砂层钻孔桩施工技术及注意事项！

　　 关键词：砂层，桩基，钻孔施工

　　 江西瑞赣高速公路某一大桥桥墩基础为桩基，桥台为桩柱式桥台，桩基设计嵌入弱风化泥岩> 3m。该桥位于赣江边上，地质条件是：地表为低液限粘土层；原地面2. 6m 以下有4. 6～6. 7m 厚的松散粉细砂层,并与赣江连通，地下水特别丰富；其下为强风化、弱风化泥岩层。桩基需穿过粉细砂层，在施工过程中极易坍孔和缩孔，出现流砂现象，给施工带来很大困难。

 

　　 桩基需要穿过粉细砂层,且粉细砂结构松散,地下水丰富时，目前常用的施工方法有以下几种。

　　2.1 冲击钻加钢护筒法

　　 先埋设钢护筒，随着钻机的深入，同时下沉钢护筒。该方法可以有效地防止流砂、坍孔；但钢护筒的垂直度难以控制,且施工费用高。

　　2.2 沉井法

　　 预制混凝土沉井，然后就位，在井孔内吸泥砂挖孔，使沉井下沉。该方法施工工艺繁锁，垂直度也难以控制，施工费用较高。

　　2.3 正循环旋转钻孔灌注法

　　 根据该工程地质实际情况以及施工单位的施工经验，通过认真分析和慎重考虑，采用正循环旋转钻孔、泥浆护壁、水下混凝土灌注成桩的工艺。

 

　　3 施工方法及注意事项

　　3.1 成孔机理

　　 正循环回转法的工作特点[1]（如图1）是：电动机（或其它机体）将动力经由皮带（或其它传动系统）传送至转盘旋转设备，带动它中心的空心钻杆转动，将扭转动力传递至钻锥；钻锥受到重压切削泥沙；另用泥浆泵将泥浆经空心钻杆压入孔底后，在钻杆外上升。泥浆将钻渣悬浮出孔外，并起护壁作用。带有钻渣的泥浆经过沉淀净化后，进入储浆池循环使用。

　　图1 正循环回转法钻孔示意

　　1-钻锥；2-护筒；3-工作平台；4-钻架；5-水龙头（摇头）；

　　6-高压胶管；7-泥浆泵；8-储浆池；9-沉淀池；10-土台；11-磨盘钻机

　　3.2 工艺流程

　　 其施工工艺流程见图

　　3.3 注意事项

　　 砂土的内聚力为零，只有内摩阻力[2]，靠内摩阻力来保持稳定。论文参考。在地下水位以下，砂土含水量和湿化程度增高，内摩阻力和抗剪强度降低。由于钻孔的形成，应力向孔内释放，最初表现为孔径总体变小，砂层中的粉质粘土夹层部位明显缩径，最终表现为砂层孔壁的坍塌[3]。由于砂层的以上特点，决定了其对施工钻孔灌注桩需要注意以下事项： 

　　3.3.1 钻进成孔中缩径问题

　　桩身桩径表现出上部大下部小的现象。上部孔段大大超过设计桩径，而下部等于甚至小于钻头直径，这是地层上部软下部硬的情况造成的[4]。由于上部孔段浸泡时间长，孔壁受循环液不断冲击和长时间浸泡，泥皮脱落，甚至坍孔，孔径不断增大。而下部则因地层较硬不易扩孔，保持较小孔径甚至吸水膨胀而缩径。上部孔段孔径过大会导致混凝土灌注量增大，对施工单位经济效益明显不利，而下部缩径则会影响设计要求。上部孔段扩径情况的处理办法是：上部软地层要轻压慢转控制钻进速度，开孔时用新鲜泥浆护壁，调节钻机的稳定性及垂直度,防止孔口坍塌。

　　针对此情况，采取了以下几项技术措施后，基本上解决了钻进成孔中缩径的问题。论文参考。(1) 将钻头加大。因为最小孔径小于设计孔径很多，施工出来的孔相当于报废孔，所以在这种情况下我们只能加大钻头直径，保证最小孔径达到设计孔径。 (2) 在泥浆内加入膨润土，进行人工造浆。由于泥浆的粘稠度不够，性能不好，所以可以根据泥浆的性能好坏加入适量膨润土,增加泥浆的粘稠度，从而钻进成孔过程中可以使孔壁形成足够厚的泥皮，防止孔内泥浆失水，孔壁吸入水分过多而缩径，同时，泥浆性能的改善也可以有效地携带孔底的沉渣。(3) 缩径严重的孔段往返扫孔，保证最小孔径达到设计孔径。

