大直径深长钻孔桩成孔施工技术

李海生

1 工程概况

汉宜铁路彭市汉江特大桥全长8060.91 m,全桥主桥设计为大跨连续刚构及连续梁。主桥部分在跨汉江东河堤及主河道处设计为主跨168 m连续刚构,在跨河滩及汉江西河堤处设计为主跨100 m连续梁。主墩采用18根φ 200 cm钻孔桩,单根桩长为129 m,桥址处地层相对单一,主要由粉质黏土、粉土、粉砂、淤泥质粉质黏土、淤泥质黏土、细砂、粉细砂、砾砂构成。

2 施工方案

根据桥址地质情况,本工程钻孔施工采用减压、回旋钻进气举反循环,孔内自造浆及使用黏土、淡水制浆护壁。

根据钻进工艺流程及施工计划的整体安排,结合现场平面布置,拟安排3台钻机同时施工,同时为不影响吊机的运转,又能使空压机和泥浆净化器满足施工的需要,先将其布置在两侧。施工用的其他的物资可根据现场的实际情况灵活布置,桩位编号见图1。

每台钻机成孔的桩位顺序如下:1号钻机:⑨→①→⑪→④→⑭→⑥ ;2 号钻机 :⑯→⑬→⑰→⑮→⑫→ ⑱;3 号钻机 :⑦→ ③→⑩→②→⑧→⑤。

3 施工方法及工艺

3.1 施工现场准备情况

1)施工场地:栈桥及钻孔平台已搭设完毕。2)施工用水:取自附近河道,经检验合格。3)施工用电:两个主墩各配置2台500 kVA变压器,再布置电网至每个施工作业点。4)施工便道:已完成施工便道填筑。

3.2 泥浆循环系统

根据实际情况,钻孔施工利用泥浆池或钢护筒形成泥浆循环池,并配备泥浆净化器,钻进过程中加强泥浆的净化及处理。施工过程中主要采用自然过滤及机械过滤相结合的方法进行净化,采用气举反循环钻进将钻机的出浆管泥浆经过过滤筒预筛处理,预筛处理过的泥浆再通过泥浆净化器处理,处理过的泥浆经过管路回流至钻孔施工的护筒内,分离出的钻渣排至指定地点。

3.3 钻孔施工

1)设备安装调试。空压机、泥浆分离器是整机,只要接驳电源即可。钻机为组合机,需现场组装,拼装前备好起重用的各种型号的钢丝绳和卸扣(吊整机用4根φ 38钢丝绳、4只17 t卸扣,其他用φ 21.5钢丝绳,各种吊装均使用双绳)。

2)钻机就位。钻机就位时,底盘必须水平、稳固。钻塔与底盘保持垂直状态,根据桩位中心及护筒垂直度,在偏差允许范围内调整钻孔中心,定位偏差不大于2 cm。定位时,根据测量的位置,先用十字交叉线定出桩位中心,在钻盘中心挂一线锤,用水平尺、千斤顶等工具调整钻机的机底座,垫实找平,保持动力头中心与护筒中心在同一垂线上,同时底盘必须保持水平稳固状态,在钻进过程中及结束时对底盘四角点不间断进行校核。

3)钻进成孔。φ 2.0 m 刮刀钻头(配重10 t、法兰螺栓连接后还必须用2 cm～3 cm厚U形卡焊接),采用气举反循环钻进,在钻孔过程中充分利用黏土层及时调整护壁泥浆指标(泥浆比重1.25～1.30,粘度不小于20 s,含砂率不大于4%),钻进过程中应控制钻进速度,每小时进尺不得超过2 m。

4)气举时置换风包钻杆的应用。钻孔时风包钻杆设置位置如下:第一钻孔阶段风包加设在配重上端约40 m;第二钻孔阶段的第一个风包加设在配重上端约40 m,随着孔深的增加,在60 m的位置加设第二个风包钻杆,空压机的能力能够继续使用第一个风包钻进至100 m的孔深位置;此时第二个风包已埋入泥浆中40 m,反循环系统已经能够正常工作,空压机的能力可以使用满足第二个风包钻进至140 m的孔深位置;缩短了单孔作业的辅助时间。

5)钻孔成孔质量标准见表1。

表1 钻孔成孔质量标准

4 质量控制措施

4.1 钻孔垂直度控制

1)开孔时必须用水平尺四方校正钻盘、保持水平,交接班时每班都必须用水平尺进行检查,发现倾斜立即纠正;2)采用大配重、减压钻进,始终让加在孔底的钻压小于钻具总重的50%。

4.2 桩径的控制

1)钻头直径要严格检查,直径应与桩径相适应。施工过程中要及时检查和修复,保证钻头的锋利。2)加强护筒内壁扫孔,确保护筒内的泥皮充分剥落。

4.3 孔深控制

1)开钻前准确量测钻具尺寸并记录,终孔时用测绳测定孔深,并用校对钻具总长度的方法核定孔深。2)钻进终孔前通知监理人员,钻进达设计孔深后会同监理人员验收。

4.4 确保成孔质量的措施

提高护壁泥浆配制质量和管理:配备ZX-200型泥浆净化器,钻进过程中定时对孔内泥浆进行指标测定,确保钻孔过程中的泥浆各项指标均符合要求,减少清孔时间。根据我单位桩基施工的经验,并结合钻孔地质情况,采用二阶段泥浆净化系统。第一阶段采取设置泥浆循环沉淀池、延长泥浆在沉淀池的循环路径等措施,利用粉细砂的重力,从而达到了粉细砂自然沉淀、分离的良好效果。第二阶段利用泥浆净化器的除渣能力,将泥浆里的沉砂清除干净,把沉渣控制到要求的指标内。

4.5 清孔

1)钻孔过程中严格控制泥浆指标,减少终孔后二次清孔时间。2)第一次清孔阶段:第二阶段钻进前及时进行反循环钻进清孔,加快第一次清孔的时间。清孔时旋转钻具,将孔底钻渣清除干净。清孔后孔内泥浆指标参数如表2所示。

表2 清孔后孔内泥浆指标参数

5 钻进过程中注意事项

1)在50 m以内采用正循环钻进,同时做好泥浆的调制工作。2)加接钻杆时,钻杆连接螺栓应拧紧牢固,前10根钻杆连接螺栓必须使用双螺帽,认真检查密封圈,以防钻杆接头漏水漏气,使反循环无法正常工作。3)钻孔过程应连续操作,不得中途长时间停止,尽可能缩短成孔周期。

6 结语

百米深桩施工难度大,工艺复杂,但施工过程中几项高新工艺技术的应用(如:气举反循环钻机的配型、钻头、置换风包钻杆等的应用及护壁泥浆质量控制),大大提高了成桩质量,节约了施工时间,取得了显著的经济效益。

[1]黄家伟.钻孔灌注桩施工工艺及质量控制[J].山西建筑,2007,33(14):111-112.