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1、钻孔桩设备选用及施工工艺中铁十五局第四工程有限公司三分公司 杨志强摘要钻孔桩成孔的方法可分为冲击钻孔、回转钻孔和旋挖钻孔。施工中常用的钻机为冲击钻机、回转钻机和旋挖钻机。钻孔施工应根据地质情况、设计桩长、桩径以及施工条件选择钻机类型，同时应兼顾施工工期、经济成本等影响因素。关键词钻孔桩设备选用及施工工艺。一、工程概述苏桥特大桥位于冲洪积平原，属黄淮冲积平原的一部分，地形平坦、开阔，地面高程 60100m，地表水系较发育，沟渠纵横，水塘遍布。根据区域地质资料及钻探成果分析，桥址区构造简单，附近无深大断裂通过，无活动断裂，场地稳定，适宜建桥。孔跨式样为 224m+8732m+224m 预应力混凝土
2、简支 T 梁，桥梁全长为 2967.48m，桥梁范围为 L2K2+641.15L2K5+608.63。桥梁下部采用 T 型桥台、圆端形实体墩、直径 100cm 钻孔桩摩擦桩基础。本桥共 2 个桥台，32 个直线桥墩，58 个曲线桥墩，-1#到 37#为曲线桥墩，38#到 53#为直线桥墩，54#到 72#为曲线桥墩，73#到 88#为直线桥墩。本线路上跨京广铁路。二、钻孔桩设备类型钻孔桩成孔的方法可分为冲击钻孔、回转钻孔和旋挖钻孔。施工中常用的钻机为冲击钻机、回转钻机和旋挖钻机。1、冲击钻机冲击钻孔主要适用于卵（漂）石土、岩层中钻孔。其主要机具设备大致分为两类：一类为冲击钻孔整套设备，本身配有
3、钻架、起吊及冲击等设备；一类为由带有离合器的双筒卷扬机组成的简易冲击钻具，其钻架由简易杆件组成。按照泥浆的循环方式，冲击钻又可分为冲击正循环钻和冲击反循环钻。2、回转钻机回转钻孔可分为正循环回转钻孔、反循环回转钻孔。其特点是泥浆循环方式不同，压入泥浆为正循环，抽泥浆为反循环。正循环适用于黏土，粉土，细，中、粗砂等各类土层；反循环适用于黏性土、砂性土、砂卵石和风化岩层，但卵石粒径不得超过钻杆内径的 2/3，且含量不大于 20%。3、旋挖钻机旋挖钻机适用于砂性土、砂卵石和风化岩层，目前国内常用的为德国生产的 BG 系列旋挖钻机和意大利生产的 R 系列旋挖钻机。三、方案比选冲击钻的垂直度比较好，但是
4、由于冲击力较大，容易塌孔，充盈系数偏大，冲击振动对周围声音较大，影响人们休息。动力功率大，耗电量高，再则钢丝绳消耗大。成孔速度慢，效率低。回旋钻施工无噪音，无震动，无挤压；机具设备简单，操作方便，费用较低，但成孔速度慢，效率低，用水量大，泥浆排放量大，污染环境，扩孔率较难控制。旋挖钻成孔速度快、质量高。该钻机为全液压驱动，电脑控制，能精确定位钻孔、自动校正钻孔垂直度和自动量测钻孔深度，最大限度地保证钻孔质量。伸缩杆不仅钻孔传递回钻力矩和轴向压力，而且利用本身的伸缩性实现钻头的快速升降，快速卸土，以缩短钻孔辅助作业的时间，提高钻孔进效率。环保特点突出，施工现场干净。履带底盘承载，接地压力小，适合
5、各种工况，在施工场地内行走移位方便，机动灵活。自带柴油动力，缓解施工现场店里不足的矛盾，并排除了动力电缆造成的安全隐患。同时该钻机配合不同钻具,适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业,还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能。国内的专家认为：旋挖钻机在国内今后几年仍有很大的市场。钻孔施工应根据地质情况、设计桩长、桩径以及施工条件选择钻机类型，同时应兼顾施工工期、经济成本等影响因素。本桥采用旋挖钻进行施工，力争在保证质量、工期、安全的情况下产出最佳的效益，所采用的旋挖机为德国宝峨公司 BG 15。四、旋挖钻施工工艺1、工艺原理旋挖钻机将整体自重置于可自动
6、行走的履带式底盘上，以自带柴油发动机输出动力来提供施工现场所需要的大功率电源，利用筒式钻斗底部的斗齿，在液压油缸的加压下钻进，切削土体，并压入容器内，然后由钻杆提出筒式钻头，至孔口后快速回转倒土。护壁泥浆采用优质膨润土、纤维素等根据地质情况按一定比例配置而成，并随着旋挖钻进入泥浆泵持续注入孔内，起到静压护壁作用，以保证水头压力，如此反复循环完成成孔作业。成孔达到设计深度和质量要求后，安装钢筋笼和导管，灌注水下混凝土。旋挖钻孔灌注桩的特别之处在于制备泥浆和补充泥浆，在钻孔过程中，要制备符合性能指标泥浆，同时要及时补充泥浆，以确保孔内水头压力，防止塌孔。2、施工工艺流程图旋挖钻机工艺流程图2、施工
