25米直徑鉆孔樁施工技術(shù)

1、2.5m 直徑鉆孔灌注樁施工技術(shù)中鐵十三局一公司 韓光明接要 ：本文詳細(xì)介紹了 2.5m 直徑鉆孔灌注樁成孔及灌注技術(shù)，成功克服了小 鉆機(jī)鉆大孔徑樁、復(fù)雜地質(zhì)情況下泥漿護(hù)壁及礫石、鐵板砂層成孔和泥漿無(wú)公害處 理等施工技術(shù)難題，為類(lèi)似施工提供借鑒之處。關(guān)鍵詞 ：2.5m 直徑 鉆孔灌注樁 鉆機(jī)改造 成孔灌注技術(shù)1. 工程概況哈雙高速公路 B2 合同段的黎明站分離立交橋，位于市動(dòng)力區(qū)鄉(xiāng)東升村，跨越拉濱鐵路黎明車(chē)站。橋梁孔跨組合為：左幅2 X 40m+12 X 50m;右幅為2 X 40m+2X 50m+3 X 40m+2 X 50m+2 X 40m+5 X 50m。全橋共計(jì) 54根鉆孔灌注樁，樁基

2、 設(shè)計(jì)要求：直徑 2.5 米 ,最大樁長(zhǎng) 32 米 ,樁底位于中粗砂地層中 ,通長(zhǎng)鋼筋籠 ,孔底沉 渣小于 60cm 。但實(shí)際地質(zhì)與設(shè)計(jì)不符，部分樁底位于礫石層中或鐵板砂（軟巖） 層中。2. 鉆孔灌注樁成孔及灌注施工2.1 地層簡(jiǎn)述一層： 0-0.5m 人工填土。二層 : 0.5-4.5m 亞粘土 ,黃色 ,濕硬型狀態(tài)。三層: 4.5-12.0m 亞粘土 ,灰色,濕,可塑狀態(tài)。四層: 12.0-16.5m 亞粘土,灰色,濕,可塑狀態(tài) ,含云母。五層: 16.5-17.3m 亞粘土 ,灰色,稍濕,硬塑。六層: 17.3-19.0m 亞粘土 ,黃色-灰色,稍濕,硬塑-堅(jiān)硬,含氧化鐵 ,下部夾薄細(xì)砂

3、 層。七層 :19.0-29.9m 中砂 ,灰色 ,稍濕 ,密實(shí) -極密狀態(tài) ,成分主要為石英、長(zhǎng)石及云母， 含礫約 10-15% ，磨圓較好，分選性較好。本層較為致密，具膠結(jié)（俗稱(chēng)鐵板 砂）。2.2. 施工主要難點(diǎn)專(zhuān)業(yè)資料(1) 小鉆機(jī)進(jìn)行大直徑鉆孔樁施工(2) 超厚粉細(xì)砂及中粗砂層的泥漿護(hù)壁(3) 旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)穿越礫石，鐵板砂層(4) 化學(xué)泥漿無(wú)公害處理由上可見(jiàn)，該樁基工程所面對(duì)的技術(shù)問(wèn)題是圍廣、難度高，為了解決這些問(wèn)題，施工中從理論到實(shí)踐首次采取了一些施工方法來(lái)解決這些問(wèn)題。2.3鉆機(jī)改造技術(shù)2.3.1.電機(jī)改造本工程使用的設(shè)備都為國(guó)產(chǎn)鉆孔設(shè)備，一種為生產(chǎn)的GM 20型鉆機(jī)，一種為GPS15

