潜水钻机与气举法工艺在码头桩基清孔中联合应用

2018-08-16熊丰华孙强林志颖

珠江水运 2018年14期

关键词：联合应用

熊丰华孙强林志颖

摘要：文章以泰国和黄码头项目为例，在浇筑桩芯混凝土前，桩内孔深未达到设计值，故而采用潜水钻机和气举法相结合的方案进行桩内清孔的施工，总结概括了简易潜水钻机在施工过程中的要点及应注意的问题，提高了施工工效，缩短了工期，保证了工程质量。

关键词：气举法联合应用桩内清孔

1.工程概况

1.1项目简介

本工程为泰国和黄码头工程项目，结构形式为高桩码头，该项目桩基由1217根钢管桩组成，钢管桩外径主要为1000mm和1200mm，壁厚为19mm，其中1/4为4：1的斜桩，剩余桩基为直桩；根据设计要求，码头前沿3排钢管桩泥面标高均高于设计底标高，因此需要进行清孔处理，清孔深度从6～9m不等。

1.2地质情况

根据地质钻孔资料得知，沉桩区域需要清孔深度内地质依次为：（1）淤泥层，厚度为1～2m；（2）松散中密粉砂，厚度2～3m；（3）很坚硬砂质黏土层，厚度3～5m。

根据现场实际情况，在保证施工进度，采用施工设备小型化，不在桩顶搭设施工平台的基础上，本项目采用了潜水钻机辅助高压水冲和气举排渣法结合的桩内清孔施工工艺。

2.桩内清孔施工准备

根据钢管桩的尺寸和清孔后的设计孔深，该工程的核心装备为ZGQ-1250型潜水钻机，潜水钻机参数如下：钻孔最大直径为1.4m；钻孔最大深度为40m；转速45r/min；钻机动力22kW；钻杆长6m每根；钻头尺寸为90cm或110cm。

其余辅助设备：配备80t履带吊的方驳；11m3/min空压机，电焊机一台，70kVA发电机一台，45m3/h潜水泵，15cm直径5m长钢管（带接口），16mm2的电缆，2寸的液压管，6寸的液压管，4m2浮排3个，3m每根导管10根。

潜水钻机联合气举清孔工艺的主要原理：利用潜水钻机钻进将致密砂层进行破坏，同时辅助高压水冲剥离泥沙并使被绞松泥沙悬浮，由于桩顶到钻孔泥面高差>20m，普通水泵不能够将泥沙吸出，因此需要利用气举法将黏土、泥砂等通过排渣管排出钢管桩内。潜水钻机联合气举清孔工艺示意图见图1。

桩内清孔主要有以下步骤：（1）拼装潜水钻机，同时布设好，钻机电缆，气管、排渣管及钻杆导向器；（2）钢管桩桩顶沿直径方向焊好限位钢筋；（3）桩内清孔施工；（4）沉渣清理和孔深检查。

3.施工工艺

3.1潜水钻机拼装

潜水钻机主要由钻头、电机、钻杆及限位装置4部分组成。

需要清孔的桩外径1200mm，壁厚19mm，钻头外径为1080mm，由3组刀片均匀布置在钻头上，呈45°延伸到钻头中心，每组刀片焊接10颗合金钻头。钻杆为单根长6m，边长10cm方形钻杆，两根钻杆通过承插连接并用钢销锁定连接成一根整体。

潜水钻传动端连接钻头，钻机尾部连接钻杆，为保证钻头钻进中心和钢管桩中心相同，在钻机和钻杆上底部焊接2个外径为1112mm的导向圆环，并保证钻头和桩中心同轴钻进

3.2气举装置的安装

气举装置的排渣管为直径15cm，壁厚3mm的钢管和内径15cm橡胶管组成。排渣管鋼管部分底部与潜孔钻机固定，排渣管底口距离钻头顶面20cm，排渣钢管上部与钻杆通过卡箍和钻杆固定，排渣管钢管部分长度为20m左右，排渣管钢管尾部连接橡胶管，通过橡胶管把泥沙导出桩外。气举装置的气管为6cm高压橡胶管，在距离排渣管底口40cm处开孔通入排渣管。

3.3桩内清孔施工

潜水钻机联合气举法挖除钢管桩芯内部土层，不仅适用于直桩，也适用于斜桩，本项目直径1200mm钢管桩1：4斜桩共152根，全部使用潜水钻联合气举法清孔。斜桩清孔时由于斜率大，为了减小钻杆因自身重力在钢管桩内的挠度，钻杆每隔10m增加一个导向圆环。

