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1、复杂地层钻孔桩多机联合成孔施工工法1.前言在内陆地区修建高速铁路，因局部地区地质情况复杂，桥梁设计一般为钻孔桩基础，深度可达70米以上。表层一般为杂填土、软塑粉质粘土，中间大部分为硬塑粉质粘土，局部还有流砂、砂砾石、卵石、残积砂质粘性土，最下层为强、中、弱风化灰岩等。随着高速铁路建设步伐的不断加快，项目规模越来越大，工期要求也很紧，而钻孔桩基础是制约项目进度的关键所在。为了更快、更好、更经济的完成桩基工程，保证各种地层能顺利施工，是一个比较大的技术难题。经过实践研究总结，根据不同地质情况，同一根钻孔桩根据深度不同而采取多种钻机联合施工成孔，具有技术先进，社会和经济效益明显，取得了良好的成果。现
2、对此工法的进行简要介绍。 2.工法特点一根钻孔桩基础根据不同地层采用两种不同工作原理的钻机设备进行联合施工，充分利用各种设备针对不同地层的优势来达到提高工效，加快成孔，缩短工期，节约成本的目的。3.适用范围地质情况较复杂、富水条件下的桩基工程施工。4.工艺原理在地表以下为杂填土、粘土、粉质粘性土、流沙、粒径不大的砂卵石、强风化灰岩等地层采用旋挖机进行施工；当进入到中、弱风化灰岩地层时再利用冲击钻机进行施工，直到成孔。4.1 冲击钻机 利用冲击式装置或卷扬机提升实心钻锤，上下往复冲击，将土石劈裂、劈碎，部分被挤入井壁之内。通过一定浓度的泥浆将钻渣悬浮出孔外，并起护壁作用。带有钻渣的泥浆经沉淀池沉
3、淀净化后，进入储浆池依次循环使用，形成正循环。4.2 旋挖钻机 利用可以伸缩的旋式钻杆在钻具重量、油缸压力及动力头扭矩的共同作用下，将地下土、岩屑装入钻头（筒），再用卷扬机提升取土（岩）成孔。钻机自动定位，垂直旋孔，具有装机功率大、机动灵活、施工效率高等特点，配合不同钻具，可适用于不同孔径及地质条件的成孔作业，适应我国大部分地区的土壤地质条件。5.施工工艺流程及操作要点5.1 多机联合施工工艺流程施工场地平整测量放线安放护筒旋挖钻机或冲击钻机就位测量复核补浆钻进成孔（入岩前）钻进质量检查泥浆处理器或泥浆池冲击钻：钻进成孔（入岩后）清孔、排渣安放钢筋笼吊放导管导管检查浇注水下砼验收、移机。5.2
4、 操作要点5.2.1 施工准备1、桩位放样 根据设计桩位坐标，在现场放样出桩基位置。并在护筒外约1米左右的稳固位置埋设四个护桩，用素砼进行保护（交角大于60度），供随时进行孔位中心的检查。2、钢护筒的埋设由于本工程地质复杂，耕种土层厚。桩四周所受荷载（钢筋笼自重、吊车、钻机、水泥罐车等）相比浅桩大的多，要求护筒埋设稳固。四周压实，钢板的厚度不少于6mm，具有较强的钢度，能承受桩基施工过程中各种荷载对土的挤压而变形。3、设备检查主要对各种钻孔设备及配套附件（如钻锤、钻杆、钻头、钻筒、导管、钢丝绳等）进行仔细的检查，要求性能良好，八成新以上，各项检查指标均需达到相应规范要求。5.2.2 地层变化时
5、施工方法的调整由于本工法是当地层岩石强度大于30Mpa时，应改为冲击钻机来施工。下面主要介绍旋挖钻机在入岩前地质变化时施工方法的调整。不管采取哪种方法，在钻进过程中要经常注意土层变化，每进尺2m或在土层变化处应查看钻渣，判断土层地质情况，记入钻孔记录表，并与该处地质柱状图核对，同时根据钻进难易程度选择适合的钻头型号或更换斗齿。1、速度控制：当由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。2、不同地质条件下钻进方法及钻头的选择1）针
