浆比重不容易控制，在实际钻孔中泥浆比重调节不好，容易造成塌孔等问题；泥浆在成孔后需要较长的时间静置钻渣才能沉淀，且一次清孔过后沉渣清理不完全，需要二次清孔；施工时，泥浆流到孔桩周边，造成泥泞；后期泥浆的处理，工程量较大。为解决上述问题，引进钻孔液用于旋挖钻孔桩基施工，现将该工法简单介绍。

1　工程概况

本工程位于山西省大同市，国道208线金家湾至秀女河段改建工程，上跨湖大铁路分离式立交桥。新建桥为4×20 m连续箱梁桥，基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。数量表见表1。

表1　钢筋混凝土钻孔灌注桩数量

其中第二跨跨越湖大铁路，相交的铁路为单行重车线，电气化铁路。

在勘探深度范围内(地表以下40 m)的土层主要由第四系上更新系统沉积的砂砾与粉质粘土等组成。地下水埋藏较深，大于15 m。

本工程开始便引入钻孔液进行施工，采用1台旋挖钻施工，钻孔施工过程顺利，经对桩的完整性检测均为Ⅰ类桩。

2　特点

经现场试桩实验表明，新型钻孔液较传统泥浆有以下优势：

1)钻孔液在配制好以后，静置较短的时间，会形成胶体能凝聚成胶凝状物质，粘附于孔壁，能维持孔壁稳定防止塌孔。

2)钻孔液中的大分子物质能与粘土等形成氢键，因吸附架桥而絮凝，能强化固液分离过程，加速沉渣的沉淀。事实证明，在本次钻孔第一次完成后1 h对钻孔的沉渣进行测量，沉渣厚度20 cm，此后基本再无沉渣。

3)由于钻孔液能快速固液分离，在钻头提离孔口后，钻孔液迅速流下钻机能快速到渣，节省时间。此外钻渣堆积到地面后无残余的水分流出，施工现场较为整洁。

4)无污染，不产生废泥浆，可循环使用，环保。

3　适用范围

传统上，使用旋挖钻钻孔的桩基，使用膨润土护壁，在此都能改用钻孔液代替，本办法适用广泛。

4　工艺原理

钻孔液又名钻井泥浆，是线状高分子聚合物,高性能泥浆，分子量在300万～2 500万之间,固态为白色粉颗,液态为无色粘稠胶体状,易溶于水，溶于水后静置会形成粘稠状液体，胶体率在95%以上。用于泥浆护壁钻孔工艺，主要作用在于保护桩孔壁稳定和絮凝钻进过程中产生的土、砂子以及其他杂质。

5　施工工艺流程和操作要点

5.1施工工艺流程

钻进施工流程图见图1。

5.2施工操作要点

1)施工准备。设置一个泥浆池，供应3个～4个轴的桩基施工。泥浆池的大小根据桩基的大小确定，一般情况下，泥浆池的实际储浆量比一个桩基的体积要大，便于不间断的供浆和灌注混凝土时浆液的回流。

将清水注入泥浆池后，用20%氢氧化钠(又名烧碱、火碱或片碱)溶液调节水的pH值在8～10之间。

将循环泵打开，进行自循环后，通过泵出水管口加入本产品，要求慢慢均匀加入，一般砂层加量为2.5(即100 m3水中加入本产品25 kg)，后用空压机搅拌1 h，用工程漏斗测定溶液的粘度到30 s左右即可满足一般工程地质(一般情况下手感稍有粘度起线丝状即可，特殊地质根据实际情况而定)。

若粘度高于30 s，可直接加水稀释：若粘度小于30 s，可能是由于搅拌时间不够，需延长搅拌时间，如果仍达不到粘度，可打开循环泵自循环后通过出水口补充本产品，并再用空压机搅拌1 h左右，钻孔液配制后，性能指标满足：比重1.00～1.02，粘度：一般为17 s～20 s，pH值为8～10，含砂率小于2%。

2)用量。一般情况下比例按0.01%～0.1%配制，根据现场实地情况试验确定配合比例，参考指标见表2。

表2　参考指标

3)钻进。钻机就位前，对钻机主要设备进行检查和维修。旋挖钻机就位后，其垂直度采用钻机自身的垂直检验测装置控制，并辅以人工铅垂90°两个方向同时矫正垂直精度。钻斗中心与钢护筒中心位置的偏差不得大于2 cm。

钻进过程中，边钻进边注入泥浆，使泥浆面始终距护筒顶不大于0.5 m，同时经常检查泥浆比重及沉淀厚度，如有超标应进行及时处理。

由于旋挖钻机将孔内土壤直接挖出，钻进速度较快，为及时调整钻孔液相对密度，在钻进过程中，应有专人对地质状况进行检查，调整加入钻孔液的时机和数量[1]。

当钻孔深度达到设计要求时，要对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，确认满足设计要求后，填写终孔检查证，并经监理工程师认可，方可进行清孔和灌注水下混凝土的准备工作。

