桩基础施工新技术：正循环钻成孔灌注桩(组图)

超百米深正循环钻成孔灌注桩施工

工程概况

东营黄河公路大桥主桥基础采用直径1.5 m超长钻孔灌注桩，共206根计22 670延米。其中9、10号主墩分别设置49根长115 m的群桩基础；8号墩设置42根长108 m的群桩基础；11号墩设置42根长112 m的群桩；7、12号墩设置长为90 m的群桩基础；桩中心间距3.9 m。桩基采用C30防腐混凝土，混凝土配合比中掺加了一定量的矿物质超细粉和高效减水剂。

桩基位置处原地面以下3层为透水性强、触动易液化的软塑、局部流塑状的粉细砂、粉砂土层。3层以深的地层基本为粉砂土与粉质黏土交替布置，局部地层中夹杂厚度不等的粉细砂薄层，地质条件复杂。

钻孔方法的确定

因该桥桥位处的地质条件复杂，上部地层多为液化性流塑状砂土，地层中不含卵石，在钻进过程中地层极不稳定，且成孔较深，成孔周期较长，需要良好的泥浆护壁，因此从施工质量、安全控制方面考虑，选用了正循环回转钻进方法。

钻孔设备及机具的选择

根据该工程孔深及地质情况，选用扭矩大、稳定性好的钻机，采用正循环方法作业。经比较，选用GW-250型全液压回转钻机。选用2台3PN型砂石泵，排渣方式为泵吸正循环。钻头用双腰带笼式锥形硬质合金梳齿钻头，φ201 mm×3 800 mm主动钻杆，φ219 mm×3 000 mm圆钻杆。

钻机及钻杆安全性能验算

钻机性能  GW-250型全液压回转钻机主要性能如下：钻孔直径2 500 mm，钻孔深度150 m，转盘扭矩80 kN•m，提升能力450 kN，驱动动力功率75 kW，钻机质量22 t。

钻杆安全性能验算  由于超长钻孔桩的钻杆受力比较复杂，正循环回转钻机的钻杆在传递动力时，钻杆的上段受拉，下段受压，同时还应以受弯曲应力和扭曲应力来验算钻杆截面是否安全，以免在钻进过程中钻杆因被扭断而发生施工隐患。

经钻杆压应力、弯曲应力、扭转应力、拉应力和受压段合成应力的计算，均满足施工要求。

施工情况  GW-250型全液压回转钻机稳定性好，振动小，对相邻孔位和钻孔平台施工干扰较小，适合于较软弱的粉砂土、黏性土地质条件下桩基施工，施工质量均满足设计要求(孔的倾斜度≤0.5%、孔位偏差≯5 cm)，进度也较为理想，根据钻孔资料统计，平均8天左右成一个孔。

超长正循环钻孔桩施工控制事项

泥浆指标参数表

正确埋设护筒  护筒选用10 mm厚钢板卷制而成，直径比桩径大200 mm，岸上桩孔护筒长度为3 m，埋设定位要准确，径向偏差小于10 mm，护筒四周填入黏土并分层捣实。水上施工时，护筒长度据地层情况为17～21 m。为保证护筒埋设精度，埋设前调整好导向架，然后用起重机配合DZ120型振动锤分数次把护筒振动打入至设计标高。在护筒沉入过程中，2台经纬仪成90°角观测其垂直度，发现偏斜及时纠正。水上施工时要求把承台全部护筒一次性埋设完毕。

严格控制钻孔顺序  因工期紧，每个钻孔平台位置摆放5台钻机同时作业施工，为确保施工中成孔的质量，必须首先对钻孔顺序进行合理编排。为此在钻机施工前2～3天将护筒打入设计深度，使之静置1～2天，使因插打钢护筒振动液化的砂土重新固结，防止在钻孔过程中因砂土液化发生涌砂及串孔现象；另外桩间距较小，为防止两相邻钻机作业时由于振动或相互间水头作用影响而使下部的地层发生扰动，严禁相邻两根桩同时开钻，在实际钻进时按隔桩钻进的原则施工。

