桥梁工程大直径嵌岩钻孔灌注桩施工技术探讨

张振明

桥梁工程的水文地质与工程地质条件往往十分复杂，基础承载面变化大，并且往往存在危害桥梁安全的其他附带条件的变化。对于此类情况，施工效率和施工质量会受到一定的影响，因此必须对桥梁施工过程中采用的钻孔施工技术进行探讨，以利于项目施工的进展和项目质量目标的实现。

1 工程概况

1)覆盖层。桥塔处覆盖层为第四系松散层，厚度38.8 m～40.0 m。强度低，易缩颈、塌孔。埋深 31.0 m～34.4 m的厚度内以层状软土为主，局部夹薄层状粉砂或亚砂土。下部为全新世早期冲洪积亚黏土，含卵砾中粗砂。

2)基岩。该地段基岩为花岗岩、花岗斑岩、花岗质碎裂岩，上部分布有强风化层、弱风化层、微风化层。基岩顶板标高-35.51 m～-37.70 m，整体由东向西微向上倾。风化层厚薄不均，致使微风化层顶面变化较大，标高-49.32 m～-56.30 m，塔西侧自南向北逐渐变深，东侧自西北往东南逐渐变深。微风化层均为花岗岩，硬度大，岩石强度58.3 MPa，钻孔作业困难。

3)施工难点。a.水上钻孔平台有限，泥浆循环系统难以按常规布设。b.地质条件复杂，上部淤泥类土中大量夹砂，圆砾、漂石层最厚处达20 m，且粒径变化大;钻进时泥浆中钻渣多，难以净化。c.钢筋笼主筋连接接头多达240余个，若采用常规电焊方法连接，孔口安装时间长，也不利于桩孔安全。d.单桩水下混凝土灌注量大，一般都超过300 m3，灌注时间长。

2 施工准备

2.1 钻孔平台搭设及钻孔顺序的确定

由于施工场地全部系鱼塘回填而成，地基承载力很低，采用钢管桩作为平台的基础，钢管桩直径为80 cm、壁厚10 mm，共30根，桩顶高程4.5 m，25根主承载桩入土深度为14 m，5根辅桩入土深度为5 m，主桩用于承载平台及钻机的荷载，辅桩用于边桩钻孔时放置钻机泵站等。

因受场地条件限制，若要在钻孔平台外围搭设“龙门”作为钻孔的辅助起重设备，占地面积大，地基处理时间长，费用也高。根据现场情况及钻机到场次序，具体的钻孔施工顺序安排如下:

在护筒埋设完成后，先搭设中间两排桩的钻孔平台，将外排桩位处用毛石回填作为钻孔辅助起重设备——吊车(东塔区为200 t履带吊，西塔区为65 t履带吊)的行走便道，在中间两排桩施工完成后，挖除外排桩护筒中回填的毛石，将平台的底层贝雷接长，平移顶层贝雷至外排桩位处，重新拼装钻机，施工两边外排桩。

2.2 护筒埋设及护筒标高确定

护筒埋设方法:人工在桩位处按护筒轮廓线挖深1 m，利用钢管桩平台设置导向架，护筒吊装就位，采用DZ150振动锤沉设，65 t的履带吊车配合作业。在沉设过程中，用经纬仪沿十字轴线控制其垂直度，精度控制在1%。护筒顶面标高按反循环孔内水位大于地下水2 m的要求设定，实际标高:护筒顶+5.8 m、最高地下水位+3.32 m。同时，护筒顶面高出地面不小于30 cm。

2.3 钻机就位

钻机的精确就位对控制桩孔平面位置和垂直度非常重要。首先在钻孔平台上放出桩位中心线，钻机就位后用千斤顶调整钻机底盘，使钻盘中心与桩位中心重合，然后测量钻机底盘顶面四角的高差，用50 t千斤顶对钻机底盘进行调平，使高差控制在3 mm之内，最后复核中心、高差无误后即可固定好钻机，安装钻具准备开钻。