4、型鉆機(jī)，從型號(hào)可以看出此兩種型號(hào)的鉆機(jī)，均需要改進(jìn)，并輔以相應(yīng)的 施工工藝才能進(jìn)行2.5M 鉆孔樁施工。改造鉆機(jī)的原理為減少電機(jī)轉(zhuǎn)速，增加扭距，以適應(yīng)大直徑鉆孔樁施工需要。從結(jié)果看并不比國(guó)外設(shè)備或國(guó)產(chǎn)大功率鉆孔設(shè) 備差，使用的主要鉆孔設(shè)備見(jiàn)表1主要鉆孔設(shè)備 表1序號(hào)名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量1鉆機(jī)GM-2012鉆機(jī)GPS-1523鉆頭LY-162.3.2加工特制鉆頭加工錐形刮刀鉆頭 4個(gè),適用于亞粘土或人工填土以及砂層，加工一個(gè)楔齒滾刀鉆 頭1個(gè)適用于卵石、礫石，加工一個(gè)球齒滾刀鉆頭1個(gè)，適用于巖石(鐵板砂)層。2.4鉆機(jī)鉆孔技術(shù)本鉆孔樁工程采用反循環(huán)排渣鉆進(jìn)，泥漿池與鉆孔樁位相連，循環(huán)送漿。2.4.1穿過(guò)

5、礫石、卵石層鉆進(jìn)技術(shù)(1) 選用楔齒滾刀鉆頭；(2) 調(diào)節(jié)鉆頭吸渣口的位置、高度及直徑；(3) 增大鉆壓，控制鉆進(jìn)速度；(4) 增大排渣速度。2.4.2 入巖鉆進(jìn)技術(shù)(1) 采用球齒滾刀鉆頭；(2) 球齒滾刀布置要合理，避免重復(fù)破石率；(3) 在鉆機(jī)的工作能力下，盡可能加大有效鉆壓，宜控制在 90%-95% 左右，作用于 鉆頭上的壓力不少于 400KN ；(4) 保持 1.0m/s 的線速度 ,就是說(shuō)鉆頭轉(zhuǎn)速為 6r/min 最理想；(5) 采用少吃多餐的鉆進(jìn)技術(shù) ,保持 80mm/h 左右的進(jìn)尺速度；(6) 增加泥漿流量 ,將巖石碎塊及時(shí)排出孔外。2.4.3 保證鉆孔垂直度的方法本橋部分鉆孔

6、樁 19m 以下的土層中的砂礫層密實(shí)一極密狀態(tài)，成分主要為石英、 長(zhǎng)石及云母，含礫約 10-15% ，磨賀圓較好，分選性好，本層較為致密具膠結(jié)(俗 稱(chēng)鐵板砂)，類(lèi)似軟巖性質(zhì)且厚度不均一，造成鉆孔時(shí)軟硬不一，易使鉆頭向軟弱 的砂礫層方向頃斜，造成孔斜，給后續(xù)的鉆進(jìn)造成很大困難，且不能滿(mǎn)足要求，施 工中采取措施如下：(1)大配重，減壓鉆進(jìn)，控制進(jìn)尺速度(2) 在鉆頭上方及鉆桿中間分別安裝穩(wěn)定器2.5 泥漿系統(tǒng)的管理技術(shù)本地區(qū)處于市郊區(qū)，橋位處為農(nóng)田，馬家溝河從9# 墩及 10#墩之間穿過(guò)，流向市區(qū)，對(duì)環(huán)保要求高。同時(shí)由于地層中的粉細(xì)砂層較厚，對(duì)泥漿性能要求高，施工中 以化學(xué)泥將護(hù)壁為主，采用泵送泥

7、漿至樁位的循環(huán)系統(tǒng)來(lái)滿(mǎn)足施工及環(huán)保要求。2.5.1 泥漿的配制先用膨潤(rùn)土 + 食用堿 +CMC+ 水的配方所組成的化學(xué)泥漿 .根據(jù)不同的地層 ,現(xiàn)場(chǎng) 測(cè)試出相應(yīng)的化學(xué)泥漿的配合比 ,按照不同的配合比在泥漿池中配制對(duì)應(yīng)于不同的地 層的泥漿。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，常用的泥漿配合比為每立方米泥漿用膨潤(rùn)土80kg,純堿4kg , CMC0.5kg，水1000kg。經(jīng)過(guò)多次試配，實(shí)際施工中所用的常用泥漿配合比見(jiàn)表2泥漿配合比表2材料名稱(chēng)膨潤(rùn)土純堿CMC水每m3泥漿用量(kg)854.50.610002.5.2泥漿的循環(huán)泥漿除循環(huán)與孔位通過(guò)地溝連接外，其余部分全部采用管道化運(yùn)輸，在直線段般采用鋼管，曲線段采用軟管

