2.5米直徑鉆孔樁施工技術(shù)[建筑A類]

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(yáng)鄉(xiāng)東升村，跨越拉濱鐵路黎明車站。橋梁孔跨組合為：左幅240m+1250m;右幅為240m+250m+340m+250m+240m+550m。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(zhǎng)32米,樁底位于中粗砂地

2、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

3、-15%，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(guó)產(chǎn)鉆孔設(shè)備，一種為連云港生產(chǎn)的GM20型鉆機(jī)，一種為GPS15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

4、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

5、。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)（俗稱鐵板砂），類似軟巖性質(zhì)且厚度不均一，造成鉆孔

6、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(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)

7、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，CMC 0.5kg，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材 料 名 稱膨潤(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)與孔位通過地溝連接外，其余部分全部采用管道化運(yùn)輸，在直線段一般采用鋼管，曲線段采用軟管，泥漿循環(huán)系統(tǒng)見圖1 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)

8、或機(jī)械抓斗清理出來，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內(nèi)，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鉆孔樁灌注水下砼時(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20cm40cm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

9、量必須達(dá)到7m3以上。2.6.1設(shè)計(jì)一個(gè)大的料斗，容積為4.5m3，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砼的同時(shí)，有一臺(tái)攪拌運(yùn)輸車向儲(chǔ)料斗里傾倒砼,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，直至封底砼灌注完畢。2.6.3兩臺(tái)運(yùn)輸車及儲(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。3.施工總結(jié)由于我局沒有2.5m鉆孔樁施工

10、的成功經(jīng)驗(yàn),在沒有投入更新、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

11、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

12、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。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，