多年冻土层钻孔灌注桩施工技术

王 艳

(龙建路桥股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150009)

桥梁工程

多年冻土层钻孔灌注桩施工技术

王 艳

(龙建路桥股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150009)

阐述多年冻土层施工钻孔灌注桩施工过程中，通过正确选择钻机、采用双护筒措施、有效控制泥浆指标等方法，有效地改善了多年冻土层钻孔桩不易成孔、钻进慢、扩孔率大、施工成本高等问题。

多年冻土层；钻孔灌注桩；施工技术

1 施工工艺

1.1 施工准备

钻孔场地布置尽量以填代挖 ,以减少对原地表的开挖引起的热扰动。桩位放样时 ,桩的纵横允许偏差≤±5 cm,并在桩的前后左右距中心2 m处分别设置护桩 ,以供随时检测桩中心和标高。

1.2 埋设护筒

护筒均采用10 mm钢板卷制而成,外护筒内径比桩径大40 cm，外护筒按照常规工艺进行埋设。钻机就位后 ,用等同于桩径的冲击钻头施钻 ,钻至冻土上限以下 >0.5 m深度后停钻 ,安放内护筒。安放前 ,内护筒外侧预先涂满渣油。护筒准确就位后 ,其外侧与孔壁所形成的孔隙用渣油拌制的粗颗粒土回填密实。护筒埋设较深时 ,可采用多节护筒连接使用 ,接头要圆顺 ,满足刚度、强度及抗漏水的要求 ,上下节护筒接头应对准 ,必要时可加设劲肋 ,可用30 cm 长Φ16 短钢筋沿护筒纵向焊接。护筒埋设时要将护筒中心与桩中心对准 ,其误差≤5 cm,护筒上下要竖直 ,其误差≤1 %的护筒长度。

1.3 钻机就位

采用卷扬机带冲击锥钻机成孔。钻机利用大吨位吊车就位 ,钻头与桩位的对位误差要 <2 cm。

1.4 泥浆拌制及废碴处理

钻孔泥浆采用优质粘土，采用制浆机制浆，存入预先挖制的泥浆池中。考虑环境保护的需要 ,钻孔桩所需泥浆不得随意就地排放 ,钻渣及废弃泥浆统一收集并运送到指定地点倾倒。

1.5 钻孔

由于为岩类地质层,采用平底钻头。开钻时 ,先低档慢速钻进 ,钻至护筒下1 m 后 ,再以正常速度钻进。在钻进过程中 ,经常注意进行泥浆循环，将钻渣捞取并注意土层变化 ,对不同的土层采用不同的钻速、钻压、泥浆比重和泥浆量。在地表以下冻土区域容易塌孔的土层采用低档慢速钻进 ,同时提高孔内水头 ,加大泥浆比重 ,防止塌孔。钻进过程中 ,应对钻进情况及地层的情况进行记录。当出现钻杆跳动、钻机摇晃、钻不进尺等异常情况时 ,立即停机提钻检查 ,查明原因妥善处理后再钻。

1.6 清孔

当钻至设计标高后 ,经监理工程师确认已到达设计深度后停止钻进并及时清孔。清孔采用正循环换浆法，将钻具提起约30 cm,泥浆泵不停循环 ,间歇性加入清水，泥浆循环不断进行。

2 施工过程控制要点

2.1 钻机选择

(1)冲程与冲击频率可人为控制，施工过程中可要求操作人员保持较小的冲击频率，钻头提升速度缓慢运动平稳，这样钻头在运动过程中摆动小，冲击地层产生的热量少，对孔内热扰动小，不易破坏孔内热平衡；

(2)永冻层以下地质层大部分为花岗岩类岩层，其他类型钻机无法满足施工进度和质量要求。

2.2 护筒埋设

冻土区桩基采用双护筒施工，即内外两层护筒，外护筒直径比桩径大30～40 cm，灌注桩基混凝土后拔出外护筒循环使用，内护筒外径等同余桩径为永久护筒，混凝土浇筑结束后不拔除，内外护筒均采用10 mm钢板卷制而成。外护筒具有保护孔口，防止孔口坍塌，保证钻孔正常作业上的功能；内护筒埋设时，先用护筒直径的钻头施钻至护筒底标高(考虑漠河地区冻土上限深度，内护筒长设定为6 m)，然后采用钻头锤击的方式安装护筒，并在护筒外壁涂刷1 cm厚的渣油。护筒准确就位后，护筒与外护筒及孔壁所形成的空隙用渣油拌制的粗粒土回填密实。如果永冻层深度不大，内护筒最好要埋设至冻土层以下；如果冻层过大，内护筒最好穿过松软的冻融层下至较坚硬的永冻层。

