卵石、漂石层地质大直径桩基钻进及灌注施工工艺

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1、卵石、漂石层地质大直径桩基钻进及水下混凝土灌注施工工艺李晓罡，冯波，王子健（北京市公路桥梁建设集团有限公司一分公司，北京102206）摘要：基桩在钻机或灌注过程中出现断桩等现象，对工期和质量的影 响是很大的，并且对经济有着直接和间接的损失。所以，必须采用切 实可行的施工工艺。卵石、漂石层地质情况下，所采用的钻进施工工 艺较少，为了能够进尺和护壁，保证在基桩施工中不出现质量问题， 采用乌卡斯钻机进行卵石、漂石层钻机施工，能够有效的减少在钻进 过程中不塌孔，保证成孔质量，配合水下混凝土的灌注施工工艺，可 以有效地保证基桩的成品质量。关键词：桥；基础；基桩；机械钻进；水下混凝土灌注；目前，在北京市的

2、山区、老河道中施工越来越多，而这些地方的 地质情况往往都是卵石、漂石和岩层，基桩施工较地质较好的粘土层 较为复杂，且不容易控制成孔质量。房山五渡桥工程就是处于原河道 内，地质情况为卵石、漂石层，桩径为1.8m，我们就这种地层及桩 径采取了相应的乌卡斯钻机和与其配套的钻进施工工艺，效果比较明 显。1. 现况地质房山五渡桥工程场地在地貌上位于拒马河中游河谷。拒马河河谷 呈不对称的“U”字型，河床宽200m左右，流经桥位处的水流方向为自东北向西南，拒马河常年有水。据现场勘察，拒马河水流平缓，水 深约0.5m，水面宽度约为50m,河底为细砂和砂卵石。桥位斜跨河谷两侧，沉积区由河谷两侧陡崖风化剥落以及冲

3、沟冲 刷而来的碎屑、碎石、块石与河流冲积而来的砂卵石及漂石构成，使 得河谷沉积成分复杂，大小混杂。整个场区，主要由砂卵石和漂石构 成。综合野外调查、钻探描述、原位测试结果分析，场区土层包括人 工堆积层、一般第四纪沉积土、蓟县系雾迷山组白云岩。据勘察揭露 的地基土层，场地土类别属II类，另外场地地基土初判不液化。场区地下水位潜水型，其静止水位埋深为0.501.00m，受河水 补给，水量较丰富。2. 机械选用采用钻机形式为冲击钻，冲击钻的型号为乌卡斯冲击钻，行程设 置为60cm、电机功率75KW，在砂卵层采用管锥、直径1.8m，钻头重 量为6.61,在大漂石和岩层配套采用直径为1.5m的实心椎、钻

4、头重 量为5.61,钻机每分钟冲击41次。3. 施工工艺3.1 平整场地桩基施工前,先进行施工平台的铺设,如在河道中央的位置,则 需先进行河道围堰施工,用砂石料填筑一施工平台,填筑至水面以上 分层碾压密实并整平,满足施工承载要求,场地面积要满足钻孔要求。3.2 埋置护筒护筒采用1.2m钢护筒。护筒内径比设计桩直径大30cm。埋设护 筒时,人工开挖至护筒底部,保证护筒的平面位置和垂直度。护筒底 部及四周应用水泥拌和砂砾夯填密实,保证护筒周围和底脚要紧密不 透水。3.3 护壁泥浆采用红粘土造浆,泥浆比重控制在1.4-1.6,保证泥浆能很好的 护壁,起到稳定孔壁的作用。在桩基钻孔和浇注过程中应保证孔

5、内泥 浆水头比地下水高,以免发生孔壁坍塌。3.4 钻孔3.4.1 在护筒上施测十字线，以便钻孔机就位，钻机就位后，底座平 整、立架牢固，不能产生位移和沉降。钻孔前钻头对好桩位，定位误 差 W2cm。3.4.2 相邻桩位施工时必须保证在中距 5m 以内的任何混凝土灌注桩 完成后24h才能开始，防止扰动灌注桩，钻孔作业连续分班进行，并 认真填写钻孔桩钻进记录，交接班时交付钻进情况及下一班的注意事 项。在整个施工过程中，水头始终保证在2m左右，防止了孔壁坍塌， 埋钻头的现象发生，确保钻孔桩的成孔质量和成孔速度。3.4.3 钻孔开始后随时检测护筒水平位置和竖直线，如发现偏移应将 护筒拔出，调整后重新压