6、对黄泥沙层（半泥半砂）的地层：这是最简单而且最易钻进的地层，钻头通常选用双底筒钻，对操作手来说非常简单，只要泥浆质量能保证不塌孔，每小时轻轻松松钻进10米以上。2）针对砂层和软泥层的钻进方法：这种地层要求操作手要有一定的手法技能，钻头可根据砂层厚度来选择单底或双底筒钻。这样地层下钻加压不要过重，只要自动进钻最好不要再加压了，以防钻深过大导致埋钻，钻满后匀速上提。宜选用较大相对密度、粘度、胶体率的泥浆，使孔壁形成坚实泥皮，同时要根据实际地质情况决定护筒的埋设深度。控制进尺速度，不要过快，防止泥浆冲刷孔壁，造成扩孔、塌孔，下放钻头时也不要过快。3）对纯黄粘土和泥岩层的钻进方法：纯黄粘土这种地层的的
7、优点是直接可清水成孔，不易塌方，但对操作手来讲并不轻松，容易造成孔内打滑不进尺，磨蹭一两个小时都有可能不进尺，一般常采取的这几种方法来解决：a、是选择单底钻，增大切削刃角，防止黏泥糊钻。b、是向孔内填一些拳头大小的石头或者是沙子来增加摩阻力；c、是调整桅杆倾斜角度，给钻杆增加摩阻力，当钻头一进尺后要立即将桅杆调整垂直，继续钻进后上提卸土；d、是钻头斗齿更换或稍微加长斗齿二三公分试钻，若还是不进钻的话，可将钻头斗齿座的角度增大至六十度左右即可；5.2.3 泥浆指标控制1、钻进过程中的泥浆指标控制： 泥浆性能指标应根据不同的方法进行选择，参照表1执行：表1 泥浆性能指标选择表泥 浆 性 能 指 标
8、钻孔方法地层情况相对密度粘度含沙率胶体率失水量泥皮厚酸碱度(s)(%)(%)(ml/30min)(mm/30min)pH旋挖钻一般地层1.051.201622496252810易坍地层1.201.451928496152810冲击钻一般地层1.101.20182495203811易坍地层1.21.4223095203811注：地下水位高或其流速大时，指标取高限，反之取低限。地质较好、孔径或孔深较小时，指标取低限，反之取高限。用冲击方法钻进时，可用粘土碎块投入孔内，由冲击钻自行造浆固壁。若当地缺乏优质粘土、不能调出合格泥浆时，可掺用填加剂以改善泥浆性能。5.2.4 钻进过程中应注意的事项钻机在成
9、孔过程中，应在塌孔、偏孔、缩孔等质量隐患上采取一些措施。钻孔垂直度是桩基础施工过程中质量控制的关键环节，是关系到成孔后钢筋笼、导管下放和混凝土灌注等工作能否顺利进行的关键所在。操作人员除必须认真填写钻孔施工记录，交接班时应详细交代本班组钻进情况及下一班组需要注意的事项，必须连续作业，中途不得停止，如不可避免情况需暂停钻进时应不间断进行孔内泥浆循环。泥浆是超长钻孔灌注桩施工质量好坏的重要环节。性能良好的泥浆失水量小，泥皮薄而密，具有较高的粘结力，对维护孔壁稳定、防止塌孔起很大作用。除以上应注意问题，同时根据不同设备采取有针对性的控制措施。1、正循环冲击钻1）要求设备支撑需稳固，地层软硬不均匀，钻
10、机转速过高造成晃动均易出现钻孔倾斜、偏孔。要求每班不少于2次的桩位、钻杆的垂直度检查，对有怀疑的护桩需重新测量，及时校正。2）施工过程中应采取加大水头、移开重物、排除振动等相应措施，以防塌孔。对少量塌孔，如不继续，可恢复正常钻进3）在饱和性粘土、淤泥质粘土，特别是I 10处于流塑性状态的土层中由于此类地层含水高、塑性大，钻头经过后钻孔壁回缩，从而导致钻孔的直径小于设计的桩直径。针对这种情况，在成孔时，应加大泵量，加快成孔速度，快速通过，在成孔一段时间后，孔壁形成泥皮而不会渗水，亦不会引起膨胀；如出现缩径，采用上下反复扫孔的办法，以扩大孔径。4）对于特大型溶洞或半充填的溶洞或溶洞上方有较厚的沙砾
