旋挖钻机施工灌注桩基础的施工工艺.docx

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旋挖钻机施工灌注桩基础的施工工艺

旋挖钻机施工灌注桩基础的施工工艺

山西太原绕城高速公路西北段汾河特大桥主桥为90＋150＋90m双塔单索面三跨预应力混凝土矮塔斜拉桥，结构体系为塔梁固结、塔墩分离，墩顶设支座。

下部结构基础设计为直径D=1.5m的钻孔灌注桩，4＃、5＃主墩各布置12根，桩长为50m，钻孔深度为55～60m不等。

2、工程地质概况

　　该场地属冲积地段，河床地质土层由上而下主要为亚粘土层、砾砂层、圆砾层、卵石层。

3、施工准备

　　3.1、成孔方法选择

　　通过对附近桥梁桩基施工情况的调查，根据本工程地质情况，本桥先采用3台冲击钻机进行5＃主墩桩基施工，然而施工至42－48m处，3台钻机均出现进尺困难的情况，最慢时一天进尺不足10cm。

2003年3月初，汾河主河道进行春浇放水，只能将3个孔位回填，暂停施工。

4月下旬重新开始主墩桩基施工，吸取前期冲击钻机进尺慢，施工周期长，费用高的教训，根据在2个主墩处补充地质钻孔资料，最后选择静态泥浆护壁旋挖成孔工艺。

本工艺采用旋挖钻机用钻头将孔内渣土直接取出，并同时加注提前制备的泥浆护壁。

该成孔方法不仅成孔速度快，而且具有沉渣厚度小、泥皮薄、造价低等优点，为目前在适宜地质中速度最快的成孔工艺。

　　3.2、泥浆循环系统的布置

　　施工场地设两个泥浆池，容积不小于150m3，泥浆中废弃部分要及时排放，沉淀物要及时清理。

4、护筒埋设

　　护筒有导正钻斗，控制桩位,隔离地下水渗漏，防止孔口坍塌，抬高孔内静压水头和固定钢筋笼等作用。

埋设护筒前先放出桩位点，过桩位中心点拉十字线在护筒外80-100cm处设控制桩，然后在桩位处用钻头边刀挖一个比护筒外径大20cm、深度比护筒略小30cm的圆坑。

并在坑底填筑20cm的粘土，然后将护筒采用钢丝绳对称吊放进坑内，用水平尺（或吊线锤）校验护筒竖直后，并保证护筒中心与桩位中心位移不能超出20mm，方可在护筒周围回填最佳含水量的粘土，分层夯实且要防止护筒倾斜。

5、泥浆的制备

　　5.1、原料及配比

　　5.1.1、膨润土：

分为钠质和钙质两种。

钠质费用较高，钙质则较为适中。

膨润土泥浆具有相对密度低、粘度好、含砂量小、失水量小、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点。

一般用量为水的8%即8公斤膨润土可掺100公斤的水。

对于粘质土地层，可降低到3%—5%。

较差的膨润土用量为水的12%左右。

　　5.1.2、CMC：

全名为羧甲基纤维素,具有使地基土表面形成薄膜而使之强化和降低失水率的作用。

掺入量为膨润土的0.05%—0.1%。

　　5.1.3、FCL：

又称铁铬木质素磺酸盐，为分散剂，可改善混杂有土粉砂、砼及盐分等而使稳定液质的性能。

可使钻渣颗粒聚集而加速沉淀，既达到重复使用目的，又具有高质量性能。

掺量为膨润土的0.1%—0.3%。

　　5.1.4、碳酸钠：

又称碱粉或纯碱。

它的作用可使PH值增大，使粘土颗粒进行分散，粘粒表面负电荷增加，为粘土吸收外界的正离子提供了条件，可增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水率。

掺入量为孔中泥浆的0.1%—0.4%。

　　5.1.5、PHP:

它的作用是使泥浆中的钻渣成为不分散的絮凝状态，因而泥浆循环到井孔外泥浆池时易于被清除出去，从而使泥浆能保持不分散的低固相、低相对密度、低粘度的优良性能。

掺用量为泥浆液的0.003%。

　　5.1.6、孔内有渗漏时，应掺泥浆量的1—2%的锯木屑；泥浆量1.7%的稻草末或水泥。

　　各种掺加剂宜先制成小剂量溶剂，按循环周期均匀加入并及时测定泥浆指标，防止掺加剂过量。

　　5.2、泥浆的制备

　　5.2.1、调查地质及施工条件

（1）、对地质柱状图的研究：

a、是否有坍塌层；b、有无漏水层。

（2）、地下水的调查；a、能否保证泥浆面高出地下水位2米以上；b、了解承压水层潜流水和无水层及地下水流速成；c、测定地下水盐分及钙离子的含量；d、PH值测定。

　5.2.2、泥浆材料的选择

（1）、水应为PH值为中性，钙离子浓度小于等于100PPm，否则要掺入分散剂。

（2）、膨润土由其产地不同而性能不同，应以经济适用为主。

易受阳离子感染时，宜选用钙土。

　　（3）、CMC的选定，根据地层决定,粘度越高防漏效果越好。

　　（4）、根据膨润土选定分散剂。

泥水分离的泥浆，选用能够减小泥浆凝胶强度及屈服值的分散剂。

　　（5）、防漏剂的选定：

一般认为防漏剂的粒径相当于漏浆层土砂粒径的10%—15%左右效果为最好。

　　5.2.3、泥浆粘度的选定

　　保持地层稳定的泥浆漏斗粘度（泥浆静止工法）

　　地基条件 泥浆性能 对策 泥浆粘度经验值（S）

　　烂泥地基 增大泥浆密度 高浓度膨润土浆 100以上

　　粘土层粉土层 低浓度泥浆 膨润土浓度4—6% 20—33

　　细砂—粗砂层 脱水量中等 膨润土浓度7—9% 32—38

　　砂砾层 浓度高CMC降脱水量 膨润土浓度8—10% 50—80

　　5.2.4、泥浆基本配合比的确定

（1）、膨润土及CMC的掺加浓度：

由地层决定粘度，推出膨润土及CMC的掺加浓度。

（2）、分散剂的浓度：

为使泥浆形成良好的泥皮而使用分散剂时,泥浆浓度的减小可用膨润土或CMC的掺加量调节。

　　（3）、防漏剂的浓度：

　　漏失规模 防漏剂的混合掺加浓度

　　小的漏失 棉花籽残渣粉未0.5—1.0%

　　中等漏失 碎核桃皮+棉花籽粉未1%

　　大的漏失 多种混合最大掺加浓度5%

　　若只有某一段漏浆可在进入该层后用粘土将该地层回填放置1—2小时后可重新钻孔。

　　5.2.5、泥浆配制试验和修正

　　泥浆是各种材料特性的综合产品，但它是否完全满足施工条件和地层情况，还要在基本配合比的基础上修正、调配,最后才能得到合适的施工配合比。

　　要对泥浆的各种特性逐项试验：

a、稳定性检验；b、对泥皮形成性能的检验；c、对泥浆流对性的检验；d、对泥浆密度的检验。

　　5.2.6、制备泥浆的方法

（1）、搅拌机为高速回转式搅拌机，搅拌时间为10—15min。

膨润土遇水混合后3h就有很大溶胀性，经过1d达完全溶胀；CMC应先用清水溶为1%—3%的溶液再掺入到泥浆里就会很容易混合在一起

　　5.2.7、制备泥浆的顺序：

水—膨润土—CMC—分散剂—其他外加剂，由于CMC会妨碍膨润土的溶胀，所以要在膨润土之后放入。

6、钻孔

　　钻机就位前，应对钻也前的各项准备工作进行检查，包括主要机具设备的检查和维修。

　　首先，使钻机按预定桩位就位，且使钻机停在硬实地面，调整桅杆偏差，保证桩位移，倾斜度不超标，并在成孔中间不定期检查调整。

　　由于旋挖钻机自身成孔工艺决定其造浆能力较差，故所用泥浆全部为提前12个小时预拌好的高级泥浆。

根据汾河特大桥的地质情况采用的配比为水、臌润土、碱：

CMC=1000：

100：

20：

8的比例，经搅浆桶搅拌一定的时间搅制而成，并随时根据地层情况做出适当的调整，泥浆性能指标能符合下列要求：

比重1.03-1.15，漏斗粘土18-22，含砂率小于3%-5%，胶体率大于98%。

随着施工的进展要及时对泥浆进行添制、净化，保证成孔、成桩的质量。

该泥浆具有相对密度低、粘度好、含砂量少、失水率小、泥皮簿、固壁能力强、稳定性好，钻具回转阻力小，钻进效率高的特点。

　　开始前先在护筒加入适量的泥浆以保证孔内水头压力，即浆面最少高出地下水位2m以上，随着钻进深度的增加及时补充泥浆，保证孔内水头压力，防止坍孔。

正常钻进过程中应注意以下事项：

　　6.1钻进时应根据土层情况掌握钻进速度：

（1）、一般在粘土层采用泥钻，每钻进尺在50cm左右。

2）、在松散砂砾、砂层采用砂钻，每钻进尺在40cm左右

　　（3）、在密实度较大的砂、卵石层宜先用岩石钻将密实的地层搅松，避免直接用泥钻、砂钻，损坏机具；对于无水或水位较低的干孔部位，可采用螺旋钻成孔，可大大提高成孔效率，并可提高工效，然后将松散的砂、卵石用砂钻提出。