8、，泥漿循環(huán)系統(tǒng)見(jiàn)圖1泥漿泵2.5.3廢泥漿的無(wú)公害處理(1) 利用沉淀池(自然沉淀法)從排渣口出來(lái)的泥漿首先進(jìn)入沉淀池，大部分礫石及 鐵板砂塊將在這里沉淀下來(lái)，及時(shí)用挖掘機(jī)或機(jī)械抓斗清理出來(lái)，自然沉淀在施工 中取得了較好的效果，使泥漿重復(fù)使用的次數(shù)增加很多，從而大大降低了廢漿的產(chǎn) 生。(2) 本工程中單樁在灌注水下砼時(shí)一次性排出的泥漿量很大，一般都達(dá)175m3。灌注砼排出的能用的泥漿用泵排回泥漿沉淀池中，不能用的少數(shù)泥漿排到附近的溝池，沉淀后把清水抽走，沉淀物挖走。本橋54根鉆孔樁水下砼灌注量8千余方，施工中靠這些泥漿處理方法，現(xiàn)場(chǎng)向外沒(méi)有運(yùn)送一車(chē)廢泥漿，取得了滿(mǎn)意的效果。2.6鉆孔樁封底1.

9、5及1.2鉆孔樁2.5m 鉆孔樁灌注水下砼時(shí)封底是關(guān)鍵，與我們平常施工的有很大區(qū)別。因?yàn)閷?dǎo)管口距離孔底為 20cm 40cm 米時(shí)，要保證第一次埋管深度達(dá) 到 1 米以上，第一次灌注砼量必須達(dá)到 7m 3 以上。2.6.1 設(shè)計(jì)一個(gè)大的料斗，容積為4.5m 3，此儲(chǔ)料只在第一次灌注砼時(shí)使用，封底成功后，改成1.5m3的小儲(chǔ)料斗，保證灌注提升方便。2.6.2用2臺(tái)6m3砼攪拌運(yùn)輸運(yùn)送灌砼，第一次灌砼時(shí)，兩臺(tái)車(chē)裝滿(mǎn)料后就位，當(dāng) 打開(kāi)大儲(chǔ)料斗止水閥門(mén)開(kāi)始灌注水下砼的同時(shí)，有一臺(tái)攪拌運(yùn)輸車(chē)向儲(chǔ)料斗里傾倒 砼,速度應(yīng)使儲(chǔ)料斗基本處于滿(mǎn)料狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)車(chē)傾倒完畢時(shí)，第二臺(tái)車(chē)緊接著傾 倒，直至封底砼灌注完畢

10、。2.6.3兩臺(tái)運(yùn)輸車(chē)及儲(chǔ)料的砼總量為16m3達(dá)到了良好的封底效果，封底完成后，移去大儲(chǔ)料斗換上小儲(chǔ)料斗可正常進(jìn)行水下砼灌注，運(yùn)輸設(shè)備同樣用2 臺(tái)砼攪拌運(yùn)輸車(chē)。3. 施工總結(jié)由于我局沒(méi)有0 2.5m鉆孔樁施工的成功經(jīng)驗(yàn)，在沒(méi)有投入更新、更好的設(shè)備情 況下，完全依靠現(xiàn)有的設(shè)備 ,很好的完成黎明站分離立交橋 2.5m 鉆孔樁施工任務(wù)， 摸索出一些好的施工經(jīng)驗(yàn)還是在今后施工中值得推廣的。3.1 鉆機(jī)的改造技術(shù)我們現(xiàn)有的 1.5m 以上鉆機(jī)經(jīng)改造后均可用于 2.5m 鉆孔樁施工 ，改造可從兩 方面入手，一是保留原鉆機(jī)的鉆架，更換大功率電機(jī)；二是降低原電機(jī)轉(zhuǎn)速，增大 鉆機(jī)扭距。具體采用哪種方法視地質(zhì)情況