6、入钻进。3.4.4 钻孔作业应分班连续进行，填写钻孔施工记录，交班时应交待 钻进情况及下一班应注意事项。3.4.5为掌握地层的特性及实际的地质情况，随时对钻渣作取样分析， 核对设计资料，根据地层变化情况，采用相应的钻进速度和泥浆稠度。3.4.6钻孔过程中，根据地质资料绘制柱状图，以指导施工。为保证 良好的孔壁稳定性，必须定时对泥浆进行检测和试验，认真填写泥浆 试验记录，严格控制其稠度。不合格时及时调整。随着钻孔的不断加 深及时注入泥浆，保持泥浆的液面高度，以维持孔内水头差，防止孔 壁坍塌。3.4.7通过钻进中辅助带重锤的测绳，在同一孔底测试两个点以上， 以验证孔深度。3.4.8 在钻孔排渣、提

7、钻头除土或因故停钻时，应保持孔内具有规定 的水位和要求的泥浆相对密度和粘度。处理孔内事故或因故停钻，必 须将钻头提出孔外。钻孔中要时刻检查钻头位置，防止打空钻，采用 勤松绳少松绳的办法钻孔。3.4.9在遇见大粒径漂石和岩石时，采用1.5m实心椎先进行钻进， 增大行程，加大冲击力，钻进深度为l-2m，这样能够尽量减少塌孔， 然后再用1.8m管锥进行扩孔，循序渐进，直至成孔。3.5 清孔经测量确认钻孔至设计标高后，对孔深、孔径、孔的偏斜度进行 检查。采用测孔锥测孔，合格后进行清孔，宜采用抽浆清孔方法，清孔时注意保持孔内水头，防止坍孔。严禁用加深钻孔深度的方式代替 清孔。孔底沉渣厚度必须符合规范及设

8、计要求。在吊入钢筋骨架后浇 注水下混凝土前应再次检查孔内泥浆性能指标和沉渣厚度，沉渣厚度 不大于0.15D。如果超过要求需进行二次清孔，符合要求后方可灌注 水下混凝土，清孔的主要方法有换浆法、掏渣法、空压机喷射法、砂 浆置换法等，根据具体情况选择使用。3.6 验孔 钻孔完成后，专职技术人员验孔，验孔采用孔规，孔规直径为设计桩径，长度为 4-6D（D 为桩径）。检孔内容包括：孔深、孔形、孔 径和倾斜度。3.7 灌注水下砼3.7.1 混凝土采用预拌商品混凝土，混凝土配合比符合强度、耐久性要求，对到场的每一车混凝土对其进行和易性、坍落度测定，如果不符合要求严禁使用。3.7.2 首灌混凝土浇注前必须用

9、清水将漏斗、导管进行清洗，避免混 凝土水分损失，保证灌注顺利。3.7.3 混凝土浇注前，先向导管内放入球胆作为隔水塞。混凝土灌注 时要能保证混凝土以“柱塞”式连续不断的灌注。开始灌注时慢速进行灌注，以减少混凝土的冲击力，从而减小冲击波消失 后泥浆回弹而引起回灌造成的混浆。必须 保证导管内有相当高度的混凝土柱，以维 持导管内外液面压力平衡3.7.4 混凝土由罐车直接灌入导管。导管上口设一闸门式灰斗，放满 混凝土，然后用吊车再吊一装满混凝土灰斗，对准导管上的灰斗，灰 斗之间距离保持 30 厘米左右。待一切准备就绪，由专人指挥打开灰 斗闸门，同时吊车上的灰斗也由专人打开；这样混凝土就会源源不断 地经

10、过导管进入桩底，待两灰斗混凝土流尽后（导管下口离桩底距离， 是由两灰斗混凝土方量计算得来的），两灰斗内的砼为首批灌注砼， 其方量由计算确定，首批灌注砼的数量满足导管初次埋置深度（2 1.0m ）和填充导管底部间隙的需要，按下式计算:冗 D 2+H4c公式为：v、比空h4H = h + h c 2 3 式中:V首批砼所需数量（m3）D井孔直径（m）d 导管内径（ m）h 井孔砼面高度达到H时，导管内砼柱需要的高度（m） h 2y1 C 1H/yw w cH 首批砼井孔内砼面至孔底高度（m）CH 井孔内砼面以上泥浆深度（m）WY 泥浆容重（KN/m3）WY 砼容重（KN/m3）Ch 导管初次埋深大

