旋挖钻机施工桩基础施工质量控制

薛桦

（山西水利职业技术学院，山西 运城 044004）

1 基本情况

山西太祁高速公路晋祠高架桥部分下部结构基础设计为直径D=1.5m的钻孔灌注桩，桩长为50m，钻孔深度为55～60m不等。该场地属冲积地段，河床地质土层主要为卵石层、粉细砂、亚黏土层。

2 施工准备

2.1 成孔方法选择

通过对附近桥梁桩基施工情况的调查，根据本工程地质情况，工程质量及工期要求，并吸取前期冲孔钻机进度慢，施工周期长，费用高的教训，最后选择静态泥浆护壁旋挖成孔工艺。本工艺采用旋挖钻机用钻头将孔内渣土直接取出，并同时加注提前制备的泥浆护壁。该成孔方法不仅成孔速度快，而且具有沉渣厚度小，泥皮薄、造价低等优点，是目前最为先进的成孔工艺。

2.2 泥浆循环系统的布置

施工场地设两个泥浆池，容积不小于150m3，泥浆中废弃部分要及时排放，沉淀物要及时清理。

2.3 护筒埋设

护筒有导正钻斗，控制桩位、隔离地下水渗漏，防止孔口坍塌，抬高孔内静压水头和固定钢筋笼等作用。埋设护筒前先放出桩位点，过桩位中心点拉十字线在护筒外80～100cm处设控制桩，然后在桩位处用钻头边刀挖一个比护筒外径大20cm、深度比护筒略小30cm的圆坑。并在坑底填筑20cm的黏土，然后将护筒采用钢丝绳对称吊放进坑内，用水平尺（或吊线锤）校验护筒竖直后，并保证护筒中心与桩位中心位移不能超出20mm，方可在护筒周围回填最佳含水量的黏土，分层夯实且要防止护筒倾斜。

3 泥浆的制备

3.1 原料及配比

1）膨润土：分为钠质和钙质两种。钠质费用较高，钙质则较为适用，膨润土泥浆具有相对密度低、黏度好、含砂量小、失水量小、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。一般用量为水的8%即8kg膨润土可掺100kg的水。对于黏质土地层，可降低到3%～5%。较差的膨润土用量为水的12%左右。

2）CMC：全名为羧甲基纤维素。具有使地基土表面形成薄膜而使之强化和降低失水率的作用。掺入量为膨润土的0.05%～0.1%。

3）FCL：又称铁铬木质素磺酸盐，为分散剂，可改善混杂有土粉砂、砼及盐分等而使稳定液质的性能。可使钻渣颗粒聚集而加速沉淀，既达到重复使用目的，又具有高质量性能。掺量为土的0.1%～0.3%。

4）碳酸钠：又称碱粉或纯碱。它的作用可使pH值增大，使黏土颗粒进行分散，黏粒表面负电荷增加，为黏土吸收外界的正离子提供了条件，可增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水率。掺入量为孔中泥浆的0.1%～0.4%。

5）PHP：它的作用是使泥浆中的钻渣成为不分散的絮凝状态，因而泥浆循环到井孔外泥浆池时易于被清除出去，从而使泥浆能保持不分散的低固相、低相对密度、低黏度的优良性能。掺用量为泥浆液的0.003%。

6）孔内有渗漏时，应掺锯木屑为泥浆量的1%～2%；稻草末或水泥为泥浆量1.7%。各种掺加剂宜先制成小剂量溶剂，按循环周期均匀加入并及时测定泥浆指标，防止掺加剂过量。