7、方法2.1 场地平整根据设计要求合理布置施工场地，先平整场地、清除杂物、换除软土、夯打密实；钻机不宜直接置于不坚实的填土上，以免产生沉陷；钻机的安置应考虑钻孔施工中孔口出土清运的方便。2.2 桩位放样测定桩位和地面标高。桩位放样时，桩的中心允许偏差在 50mm 在之内，倾斜度不大于 1%，并在桩的前后左右距中心 2m 处分别设置护桩，以供随时检测桩中心和标高。2.3 护筒埋设护筒的作用为固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水流入孔内。护筒采用 5mm 厚钢板制成，其内径大于钻头直径 0.2m。采用挖埋或压埋的方法沉设钢护筒，护筒埋深深度根据地质情况进行埋设，一下一道工序砼搅拌、输送成桩、养 护及桩
8、身质量检测填写灌注记录、制作试件 混凝土浇筑安放钢筋骨架 钢筋骨架分节制作、验收安 放 导 管监理验收 第二次清孔、验收导管制作及水密试验钻机就位、对 中校正泥 浆 制 备掏 渣 取 样填写钻孔记录成孔检查 、验收 测孔径、孔斜、孔深复核孔位，监理认可钢 护 筒 埋 设测 定 孔 位钢护 筒加工、准备平 整 场 地钢筋进场、检验钻 孔原材料进场检验、配合比设计第一次清孔桩 位 复 测测量沉渣厚度般为 2m 至 4m，护筒顶部应高出施工地面 0.5m。护筒埋深达到要求后，应在钢护筒周围对称地、均匀地回填粘土，夯实，以保证其垂直度及不位移、不下沉、不掉落。其顶面位置偏差不大于 5cm，倾斜度不大于
9、 1%。2.4 钻孔泥浆造浆材料选择优质膨润土，它具有相对密度低、失水量少、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回钻阻力小，造浆能力大灯优点。不能使用孔内原土造浆护壁，膨润土作为泥浆原料一般为用水量的8%，造浆前应根据泥浆性能指标的要求做泥浆配合比的试验，现场按照泥浆配合比用制浆机拌制泥浆并存入储浆池。 新制备的泥浆必须检测其全部性能指标，方法如下：（1）相对密度可用泥浆相对密度计测定：其方法是将要量测的泥浆装满泥浆杯，加盖并清洗从小孔中溢出的泥浆，然后置于支架上，移动游码，使杠杆呈水平状态，读出游码左侧所示刻度，即为泥浆的相对密度。入孔泥浆比重可为 1.11.3。（2）黏度可用标准漏斗黏度计测
10、定：其测定方法是用两个开口杯分别量取 200ml 和 500ml 的泥浆，通过过滤网滤出砂粒后，将 700ml 泥浆注入漏斗，然后使泥浆从漏斗中流出，流满 500ml 量杯所需的时间（s） ，即为所测泥浆的粘度。入孔泥浆黏度为 1622s。（3）含砂率可用含砂率计测定：把泥浆充至测管上标有“泥浆”字样的刻线处，加清水至标有“水”的刻线处，堵死管口并摇振，再加清水于侧管中。摇振后再倒入滤筒中。反复之，直至测管内清洁为止。然后用清水冲洗筛网上所得的砂子，剔除残留泥浆。再把漏斗套进滤筒，然后慢慢翻转过来，并把漏斗嘴插入测管内。用清水把附在筛网上的砂子全部冲入管内。待砂子沉淀后，读出砂子的百分含量。新
11、制泥浆不大于 4%。泥浆池的大小为长宽高=10m4m2.5m，每两个墩共用一个。2.5 钻孔在钻孔作业之前需要对桅杆进行定位设置，首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，旋挖钻机的显示器显示桅杆工作画面。从桅杆工作画面中可实时观察到桅杆的 X 轴、Y 轴方向的偏移。调整桩机位置使钻头中心对准桩体中心控制桩，记录该时控制室显示器上的桩心坐标。在读出桩心坐标后，桩机原则上在埋设护筒前，不再移动。在钻进过程中，随时掌握地层对旋挖钻机的影响情况，严格按照该地层条件下的钻进参数指导施工。开钻前应在护筒内存进适量泥浆；开钻时宜低档慢速钻进，钻至护筒下 1m 后在以正常速度钻进，但是在孔口 58m 段旋挖过程中