　　（4）、成孔中若遇见卵石层或松散层时应注意漏浆情况，必要时，可在漏浆部位回填粘土，堵漏或在泥浆中增加防漏剂，避免泥浆流失，引起坍孔事故。

　　（5）、因钻机结构及性能决定钻斗钻进时，钻斗要上下往复作业。

如果护壁泥浆管理不善就可能发生塌孔事故。

　　（6）、严格控制钻斗在孔内升降速度，因为如果快速地上下移动钻斗，那么水流将以较快速度由钻斗外侧和孔壁之间的空隙流过，导致冲涮孔壁，有时还会在上提钻斗时，在其下方产生负压，而导致孔壁坍塌，所以按孔径大小及土质情况来调整钻斗的升降速度。

　　6.2钻斗升降速度及空斗升降速度

　　桩径（mm） 钻斗升降速度（m/S） 桩径（mm） 空斗升降速度（m/S）

　　700 ≤1.0 700 ≤1.2

　　1200 ≤0.7 1200 ≤0.8

　　1300 ≤0.6 1300 ≤0.8

　　1500 ≤0.6 1500 ≤0.8

7、检孔

　　钻孔中，须用检孔器经常检孔。

检孔器用钢筋笼做成，其外径等于设计孔径，长度等于孔径的4—6倍。

每钻进10m，接近通过易缩孔土层（软土、软塑土层、低液限粘土等）或更换钻斗前都必须检孔。

不可用加重压冲击或强撞检孔器等方法检孔。

　　当检孔器不能沉到原来钻达的深度，或偏离大绳（拉紧时）的位置即偏移护筒中心时，应考虑可能发生了弯孔、斜孔或缩孔等情况，如不严重时可调整钻机位置或钻具继续钻孔；如严重时可回填粘土重新钻进。

钻进达到设计标高经检验合格后即可终孔。

8、钢筋笼制安

　　汾河特大桥钢筋笼长度52m，重量约7T，节段之间为直螺纹套筒连接，钢筋笼在车间胎模上分节制造，并进行预拼编号，然后根据编号顺序调至孔内安装。

9、灌注水下砼

　　9.1、导管吊装前进行试拼，检查接口连接是否严密牢固，若接口胶垫有破损，更换后使用。

同时检查拼装后的垂直情况，根据桩孔的总长，确定导管的拼装长度。

使用前，进行过球、水密及承压试验，试验时的水压，大于井孔内水深至少1.5倍的压力。

吊装时，导管位于井孔中央，并在灌注前进行升降试验。

　　9.2、复测孔底标高，检查沉渣的厚度，判断是否达到设计要求及满足灌注要求。

满足要求后，方灌注砼。

　　9.3、在导管上端连接砼漏斗，其容量必须满足储存首批砼数量的要求。

开始灌注时，在漏斗下口设置砂袋，当漏斗箱内储足首批灌注的砼数量时，剪断吊住砂袋的铁丝，使砼猝然落下，迅速落至孔底并把导管裹住。

灌注砼时确保有足够的砼储备量，以保证桩基砼浇筑的连续性及桩基的施工质量。

　　9.4、砼的灌注连续进行，有短时间停歇时，经常起动导管，使混凝土保持足够的流动性。

灌注过程中边灌注边提升导管和边拆除上一节导管，使砼经常处于流动状态，尽可能缩短拆除导管的间隔时间。

当导管底埋置于混凝土的深度达3m左右，或导管中混凝土落不下去时，开始将导管提升。

提升速度不能过快，提升后导管的埋深不小于2m且不大于6m。

根据砼的浇筑情况和埋管深度逐节拆除导管。

提升导管要保持导管垂直及居中，不能倾斜以免牵动钢筋骨架。

　　9.5、为确保桩顶质量，在桩顶设计标高以上应加灌一定高度以便灌注结束后将此段砼清除，增加的高度为0.5m～1.0m。

10、结束语

　　汾河特大桥桩基础采用旋挖钻机施工，不但保证了成桩质量，并且为斜拉桥上部结构施工赢得了宝贵的时间（每根桩的成孔时间平均在42小时左右），取得了一定的经济效益，同时为以后同类型地质条件的桩基施工提供了宝贵的经验。