11、及地質(zhì)巖性而定。由于本工程原設(shè)計(jì)地質(zhì) 基本為亞粘土、粉細(xì)砂及中粗砂層，較軟弱，做采用了第二種方法。但實(shí)際地質(zhì)情 況與設(shè)計(jì)不符，部分鉆孔樁穿過(guò)了礫石層及鐵板砂層（鐵巖），通過(guò)降低原鉆機(jī)轉(zhuǎn) 速來(lái)提高扭距的辦法略顯不足，鉆進(jìn)速度明顯減慢，今后遇到此種地質(zhì)應(yīng)更換大功 率電機(jī)。3.2 不同的泥漿性質(zhì)對(duì)成樁質(zhì)量的影響由于本工程的地表優(yōu)質(zhì)亞粘土比較厚，施工之初沒(méi)有使用化學(xué)造漿法，開(kāi)始鉆 進(jìn)時(shí)控制進(jìn)尺在孔的造漿?？自鞚{對(duì)亞粘土層沒(méi)有什么影響，護(hù)壁效果非常好。但 對(duì)粉細(xì)砂及中粗砂層效果就不是很好，雖然可以護(hù)住孔壁，但灌注水下砼時(shí)，由于 骨料向上翻動(dòng)，有時(shí)會(huì)破壞泥漿護(hù)壁，樁徑四周 5cm 以有卷砂現(xiàn)象，影響樁的質(zhì)

12、 量。采用化學(xué)泥漿后，對(duì)粉細(xì)砂及中粗砂層的護(hù)壁效果有了明顯的改觀，通過(guò)超聲 波檢測(cè)，樁徑四周不再有卷砂現(xiàn)象。3.3 導(dǎo)管直徑的大小對(duì)孔底沉碴的影響2.5m 鉆孔灌注樁 ,鉆孔及清渣完成后 ,從提鉆頭、搭設(shè)灌孔平臺(tái)到下設(shè)、鋼筋 籠，再到下設(shè)導(dǎo)管及安裝大儲(chǔ)料斗，最快也需 12 小時(shí)左右，比小直徑鉆孔樁時(shí)間 明顯增加。又由于樁泥漿含砂率較高，沉淀速度快，到灌孔時(shí)，孔沉渣厚度基本達(dá) 到了 0.8m 左右，對(duì)于摩擦樁，雖然基本能滿(mǎn)足規(guī)要求，但我們還是希望沉渣厚度 越小越好。灌孔之初，我們現(xiàn)場(chǎng)有直徑 300mm 及直徑 250mm 兩套導(dǎo)管， 1#橋墩的 4 根鉆 孔樁分別用兩套導(dǎo)管灌注的。通過(guò)超聲波檢測(cè)， 300mm 導(dǎo)管灌注的水下砼的孔底 沉渣在 30cm 左右，要明顯小于用 250mm 導(dǎo)管灌注的 50cm 左右。從砼沖擊動(dòng)力 分析也不難理解，由于 300mm 導(dǎo)管灌注的砼流量大，沖擊力強(qiáng)，能將孔底沉渣反 上來(lái)。為了提高鉆孔樁的質(zhì)量，我們又加工了一套 350mm 的導(dǎo)管，處理沉渣效果 更加明顯，沉渣厚度基本在 10cm 左右，甚至達(dá)到了零沉渣。4. 結(jié)束語(yǔ)4.1 本工程經(jīng)過(guò)東北林業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心超聲波檢驗(yàn)及應(yīng)力波，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及施工 規(guī)要求。4.2 本工程解決了復(fù)雜地層的護(hù)壁問(wèn)題，做到了不坍孔、縮孔，砼沖