可液化粉细砂层大直径桩基施工技术

乔凤琢

（中铁十八局集团第一工程有限公司 河北涿州 072750）

可液化粉细砂层大直径桩基施工技术

乔凤琢

（中铁十八局集团第一工程有限公司 河北涿州 072750）

大直径、深孔钻孔桩在铁路工程深水、大跨桥梁工程中得到广泛的应用，但在钻孔桩施工过程中，遇到不良地层而发生坍孔、钻孔偏斜、缩孔等故障的现象也日渐突出。郑徐铁路客运专线开兰特大桥主跨桩基直径为2.0 m，桩长105 m，穿越地层为饱和粉砂、粉土层，在钻孔桩施工中，通过分析土层特点，采取改进措施，保证钻孔施工质量。

可液化土 大直径钻孔灌注桩 正循环回转钻机

1 工程概况

郑徐铁路客运专线开兰特大桥跨陇海铁路（70+125+70 m）连续梁，施工里程为DK97+ 956.36～DK98+223.17，该桥与陇海铁路在里程K464+315处相交，夹角为23°，施工方法为：先平行于铁路方向支架现浇梁体，再转体合拢。其中桥梁1321#、1322#墩为跨越陇海铁路连续梁主墩，下部为大直径钻孔灌注桩基础，主墩桩径2.0 m，桩长分别为105和104 m，边墩桩径1.25 m，桩长分别为58和55.5 m，全部为摩擦桩。桩详细参数见表1。

表1 基础结构形式及参数表

地层条件为：表层为饱和粉土，覆盖厚约4.5 m，地基承载力120 KPa；以下为粉质黏土，地基承载力220 KPa；再往下是饱和细砂、粉质黏土、饱和粉土，地基承载力170 KPa～250 KPa。《根据铁路工程抗震设计规范》，采用标准贯入方法对抗震进行液化判别，饱和粉土、粉细砂层为可液化土，当发生Ⅶ级地震时会产生液化，液化深度0～18.85 m，液化指数为0.307～83.698，抗液化指数为0.305～0.999。地下水埋深0.6～4.0 m。由于地下水位埋深浅，桩基钻孔施工时，粉土、粉细砂层由于振动极易发生液化，产生流砂而发生缩孔、坍孔。

2 钻孔机械的选择

钻孔机械的选择原则：根据钻孔桩直径、长度，尤其要根据地层土质特点选择适合的钻孔机械，本钻孔桩穿越地层为饱和粉土、粉细砂层，钻孔过程中，由于机械的振动，土层中的孔隙水压力增大，有效应力降低，土层即产生震动液化，造成流土，产生缩颈、坍孔。因此在选择钻孔机械时，要充分考虑机械振动的影响，尽量选择功率较大而振动小的回转钻机，各种钻孔机械性能比较见表2。

从表中可以看出，正、反循环回转钻机、反循环潜水钻机在钻孔直径、钻孔孔深度上基本能满足本工程钻孔直径2 m、钻孔深度105 m的要求。

正反循环钻机的工作原理不同，正循环回转钻机由回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，由泥浆泵往钻杆输进泥浆，泥浆沿孔壁上升，从孔口溢浆孔溢出流人泥浆池，经沉淀处理返回循环池。反循环钻机的泥浆循环过程正好相反，泥浆入口在桩尖，泥浆由钻杆内腔返回地面到泥浆池，过滤后的泥浆通过泥浆沟进入桩口。反循环钻机是在桩尖抽浆，工作时造成负压，在不稳定的地质中容易造成坍孔。同时当反循环泥浆不能及时从泥浆沟流进桩口，则造成钻孔内泥浆面太低，也易造成坍孔。综合地层土质情况，选择正循环回转钻机。

表2 钻孔桩机械选择比较表

3 钻孔施工及技术措施

采用正循环回转钻机成孔，泥浆护壁，吊车吊放钢筋笼，导管法灌注水下混凝土。

钻孔灌注桩成孔工艺流程为：施工准备→桩位放样→埋设护筒→泥浆制备→钻进→补浆→终孔→清孔→成孔检查。钻孔灌注桩施工工艺流程见图1。

正循环回转钻机施工注意以下事项：

（1）护筒：护筒的作用是固定桩位，保护孔口不坍塌，隔离地面水和保持孔内水位高出施工水位，以维护孔壁及钻孔导向等。本工程土层为饱和粉土、粉细砂层，地下水位埋深仅有0.6～4.0 m，为防止地表土层由于钻孔施工振动而坍孔，应加强孔口防护。护筒采用厚为10 mm的钢板，护筒内径比钻头直径大20 cm。护筒顶部用10 mm厚钢圈焊接在护筒的顶部，以加强护筒的刚度，防止在吊装、转移过程中引起过大变形。护筒顶端开设1处泥浆溢浆口，溢出口底边高出地下水位1.5 m以上。护筒埋设深度不小于2 m，将护筒周围4 m范围内的砂性土挖除， 夯填粘性土至护筒底0.5 m以下。