3.2 泥浆的制备

3.2.1 调查地质及施工条件

（1）对地质柱状图的研究：a、是否有坍塌层；b、有无漏水层。

（2）地下水的调查；a、能否保证泥浆面高出地下水位2m以上；b、了解承压水层潜流水和无水层及地下水流速；c、测定地下水盐分及钙离子的含量；d、pH值测定。

3.2.2 泥浆材料的选择

（1）水的pH值为中性，钙离子浓度小于等于100PPm，否则掺入分散剂。

（2）膨润土由其产地不同而性能不同，应以经济适用为主。易受阳离子感染时，选用钙土为宜。

（3）CMC的选定，根据其土层、黏度越高防漏效果越好。

（4）根据膨润土选定分散剂。泥水分离的泥浆，选用能够减小泥浆凝胶强度及屈服值的分散剂。

（5）防漏剂的选定：一般认为防漏剂的粒径相当于漏浆层土砂粒径的10%～15%效果为最好。

3.2.3 泥浆黏度的选定

保持地层稳定的泥浆漏斗黏度（泥浆静止工法）的选定值见表1。

表1 不同地基条件的泥浆系统及泥浆黏度

3.2.4 泥浆基本配合比的确定

（1）膨润土及CMC的掺加浓度，由地层决定黏度，推出膨润土及CMC的掺加浓度。

（2）分散剂的浓度，为使泥浆形成良好的泥皮而使用分散剂时对于泥浆浓度的减小可用膨润土或CMC的掺加量调节。

（3）防漏剂的浓度。不同漏失规模条件下的防漏剂混合掺加浓度见表2。

表2 防漏剂的混合掺加浓度

若只有某一段漏浆可在进入该层后用黏土将该地层回填放置1-2h后可重新钻孔。

3.2.5 泥浆配制实验和修正

泥浆是各种材料特性的综合产品，但它是否完全满足施工条件和地层情况，还要在基本配合比的基础上修正、调配。最后才能得到施工配合比。要泥浆的各种特性逐项试验，它们是：a、稳定性检验；b、对泥皮形成性能的检验；c、对泥浆流对性的检验；d、对泥浆密度的检验。

3.2.6 制备泥浆的方法

搅拌机为高速回转式搅拌机，搅拌时间为10～15min。膨润土遇水混合后3h就有很大溶胀性，经过1d达完全溶胀，CMC应先用清水溶为1%～3%的溶液再掺入到泥浆里就会很容易混合在一起

3.2.7 制备泥浆的顺序

水-膨润土-CMC-分散剂-其他外加剂，由于CMC会妨碍膨润的溶胀，所以要在膨润土之后放入。

4 钻孔

4.1 钻机就位前准备工作检查

钻机就位前，应对钻前的各项准备工作进行检查，包括主要机具设备的检查和维修，使钻机按预定桩位就位，且使钻机停在硬实地面，调整桅杆偏差，保证桩位移，倾斜度不超标，并在成孔中间不定期检查调整。

4.2 泥浆制备

由于旋挖钻机自身成孔工艺决定其造浆能力较差，故所用泥浆全部为提前12h预拌好的高级泥浆。根据该大桥的地质情况采用的配比为水：臌润土：碱：CMC=1000：100：20：8 的比例，经搅浆桶搅拌一定的时间搅制而成，并随时根据地层情况做出适当的调整，泥浆性能指标符合下列要求：比重1.03～1.15，漏斗黏度 18～22s，含砂率小于 3%～5%，胶体率大于98%。随着施工量的增加要及时对泥浆进行添制、净化、保证成孔、成桩的质量。该泥浆具有相对密度低、黏度好、含砂量少、失水率小、泥皮簿、固壁能力强、稳定性好，钻具回转阻力小，钻进效率高的特点。

开始前先在护筒加入适量的泥浆以保证孔内水头压力，即浆面最少高出地下水位2m以上，随着钻进深度的增加及时补充泥浆，保证孔内水头压力，防止坍孔。

4.3 钻进技术要求

钻进时应根据土层情况掌握钻进速度：

1）一般在黏土层采用泥钻，每钻进尺在50cm左右。

2）在松散砂砾、砂层采用砂钻，每钻进尺在40cm左右。

3）在密实度较大的砂、卵石层宜先用岩石钻将密实的地层搅松，避免直接用泥钻、砂钻时损坏机具，对于无水或水位较低的干孔部位，可采用螺旋钻成孔，可大大提高成孔效率，并可提高工效，然后将松散的砂、卵石用砂钻提出。