2.3 泥浆指标

泥浆指标控制：泥浆稠度对冻土中钻孔有着极为重要的作用。泥浆太稀，首先不能保证在孔壁形成良好的护壁，降低孔内与冻土之间的热传导，其次不能及时悬浮孔底破碎的钻渣；泥浆太稠，减弱了钻头的冲击力，不能有效进尺，经过反复试验检测，冻土层钻进过程中泥浆比重控制在1.3～1.5之间(粉土尽量取高限，岩类取底限)，取得了良好的效果；粘度控制在22～26之间，泥皮厚度≤3 mm。

2.4 钻进过程控制

(1)逐步扩径钻进：该种钻进技术主要是首先采用小于桩径的钻头进行钻孔，至设计深度后再用同设计直径的钻头进行扩径钻进。根据地质层不同，一般先采用的钻头直径小于设计桩径30～50 cm。该种施工技术在漠北公路大林河大桥应用取得了良好的效果，具体表现为：①在冻土层中，逐步扩径钻进能多次泥浆护壁可有效防止一次成孔可能导致泥浆护壁不好，或钻进时间长、热传导过快而塌孔的现象发生；②在岩层中，几次扩径成孔可有效地提高钻进成孔的速度，降低工程成本。

(2)水头高度：钻进过程中，水头高度尽量保持在护筒顶口附近，这样可加大孔内泥浆对孔壁的侧压力，降低在冻土层中塌孔的风险。

(3)冲程控制：在钻头未进入岩层阶段，冲程控制尤为重要，冲程不能过大或过小。过大，虽然能加快成孔速度，减少在冻土层的钻进时间，但钻头产生的热量过大，对孔内的热扰动较大而且易造成对孔壁的破坏，导致偏孔或塌孔；过小，钻进速度太慢，不易破碎永冻土。在施工过程中仔细摸索总结，在冻土层中采用1.5～2 m的冲程，在穿过冻土层后采用2～3 m的冲程。这样既保证了冻土层中热扰动过大问题，又保证了钻孔桩的施工进度。

(4)清孔

清孔工作不能过快，应将泥浆比重缓慢降低至浇筑混凝土程度。泥浆比重降低过快，易造成孔内泥皮脱落，导致塌孔。

(5)钢筋笼吊装

钻孔桩钢筋笼吊装过程中应缩短吊装时间，如施工条件允许尽量加工成一节，一次吊装结束；并且避免与孔壁刮碰。

(6)混凝土灌注

混凝土应保证连续、快速灌注，尽量降低中间间隔时间，防止导管内混凝土因温度低、流动性差而堵塞导管。

3 施工注意事项

(1)钻孔机械就位后，应对钻机及配套设备进行全面检查。

(2)钻机安设必须平稳、牢固；钻架应加设斜撑或缆风绳。

(3)冲击钻孔，选用的钻锥、卷扬机和钢丝绳等，应配置适当；钢丝绳与钻锥用绳卡固接时，绳卡数量应与钢丝绳直径相匹配。

(4)冲击过程中，钢丝绳的松弛度应掌握适宜。正、反循环钻机及潜水钻机使用的电缆线要定期检查，接头必须绑扎牢固，确保不漏水、不漏电；对经常处于水、浆浸泡处应架空搭设。

(5)挪移钻机时，不得挤压电缆线及风水管路。潜水钻机钻孔时，一般在完成一根钻孔桩时要检查一次电机的封闭状况。钻进速度应根据地质变化加以控制，以保证安全运转。

(6)采用冲抓或冲击钻孔，当钻头提到接近护筒底缘时，应减速、平稳提升，不得碰撞护筒和钩挂护筒底缘。

(7)钻孔使用的泥浆，宜设置泥浆净化系统，并注意防止或减少环境污染。

(8)钻机停钻，必须将钻头提出孔外，置于钻架上，不得滞留孔内。

(9)对于已埋设护筒但尚未开钻或已成桩护筒尚未拔除的，应加设护筒顶盖或铺设安全网遮罩。

Adissertationonboredpileconstructiontechnologyatpermafrostlayer

WANG Yan

(Longjian Road and Bridge Co., Ltd., Harbin, Heilongjiang 150009, China)

The construction process of bored piles at permafrost layer is discussed in this paper, adopted some methods such as the correct selection of drill, double protecting tubes, effectively control index of mud, effectively improved some problems of difficult to drill, slow drilling, larger expanding rate, construction cost is high.

permafrost layer; bored pile; construction technology

U445

C

1008-3383(2017)08-0113-02

2016-12-28

王艳(1973-)，女，高级工程师，研究方向：道桥施工技术。