11、于1m,2H 导管底至孔底间隙约0.4m3根据桩径和以上公式确定首批灌注砼方量，确保首批砼灌注后的 导管埋深21.0m。3.7.5 为防止钢筋骨架上浮，当灌注的混凝土顶面距钢筋架底部 1m 左右时，降低混凝土的灌注速度。当混凝土的拌和物上升到骨架底口 4m以上时，提升导管，使其底口高于骨架底部2m以上，即可恢复正 常速度，导管提升时应保持轴线竖直和位置居中，逐步提升。3.7.6 灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停工。在灌注过 程中，要防止混凝土从漏斗顶溢出或从外掉入孔底，使泥浆内含有水 泥而变稠凝结，致使测深不准确。灌注过程中，应注意观察管内混凝 土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内

12、混凝土面高度，正确指挥 导管的提升和拆除。拆除导管动作要快，时间不宜超过15min。已拆 下的管节要立即清洗，堆放整齐。在最后一次拔管时，要缓慢提拔导 管，以避免孔内上部泥浆压入桩中。3.7.7 技术人员测量导管埋置深度，在整个灌注的过程中，导管始终 保持埋置深度不小于2m，直至灌注高度大于桩顶标高0.5-1.0m左右， 高出部分由人工挖，挖至全部是新鲜密实混凝土,并且高于桩顶标高 2030cm。3.7.8 混凝土灌注到最后阶段时“超压力”偏小，此时导管内的混凝 土不易下落，桩孔内的混凝土不易上升，灌注工作将受阻。为了维持 一定的超压力，从而保证最后阶段混凝土的正常灌注，需要把混凝土 提升到4

13、6m的高度，造成落差恢复“超压力”，使灌注工作继续直 至整桩浇注完成。并填写钻孔桩水下混凝土浇注记录。3.7.9在灌注混凝土时每根桩应至少留取四组试件。并送标养室养护， 认真填写试验报告。若强度不符合要求时，应及时提出报告，采取相 应补救措施。4过程数据4.1 泥浆比重： 1.54.2 钻进速度：4.2.1 卵石层： 4.0m/24h4.2.2 漂石层： 4.0m/24h4.2.3 岩 层： 2.0m/24h4.3每棵基桩（含盲孔25m）成孔时间：8d5.控制重点5.1 钻进过程中的塌孔 在钻孔过程中，如果钻孔内水位突然下降，孔中冒细密的水泡， 出渣量显著增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等。就

14、显示已塌孔。5.1.1 坍孔原因： 泥浆相对密度不够及其泥浆性能指标不符合要求，使孔壁未形 成坚实泥皮。 出渣后未及时补充泥浆（或水），或钻孔通过砂砾等强透水层， 孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。 护筒埋置太浅，下端孔口漏水、坍塌或孔口附近地面受水浸湿 泡软，或钻机直接接触在护筒上，由于振动使孔口坍塌。 在松软砂层中钻进进尺太快。 清孔后泥浆相对密度、粘度等指标降低，用空气吸泥机清孔泥 浆吸走后未及时补浆（或水）使孔内水位低于地下水位。5.1.2 预防和处理措施： 在松散砂砾中钻进时，应控制进尺速度，选用较大相对密度、 粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆。 根据不同地质，调整泥浆比重，确保泥浆

15、比重,确保泥浆具有 足够的稠度确保孔内外水位差，维护孔壁稳定。 清孔时应设指定专人负责补水，保证钻孔内必要的水头高度。 发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒 钻进，坍孔部位不深时，可用深埋护筒法，将护筒周围土夯填密实， 再重新钻孔。 发生孔内坍塌时，判明坍塌位置，回填砂和粘土混合物到坍孔 处以上12m。如坍孔严重时全部回填，待回填物沉积密实后在进行 钻进。5.2 钻孔偏斜 现场钻成的桩孔，垂直桩不竖直，斜桩倾斜度不符要求的标准 或桩位偏移设计桩位。5.2.1 偏斜原因： 钻孔中遇有较大的孤石或探头石。 在有倾斜的软硬地层交界处，岩面倾斜处钻进；或者粒径大 小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头受力不均匀。 扩孔较大处，钻头摆动偏向一方 钻机底座未安置水平或产生不均匀沉降、位移。 钻杆弯曲，接头不正。5.2.2 预防处理措施： 安装钻机时要使转盘，底座水平，起重滑轮轮轴固定钻杆的 卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上。并经常检查校正。 由于主动钻杆较长，转动时上部摆动过大。必须在钻架上增设 导向架，控制钻杆上的提引水龙头，使其沿导向架对中钻进。 钻杆、接头应逐个检查，及时调整。主动钻杆弯曲，要用千斤 顶及时调直。 在碰到大粒径孤石或探头石时，应吊着钻杆控制进尺，低速钻 进，或回填片、卵石