不良地质钻孔桩成孔工艺及质量控制的分析
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作者: 李平
摘要：本文着重阐述了砂性土钻孔灌注桩正循环成孔工艺工序流程和质量控制要点
关键词：泥浆；钻孔；成孔；清孔
中图分类号：TU6 文献标识码：A
1 工程概况
苏通大桥北接线工程位于长江三角洲地区，该地区陆地由长江冲积而成，平均海拔2.1m，地下水位较高，且受降雨和长江水位影响较大。张江公路分离立交桥基础采用钻孔灌注桩。
根据地质剖面图来看，该地区只有表层为1m的亚粘土，大多为粉砂、细砂和亚砂土，故选用正循环回转钻孔成孔工艺。
2 施工准备
2.1 泥浆搅拌机
泥浆搅拌机是一个两端封闭的圆鼓，内部装有焊着金属叶子的水平轴，一端上方有进料斗，斗口设有8～10mm的筛子，另一端下方有可启闭的出浆口。若无泥浆搅拌机也可用灰浆搅拌机代替。
2.2 泥浆循环系统
尽可能增加循环线路，加大泥浆池和沉淀池的容积，减少掏渣次数。在沉淀池和泥浆池间修筑小坝，在含砂率较高时可加高坝的高度，抬高沉淀池泥浆的液面高度，加快砂子沉淀。
2.2.1 沉淀池
根据地质柱状图计算孔中砂子的体积，沉淀池容积宜为砂子体积的1.2倍，若受场地限制沉淀池过小不能满足使用要求时，必须及时掏渣。钻一个孔沉淀池最少应掏渣两次，在终孔时或快终孔时和砼灌注后掏渣较好。也可用两个沉淀池轮换使用，一个池沉淀，另一个池关闸清渣。
2.2.2 储浆池
在泥浆池旁修筑储浆池，以保证能及时向孔中输送优质泥浆。
若施工现场未配备泥浆搅拌机和储浆池，而采用钻锥搅拌粘土方法制浆不适用砂土层钻进成孔。因为砂土层钻进过程中含砂率很高，且现场不具备储浆池，不可能及时补充大量的优质泥浆。钻锥搅拌粘土制浆需往护筒里加入大量粘土，钻锥搅动泥浆形成漩涡，在离心力作用下部分粘土形成烂泥粘在孔壁上，提钻时钻锥的护圈将烂泥刮落，致使孔底沉渣超标；还有部分粘土颗粒不能充分溶解形成泥浆，落到孔底，难以清净。
3 成孔
3.1 护筒埋设
护筒平面示意图2
3.1.1护筒一般采用4～6mm的钢板制作，直径宜比桩径大200～400mm。为增加护筒刚度防止变形，可在护筒上、中、下三个部分的外侧各焊一道加劲肋。
3.1.2砂土层埋设护筒时，先在桩位处挖出比护筒外径大80～100cm、比护筒埋置深度深50cm的圆坑，然后在坑底填筑50cm的粘土，安放护筒，护筒底部和四周所填粘土必须分层夯实，以免地下水位增高引起护筒沉陷，若含水量较大，可掺入少许石灰夯实。
3.1.3对于旱地或浅水处，护筒埋置深度一般取2.0～4.0m；对于深水及河床软土、淤泥层较厚处，护筒埋置深度应取孔内泥浆柱压力与孔壁外的静土压力的平衡点处。
3.2钻机就位
钻机就位后沿钻机前后和左右两个方向检测转盘平整度，并使转盘中心线与桩中心线重合，注意钻机的整体稳定性，严禁产生平面位移。
3.3砂性土不能自造浆，开钻前应调制大量优质泥浆，泥浆体积宜大于孔体积的一半，检测泥浆的相对密度和粘度，合格后方可开钻。并在泥浆过少时，及时从储浆池输送优质泥浆到孔中。
3.4先启动泥浆泵，使之空转一段时间，待泥浆输进孔中形成循环时，方可开始钻进。
3.5开始进尺时，在护筒刃脚处应低档慢速钻进，使刃脚处有坚固的泥皮护壁，待导向部位或钻头全部进入地层后，方可加速钻进。为避免钻杆受压弯曲而导致斜孔、弯孔和扩孔现象，应采取减压钻进。
3.6在进尺过程中应每小时检测一次泥浆的相对密度、粘度和含砂率。
3.6.1若粘度过小，应及时从储浆池输送优质泥浆到孔中。若粘度过大，可在孔出口2m处逆泥浆流动方向加入清水，清水循环一周到孔中时已充分掺和到泥浆中，以免急剧降低孔中泥浆比重，造成孔壁渗漏，坍孔。
