沙漠地区钻孔灌注桩施工方法

宋刚

摘要：本文结合位于沙漠地区的内蒙古鄂尔多斯市沿黄公路树独段罕台川特大桥等桥梁桩基础施工实践，从机械设备选用、平台地基处理、泥浆配置、成孔、灌注各方面，提出沙漠地质、类沙质地旋挖钻孔灌注桩的施工方法。

关键词：沙漠；桩基；施工

一、概述：本桥地质属典型的沙漠地区特征，基本地质是：上层风积沙，厚度达几十米，往下是沙砾层、粘土层等，桩基设计为摩擦桩。设计桩长40～82米，桩径1.2～2.0米，沉渣允许厚度30Cm。沙层的稳定性差，具有流散性，土质粘结性差，易在在孔内压力小、机械振动、钻头上下活动和下钢筋笼时擦刮孔壁、造成孔壁破坏，或钻头提升时钻头下产生负压、泥浆形成紊流冲刷孔壁时等情况下坍孔、缩径。

二、机械设备选用：

罕台川特大桥在设计桩长范围内地质是沙层、卵、砾石层、泥土层，没有较大的漂石、孤石和岩层，可以选用旋挖钻机。进场初期旋挖钻、回旋钻、冲击钻机成孔现场施工情况对比：在相同地质条件下，桩长82米，桩径2.0米的桩基，SYR250、NR2206型旋挖钻机15个小时成孔，回旋钻机11天成孔，冲击钻机30天成孔。成孔时间越长，塌孔风险越大。因此，从进度效益、安全可靠等方面综合考虑，首选旋挖钻机。采用旋挖钻钻进速度快，一般70～80m深的孔只要15个小时左右即可成孔，这样不但可以缩短桩基施工时间，加快施工进度，而且大大降低了塌孔风险。

三、平台地基处理：

3.1场地平整

用推土機（或装载机）将桩位周围沙丘整平。

3.2表层风积沙水夯密实

沙漠风积沙表层松散、自身稳定性较差、施工时在桩位范围下挖30～50cm深积水坑，灌水夯实，保证上层紧密，整个沙层湿透，一般水夯持续2周左右，灌注前沙层湿度保值在70%为佳。

3.3换填施工平台

施工前应根据地面标高，在桩顶换填4～5米泥结砂砾层，用压路机分层压实，形成稳定的持力层，加固桩顶部分，保证设备安全运行和材料进场。

沙漠桩基施工剖面示意图

四、泥浆配置：

本类桩采用具有低失水、高矿化度、高滤液粘度、适当的比重和粘度的泥浆。

工地采用以钠质膨润土为主要材料的混合型泥浆，用钠质膨润土、烧碱、羧甲基纤维素配制混合型泥浆。烧碱有以下作用：1、提高泥浆的PH值，2、增强粘土的水化分散能力，3、清除泥浆中的钙镁离子，取得分散稳定泥浆的作用。羧甲基纤维素有以下作用：1、能明显降低泥浆的失水量，2、增大泥浆的粘度和切力（增粘剂），3、它能包裹住粘土颗粒，具有胶体保护作用（降失水剂）。在加膨润土粉前，先将烧碱（NaOH）溶解在小容器里再泼洒在泥浆池里搅匀，用PH试纸检验，将泥浆池的水酸碱度调至10～11；再加膨润土，使用比例为：水：膨润土=10：1（重量比）；然后加纤维素，掺量为膨润土的0.1%，先溶解配成浓度为1%的溶液后再加入泥浆池中。按上述要求配置的泥浆，比重为1.05左右，粘度为20～26Pa·s，胶体率可达到98%，泥皮厚≤2mm/30min。在有流沙层时，需加大泥浆比重，加大膨润土用量，使用比例为：水：膨润土=9：1，泥浆比重为1.05～1.06。按上述配比配制的泥浆，悬浮能力强，携砂效果好，稳定性强，在静置较长时间（下钢筋笼、灌注混凝土时间）粉细沙不易沉淀下来，成孔过程中泥浆相对比重达到1.10～1.25。试验初期我们使用了聚丙烯酰胺（PAM）做防坍剂，但在50米以下地层（地下水丰富）出现掉块等情况，孔底时有塌孔现象。只有水解聚丙烯酰胺的水解度大于60%，分子量超过500万，加量不低于1000PPm时，才具有防坍剂作用。若桩孔容量大，则换浆需时间长，在底层泥浆性能改变、水解度减少的情况下，聚丙烯酰胺就只主要起全絮凝作用或选择性絮凝作用，防坍效果就差了。

五、成孔

5.1埋设护筒

护筒用1cm厚钢板卷焊，直径比桩径大20cm，长度一般4～6米。护筒埋设采用挖埋法，周围用粘土掺少量膨润土回填紧密。

5.2钻进

控制钻进速度，风积沙区钻进18～20转/min，黏土层速度可以适当快些，达到24转/min，钻头经过卵（砾）层时.要放慢速度，尽量减少对孔壁的扰动。拔杆时初期速度适当放慢，让下面及时回浆，减少钻头下负压。钻孔时根据孔内水头下降情况，及时补浆，保持孔内水头高度。

5.3清孔

成孔后静置30分钟，使大颗粒钻渣沉淀下来，用旋挖钻机掏渣清孔。

在试验阶段时，成孔阶段泥浆比重控制在规范（1.03～1.1）范围内，泥浆携带的粉沙下沉缓慢，清孔阶段时间长，需要二次清孔。泥浆护壁效果不好，孔壁稳定性差，成孔、灌注阶段易塌孔，特别是二次清孔时无论用正、反循环、气举反循环清孔，都容易造成塌孔。调整泥浆配比后，成孔后泥浆稳定性好，30小时内沉渣厚度为15～20cm，一般不会超过30cm，能满足摩擦桩的沉渣厚度要求，一般不需要二次清孔。

六、吊放钢筋笼、灌注混凝土

采用导管法灌注混凝土，浇筑时灌注高度应高出桩顶4米以上，保证导管内混凝土压力，并控制好灌注速度。

七、结论和建议

本方法泥浆比重比规范大，加大了静液柱压力PW，以平衡孔壁侧压力PC，有效防止孔壁失稳和缩径。粘度指标比规范略大，加大了悬沙能力，减少了清孔难度。endprint