大直径深水钻孔桩施工

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　　摘要：宜万铁路宜昌长江大桥主桥钻孔桩为φ3.0m大直径钻孔桩，在长江主河道且覆盖层较厚的区域内进行钻孔桩施工，施工难度大、工期紧，对于钻机的选型、成孔控制、清孔方法均有特殊之处。介绍长江大直径深水钻孔桩施工。
　　 关键词：钻孔桩 深水 大直径
　　1 工程概况
　　 宜昌长江大桥工程为新建宜万铁路重点控制工程，线路长为2572m。大桥建成将使宜万线跨越长江天堑，形成以宜昌为中心铁路、公路、水运、航空为主体交叉运输体系，有利于西部国土资源开发，促进国民经济发展。
　　 宜昌长江大桥主墩，位于长江主河槽，河床面略有起伏，有12根Φ3m钻孔桩，行列式布置，桩中心距６m。设计桩长等见表1。
　　
　　
　　
　　注：W1表示地层为微风化。
　　2 地质情况及钻具选择
　　2.1地质条件
　　 12#墩位于江中心，水深20m左右，河床表层为第四系冲积新近沉积层，松散、饱和，厚7.84～11.15m。下伏白垩系下统五龙组的钙质粉砂岩、钙质细砂岩、含砾砂岩，间夹0.1m左右的泥质粉砂岩、粉砂质泥岩。其中，基岩面高程11.67～14.13m，强风化带，厚0～1.35m，弱风化带，厚11.07～15.93m，微风化带顶板为紫红色泥质粉砂岩，为软弱层。
　　2.2 钻机选型
　　 根据12#墩特殊地层状况选择2台KTY―3000钻机、1台KPG―3000A钻机。所选钻机特点为：扭距大、配重大、破岩能力强。
　　3 主要施工方案、步骤、方法
　　3.1 施工方案
　　 12#墩基础施工，采用水上施工平台方案。施工平台以φ3.3m钢护筒作为支承桩。采用插打4根角钢护筒至河床以下一定稳固深度（约6m），而后进行体系转换，施工平台与4根角钢护筒固结。在施工平台上，拼装一台20t龙门吊，承担钻孔灌注桩施工期间的起吊工作，其后完成桩身混凝土灌注。
　　 施工机具、设备和材料由北岸起重码头用船经水运至墩旁，浮吊配合施工；混凝土供应，由水上混凝土工厂拌制，用混凝土泵送至墩上。墩旁北侧设靠帮船，其上设置压缩空气站，以满足气举反循环的需要。
　　3.2 泥浆拌制及钻碴处理
　　 采用优质膨润土拌制泥浆，严格控制钻孔过程中泥浆的各项技术指标。反循环钻进时，均在墩位平台上设置沉碴筒，将钻孔排碴利用沉碴筒进行收集，必要时使用水泵往孔内补水，使孔内水头高度高于江水。终孔后采用气举反循环、并使用泥浆处理器（宜昌黑旋风）对钻孔桩进行清孔，使孔底沉碴≤100mm，泥浆处理器和沉碴筒排放的碴滓要派专人、专船运出施工平台，再由专车运往环保部门指定的堆放地点。
　　3.3 成孔
　　3.3.1 钻孔机械
　　 根据地质情况，主墩基桩的钻孔使用KTY―3000和KPG-3000型钻机。
　　3.3.2 钻孔钻头
　　 主墩钻孔灌注桩直径φ3.0m，采取全断面钻进一次成孔，钻头直径φ2.960m。钻孔使用滚刀钻头。对于该地的硬质岩层宜使用球齿滚刀，滚刀覆盖系数取1.2～1.3。
　　 在钻孔施工中，应成立专门小组进行钻头的加工、维修和技改，以保证钻头的加工质量，延长使用寿命，提高钻孔效率。
　　3.3.3 钻孔循环方式
　　 墩位处水深、河床低，开孔即可用气举反循环钻进。为保证循环液的供给，设置沉碴桶。循环液从孔底携带钻碴经钻杆、动力头进入沉碴桶。在沉碴筒内净化后回流到钻孔护筒内。施工中应保持钻孔内水头稳定。
　　3.3.4 钻压及配重
　　 钻压是钻孔的重要参数，它是由所钻岩层的硬度决定的，钻压与钻进速度成线性关系，钻压愈大，破岩能力愈强，钻进速度愈快。但钻压也不能过大，当钻压太大，超过其临界钻压后，刀刃嵌入岩层太深，将使钻机扭矩增大，钻具易损坏，钻孔容易产生歪斜。
　　 加在岩面的有效钻压为钻刀破岩的长度与破岩比压（或叫线压强度）的乘积。而比压与岩面强度有关，不同硬度的岩层采用不同的比压。比压的确定尚无明确规定，现根据以往的经验采用并估算各地层的所需的有效钻压见表2：
　　
　　
　　
　　 为了保证钻孔的垂直度，钻具的总重扣去浮力的减载一般应为有效钻压的1.25～1.5倍。为了维持正常的钻进，应尽量将配重加到35t，使钻具总重在50t左右。否则，进入微风化带以下的钻进就十分困难。
　　 在覆盖层和强、弱风化岩带钻进过程中，必须采取减压钻进，以保证孔的垂直度；当进入强度较高的微风化带后，由于配重不足，为满足破岩要求，可采用全压钻进，在配重上方须设置扶正圈（稳定器）以防止孔斜。
　　3.3.5 采用气举反循环钻进。