11、层时，为防止泥浆突然流失，造成孔壁坍塌，采取护筒跟进法施工。具体做法为：首先将1.0m的钻头扩大至1.2m，正常钻进至溶洞上方约1m处，将钻头提起，用振动锤将内径1.5m、壁厚6mm的钢护筒砸至孔底，再将钻头直径改为1.0m继续冲砸，直至击穿溶洞，然后回填粘土片石混合物（比例1：1），采用11.5m的冲程将洞内冲砸密实，再转入正常钻进。2、旋挖钻机：旋挖钻机机械化程度高，开始前应对设备进行系统检查。自行初步就位后，在技术人员的指挥下进一步调整钻机垂直度，并使钻头中心与孔位中心重合，桩机定位要准确、水平、垂直、稳固。由于钻机配备电子控制系统显示钻杆的垂直度，同时在钻杆的两个侧面均设有垂直度仪，在
12、钻进过程中必须安排专人观察，随时指挥机手调整钻杆垂直度。通过电子控制和人工观察两个方面来保证钻杆的垂直度，从而保证成孔的垂直度。6.材料与设备本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备见表2。表2 主 要 机 具 设 备 表序号设备名称设备型号单位数量用途1冲击钻机KP1500台3灌注桩施工2旋挖机R825HD 台1灌注桩施工3挖掘机PC320台1挖土、安装护筒、清泥浆等4高压泥浆泵NL100台2泥浆循环5装载机ZL50台1装运渣土6吊车QY25台4吊装设备7自卸汽车后八轮台8运渣土7.质量控制7.1工程质量控制标准此工法适用于端承桩，桩基成孔质量执行公路桥涵施工技术规范。钻孔偏差按表3执行。
13、表3 钻 孔 成 孔 质 量 标 准 序号项 目允许偏差（mm）1孔的中心位置（mm）群桩：100；单排桩：502孔径（mm）不少于设计桩径3倾斜度小于1%4孔深支撑桩：比设计深度超深不少于50mm5沉淀厚度不大于设计规定6清孔后泥浆指示相对密度：1.03-1.10，黏度：17-20s，含砂率应少于2%，胶体率大于98%。7.2质量保证措施7.2.1 建立健全各级全面质量管理与质量保证体系。成立以项目经理为首的全面质量管理领导小组。制定各工序、各环节的操作标准、工艺标准、检查标准，并执行情况作好记录,实现可追溯性。7.2.2做好测量、试验的检查工作，严格执行自检和复核制度。对所有采用的测量、计
14、量器具按规定定期检验，合格后方可投入使用。7.2.3执行质量技术交底制度，未进行技术交底的班组不得进行施工。7.2.4严格控制护壁泥浆的比重、含砂率和PH值等指标。7.2.5桩基成孔后必须进行孔径、孔深、孔斜率及沉碴厚度的检测。8.安全措施8.1 新工人进场前，应进行本工种的安全技术培训和教育，没有经过安全技术教育的不得上岗施工；对本工种安全技术规程不熟悉的，不得独立作业。特种作业人员必须持证上岗，严禁无证上岗及串岗。8.2 现场人员必须佩戴安全帽，禁止穿拖鞋。8.3 现场临时严格执行安全用电制度，配电箱以及其它供电设备不得置于水中或者泥浆中，电缆线接头要牢固，并且要绝缘，输电线路必须设有漏电开关。8.4 搬运钢筋、架管等材料时注意避免与附近的架空线和临时电线发生碰撞。8.5 泥浆池周围必须设有安全防护设施。8.6 挖掘机、吊车、钻机等设备在工作之前必须进行机械安全检查，在现场工作时应有专人进行指挥，要求在其工作范围内不得站人。8.7 施工作业平台必须规整平顺，杂物必须清除干净，防止拆除导管时将工作人员绊倒造成事故。钻孔过程中，非相关人员距离钻机不得太近，防止机械伤人。9.环保措施9.1 项目部成立对应的施工环境管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章制度，做好交通环
