大直径超深钻孔灌注桩的施工关键技术＊ 孙琦 ｊ二海建工一建集团有限公司 上海 ２００１２０ 【摘要】以昆山市中环快速化改造工程中的桩基施工为背景，主要研究回转钻正循环施工大直径超深钻孔灌注桩的关 键技术。根据昆山地区地质条件，钻孔灌注桩深度范围的土层多为粉性土、粉砂，其基本特性为：土层分布上软下 硬；土层的砂性较重；②３层为粉砂夹粉土，松散一稍密，易坍孔；桩端土层的粉砂，中密一密实，开孔后应力释放， 孑Ｌ壁会徐变，易引起缩孑Ｌ。与其相对应，桩基施工亦具有成孔施工扭矩大、成孔泥浆控制要求高、成孔垂直度控制难 和孔壁稳定难等特点。针对各难点特点，总结关键施工技术，制定了相对应的技术措施，以指导本工程大规模施工的 开展，同时为类似工程提供借鉴。 【关键词】昆山市中环快速化改造工程 大直径钻孔灌注桩 垂直度控制 泥浆指标控制 沉渣厚度 【中图分类号】ＴＵ９９７ 【文献标识码】Ｂ 【ＤＯＩ】１０ １４１４４／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｚｓｇ．２０１５．０１ ０１３ Ｋｅｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｓｕｐｅｒ Ｄｅｅｐ ａｎｄ Ｌａｒｇｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ Ｃａｓｔ－ｉｎ－Ｐｌａｃｅ Ｂｏｒｅｄ Ｐｉｌｅ★ Ｓｕｎ Ｑｉ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｎｏ．１（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ． Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００１ ２０ １ 概述 １．１工程概况 质量，一般扭矩较小的钻机的机械性能很难达到施工要 求。例如在刚开始施工桩基时，周市立交Ｃ匝道２０ 桥台２ 桩（ １ ５００ ｍｍ，桩长４０ ｍ）采用的是ＧＰＳ一１５型钻机．但 在钻孔时，尤其是进入粉砂层后，由于地质条件较差（有 块状砂岩），加之钻速过快，配套钻杆因为抗扭性能不 强，发生了钻杆断裂、掉钻事故。结合本工程地质情况， 回转钻正循环成孔应选择扭矩大、稳定性好的ＧＰＳ一２０型或 ＧＰＳ一３０型钻机施工。 昆山中环主线高架及匝道、立交桥、金鸡河大桥等均 以钻孔灌注桩基础为主，灌注桩桩径为１．０～１．８ ＩＩｌ不等，桩 长为３０～８５ｍ。 １．２工程地质条件 昆山属苏州市，地处湖沼积低洼平原区，属于太湖流 域堆积平原地貌区之低洼湖荡平原地貌亚区，地层起伏较 大，地层中含砂率极高，自地面以下约１０ ｍ范围内为黏土 和粉质黏土层，自１０ ｍ左右范围以下，多为粉砂层，砂粒 ２．３施工垂直度控制 ２．３．１平面定位控制 含量极高，并局部夹有块状砂岩，泥浆自造能力很差。 １）测量放样工作。根据业主移交的测量控制点在施 工场地利于保护和放样的地方设置地面导线点和高程控制 ２ 关键施工技术 ２．１施工工艺控制＿Ｊ 】 点，根据设计图纸提供的坐标计算轴线坐标，采用地面导 线控制法逐一放出轴线。这是控制平面位置准确的关键。 ２）护筒埋设。