2.5米直径钻孔桩施工技术

2.5m直径钻孔灌注桩施工技术

中铁十三局一公司韩光明

[接要]：本文详细介绍了2.5m直径钻孔灌注桩成孔及灌注技术，成功克服了小钻机钻大孔径桩、复杂地质情况下泥浆护壁及砾石、铁板砂层成孔和泥浆无公害处理等施工技术难题，为类似施工提供借鉴之处。

[关键词]：2.5m直径钻孔灌注桩钻机改造成孔灌注技术

1.工程概况

哈双高速公路B2合同段的黎明站分离立交桥，位于哈尔滨市动力区朝阳乡东升村，跨越拉滨铁路黎明车站。桥梁孔跨组合为：左幅2×40m+12×50m;右幅为2×40m+2×50m+3×40m+2×50m+2×40m+5×50m。全桥共计54根钻孔灌注桩，桩基设计要求：直径2.5米,最大桩长32米,桩底位于中粗砂地层中,通长钢筋笼,孔底沉渣小于60cm。但实际地质与设计不符，部分桩底位于砾石层中或铁板砂（软岩）层中。

2.钻孔灌注桩成孔及灌注施工

2.1地层简述

一层：0-0.5m 人工填土。

二层: 0.5-4.5m 亚粘土,黄色,湿硬型状态。

三层: 4.5-12.0m亚粘土,灰色,湿,可塑状态。

四层: 12.0-16.5m亚粘土,灰色,湿,可塑状态,含云母。

五层: 16.5-17.3m 亚粘土,灰色,稍湿,硬塑。

六层: 17.3-19.0m 亚粘土,黄色-灰色,稍湿,硬塑-坚硬,含氧化铁,下部夹薄细砂层。

七层:19.0-29.9m中砂,灰色,稍湿,密实-极密状态,成分主要为石英、长石及云母，含砾约10-15%，磨圆较好，分选性较好。本层较为致密，具胶结（俗称铁板砂）。

2.2.施工主要难点

(1)小钻机进行大直径钻孔桩施工

(2)超厚粉细砂及中粗砂层的泥浆护壁

(3)旋转钻机穿越砾石，铁板砂层

(4)化学泥浆无公害处理

由上可见，该桩基工程所面对的技术问题是范围广、难度高，为了解决这些问题，施工中从理论到实践首次采取了一些施工方法来解决这些问题。

2.3钻机改造技术

2.3.1.电机改造

本工程使用的设备都为国产钻孔设备，一种为连云港生产的GM—20型钻机，一种为GPS—15型钻机，从型号可以看出此两种型号的钻机，均需要改进，并辅以相应的施工工艺才能进行 2.5M钻孔桩施工。改造钻机的原理为减少电机转速，增加扭距，以适应大直径钻孔桩施工需要。从结果看并不比国外设备或国产大功率钻孔设备差,使用的主要钻孔设备见表1

主要钻孔设备表1

2.3.2加工特制钻头

加工锥形刮刀钻头4个,适用于亚粘土或人工填土以及砂层，加工一个楔齿滚刀钻头1个适用于卵石、砾石，加工一个球齿滚刀钻头1个，适用于岩石（铁板砂）层。

2.4钻机钻孔技术

本钻孔桩工程采用反循环排渣钻进，泥浆池与钻孔桩位相连，循环送浆。

2.4.1穿过砾石、卵石层钻进技术

(1)选用楔齿滚刀钻头；

(2)调节钻头吸渣口的位置、高度及直径；

(3)增大钻压，控制钻进速度；

(4)增大排渣速度。

2.4.2入岩钻进技术

(1)采用球齿滚刀钻头；

(2)球齿滚刀布置要合理，避免重复破石率；

(3)在钻机的工作能力下，尽可能加大有效钻压，宜控制在90%-95%左右，作用于钻头上的压力不少于400KN；

(4)保持1.0m/s的线速度,就是说钻头转速为6r/min最理想；

(5)采用少吃多餐的钻进技术,保持80mm/h左右的进尺速度；

(6)增加泥浆流量,将岩石碎块及时排出孔外。

2.4.3保证钻孔垂直度的方法

本桥部分钻孔桩19m以下的土层中的砂砾层密实一极密状态，成分主要为石英、长石及云母，含砾约10-15%，磨贺圆较好，分选性好，本层较为致密具胶结（俗称铁板砂），类似软岩性质且厚度不均一，造成钻孔时软硬不一，易使钻头向软弱的砂砾层方向顷斜，造成孔斜，给后续的钻进造成很大困难，且不能满足要求，施工中采取措施如下：

(1)大配重，减压钻进，控制进尺速度

(2)在钻头上方及钻杆中间分别安装稳定器

2.5泥浆系统的管理技术

本地区处于哈尔滨市郊区，桥位处为农田，马家沟河从9#墩及10#墩之间穿过，流向市区，对环保要求高。同时由于地层中的粉细砂层较厚，对泥浆性能要求高，施工中以化学泥将护壁为主，采用泵送泥浆至桩位的循环系统来满足施工及环保要求。

2.5.1泥浆的配制

先用膨润土+食用碱+CMC+水的配方所组成的化学泥浆.根据不同的地层,现场测试出相应的化学泥浆的配合比,按照不同的配合比在泥浆池中配制对应于不同的地层的泥浆。

根据施工经验,常用的泥浆配合比为每立方米泥浆用膨润土80kg,纯碱4kg，CMC 0.5kg，水1000kg。经过多次试配，实际施工中所用的常用泥浆配合比见表2

泥浆配合比表2

2.5.2泥浆的循环

泥浆除循环与孔位通过地沟连接外，其余部分全部采用管道化运输，在直线段一般采用钢管，曲线段采用软管，泥浆循环系统见图1

2.5.3废泥浆的无公害处理

(1)利用沉淀池（自然沉淀法）从排渣口出来的泥浆首先进入沉淀池，大部分砾石

及铁板砂块将在这里沉淀下来，及时用挖掘机或机械抓斗清理出来，自然沉淀在施工中取得了较好的效果，使泥浆重复使用的次数增加很多，从而大大降低了废浆的产生。

(2)本工程中单桩在灌注水下砼时一次性排出的泥浆量很大，一般都达175m3。灌注

砼排出的能用的泥浆用泵排回泥浆沉淀池中，不能用的少数泥浆排到附近的沟池内，沉淀后把清水抽走，沉淀物挖走。

本桥54根钻孔桩水下砼灌注量 8千余方，施工中靠这些泥浆处理方法，现场向外没有运送一车废泥浆，取得了满意的效果。

2.6钻孔桩封底

2.5m钻孔桩灌注水下砼时封底是关键，与我们平常施工的Φ1.5及Φ1.2钻孔

桩有很大区别。因为导管口距离孔底为20cm—40cm米时，要保证第一次埋管深度达到1米以上，第一次灌注砼量必须达到7m3以上。

2.6.1设计一个大的料斗，容积为4.5m3，此储料只在第一次灌注砼时使用，封底成

功后，改成1.5m3的小储料斗，保证灌注提升方便。