4）成孔中若遇见卵石层或松散层时应注意漏浆情况，必要时，可在漏浆部位回填黏土，堵漏或在泥浆中增加防漏剂，避免泥浆流失，引起塌孔事故。

5）因钻机结构及性能决定钻斗钻进时，钻斗要上下往复作业。如果护壁泥浆管理不善就可能发生塌孔事故。

6）严格控制钻斗在孔内升降速度，因为如果快速地上下移动钻斗，那么水流将以较快速度由钻斗外侧和孔壁之间的空隙流过，导致冲涮孔壁，有时还会在上提钻斗时，在其下方产生负压，而导致孔壁坍塌，所以按孔径大小及土质情况来调整钻斗的升降速度。钻斗升降速度空斗升降速度见表3。

表3 钻斗升降速度及空斗升降速度

5 检孔

1）钻孔中，须用检孔器检孔，检孔器用钢筋笼做成，其外径等于设计孔径，长度等于孔径的4～6倍。每钻进10m，接近通过易宿孔土层，（软土、软塑土层、低液限黏土等）或更换钻斗前都必须检孔。不可用加重压冲击或强撞检孔器等方法检孔。

2）当检孔器不能沉到原来钻达的深度或大绳（拉紧时）的位置偏移护筒中心时，应考虑可能发生了弯孔、斜孔或缩孔等情况，如不严重时可调整钻机位置或钻具继续钻孔。钻进达到设计标高经检验合格后即可终孔。

6 钢筋笼制作与安装

钢筋笼长度52m，重量约7t，节段之间为直螺纹连接，钢筋笼在车间胎模上分节制造，并进行预拼编号，然后根据编号顺序调至孔内安装。

7 灌注水下砼

1）导管吊装前进行试拼，检查接口连接是否严密牢固，若接口胶垫有破损，更换后使用。同时检查拼装后的垂直情况，根据桩孔的总长，确定导管的拼装长度。使用前，进行过球、水密及承压试验，试验时的水压，大于井孔内水深至少1.5倍的压力。吊装时，导管位于井孔中央，并在灌注前进行升降试验。

2）复测孔底标高，检查沉渣的厚度，判断是否达到设计要求及满足灌注要求。满足要求后，方灌注砼。

3）在导管上端连接砼漏斗，其容量必须满足储存首批砼数量的要求。开始灌注时，在漏斗下口设置砂袋，当漏斗箱内储足首批灌注的砼数量时，剪断吊住砂袋的铁丝，使砼猝然落下，迅速落至孔底并把导管裹住。灌注砼时确保有足够的砼储备量，以保证桩基砼浇筑的连续性及桩基的施工质量。

4）砼的灌注连续进行，有短时间停歇时，经常起动导管，使砼保持足够的流动性。灌注过程中边灌注边提升导管和边拆除上一节导管，使砼经常处于流动状态，尽可能缩短拆除导管的间隔时间。当导管底埋置于砼的深度达3m左右，或导管中砼落不下去时，开始将导管提升。提升速度不能过快，提升后导管的埋深不小于2m且不大于6m。根据砼的浇筑情况和埋管深度逐节拆除导管。提升导管要保持导管垂直及居中，不能倾斜以免牵动钢筋骨架。

5）为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应加灌一定高度以便灌注结束后将此段砼清除，增加的高度为0.5m～1.0m。

8 结束语

该大桥桩基础采用旋挖钻机施工，不但保证了成桩质量（所有桩基检测均为I类桩），并且为上部结构施工赢得了宝贵的时间，（每根桩的成桩时间平均在42h左右），取得了一定的经济效益，得到了业主、监理的高度评价。同时为以后同类型地质条件的桩基施工提供了宝贵的经验。