城市桥梁桩基旋挖钻机成孔无固相泥浆施工技术

刘晓军

摘要： 通过宝鸡市公园路立交工程桥梁桩基的施工，介绍了城市立交施工过程中，针对场地狭小，文明施工要求高，周围建筑物沉降控制严格及施工可靠性等特点，采用旋挖钻机成孔，无固相泥浆护壁的桩基施工方法，为同类工程施工提供与以往冲击钻或正反循环钻机成孔，膨润土等材料作为泥浆护壁的桩基施工不同的桩基施工方案，为类似施工提供经验。

Abstract： Based on the construction of bridge pile foundation in Baoji City Park Road interchange project， this paper introduces the no-solid mud wall construction method by using rotary drilling rig pore-forming according to the characteristics of small construction site， high demand for civilized construction， strict settlement control of the surrounding buildings and construction reliability in the construction of the city interchange， which provides different pile construction plan for the same type of construction from the previous impact drill or positive and negative drilling rig pore-forming， bentonite and other materials as a mud wall construction and provides experience for similar construction.

关键词： 城市桥梁；旋挖钻机；无固相泥浆；桩基施工

Key words： urban bridge；rotary drilling rig；no-solid mud；pile foundation construction

中图分类号：U445.55 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）15-0068-03

0 引言

城市区域内施工场地狭小，工地两侧交通不能中断，文明施工要求高，周围建筑物沉降控制严格，正反循环及冲击钻机使用受到限制。同时市区限制货运车辆行驶，物资及垃圾必须在规定时间段进出场地，传统施工工艺需要的膨润土与钻渣堆放尤为困难，容易出现因泥浆不足或场地不足窝工现象，影响施工工期。采用无固相泥浆，钻渣相对含水量较小易于堆放，无固相泥浆运输及存放便利，从而加快了施工速度。本文通过宝鸡市公园路立交施工实例，详细论述了城市桥梁桩基旋挖钻机成孔无固相泥浆护壁关键技术。

1 工程概况

宝鸡市公园路立交桥桥型布置为（5×25）m+（30+45+30）m+（5×25）m。桥面宽度15m。桩基受力形式为摩擦桩，共40根，分布在石鼓路两侧公园路上，西侧为0#～6#桩位，东侧为7#～13#桩位（见图1），几何尺寸分别为：？准1.3m×15m，8根；？准1.5m×32m，16根；？准1.5m×20m，8根；？准1.5m×28m，8根，均采用C30号砼。地表以下0.8～2.8m为近期人类活动堆积的沥青、粉土、砂石等杂填土。杂填土以下地层依次为：粉土、卵石、砂砾、粉质粘土。土层稳定性、凝聚性差，属强透水层，稳定水位埋深2.0～3.8m，地下水水位变化幅度在1.5～2.0m。地质情况复杂。

2 工艺特点

①针对城市桥梁钻孔灌注桩施工，采用旋挖钻机成孔无固相泥浆护壁，高分子聚合物无固相泥浆能够起到润滑钻具、平衡孔内压力，孔壁形成保护膜的作用，其性能忧于普通泥浆，在原材料使用少回收效率高，保证了成孔的各项技术要求，达到方便施工、节约成本，加快施工进度的目的。该高分子聚合物通常用于污水净化，无毒无害，不会对地下水及环境造成影响。

②针对原城市主干道行车道上桩基施工，泥浆池采用采用240标准砖墙砌筑泥浆池，外侧每2.5m砌筑三角形砖柱用以抵抗泥浆水平推力，内墙及沥青原路面采用砂浆抹面，亦可铺塑料布防止渗水，用以制备及回收無固相泥浆。此方法科学、合理、经济、操作简便，在保证桩基施工需要前提下，节约了工期。