　　 反循环钻进时每台钻机配备一台20m3/min的压风机，在钻进过程中，应坚持减压钻进，保持重锤导向作用，保证垂直度。钻孔作业应连续进行，经常对钻孔情况进行检查，及时如实、认真地填写好钻孔原始记录表及工程日志。停钻时，钻头应提离孔底2.0m左右，防止出碴口被堵。接长钻杆时，接头一定要完好，防止漏气、漏水或掉钻等事故发生。
　　 正常钻进时应参考地质资料，掌握地层变化情况，及时捞取碴样，判断土层，记入钻孔记录表，并与地质资料进行核对，根据核对判定的土层及时调整钻机的转速和进尺。
　　3.3.6 钻孔过程中如遇到塌孔、偏孔、缩孔、扩孔、糊钻、埋钻、卡钻、掉钻等故障时，尽快查明原因，采取有效措施果断处理。
　　3.4 清孔
　　 钻孔至设计高程后进行清孔。清孔时利用钻机的泥浆循环系统、一台20m3/min的压风机及一台宜昌黑旋风泥浆净化装置，通过气举反循环进行换浆，泥浆净化装置运转时间一般为0.5小时～1小时，机器使用时间可根据泥浆净化的程度来确定。清孔时将钻头提高距孔底10～15cm，持续吸渣换浆直到排出水的含砂率＜4%，以确保灌注水下混凝土前沉碴不超过容许值。
　　3.5 钢筋笼制作、运输、安装
　　 钻孔桩的钢筋笼在北岸施工场地钢筋笼制作车间分段制作，通过起重码头分批运输到墩位处用40t浮吊配合起吊安装。钢筋笼加工确保主筋位置准确，接头按1/3错开，错开长度不小于35d（d为钢筋直径），其连接采用镦粗直螺纹套筒方式。
　　 钢筋笼在加工好后、吊入孔内之前必须设置十字撑，避免钢筋笼在起吊与运输过程中变形过大，起吊时用专用的起吊工具起吊，任何起吊时间，都要有专人控制钢筋笼的稳定，不能使钢筋笼在起吊过程中因其底部在地面上来回晃动，受到扭曲力和压力而造成钢筋笼变形过大。
　　 两节钢筋笼对接时，上下节中心线保持一致，不得将变形的钢筋笼安放入孔内。钢筋笼入孔过程中，应对准孔位徐徐下放，若遇到阻碍，应暂停，查明原因处理后，才能继续下放钢筋笼。钢筋笼安装到位后及时将钢筋笼上的耳环筋焊牢在钢护筒上，以防止脱落，这样也可以有效防止钢筋笼在混凝土灌注过程中上浮。每一根钻孔桩内均有四根φ内=60mm，壁厚3mm的超声波检测管，焊接于钢筋笼加劲箍内侧。钢筋笼安装时对每一节测管进行焊缝连接，并灌水做水密试验，检查检测管内水头高度是否一直保持在同一高度，确定合格后，在检测管顶口处焊薄钢板封住管口，以免灌注水下混凝土时掉入杂物被堵塞，影响桩基检测。
　　3.6 混凝土灌注
　　 桩身混凝土标号为C30，单根桩砼方量分别为318m3（未考虑护筒范围增粗、扩孔及超封部分）。灌注导管采用φ325mm的快速卡口垂直提升导管。导管使用前进行水密承压试验和接头抗拉试验并组装编号，导管内壁光滑顺直，不得有显著变形。进行水密试验的水压力大于0.7MPa。下放导管时按照水密试验时的编号下放，小心操作，避免挂碰钢筋笼。水封导管的单根长度值及数量由技术人员统计，并计算好导管底口标高是否达到规范要求，导管距孔底的高度适当，按照规范一般取20～40cm。灌注混凝土前，采用孔底射水进行清孔，减少孔底沉碴，确保桩底混凝土质量。
　　 混凝土由水上混凝土工厂集中生产供应，坍落度控制在18～22cm，初凝时间不小于15小时，4小时之后坍落度仍不小于10cm。
　　 混凝土由水上砼工厂泵送到作业地点总槽中，用20t龙门吊机配合灌注。砍球前总槽中要有15m3的储量，保证砍球后导管的埋置深度在1m以上。混凝土灌注过程中导管埋置深度要适当，宜不大于6m 、不小于2m。导管应缓慢提升，不挂碰钢筋笼。
　　 每根桩的混凝土灌注必须连续进行，中途不得停顿。灌注过程中，注意观察导管内混凝土面下降和孔内水位升降情况，每批混凝土灌注结束后及时测量孔内混凝土面高度，计算出每次混凝土面上升高度及导管埋深，并认真作好记录。
　　 混凝土灌注至桩顶以下2m时，导管埋深控制在2～3m，并须采用反复升降导管的方法，保证桩顶混凝土密实，反复升降时应保证导管埋深不小于2m。
　　4 总结：
　　 4.1 在长江主河道进行大直径钻孔桩施工采用KTY―3000钻机较KPG-3000型钻机更具优越性。
　　 4.2 在钻进过程中根据实际地质情况保持相应的钻压确保成孔的垂直度。
　　 4.3 采用泥浆净化装置进行清孔可以保证泥浆含砂率＜1%。
　　 4.4 水封前采用射水或射风的方法对孔底进行清孔，减少沉碴厚度，确保成桩质量。
　　参考文献：
　　1、铁道部第四设计院、宜昌长江桥施（桥）02―024 2003
　　2、刘志江等、铁路桥涵施工规范 2002.3.16发布
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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