12、要注意通过控制盘来监控垂直度，如有偏差及时进行纠正，整个钻进过程中不能进尺太快，以保证有充足的护壁时间，钻头起、落速度均匀，不得过猛或骤然变速。施工时随着孔深的增加向孔内及时、连续地补浆。钻孔过程中要经常检查钻斗尺寸，以防过大磨损减小孔径。施工中根据钻头提土情况判断土层结构，及时合理地调整泥浆性能指标，遇松散地层时适当增大泥浆相对密度和粘度，保持孔内水头高度，尽量减轻水压对孔壁的影响，同时降低转速和钻压以满足施工质量控制要求。软岩及土层中利用旋挖斗一次成孔；硬岩中先用螺旋钻头成小孔, 然后用旋挖斗举行扩挖成孔。2.6 清孔当钻孔深度达到设计要求时，对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，确认满足设
13、计要求后，进行孔底清理。清孔是钻孔灌注桩施工保证成桩质量重要环节，通过清孔确保桩孔底沉碴、比重、含砂率等指标符合规范要求，保证砼成柱质量。根据不同地质条件，采用换浆法清孔，同时注入净浆或清水保持孔内水位。孔内排出的泥浆手摸无 23mm 颗粒，泥浆比重不大于 1.1，含砂率小于 2%，粘度1720s，浇筑水下砼前孔底沉渣厚度不得大于 30cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。2.7 钢筋笼制作及安装（1）钢筋笼制作：单桩钢筋笼连续制作，当一条生产线上整根钢筋笼制作完成后，即报监理工程师检查验收，合格后分节解开放到存放场存放。钢筋笼的钢筋采用双面搭接焊或闪光对接焊，加工时要确保主筋位置准确，下端
14、整齐，每一截面上接头数量不超过 50%，加强箍筋与主筋连接全部焊接；同时按照设计图纸的要求加骨架耳环，控制其与孔壁的间距，钢筋笼分段长度不宜少于 18 米，以减少现场焊接工作量。现场焊接须采用单面帮条焊接。（2）钢筋笼运输及安装：钢筋笼在生产场地内加工完毕后，分节吊装、施工便道，由专用运输汽车运输至施工现场。骨架安装采用汽车吊，为保证钢筋笼起吊时不变形，每节钢筋笼亦可采用多点起吊；起吊时，先提第一点，使骨架稍提起，再与第二吊同时起吊。待骨架离开地面后，第一吊点停吊，继续提升第二吊点。随着第二吊点不断上升，慢慢放松第一吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊。解除第一吊点，检查骨架是否顺直，如有弯曲应
15、整直。当骨架进入孔口后，应将其扶正徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。当骨架下降到第二吊点附近的加强箍接近孔口，可用木棍或型钢（视骨架轻重而定）等穿过加强箍筋的下方，将骨架临时支承于孔口，孔口临时支撑应满足强度要求，再起吊第二节骨架，使上下两节骨架位于同直线上进行焊接，全部接头焊好后就可以下沉入孔，直至所有骨架安装完毕。在钢筋笼上端均设置吊环，以免在灌注混凝土过程中发生掉笼或浮笼现象。 （3）声测管安装：当桩长大于 40m 时为了检测钻孔桩质量，在钢筋笼制作时，根据设计要求安装超声波检测管。钢筋笼按设计图纸绑扎成型后，在钢筋笼内侧圆周布置声测管，各管路套丝后用管箍连接，顶部接长至与施工平台平齐并封闭。
16、声测管安装垂直度容许偏差不大于 0.5，且接头处孔壁过渡圆顺光滑。声测管底部采用钢板封闭。2.8 导管安装采用钢导管灌注，管内径为 30cm。导管使用前进行试拼试压，不得漏水，试压的压力宜为孔底静水压力的 1.5 倍。中间节为 2.5m，配 13 节 11.5m 的短管，导管接头采用螺旋连接套连接或恰口直接连接。钢导管内壁光滑、圆顺，内径一致，接口严密。导管直径与桩径及混凝土浇筑速度相适应。按自下而上顺序编号和标示尺度。导管组装后轴线偏差，不超过钻孔深的 0.5%并不大于 10cm。导管安装后，其底部距孔底有 0.3 0.5m 的空间。2.9 浇筑水下混凝土混凝土采用自动计量集中拌合站拌合，混凝土罐车运输。在浇筑前首先检查混凝土的塌落度及和易性，当塌落度满足要求，才可进行浇筑。料斗蓄满后开始灌注，在灌注过程中应确保料斗内始终有料。计算和控制首批封底混凝土数量，首批砼灌入孔底后，立即探测孔内砼面高度，计算出导管内埋置深度，如符合要求，即可正常灌注，导管埋入混凝土的