（2）泥浆：本工程钻孔桩最大桩长105 m，穿过的地层主要为粉土、粉细砂层，对泥浆的要求很高，所以选用优质膨润土作为泥浆原料，膨润土泥浆具有比重低、粘度好、失水量少、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。钻孔泥浆由水、膨润土和添加剂组成。根据地层特点，膨润土泥浆的用水量为8 %，泥浆外加剂采用PHP（聚丙烯酰胺絮凝剂），在泥浆循环中能清除劣质钻屑，保存造浆的膨润土粒，具有低固相、低相对密度、低失水、泥浆性能强等特点，掺入量为孔中泥浆量的0.003 %。

（3）钻孔：在粉细砂层中钻进，重点要控制钻机的钻孔速度，一般采用低、中档速度钻进。快速钻进容易造成坍孔。同时注意匀速钻进，防止钻速骤增骤降，保持循环液钻渣含量稳定适量，使排渣顺畅、均匀，混合渣的密度得到合理控制。

（4）清底：采用循环换浆清孔法，即让钻头在孔底原位旋转，继续注水，用清水换浆。正循环钻机清孔时间较长，但容易保证在清孔过程中，孔壁不坍塌。不采用空气吸泥机清孔，空气吸泥机清孔时的负压约为0.5 MPa，容易引起孔壁坍塌。

图1 钻孔灌注桩成孔施工工艺流程图

4 钻孔桩质量控制

可液化粉砂层长桩钻孔施工中，应重点防止在钻孔、清孔、灌注混凝土等施工过程中造成坍孔、缩孔、斜孔等质量事故，在施工过程中若发现坍孔、缩孔、斜孔、护筒周围冒浆、孔口坍塌、地表沉陷等情况时，必须立即停止钻进施工，采取有效处理措施后，方可继续施工。

4.1 坍孔

坍孔的表征是孔内水位突然下降，孔口冒细密的水泡，出渣量明显增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等。

坍孔的预防措施：在松散粉砂土或流砂中钻进时，控制钻进速度，选用较大比重、黏度、胶体率的泥浆。清孔时指定专人补水，保证孔内必要的水头高度。通过水槽或水池使水减速后流入钻孔中，可免冲刷孔壁。

坍孔处理措施：坍孔不严重时，回填至坍孔位置以上，采取改善泥浆性能、加高水头、埋深护筒等措施继续钻进；若坍孔严重，立即将钻孔用砂夹黏土回填重钻。

4.2 缩孔

桩孔施工不允许缩颈，也不允许过多超径。在可液化松散软弱的粉土、粉细砂层中钻孔，如果措施不当，极易造成坍孔。

缩孔的预防措施：护筒埋设深度应大于2.0m，孔内水位要高于地下水位，防止孔内压力降低。

缩孔的处理措施：已发生缩孔时，在该处用钻锥上下反复扫孔以扩大孔径，同时加大泥浆稠度，加强泥浆护壁强度。

4.3 孔身偏斜、弯曲

由于钻孔长度大，如果钻机不平，钻杆不直，或遇到不均匀地层，容易造成孔身偏斜、弯曲。

预防措施：钻机底座平整，保证钻杆垂直。钻机安装牢固，机架不摆动，保证钻杆始终对准孔心。地基夯实，必要时使用钢板垫平，防止不均匀沉降引起钻机倾斜。加强机械保养维修，减小钻进过程中钻杆的抖动。

处理措施：在偏斜处用钻锥反复扫孔，使钻孔正直。偏斜严重时回填黏土至偏斜处，待沉淀密实后重钻。

5 结语

针对可液化粉土、粉细砂层的钻孔桩施工，应采用振动力小的正循环钻机，优质膨润土泥浆，并在钻孔施工过程中控制好埋设护筒、泥浆配制、钻孔、清底等施工工艺，能比较好的解决软弱土层坍孔、缩孔等钻孔质量问题。在郑徐铁路客运专线开兰特大桥主跨桩基施工中，由于施工方案合理，使桩基的施工质量得到了保证，为此类地层大直径深孔桩施工积累了经验。

［1］杨文渊，徐犇.桥梁施工工程师手册［M］.第二版.北京：人民交通出版社，2006

［2］欧阳效勇，任国兴，徐伟.桥梁深水桩基础施工关键技术［M］.北京：人民交通出版社，2006

［3］中华人民共和国住房与城乡建设部.GB50011-2010建筑抗震设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010

Construction Technology of the Large Diameter Pile Foundation in Liquefiable Silt Sand Layer

QIAO Feng-zhuo

（No.1 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd Zhuozhou 072750）

The technology of large diameter and long hole bored pile has been widely used in deep water and large span bridge engineering in railway construction， however， during the construction process of drilling pile， some troubles such as hole collapse， drilling deviation and hole shrinkage in bad strata have become increasingly prominent. The bridge pile of the super large bridge---Kailan bridge of Zhengzhou-Xuzhou Railway Passenger Dedicated Line， with a diameter of 2.0 meters and a height of 105 meters， goes through the formation of saturated silt and silt soil. In the process of the bored pile construction， the characters of the layer were analyzed and some measures were taken in order to ensure the quality of the drilling construction.

liquefiable soil large diameter bored pile positive circulation rotary drilling rig

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1673-1816（2015）02-0060-04

2015-03-18

乔凤琢（1969-），女，工程师，研究方向土木工程。