新建铁路郑州至焦作黄河大桥旋挖钻钻孔桩施工技术与应用

刘炯

【摘要】列出了旋挖钻机钻孔灌注桩施工工艺流程,详细地介绍了旋挖钻钻孔灌注桩施工工艺,提出了施工中应注意的问题及施工质量控制措施,得出了采用旋挖钻机成孔经济和社会效益均好的结论。

【关键词】旋挖钻机;钻孔灌注桩;施工技术

0.引言

旋挖钻成孔是近几年来发展较快的先进成孔设备,已在公路、铁路、市政桥梁桩基施工中广泛应用。它与冲击钻成孔或其他旋转成孔相比,具有成孔速度快、精度高、劳动强度低等特点。旋挖钻同时具有移动方便、钻头种类多、提高灌注桩的承载力、减少泥浆用量、施工速度快等优点。

1.工程简介

1.1工程概况

1.2工程地质情况

本段线路经过地区地表水主要为黄河水，黄河在此处常水位宽度约为1200m，测时水位92.81m，目前主槽位于南侧，宽约40m，水深6～7m，其余水深在0～2m不等，河中多有浅滩；地下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水，主要含水层为粉砂、细砂和粉土层，勘探期间地下水埋深约3.7～8.8m，高程约90.25～96.38m，水位变幅约5.81。

2.旋挖钻机钻孔施工技术

2.1旋挖钻施工工艺原理

成孔工艺是旋挖成孔，首先钻机自行到桩位，自行下放钻杆，将底部带有活门的桶式钻头置放到孔位，根据不同地层通过加压装置给钻头一定压力，钻头旋转切土，，并直接将其装入钻头内，再由钻机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，重复循环，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度，钻孔过程中，根据不同地层，配置相应的泥浆，保护孔壁。

2.2旋挖钻施工优点

（1）旋挖钻机得地层适应能力强，除流塑性淤泥层、单轴抗压强度100MPa以上的极硬岩外，基本可以适应所有地层。

（2）机械化程度高、机动灵活、成孔周期短、效率高、安全性能高、效益好，一次钻进可达0.4m～1.2m。

（3）自行式液压履带，行走快捷、与地面接触面积大，减少单位面积的土压力，能自行埋设护筒，电脑系统桩位对位精确。

（4）钻孔调换快捷，不同直径的钻头可供调换，适用性强。

（5）泥浆产生少、环境污染小，提高了文明施工的水平。

（6）在孔壁上形成较明显的螺旋线，有助于提高桩的摩擦力。

（7）旋挖钻机自身具有动力系统，不用外接电力，摆脱电力的限制。

2.3旋挖钻钻孔施工工艺

旋挖钻钻孔施工工艺

3.旋挖钻机钻孔施工关键工序的质量控制

3.1场地平整

采用的大型旋挖钻自重约60～130t，钻机底盘（即履带）宜置于坚实平整的场地上，以保证钻机平稳，避免钻机地盘倾斜引起斜孔、偏孔，如果条件受限，还以采用铺置大面积钢板法，比较方便快捷、重复使用。钻机的布置应与钻孔施工中出土清运的相协调。

3.2护筒埋设

新建铁路郑州至焦作黄河大桥桩基施工中，采用直径为1.5～2.3m，长3～12m、厚10mm的钢护筒。钢护筒制作质量要求：护筒内径应比桩径大200mm。钢护筒埋设好后，顶部应高出施工水位或地下水面2m，并高出施工地面0.5m，其高度尚应满足孔内泥浆面高度要求，钢护筒顶面平面位置偏差≤5cm,护筒倾斜度≤1%，同时钢护筒顶面埋设十字护桩，确保钻进过程中孔位的准确性，钻孔中发现偏差及时校正。

3.3泥浆制作

钻孔泥浆以水加优质膨润土造浆，适当加入纯碱或烧碱等添加剂以提高泥浆黏度和胶体率，其掺量由试验室试验确定，优质泥浆各项性能指标具体要求如下：比重1.1～1.3，黏度16s～22s，含砂率＜2%，PH＞7，胶体率≥98%。

3.4钻机就位

钻机地盘应平整，保持稳定，不得产生位移和沉陷，钻机导杆中心或钻头中心与护筒中的偏差不得大于5cm。

3.5钻孔施工

当钻机就位准确,泥浆制备合格后即开始钻进,钻进时每回次进尺控制在600mm左右,刚开始要放慢旋挖速度,并注意放斗要稳,提斗要慢。在钻斗的底部还设有活络挡板,可以使被切下的土体进入钻斗以后不会回落。待钻斗中装满土以后,停止施加扭矩,提斗就近弃碴,并用装载机铲运到指定地点。

钻进过程中,随时监测泥浆浓度及孔内水头高度,注意及时补浆,施工员要随时对钻渣取样分析,绘制出每孔地质柱状图,并与地质资料核对。钻机操作时根据出渣的土质情况合理控制钻进速度及提升速度，钻头的提降要要匀速，减少冲刷孔壁。针对黄河滩地质情况，上层以砂层为主，粉质黏土层等地质情况，选择合适的钻进速度和旋转速度。砂层以低钻速，小钻进，提高泥浆稠度，增强护壁，防止塌孔；粉质黏土层可以适当加快钻速，提高钻进速度，降低泥浆比重，提高钻孔效率。不同地层采用不同的泥浆比重，不钻进速度，特别在地层变化处控制，尤为重要。这就需要经常取钻渣以观察其地层情况及变化情况，并要定时测定泥浆指标，及时作出调整，保证钻孔的质量。

