5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公害處理等施工技術(shù)難題，為類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，位于哈爾濱市動(dòng)力區(qū)朝陽鄉(xiāng)東升村，跨越拉濱鐵路黎明車站。橋梁孔跨組合為：左幅2X40m+12X50m;右幅為2X40m+2X50m+3X40m+2X50m+2X40m+5<50nl全橋共計(jì)54根鉆孔灌注樁，樁基設(shè)計(jì)要求：直徑2.5米，最大樁長32米，樁底

2、位于中粗砂地層中，通長鋼筋籠，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、長石及云母，含礫約10-15%

3、,磨圓較好，分選性較好。本層較為致密，具膠結(jié)（俗稱鐵板砂）。2.2 .施工主要難點(diǎn)（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)泥漿無公害處理由上可見，該樁基工程所面對(duì)的技術(shù)問題是范圍廣、難度高，為了解決這些問題，施工中從理論到實(shí)踐首次采取了一些施工方法來解決這些問題。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)備都為國產(chǎn)鉆孔設(shè)備，一種為連云港生產(chǎn)的GMH20型鉆機(jī),一種為GPS-15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

4、距，以適應(yīng)大直徑鉆孔樁施工需要。從結(jié)果看并不比國外設(shè)備或國產(chǎn)大功率鉆孔設(shè)備差，使用的主要鉆孔設(shè)備見表1主要鉆孔設(shè)備表1序號(hào)名稱型號(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.

5、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；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溢右，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)，保才I80mm/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)(俗稱鐵板砂)，類似軟巖性質(zhì)且厚度不均一，造成鉆孔時(shí)軟硬不一，易使

6、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)處于哈爾濱市郊區(qū)，橋位處為農(nóng)田，馬家溝河從9#墩及10#墩之間穿過，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，采用泵送泥漿至樁位的循環(huán)系統(tǒng)來滿足施工及環(huán)保要求。2.5.1 泥漿的配制先用膨潤土+食用堿+CMC+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

7、。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土80kg,純堿4kg,CMC0.5kg,水1000kg。經(jīng)過多次試配，實(shí)際施工中所用的常用泥漿配合比見表2泥漿配合比表2仞科名稱膨狎土納帆CMC小每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，泥漿循環(huán)系統(tǒng)見圖泥漿泵沉淀池循環(huán)池儲(chǔ)漿池清水池2.5.3 廢泥漿的無公害處理(1)利用沉淀池(自然沉淀法)從排渣口出來的泥漿首先進(jìn)入沉淀池，大部分礫石及鐵板砂塊將在這里沉淀下來，及時(shí)用挖掘機(jī)或機(jī)械抓斗清理出來，自然沉淀在施工中取得了較好的

8、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碎時(shí)一次性排出的泥漿量很大，一般都達(dá)175南。灌注碎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內(nèi)，沉淀后把清水抽走，沉淀物挖走。本橋54根鉆孔樁水下碎灌注量8千余方，施工中靠這些泥漿處理方法，現(xiàn)場(chǎng)向外沒有運(yùn)送一車廢泥漿，取得了滿意的效果。2.6 鉆孔樁封底2.5m鉆孔樁灌注水下碎時(shí)封底是關(guān)鍵，與我們平常施工的1.5及1.2鉆孔樁有很大區(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3-達(dá)到1米以上，第一次灌注碎量必須達(dá)到7m以上。2.6.1 設(shè)計(jì)一個(gè)大的料斗

9、，容積為4.5m3,此儲(chǔ)料只在第一次灌注碎時(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碎攪拌運(yùn)輸運(yùn)送灌碎，第一次灌碎時(shí)，兩臺(tái)車裝滿料后就位，當(dāng)打開大儲(chǔ)料斗止水閥門開始灌注水下碎的同時(shí)，有一臺(tái)攪拌運(yùn)輸車向儲(chǔ)料斗里傾倒碎速度應(yīng)使儲(chǔ)料斗基本處于滿料狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)車傾倒完畢時(shí)，第二臺(tái)車緊接著傾倒，直至封底碎灌注完畢。2.6.3 兩臺(tái)運(yùn)輸車及儲(chǔ)料的砂總量為16川達(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)行水下碎灌注，運(yùn)輸設(shè)備同樣用2臺(tái)硅攪拌運(yùn)輸車。3.施工總結(jié)由于我局沒有。2.5m鉆孔樁施工的成功經(jīng)驗(yàn)，在沒有投入更新、更好的設(shè)備情況下，

10、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，部分鉆孔樁穿過了礫石層及鐵板砂層（鐵巖），通過降低原鉆機(jī)轉(zhuǎn)速來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

11、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，施工之初沒有使用化學(xué)造漿法，開始鉆進(jìn)時(shí)控制進(jìn)尺在孔的造漿?？變?nèi)造漿對(duì)亞粘土層沒有什么影響，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，但灌注水下碎時(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以內(nèi)有卷砂現(xiàn)象，影響樁的質(zhì)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)孔底沉硝的影響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

12、加。又由于樁內(nèi)泥漿含砂率較高，沉淀速度快，到灌孔時(shí)，孔內(nèi)沉渣厚度基本達(dá)到了0.8m左右，對(duì)于摩擦樁，雖然基本能滿足規(guī)范要求，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300mmM直徑250mmW套導(dǎo)管，1#橋墩的4根鉆孔樁分別用兩套導(dǎo)管灌注的。通過超聲波檢測(cè)，300mm導(dǎo)管灌注的水下碎的孔底沉渣在30cm左右，要明顯小于用250mm導(dǎo)管灌注的50cm左右。從碎沖擊動(dòng)力分析也不難理解，由于300mm導(dǎo)管灌注的硅流量大，沖擊力強(qiáng)，能將孔底沉渣反上來。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4.1 本工程經(jīng)過東北林業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心超聲波檢驗(yàn)及應(yīng)力波，完全滿足設(shè)計(jì)及施工規(guī)范要求。4.2 本工程解決了復(fù)雜地層的護(hù)壁問題，做到了不坍孔、縮孔，