③针对钻孔灌注桩施工中采用原地面砌筑泥浆池泥浆回流问题，采用泥浆通过泥浆泵泵入消防水带运输至泥浆池的方法实现回流，操作简单，材料易于购买，长距离可采用专用链接器连接，拆装方便，不受场地及地形限制，无固相泥浆沉渣效率高，因此进入循环系统的泥浆不会出现固体物沉淀，保证了泥浆泵及消防水带的畅通，成功地解决了泥浆回流问题。

3 桩基施工方案

3.1 施工工艺流程图（图5）

3.2 泥浆循环系统及桩基施工

①泥浆池位置选择。

本工程桩基40根，分布在公园路与石鼓路交叉路口东西两侧，西侧为0#～6#桩位，东侧为7#～13#桩位（见图1），故选择在3#、4#之间，9#、10#之间分别砌筑一座泥浆池。

②泥浆池结构。

本工程单桩最大为56.55m3，砌筑泥浆池净尺寸为20m（长）×3m（宽）×1.1m（高）=66m3用以回收灌时泥浆，泥浆池位置和大小选择应合理，既不能浪费材料，又要保证混凝土灌注时泥浆回收有足够的存储空间，应大于设计桩基混凝土方量的10%。砌体采用240标准砖墙，外侧每1.5m砌筑三角形砖柱用以抵抗泥浆水平推力，内墙及沥青原路面采用砂浆抹面，亦可铺塑料布防止渗水。砌筑泥浆池时增加砖柱作为斜撑，增加砖墙稳定性。内墙及底部沥青面层用砂浆抹面或铺设整块塑料布，以确保泥浆不被渗漏。

③泥浆制备。

泥浆池内放入水，用碳酸钠和氢氧化钠将水pH值调至8～10左右，无固相泥浆在桶内充分搅拌溶解后倒入泥浆池比例为1：1000（重量比）左右，可根据地质条件适当调整，泥浆性能指标选择见表1。利用空压机吹风搅拌，搅拌均匀后稍有粘度挂丝即可。泥浆比重可用重晶石（硫酸钡）进行调整，以达到使用要求。

3.3 循环系统

泥浆循环主要借助泥浆泵及配套消防水带，泥浆泵配备3台，其中备用一台。灌注砼时因封底砼方量较大，故在开始往大料斗卸料时开启泥浆泵将部分泥浆抽进泥浆池。与常规泥浆循环方式不同点是泥浆从孔内流入泥浆池需要泥浆泵。成孔后一般不需二次清孔，如需二次清孔可利用相邻已浇筑完成孔位作为沉淀池。

3.4 埋设护筒

护筒内径宜比桩径大20～40mm，钢护筒采用6～10mm钢板加工，长度为2～4m（特殊情况应加深以保证钻孔和灌注砼顺利进行）。护筒中心竖直线应与桩中心线重合（除设计图纸另有规定外，平面允许误差50mm），竖直线倾斜度不大于1%，护筒连接处不得有突出物，应耐拉、压、不漏水或变形现象。全站仪放出桩位后利用挖掘机携带破碎锤破除原路面结构层，利用旋挖钻机干钻，护筒埋设下放完成后回填护筒周边空隙并夯实，护筒应高出原地面30cm。护筒埋设完成后注入泥浆进行正常钻孔作业。

3.5 钻孔

钻孔过程中钻头和钻杆中心要与桩中心对准，使钻架垂直，钻机调平和定位均采用微电脑自动控制系统完成。用泥浆泵向护筒内注入泥浆，泥浆注到钻机旋挖时不外溢为止。在旋挖过程中每挖一斗向孔内注一次泥浆，使孔内始终保持一定水头，同时保证泥浆质量稳定。根据钻渣情况判断地质情况，必要时将适量未溶解高分子聚合物无固相泥浆直接倒入孔内，钻孔过程中通过旋挖钻机搅拌均匀。旋挖钻钻孔过程中旋挖出的钻渣临时堆放在桩位附近，及时采用装载机装车，自卸汽车外运至指定位置，按有关规定进行处理。即将终孔时减缓钻进速度，无固相泥浆内杂质充分沉淀后由最后一个钻进循环带出空外，终孔后根据规范要求进行检测，合格后即可下放钢筋笼，无需二次清孔。因特殊情况导致沉淀层厚度超过规范要求时，采用泥浆泵将泥浆送入导管，孔内返出泥浆流入相邻已灌注完成并达到一定强度后的孔位，达到循环清孔目的。