4)清孔。钻孔达到设计高程，质量符合要求后，应立即进行清孔。清孔采用换浆法，将孔内悬浮钻渣较多的泥浆替换出来。清孔后泥浆应符合指标要求。

5)混凝土灌注。水下混凝土的灌注必须按JTJ 041—2000公路桥涵施工技术规范要求进行。

首批混凝土灌注时必须满足灌注混凝土的数量，剪球后连续灌注，每次混凝土灌注完成后，检测混凝土的上升高度和导管的埋置深度，并及时做好记录[2]。灌注混凝土时溢出的泥浆应引流至适当地点处理，经沉淀后方可排放或重新利用，以防污染。护筒应在灌注混凝土后立即拔出，混凝土应连续灌注，直至灌注到混凝土顶面，灌注的混凝土高出设计标高50 cm～100 cm，以保证截面以下的混凝土达到设计要求。在同一基础所有桩的混凝土强度达到设计强度时，凿除预加高度的混凝土。

6　质量控制

1)工程质检流程图。班组自检→互检→施工员组织验收→质检员复验→监理工程师验收。

2)质量检验标准。钻孔灌注桩施工质量执行《城市地下铁道施工及验收规范》《钢筋混凝土工程施工及验收规范》。隔离桩允许偏差见表3。

7　安全措施

1)孔口高出地面20 cm，孔口四周设置护栏和安全标示。2)提升设备牢固固定，配备检查制动装置。3)孔口操作平台自成

稳定体系，防止在护壁下沉时被拉垮。4)孔口安装上下软梯，严禁用卷扬机载人上下。5)挖出的土石方及时运走，孔口四周2 m范围内不堆放淤泥杂物,严格控制荷载。6)混凝土护壁强度应在达到设计强度后，方可拆除模板,进入下道工序。

表3　钻孔桩成桩允许偏差

8　环保、节能措施

1)加强宣传教育工作，提高管理人员及各施工班组文明施工意识。2)做好施工现场管理，周围居民和闲杂人员不许入内。3)在合理的位置设足够容量的泥浆池，并具有制作、贮存、回收与净化利用功能，尽量减少泥浆产生量，防止泥浆污染场地及场外路面。4)泥浆池建雨棚覆盖，周围设安全围栏。5)建立污水处理系统——将所有施工场地内的污水处理达标后才排放至指定地点。6)施工泥浆通过护筒侧壁的溢浆孔排入泥浆溜槽后进入泥浆池，溜槽采用在路面开槽的方式设置，并在上面加盖8 mm厚的钢板。7)加强对溜槽、泥浆池的清理工作，从根本上防止泥浆外溢污染。8)钻渣滤尽余水后再外运，废泥浆装入封闭容器汽车外运至指定弃土场，所有汽车经过冲洗后才驶出施工场地。9)工程材料做到堆放整齐、标识清楚，生产、生活区派专人保持整洁卫生，尤其是派专人进行泥污与散落的碴块清理和进出车辆冲洗，全面达到文明施工标准。

9　技术经济效益分析

1)工期。不需要像膨润土那样提前配置泥浆，只要有充足的水源，就能顺利完成施工，也不外运泥浆，所以有利于现场布置，更方便工序安排，减少因造浆不及时、外运泥浆造成场地限制等造成工期安排不合理、延误工期现象。

2)质量。根据泥浆性能，直接加钻孔液来调节各项指标，利于沉渣清理，减少灌注混凝土时发生夹渣的可能性，便于控制质量。

3)环保。使用钻孔液的节能环保效果好。使用钻孔液，不需要大批量淘泥浆，外运工程量相对较小，现场不会产生泥泞的场地。

4)成本。不需要使用膨润土调制泥浆，生产成本大致相同，但减少了外运费用。

综述，使用钻孔液更利于现场管理和控制，有很好的应用前景。

[1]GB 50299—99，地下铁道工程施工及验收规范[S].

[2]GB 50669—2011，钢筋混凝土工程施工与质量验收规范[S].

On application of drilling liquid in drilling construction of rotary drilling

Feng Zhihong

(DatongBranch,ShanxiRoadBureau,Datong037006,China)

Combining with the engineering cases, the paper introduces the advantages of the drilling liquid in the drilling construction of the rotary drilling, indicates its applies scopes and craft principle, illustrates its construction craft procedure and operation points, points out the controlling measures for the quality, safety and environment protection in the construction, and points out the liquid is featured with the short construction period, high quality and lower cost, so it has broader application.

drilling liquid, pile foundation, rotary drilling, environment protection

1009-6825(2016)19-0148-02

2016-04-21

冯志宏(1977- )，女，工程师

TU472.36

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