2.4 泥浆配制与泥浆循环方式

1)泥浆配制。配制泥浆的主要原料为膨润土和水，并掺入适量的纯碱和CMC。配制后的泥浆指标为:比重 1.06～1.07，稠度18 s～20 s，含砂率小于1%，胶体率大于95%，失水量小于15 mL，pH值8～10;泥浆配制的加料顺序为:先加水再加膨润土和碱，搅拌3 min后，加CMC再搅拌1 min，总搅拌时间为5 min。新浆泵入储备池后，待泥浆与碱作用24 h后投入使用。

2)泥浆循环方式。在承台东、西两侧每台钻机各建一个450 m3的泥浆池，并分隔成沉淀池三个，循环池一个，新浆储备池一个。同时，每个泥浆池配置制浆机2套、1 m3清渣挖机1台、BS200型泥浆泵2台等。正循环钻孔时，泥浆从循环池由BS200型泥浆泵经钻杆泵入孔底，钻渣随泥浆上浮顺泥浆槽流入沉淀池Ⅰ;反循环时，泥浆以气举方式(或泵吸)排入沉淀池Ⅰ，通过沉淀池自然沉淀，并经循环池作必要的调整后，由输浆槽流入孔内，进行补浆。

3 钻孔作业

1)覆盖层。针对短护筒保护孔口的方案和覆盖层多为淤泥质亚黏土、亚砂土，钻孔时易塌孔和缩颈的特点，严格按照表1控制钻孔工艺等措施。钻孔工艺:正循环、小钻压、高转速、进尺速度不大于3 m/h，同时，上下反复扫孔，消除缩颈现象。

2)强风化岩层。开始进入岩层时，采取小钻压、低转速钻进，避免因岩面倾斜或不平整造成斜孔或出现钻具跳动;待钻尖进入岩层50 cm～100 cm，并形成良好的导向后，改正循环为反循环，逐步加大钻压、提高转速，增大风量，促进泥浆的循环与排渣，提高钻进速度。

3)弱风化、微风化岩层。该层岩石强度高，钻孔作业困难，采用大钻压、低转速，同时增加泥浆冲洗量，降低泥浆的比重及粘度，以提高携渣率和钻进速度。

4)钻孔时基岩风化程度的判定。设计对32根桩基中的15根进行了地质钻探。由于基岩的风化层厚度变化较大，而且强度不均，岩层分布复杂，为准确判定基岩的风化程度，在施工过程中，对设计遗留的17根桩进行地质钻探，采集岩样，探明了各桩位的岩层分布、风化程度、力学性质、裂隙状况等，为设计与施工提供可靠的依据。

5)钻进参数。各土层钻进参数见表1。

6)钻进效率分析。钻孔准备阶段，根据地质钻探资料和钻机的技术性能指标，结合试桩经验，对各岩层的钻压、钻头转速、钻进速度、洗孔系数、泥浆流量、风量等技术参数进行了计算，计划的进尺速度为:覆盖层进尺速度不大于3 m/h，采用正循环钻进;强风化岩层0.2 m/h～0.3 m/h，采用反循环钻进;微风化岩层小于0.2 m/h，采用反循环钻进。

表1 各地层钻进参数表

7)清孔。至终孔标高前15 cm开始调整泥浆指标，终孔后提起钻头30 cm～50 cm采取换浆法清孔。

8)检孔。成孔后对孔深、倾斜度、孔径、沉淀厚度等进行检测。孔底高程的检测，以钻杆(包括钻头)长度为准，待钻机移位后，再用钢丝测绳进行孔深测量，钻杆长度减去测量孔深为沉淀层厚度。孔径、孔形和倾斜率的检测，采用了JJC-A型钻孔灌注桩检测设备。

4 施工经验总结

1)合理的钻孔施工顺序及施工组织，避免了大口径群桩施工桩机移位必须搭设龙门。2)复杂地基覆盖层中大口径钻孔灌注桩施工，采用浅护筒埋置，优质泥浆护壁配合以合理的钻孔控制措施取得成功，大大节省了成本，缩短了工期。3)合理选择钻机钻具、钻头、钻进方法，提高钻机班组的操作水平，对钻进效率的影响很大。4)施工过程中采取了正确的施工工艺和配置了高质量的泥浆，引入等强度直螺纹套筒连接技术，缩短了超深、超大直径钢筋笼井口连接时间，确保了工程的质量和较高的施工效率。

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