3.6成孔检验

当钻孔深度达到设计要求后，对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，采用探孔器进行检测。满足设计要求后，方可进行下道工序施工。

3.7钢筋笼制作与安装

（1）钢筋笼制作：钻孔桩的钢筋笼在车间分段制作，运输到桩位处用吊机起吊安装。钢筋笼所用钢材要有产品合格证和现场抽检复查资料，并满足有关规范要求。主桥钢筋笼主笼长度为92.5m，主筋为?28,总重量24t，分为9节，节与节之间及主筋接长均采用滚扎直螺纹套筒机械连接。

（2）钢筋笼下放：钢筋笼安装时用专用的起吊工具卡起吊，避免钢筋笼起吊变形过大。两节笼对接时，上下节中心线保持一致，不得将变形的钢筋笼安放入孔内。安装到位后及时固定，防止脱落，并采取有效措施防止钢筋笼在混凝土灌注过程中上浮。

3.8清孔

钻孔至设计高程后进行清孔。清孔时利用钻机的泥浆循环系统，通过换浆进行。如果灌注混凝土前，孔底沉渣超过设计容许值，必须进行二次清孔。吸碴换浆时及时向孔内注入新鲜泥浆，保持孔内水位，避免塌孔。清孔后及时测量沉碴厚度，保证泥浆比重1.1～1.3，黏度16s～22s，含砂率＜2%，PH＞7，胶体率≥98%，符合规范及设计要求，可以进行水下混凝土灌注施工。

3.9水下混凝土灌注

桩身混凝土灌注采用垂直提升导管法施工。采用Φ280mm快速卡口接头导管，导管使用前组装编号后配套使用并进行水密承压、接头抗拉试验，合格后方可使用，按照孔口工作平台上的导向孔逐节安装导管，并记录好导管的安装长度及节数，混凝土采用的粗、细骨料应采用级配良好的碎石、中粗砂。混凝土拌制后要保证良好的流动性，3小时后坍落度不小于15cm，砼出仓时的坍落度控制在18～22cm。水下混凝土应连续浇筑，中途不得停顿，尽量缩短灌筑时间。

4.旋挖钻钻孔灌注桩施工中常见事故的预防及处理

4.1钻孔偏斜和缩孔

偏斜和缩孔原因：

（1）地质软硬不均匀，钻头偏向较软地质一侧。

（2）旋挖钻机安装就位稳定性差，作业时钻机安装不稳，地面基础软弱或软硬不均匀，产生不均匀沉陷，造成斜孔。

（3）在软地层中钻进过快，水头压力差小，造成缩孔。

预防和处理：

（1）场地施工前软基换填，平整夯实，或者在旋挖钻机履带下铺设大面积的钢板，防止不均匀沉陷。

（2）进入不均匀地层时，钻速要慢。

（3）遇到孤石时，坚持采取减压低速钻进，遇有斜孔时，扫孔至倾斜位置，慢速来回转动钻具，钻头下放时要严格控制钻头的下放速度，利用钻头纠正孔斜。

4.2孔壁坍塌

塌孔主要原因如下：

旋挖钻主要是通过重复提升钻头去渣钻孔作业，结合新建铁路郑州至焦作黄河大桥所处地质以砂层为主，来回提降钻头会给孔壁不同程度的损伤，提降钻头速度的快慢，直接影响钻头周围水流对孔壁的冲刷程度，对护壁损伤严重导致塌孔。

针对上述情况采取主要措施：

（1）使用优质泥浆，提高泥浆比重和粘度。

（2）控制提降钻头的速度，减少对孔壁的冲刷。

（3）适当增加护筒的埋设深度。

4.3孔底沉渣过厚超标

孔底沉淀过厚的原因：

（1）由于新建铁路郑州至焦作黄河大桥所处地理位置及地址情况，旋挖钻机钻孔施工过程中，当钻进的地层以砂层为主时，泥浆中砂的含量就增大较多，经过泥浆的循环使用，随泥浆注入孔内，经过多时沉淀，引起孔底沉淀较厚。

（2）在砂层中钻进时，提钻时砂子很容易从钻斗泻水口流入泥浆中，再次入孔内，引起孔底沉淀较厚。

孔底沉淀过厚的处理措施：

（1）钻孔施工中，通过设置钻孔泥浆采用泥浆净化器和多级沉淀相结合的方式进行净化。

（2）增大泥浆比重和粘度，减少孔底沉淀，采取二次清孔，在第一次清孔结束后，静置一段，再次清孔，使孔底沉渣得以清除。

5.结论

旋挖钻钻孔施工技术具有方便灵活、成孔速度快、成孔率高、质量好、安全可靠等特点，从钻机、钻杆及钻头的安、拆卸及使用上,它节省了大量的人力,提高了机械化程度,减轻了劳动强度,取得了良好的效果,不仅保证了工程质量、减少了环境污染,加快了施工进度,也降低了成本消耗,创造了较好的经济效益和社会效益，在桥梁工程施工中的推广和广泛运用势在必行。[科]