3.6 混凝土灌注及泥浆回收

钢筋笼下放完成后即可安装导管进行砼灌注，根据现场控制，终孔时保证泥浆池内无固相泥浆使用完成。导管安装完成后孔内安装两台泥浆泵并连接配套消防水带与泥浆池连接，混凝土罐车到达指定位置可以卸料时开启泥浆泵，将护筒范围内泥浆提前泵送至泥浆池，灌桩开始后同时开启两台泥浆泵，将首批封底混凝土返出泥浆泵送至泥浆池，后续混凝土灌注时关闭一台泥浆泵，可满足混凝土灌注时泥浆回收要求。

灌桩时泥浆借助泥浆泵流入泥浆池，回收泥浆与新制备泥浆颜色性能相同，方量不足时按一定比例加入水、无固相泥浆、碳酸钠，以备下次利用。泥浆池之间泥浆倒运可用水泥罐车或水车。

4 结语

本文通过宝鸡市公园路立交工程桥梁桩基施工介绍，论述了钻机选型，泥浆池位置确定，泥浆制备，钻孔过程中的泥浆循环和泥浆回收等施工方法，与以往冲击钻或正反循环钻机成孔，膨润土等材料作为泥浆护壁的桩基施工不同的桩基施工方案，为类似施工提供参考。

①旋挖钻机成孔无固相泥浆护壁，适用于地質复杂、土层自身造浆能力差的地层，高分子聚合物无固相泥浆能够起到润滑钻具、平衡孔内压力，孔壁形成保护膜的作用，其性能忧于普通泥浆，在原材料使用少回收效率高，保证了成孔的各项技术要求，达到方便施工、节约成本，加快施工进度的目的。

②本方案采用公园路原路路面结构层较厚整体性好，采用以往的开挖原地面方式作为泥浆池，开挖和回填处理费用高，不利于文明施工，造成安全隐患。综合现场实际情况，采用采用240标准砖墙砌筑泥浆池，外侧每2.5m砌筑三角形砖柱用以抵抗泥浆水平推力，内墙及沥青原路面采用砂浆抹面，亦可铺塑料布防止渗水，用以制备及回收无固相泥浆。此方法科学、合理、经济、操作简便，在保证桩基施工需要前提下，节约了工期。

③以往旋挖钻机施工中，清孔、灌桩过程中泥浆回流是通过原地面小水沟靠重力流入泥浆池，采用原地面以上砌筑泥浆池方案后，以往泥浆循环系统无法使用，必须借助外力实现泥浆由低到高的回流。结合现场实际，采用泥浆通过泥浆泵泵入消防水袋运输至泥浆池的方法实现回流，操作简单，材料易于购买，长距离可采用专用链接器连接，拆装方便，不受场地及地形限制，无固相泥浆沉渣效率高，因此进入循环系统的泥浆不会出现固体物沉淀，保证了泥浆泵及消防水带的畅通，成功的解决了泥浆回流问题。

④本方案适用于除弱风化坚硬岩石以外的各种地层桥梁桩基施工，特别适用于城市桥梁施工中地质复杂、土层自身造浆能力差的地质条件，避免了普通钻机施工周期长，震动大的缺点，普通泥浆护壁污染大，处理难度大，沉渣效率底，易出现夹泥断桩等不利条件，该方案在保证安全和质量的前提下有利于缩短桩基施工工期，经济效益明显。

参考文献：

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