3.6.2若含砂率较大，可稍提钻锥离孔底10～20cm，不停钻，不进尺，保持泥浆正常循环，降低含砂率。另外泥浆过少时（沉淀池泥浆液面与沉渣表面间距小于5cm），含砂率也会增高，可输送优质泥浆到孔中或加高沉淀池和泥浆池之间的坝，抬高泥浆液面。
3.7在进尺过程中应经常（每小时）注意地层变化，在地层变化处均应捞取渣样，判明后记入钻孔记录表中并与地质剖面图核对，选择更为适合的泥浆、钻进压力和钻进速度，可加快成孔速度，避免或减少坍孔。
3.7.1钻进粘土层时，采用相对密度1.05～1.20、粘度16～22的泥浆。若钻进过程中粘度过大，可按4.6.1降低泥浆粘度。若粘土层钻进速度过慢，造成地层软化膨胀，易产生缩径或坍孔，可适当加快钻进速度。
3.7.2钻进砂土层（粉砂，细、中、粗砂，含少量砾石、卵石的土）时，采用相对密度1.20～1.45、粘度19～28的泥浆。若钻进过程中粘度过小，孔壁易翻砂、渗漏，应及时从储浆池输送优质泥浆到孔中。当孔内有渗漏时，可在泥浆中加入锯木屑、稻草末、石棉等纤维质物质；若孔内有承压水或地下水位高，渗漏严重时，可加入水泥、重晶石粉（BaSo4）。若含砂率过大，可按4.6.2降低含砂率。
3.8终孔检测
检测孔径和孔深，合格后方可清孔。
3.8.1孔径
用笼式检孔器检测孔径，检孔器可用钢筋制作，其外径略小于孔径，长度等于孔径的4～6倍，若检孔器重量不够，可用铁块配重，为避免检孔器下端破坏孔壁，应在检孔器下端收口。检测时，将检孔器吊起，使其中心线与孔中心线重合，缓缓放入孔中，上下畅通无阻则表明孔径符合要求。
3.8.2孔深
用测锤检测孔深，测锤一般采用倒锥形锤，锤底直径为13～15cm，高20～22cm，质量4～6kg，测绳采用钢丝测绳（若为尼龙测绳应用钢尺经常校验测绳），用测得孔深与计算孔深（钻具总长减去余尺）做比较，若发现出入较大，及时校验测绳。
4清孔
4.1清孔的方法
正循环钻孔采用换浆清孔法。终孔后，稍提钻锥离孔底10～20cm，不停钻，不进尺，并保持泥浆正常循环，以中速将相对密度1.03～1.10的较纯泥浆压入孔中，把孔中内悬浮钻渣较多的泥浆置换出孔外，充分循环后检测泥浆泵入口处和孔出口处的含砂率，直至两处的含砂率较为接近时，方可加入清水降低泥浆的粘度，否则不利于含砂率的降低，清孔时间较长。清水应在孔出口2m处逆泥浆流动方向加入，使之充分掺和到泥浆中。严禁用加深钻孔深度的方式代替清孔。
4.2清孔检测
检测泥浆的相对密度、粘度和含砂率（各项指标是从桩孔的顶、中、底部分别取样检验的平均值）（按JTJ041-2000表6.8.3查）。
检测沉淀厚度，用底部带圆锥的笼式锥头时，沉渣的测算基准面为锥头下端的圆锥体高度中点，将测锤慢慢沉入孔内，凭人的手感探测沉渣顶面的位置，测算基准面与沉渣顶面之差即为沉淀厚度。
4.3提出钻杆后检测沉淀厚度，若沉淀厚度大于1m，则吊入钻锥重新清孔。
4.4钢筋骨架加工、吊装
吊装就位时严禁钢筋骨架接触、破坏孔壁，造成坍孔。长桩骨架分段焊接时间较长，注意保持孔内水头，防止坍孔。
4.5吊入钢筋骨架后检测沉淀厚度，若沉淀厚度大于1m，则提出钢筋骨架，吊入钻锥重新清孔。
4.6二清检测
在吊入导管后，灌注砼前应再次检测泥浆的相对密度、粘度、含砂率（各项指标是从桩孔的顶、中、底部分别取样检验的平均值）（按JTJ041-2000表6.8.3查）和沉淀厚度，如超出规定，应进行第二次清孔，符合要求后方可进行砼灌注。
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