　　3.3.2 孔底沉渣

　　 由于含砂量大，砂层较厚，土质本身无法自然造浆，泥浆性能很差，不易及时排出孔内沉渣，在钻进结束时孔内沉渣相当多，如不采取技术措施很难在二清后达到规范要求，从而对设计承载力产生影响。论文参考。由于正循环清孔时沿程阻力损失大，上返流速对携粉能力提高小，故除了采用大功率大容积泵清孔外，泥浆性能的合理控制是清除沉渣的关键。上部孔段由于含粘土较多，自然造浆可以满足施工要求，而下部孔段以砂为主，显然自然造浆无法满足要求。此时，一方面应当扩大沉淀池的容积或采取除砂设备除砂外，另一方面要从贮浆池内上部孔段的泥浆返入循环池或人工造浆进行下部孔段的钻进和进行一次清孔，而且应当控制泥浆为大比重和高粘度。

　　3.3.3 成孔垂直度控制

　　在钻孔灌注桩施工中，在保证钻机安装“三点一线”的情况下，也会出现成孔垂直度偏差的现象。其主要原因在于：（1）成孔施工过程中，钻机平台下的土层因长时间地浸泡和上部孔段长时间开放不均匀松散沉降和施工振动导致钻机平台在施工后期实际已倾斜或平移导致孔斜。（2）钻杆本身达到一定长度后已具有相当大的柔性和可弯曲性，而深部土层钻进阻力亦增大，致使钻杆成麻花状弯曲引起孔斜。（3）钻至换层位置，地层的软硬层交替导致钻头“打飘”引起孔斜。（4）往往由于布桩较密，已施工桩周边土受到浸泡和扰动破坏，土层强度降低，使新孔成孔时向先成桩处土层偏移导致孔斜甚至相遇。

　　为了保证钻孔垂直度，应严格遵守隔桩施工新孔和相邻开工间距的规定。首先应采取钻铤加压方法成孔；二是合理安排工作流程，减少辅助事件，提高钻进成孔速度；三是钻机安放一定要稳固，钻进过程中应当经常检查钻机平台水平情况和钻机是否移位,并及时修正；四是尤其要注意把好开孔关，在上部软土地层钻进时轻压慢转,控制好垂直度，防止一开始孔斜到深部后难以纠正。

　　3.3.4 混凝土灌注

　　水下混凝土灌注是成桩的关键，清孔至符合要求后，要求立即进行混凝土灌注。灌注时，导管必须用橡胶密封做到完全水密，防止漏水。导管法灌注水下混凝土时产生的事故，会给桩体造成永久缺陷，可靠地进行施工是很必要的，导管在使用前要预先检查是否变形，接头是否良好，防水密封性等，使用后要及时冲净放好。除在初灌时需大体积料斗以确保初灌量外，合理控制导管埋深是很重要的。导管插入混凝土的深度应根据混凝土质量，供应速度来定，一般以2～6m 为宜，如果导管埋深过大，混凝土供应间隔时间较长，极易发生“埋管”事故。拔管中很重要的一条经验是：每次拔管时导管慢速上下活动几次尤其在灌注结束导管拔出混凝土面之前，可以防止“空心”、“松顶”的现象。 

 

　　由于大桥桩基处河床地质情况特殊，实际施工砂地质层较厚，增加了钻孔桩施工难度，经采取合理的施工方法，通过精心组织，精心施工，保证了施工质量、工期、施工进度。施工后以抽芯和动测检测评价基桩质量、混凝土强度。抽芯检测和动测结果为：桩身完整,桩身混凝土强度满足设计要求。

 

[1] 交通部第一公路工程总公司. 公路施工手册 桥涵（上册）[M]. 北京：人民交通出版社，2003.3.

[2] 秦春芳. 安全生产技术与管理[M] . 北京：中国环境科学出版社，1995. 

[3] 黄跃进. 张家港巨厚砂层对钻孔灌注桩施工影响及对策[J ] . 江苏地质科技情报,1996(5) :18.

[4] 刘忠斌，刘亮俊. 砂层较厚地区钻孔灌注桩施工中若干技术问题的探讨[J ] . 地质装备，2004.12.