（1）钢管桩顶部焊接限位装置抵抗钻杆传递的扭矩，限位装置在钢管桩顶部沿着直径方向焊接4根直径25mm的螺纹钢筋，一条中间开10cm方孔的扁担梁固定在4根螺纹钢筋内，扁担梁的方形孔洞位于桩中心处，方型钻杆端部由此扁担梁方孔穿出，由此达到钻杆和潜孔钻可以上下活动，但不能转动的效果；

（2）用80t履带吊将连接好的钻头，电机，第一节钻杆以及钻机限位装置起吊，并放入即将清孔施工的桩内；

（3）逐一连接钻杆及排渣管，根据孔深计算好需要添加的钻杆数量，并在距钻头15m处焊接一个外径1112mm的圆形限位；为便捷施工，排渣管接4节，总计20m，剩余的部分采用15cm的液压管连接，并用尼龙软绳固定在相邻未清孔的桩上，防止排渣过程端头摆动；

（4）潜孔钻机边安装边检查牢固程度，钻机到达桩底后将钻机电线连接好，气举排渣用的气管连接到方驳上的空压机，将水泵固定在浮排上，并将泵管固定在桩顶处，以便给桩内补水；

（5）启动钻机前再次检查装置的稳固性和电器开关电缆线的安全可靠性，检查无误后，打开水泵和空压机，并将钻机稍微提起一部分，保证钻头离开孔底约10～20cm，然后打开钻机，钻头开始工作后，慢慢将钻机放至桩底，开始钻进施工；

（6）钻进过程遇到的地层由软到硬，钻进速度也是由快到慢，上方的淤泥软土层钻进速度每h达到3m左右，下方黏土夹砂层每米需要2～3h。

（7）钻进过程根据土质情况调整钻机位置，软土层钻机遇到阻力小，潜水钻机依靠自身重力给钻头加压保持钻进，土质变硬以后钻机遇到阻力加大，可能会出现钻头在黏土中卡死情况，表现在电流表上是电流逐渐变大，到突然加大，因此在钻孔过程中需要时刻观察钻机电流表变化和排渣情况，排渣管排除灰白黏土和大颗粒砂砾，此时钻头已经钻进硬黏土层，此时电流容易变化，电流出现增大情况后，需要浮吊缓慢起吊钻机，由于钻机压力变下，钻头阻力也会相应减小，当电流变为工作值时，停止提升钻机；

（8）当钻头周围泥沙清理之后，电流会变小，此时下方钻机，让电流保持工作值，逐层清理桩内泥沙；

（9）钻进深度到位后，将钻机电源切断，采用气举法将桩内的残渣进行清理。

3.4桩内清孔施工注意事项

在桩内清孔施工过程中，必须要考虑以下施工的约束和要求：

（1）因孔深过大，钻机配备的电缆线，气管，排渣管较长，需要逐跟清理并固定在钻杆上，防止在钻进或起吊安装过程中与钢管桩发生剐蹭遭到破坏；

（2）由于工作环境为海水施工，钢构件腐蚀速度加快，连接钻头，钻杆的螺栓必须定期检查，发现有破损或腐蚀严重及时更换，做好日常保养，保证设备的安全可靠；

（3）由于潜孔钻机为水下作业，所有用电设备必须配备合格漏电保护器，所有电缆线都要确保完整，设置专人检查，做好检查记录，保证用电安全；

（4）起重作业需提前检查吊具，在起吊过程中需专人指挥，钻机缓慢安放，尤其斜桩更加需要注意，直桩起吊过程确保钻机、钻杆在一条垂直轴线，斜桩起吊过程钻头和钻机缓慢放入钢管桩内，由钻机上的导向首先接触钢管桩壁，然后沿钢管桩壁缓慢下方，直到第二个导向进入钢管桩内，过程中控制吊车臂防止扭断钻杆；

（5）保证气管和排渣管的气密性尤其排渣管和粗颗粒砂石高速摩擦容易破损，排渣管需经常检查并更换；

（6）保证钢管桩内的水位，若桩内水压不够，排渣管排渣效率低下甚至不能排除钢管桩内的泥沙。

4.结束语

综上所述，对于工程的施工技术，只要认真分析不利因素，针对性地采用合理技术措施，制定可靠的施工方案、工艺流程，配备相应的技术力量和设备，就既能达到高质量、提高效率，又能降低工程造价。