合理控制转速  泥浆指标是保证成孔的关键，泥浆密度及黏度偏低则容易坍孔；偏高则不利于钻进，且会造成孔壁泥皮过厚而降低桩侧阻力。结合实际情况，对于粉砂土地层，采用水、膨胀土和碱按一定比例配制泥浆进行护壁；对于粉质黏土地层，直接利用自身黏土造浆护壁。泥浆性能指标见附表。

开始钻进时保持低挡慢速进行，泥浆密度取控制的上限，使之起到护壁的作用；刚开钻时泥浆密度有一个相对稳定时期，每隔15～20 min检测泥浆指标并及时调整；根据钻杆进尺，当钻头接近护筒底部时，要特别注意将转速放至最慢挡位且调整泥浆密度至最大，使护筒底部有足够的泥浆护壁，防止护筒底部薄弱环节出现坍孔、涌砂事故。根据地质条件，该桥位处多是砂类土，易坍孔，所以在钻进过程中要控制进尺、轻压、低挡慢速进行，施工中将钻头适当提起，防止出现钻头及钻杆的重力全部靠孔底砂土承受形成扩孔。根据排出泥浆情况判断钻井所到地层，据此调整转速。

密切关注钻杆完好程度  当一节钻杆钻完后，应停止进尺，然后停泵加接钻杆接头，此时需要仔细检查钻杆接头的磨损及密封情况，以防止漏气、漏水。

针对孔斜所采取的措施  ①在钻机安装就位前，增加枕木数量，保证钻塔平稳牢固，以使钻机在钻进过程中不发生倾斜。安装就位时，除保证钻机水平外，还要对钻机的天车、主动钻杆中心、桩位进行校正，确保三点一线。②使用导正性能较好的笼式双腰带钻头，上下腰带间距1.5 m，在钻头上部加导正器，导正器腰带与钻头腰带间距约3 m，增强了钻具的导正效果。③钻杆使用导正性较好的高强度法兰盘和牙嵌法兰盘接手，钻杆连接后钻杆柱保持垂直状态。④全孔减压钻进，在满足钻压的前提下，钻杆柱处于悬吊状态，保证钻具垂直钻进。⑤遇地层变化接触面孔段时，放慢进尺速度，钻头穿过接触面进入下一地层后，拉起钻头进行重复钻进，预防不平整接触面造成的孔斜。

针对钻进效率低所采取的措施  GW-250钻机设计最大转速为11 r/min，因转速较慢制约了钻进效率。后经与厂家联系对钻机进行改造，将转速提高到24 r/min，使单桩成孔由原来的11天提前到5~6天，钻进效率明显提高。

为解决排渣问题，采取下列措施：用2台或3台泥浆泵并联供给泥浆，基本满足钻进流量要求，泵量增大，流速加快，增强了泥浆携带钻粉的能力；根据施工现场条件，加大泥浆循环池体积、延长泥浆循环路径，以利于钻渣的沉淀，减少其重复破碎，提高钻效。

针对清孔难所采取的措施  采取加大冲洗液泵量的措施，是解决清孔难题的主要措施。通过在泥浆中加入优质膨润土和化学外加剂(Na2CO3、NaOH)调制泥浆黏度，保证其漏斗黏度18～22 s，及时排除废弃泥浆，勤捞钻渣，补充优质泥浆，提高泥浆悬浮携粉能力。严格要求钻杆接手的密封性，保证冲洗液全部送达孔底。

东营黄河公路大桥主桥206根超长群桩施工中，桩基的垂直度及孔径控制良好，没有发生缩径及孔斜等质量事故。经过对所有的桩基进行100%无破损检测及3%抽检钻心取样检验，其结果均为I类桩。

施工实践表明，进行超深大直径正循环钻成孔灌注桩施工，只要设备选型得当，技术措施合理，施工管理到位，现场监控得力，就会得到理想的施工效率和成桩质量。（作者：沈保汉 北京市建筑工程研究院）

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