护筒内径比桩径大２００～４００ ｍｍ，长度 一研究设计和地质资料一施工方案、质安保体系制定一 测量放线一场地处理一护筒埋设一钻机就位一钻孔一随钻 进随检孔至孔底一一次清孔一钢筋笼沉放一安装导管一二 次清孔一灌注水下混凝土一混凝土试件制作 ２．２施工机械选型 本＿［程成孔深度较深、桩径较大、施工工艺要求较 般为２ ｍ，埋入原土２０ ｃｍ，河道处局部埋深长４ ｍ。以 施工桩位为中心，用十字交叉法沿桩位四周测放４个控制 桩，以埋设护筒时控制桩不受影响为原则，再将钻头中心 对准桩位中心，用钻头挖出桩直径大小的圆孔，再用扩孔 钻头扩到钢护筒外径大的圆孔，复核桩中心线，桩中心有 偏差则进行修正，桩位中心准确后将底部整平夯实，然后 用钻机安放护筒。安放护筒时，保证钢护筒的圆心和桩的 中心重合，护筒壁垂直。护筒安放完成后应复核护筒中心 高，且深层地质较差，要确保钻孔桩垂直度要求及成孔 注：本项目为上海建工集团股份有限公司重点科研项目课题， 课题编号为１２ＪＣＳＦ一０１． 作者简介：孙琦（１９８４一），男，本科，工程师。 通讯地址：上海市福山路３３号（２００１ ２０）。 收稿葡期： ２０ｔ４．Ｉ２－０ ｉ｜¨ 与桩中心的偏差，一般平面允许误差５０ ｍｍ，竖直线倾斜不 大于１％。干处可实测定位，水域可依靠导向架定位。 ３）钻机就位。钻机安装前，应检查钻机平台是否符合 ＿盈建筑施工・第３７卷・第１期 型 堕 皇堡塑 塑三 堡垫 ： 平台的设计要求，确保平整、稳固。钻机平台、钻机及钻 架稳定牢固，以确保钻机在钻进过程中不会发生倾斜、位 表１泥浆性能指标 地层情况 Ｉ非含水层黏土、粉质黏土 流沙层 移及沉陷。钻架垂直及机身水平，钻架上的起吊滑轮组与 转盘中心应在同一铅垂线上。应对钢护筒的位置及直径进 行复查，钻头、钻杆中心与护筒中心的偏差≤５ ｃｍ。钻机 就位后，应测量护筒顶、平台标高，用于钻孔过程中进行 孔深测量参考。 ２．３．２施工垂直度控制 密度／ｇ・ｃｍ １ Ｏ３～１．Ｏ８ １．１Ｏ～１．２５ 黏度／ｓ １５～１６ １８～２７ 含砂率 ＜４ ＜２ 外，还应控制好钻进速度，同时适当上下提钻扫孔扩径， 做好施工保径工作。 泥浆护壁，泥浆采用钻进土层过程自然造浆法造浆。 根据以往类似施工经验及地质特性，⑦层有大量砂层粉砂 钻机就位并调平，钻机塔架头部滑轮、转盘中心和桩 位三点应在同一铅直线上。钻机机身必须牢固，保证施工 过程中不位移、不倾斜。在开钻前必须进行满负荷运转。 根据不同的地质特点，合理控制钻进参数（钻速、 钻压、钻进速度要求）。一般土层（主要指黏土层）使用 Ⅱ挡（７０ ｒ／ｍｉｎ），适当减小钻压，加快钻进速度；在特殊 情况下（主要指砂层土），实用Ｉ挡（４０ ｒ／ｍｉｎ），适当增 加钻压，减慢钻进速度。 钻孔中的钻进快与慢，护壁泥浆的性能、指标要根据 实际地层的土质情况而变化。 本工序的重点为：钻进时密切注意桩架的稳定情况， 护筒、土体是否有下陷情况，接、拆钻杆时要小心谨慎， 每次应仔细检查钻杆接头是否连接紧密。在钻孔前应检查 钻头直径，并随时对磨损的钻头进行修补，同时确保钻头 直径。 ２．３．３验孔 根据地质勘察报告及钻出渣样辨别是否达到持力层， 当桩孔深度达到设计要求的持力层和深度时，须请监理方 进行桩底土层验槽，以确认达到设计要求的持力层。采用 的钢筋检孔器直径等于钻孔桩钢筋笼直径加１００ ｍｍ，但 不得大于钻头直径，长度为４Ｄ～６Ｄ（Ｄ为钻孔直径），吊 入钻孔内进行孔深、孔径（≥设计桩径）、孔型和垂直度 的检测。检测结果报监理工程师复检，合格后进行下道工 序。 ２．４不同阶段孔壁稳定的泥浆指标控制＿４ 本工程上部基本为淤泥质黏土和粉质黏土，具备原 土造浆条件，在钻孔前先制备好泥浆，以备在钻进过程中 使用。稳定泥浆必须具有良好的物理性能、流变性能和稳 定性能。主要指标为泥浆的密度、黏度、和含砂量等。泥 浆的配合比根据现场试钻情况确定，在施工过程中根据测 孔情况和混凝土灌注方量及时调整泥浆的施工参数。在施 工过程中必须定期监测泥浆指标，及时调整，严防坍孔事 故，泥浆性能指标见表１。 泥浆相对密度：上部孔段１．２０左右，中下部砂层孔段 １－２５～ｌ＿３０。 钻进过程中，确保施工桩径不小于设计桩径，对易 颈缩及坍塌的土层，除必须保持泥浆具有良好的性能指标 黏土互层，地质情况复杂，成孔必然造成泥浆相对密度大 黏度小，因此必须采取相应措施保证孔壁稳定性。首先应 保证泥浆池储存一定量的优质泥浆；至⑤层以下成孔施工 时把成孑Ｌ的泥浆排放到废浆池，将储存的优质泥浆用泥浆 泵抽至孔内，以保证孔壁稳定性及孔内沉渣满足设计要 求。 钻孔泥浆相对密度控制在１．２０～１．３之间（泥浆比重仪 测定），泥浆的黏度控制在１８～２６ ｓ（黏度计测定）；在杂 填土、粉质粉土层夹砂、砂层钻进时必须使用较浓泥浆， 使之能在孔壁上形成致密泥皮，维护孔壁稳定和清孔冲 渣，确保成孔质量。 ２．５沉渣厚度的控制 成孔后，钻头提高孑Ｌ底１０～２０ ｃｍ，保持慢速空转， 维持循环清孔时间≥３０ ｍｉｎ。采用性能较好的泥浆，控制 泥浆的相对密度和黏度，不要用清水进行置换。钢筋笼吊 放时，使钢筋笼的中心与桩中心保持一致，避免碰撞孔 四壁。开始浇筑混凝土时，导管底部至孔底的距离宜为 ３０～４０ ｍｍ，应有足够的混凝土储备量，使导管一次埋人混 凝土面以下的深度＞１．０ ｍ，以利用混凝土的巨大冲击力溅 除孔底沉渣，达到清除孔底沉渣的目的。 ２．６影响施工速度的因素分析及对策 １）机械故障。针对这一问题，还是加强施工前的检查 及日常保养维修，并配备专职机修工，备好备用零件，以 应突发情况。 ２）施工时，钢筋工操作不熟练，互相配合不默契， 钢筋笼制作效率较低。应提高工人操作技能，加大配合力 度。钢筋笼焊接至少配备３台焊机焊接，缩短焊接时间， 但晚间的焊接质量须加强监督并保障。 ３）混凝土浇筑时，与搅拌站沟通联系缺乏针对性和及 时性，导致浇筑中等待时间较长，混凝土计划性方面考虑 不全。应事先制定混凝土供应方案和现场踏勘运输路线， 并制定应急预案；现场在得知混凝土供应不上时，应放慢 浇筑速度，并经常提放导管，防止导管被混凝土固结。 ４）泥浆池较小。泥浆池需根据桩身体积调整，泥浆池 总容量最好不小于单桩体积３倍，并设三级（分仓）沉淀 池，确保泥浆沉淀充分。另外施工时考虑一清、二清采取 （下转第５０页） ２０１５－－．１ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉ。ｎ囫 ｛；； 堂三 塑堕 圭 ： 三 苎 量 挚及控带 尊砂 ◇◇参考文献◇◇ 入超早强减水剂。要求浇筑的钢筋混凝土结构质量良好， 能提早起到支护作用。宜采用小型振动棒或高频振动片振 ［１】隋春蕾，张晓滨流砂基础施工处理方法【Ｊ］黑龙江水利科技， ２００８（４）：１ ４７． ［２］王维成，刘勇键，夏继君某基坑工程流砂成因的分析及处理措施［Ｊ］． 广东工业大学学报，２００８（２）：８２—８３． ［３］王卫凯，陈文锋，朱风明，等微承压水条件下粉土层作为下卧层时的 捣，确保混凝土浇筑密实。 ３）为了防止雨水冲刷基坑边坡，基坑的土壁全部采用 Ｃ１５混凝土进行封闭处理。一旦发现边坡表面喷涂的混凝土 出现开裂，立即用高一强度等级的混凝土进行封闭。 ４）基坑边坡顶部１．２ ｍ外设排水沟，排水沟尺寸可取 ３００ ｍｍ ｘ ４００ ｍｍ，同时按每１５ Ｉｎ设一集水井，使坑外的水 不渗入到基坑边坡土体中。 流砂防治［Ｊ］．建筑施工，２０１３（８）：６９５—６９６ ［４】叶志德．基坑工程流砂处理方案及效果［Ｊ］ｌ建筑技术，２００５（８）：６２５— ６２６ ［５］赵治缙，应惠清简明深基坑工程设计施工手册【Ｍ］北京：中国建筑工 ５ 结语 该施工＿丁艺综合了传统的加固地基基础的施工技术， 施工简便、快捷。通过上述技术处理措施，解决了粉质黏 土或砂质土且富含地下水的基坑工程的边坡支护及流砂处 理问题，为下一步施工提供了条件和安全保障，也为基坑 业出版社，２０００ ［６】覃睿，唐光暹，周永泉基坑监测技术的现状及应用［Ｊ】工程质量， ２００８（１５）：１８—２０ ［７］雷用，邓小彤桩基施工中流砂处理的几个问题探讨［Ｊ］．地下空间， ２００１（５）：５７５—５７７ 的进一步开挖提供了参考。最终顺利完成了该工程地下室 施工，对于类似条件的深基坑工程有一定的借鉴意义。 ［８】王晓岩，邢学东，武守朋水闸浅基础流砂处理［Ｊ］ｌ黑龙江水利科技， ２００１（３）：９１． （上接第３７页） ◇◇参考文献◇◇ …金花．特大型桥梁大孔径钻孔灌注桩施工小结［Ｊ］．中国水运：下半月， ２０１４（６）：２５０—２５２，２５４． 【２】王名川，郭世博．超长大直径钻孔灌注桩竖向承载性能分析［Ｊ］工程 与建设．２０１ ４（２）：２４２—２４４ 泵吸反循环工艺，确保清孔质量和时间。配备除砂器（除 砂网加密），二次清孔后，如果泥浆黏度已经达到下限１７ ｓ 左右，而相对密度仍然较大达到１．２以上，则考虑采用除砂 器，去除泥浆中的砂粒和泥土颗粒。 【３］赵炜．复杂地层条件钻孔灌注桩的施工方法［Ｊ］山西建筑， ３ 工程实施效果 从工程施工实际情况来看，各项指标均在设计及规范 标准内，单桩施工时间也基本控制在１ ｄ，随着工程的进 展，单桩施工时间基本在２０ ｈ。 ２０１ ４（２２）：５８－５９ ［４］范远林，李本鑫易渗漏地质条件下大直径超深钻孔桩施工技术［Ｊ１ｌ 市政技术．２０１ ４（４）：６６—６８ ［５］张丽昆崔学军，邵明霞大孔径超深钻孔桩钻进施工［Ｊ】ｌ中国交通建 设监理．２００７（９）：７４—７５ ［６］卢小伟大直径超深钻孔桩冲击成孔工艺浅析［Ｊ］．山西建筑，２０１０（３３）： ９５－９６ 桩基工程实施后，检测桩基Ｉ类桩合格率９９．９％，仅１ 根Ⅱ类桩。应该说，对于回转钻正循环施工工艺，上述关 键点把握住后，桩基施工的工艺稳定性和质量是可以保证 的 ［７】胡友军．超深钻孔桩的施工技术［Ｊ］中国煤田地质，２００４（３）：３８—４０ ４ 结语 以上几点是桥梁桩基在施工过程中对大直径钻孔桩成 孔、成桩比较有影响的因素，也是在施工中最常规、最容 易出问题的环节。 当然，地下作业施工不可预计的影响因素众多，但 只有掌握了这些容易出现问题的原因之所在以及出现这些 问题后的处理措施，才能在桩基施工过程中有针对性地做 到事先预防和控制，才能做到发生了其中的某种故障后能 从容地进行处理，才能确保桩基的工程质量，确保工程进 度 ＿墨建筑狍工・第３７卷・第１耳月
