超长钻孔桩成孔施工技术探究

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【摘要】主要通过对鱼山大桥超大超长桩基成孔施工过程及工效进行讨论，简述了在海洋性环境中超大直径、超长钻孔桩成孔质量关键控制，为今后类似工程施工提供借鉴。

【关键词】海洋环境；超大直径；桩基础；回旋钻

1引言

随着我国公路桥梁建设的发展，桩基础逐渐朝着大、长的方向迈进，特别是在海洋环境中，超大直径、超长桩基础的应用已经越来越多，要求也越来越高。目前桥梁施工中准2.5~准3.0m的桩基已经较为普遍，准3.5~准4.0m的桩基也开始应用于各大桥梁建设中；但随着桩基础不断的加大、加深，要求越来越严，施工难度越来越大，常规的桩基施工方法出现了越来越多的局限性，导致施工效率缓慢。本文结合鱼山大桥准5.0~准3.8m钢管复合桩的施工实践，对海洋环境下超大超长桩基成孔施工进行了研究，为今后海上钻孔桩施工提供良好示范。

2工程概况

鱼山大桥共有桩基187根，其中大直径桩基有153根，桩径2.2~5.0m，桩长最长为148m。桥位区地质较差，覆盖层上部主要为淤泥、淤泥质土、软～流塑状黏性土，工程性质差；下部为中密～密实冲海积的粉砂、细砂为主，一般厚度较大，地层较为连续，底部为粉质黏土、圆砾等；下部基岩面起伏大。本文以大桥45#桩基为例（直径5.0~3.8m，桩长126m），其地质情况如表1所示。在这种地质情况下，要满足施工如此超长超大直径变径桩必须解决以下几点问题：1）必须选择一种可行的钻孔设备，能具备较大的扭矩和控制措施，确保能够顺利成孔；2）桥址偏远，淡水供应困难，无法采用淡水进行造浆且不合实际，若采用海水进行造浆，必须选择一种合理的配比来保证泥浆性能；3）地质条件较差，钻进过程中存在卡钻、塌孔等风险，必须事先做好防范措施，防止事故发生及事故扩大[1]。

3成孔施工控制

3.1钻孔设备选型。在孔深超过80m，桩径超过3m，冲击钻已经很难满足施工要求，且施工工效缓慢。经过多方比选，根据桩基桩径、桩长以及实际地质情况，项目部选择了国内最大的ZJD5000型反循环回旋钻机用于成孔施工，其最大扭矩可达450000N•m，钻孔深度可达200m，满足施工需要。根据桩径及实际地质情况，钻机配备2个刮刀钻[准5m和准3.8m用于护筒内外覆盖层钻进，加配重锤重达600kN（60t）]和1个滚刀钻进行钻孔[准3.8m用于岩层内钻进，加配重锤重达800kN（80t）]。合理的配备钻头是提高钻进效率、保证钻孔质量的关键因素，如图1、图2所示。3.2泥浆配比确认控制。泥浆在钻孔过程中主要起维护孔壁稳定、排渣清孔以及冷却钻头和润滑的作用，因此，泥浆的性能是决定成孔质量的关键。由于受环境限制，泥浆采用定制膨润土加海水进行造浆，为保证泥浆性能，在开钻前进行配合比实验，将所用原材料分为2类，第一类用于裸岩钻孔：海水、膨润土与纯碱；第二类用于海泥覆盖层：海水、海泥、膨润土与纯碱。参数如表2所示。3.3设备布置。海洋环境中，由于ZJD5000型回旋钻机占地较大、配套设备较多，受场地制约因素很大，因此，合理的设备摆放不但能提高钻孔工效，同时也能防止钻孔事故的发生。3.4钻进过程控制。3.4.1泥浆指标控制。钻进时，首先慢速钻进，在护筒内添加定制膨润土进行造浆，当钻进至护筒底口时更换准3.8m钻头继续钻进，钻进至岩层时再更换。滚刀钻头。由于本桩地质复杂，在钻进过程中，需要随时对泥浆指标进行检测，并且根据不同的地质及时调整泥浆指标，保证钻孔顺利。详细参数如表3所示。3.4.2钻速控制钻孔过程中根据不同地层，调整钻压、钻速：一般松散粉细砂层，应采用低挡慢速；在板结砂（砾）层，宜采用中挡中速，并适当增加钻压。始终保持减压钻进（孔底承受的钻压控制在钻具重力之和（扣除浮力）的80%以下），确保成孔质量[2]。钻孔过程中详细参数见表3。3.4.3垂直度控制。由于本桩长达126m，且入岩深度超过7m，为保证桩基的垂直度，主要采取了以下2个措施：1）钻进过程中，在钻头上部加设配重，使钻具在重力的作用下始终垂直向下，并在配重顶端增加扶正器，扶正器与钻头直径相同，通过钻头与扶正器上下孔同心圆保证钻孔的垂直度。2）由于钻进过程中，钻机可能产生震动，为确保钻机转盘始终保持水平，每加1～2节钻杆，检查一次钻机水平度和钻杆垂直度。一旦出现情况，立刻停钻调整。3.4.4其他保证措施。除上述主要控制因素外，在钻进过程中还因注意以下几点：1）始终保持护筒内水头高度高于高潮位，防止出现塌孔，串孔现象；2）钻进过程中，注意对护筒周围进行防护，防止杂物（一般维修工具、铁片、钢筋概率较大）掉入孔内，影响成孔效率；3）钻进过程中，一旦钻机设备发生故障，维修时间较长，此时容易引发孔内事故，因此，必须对钻进及配套设备定期进行维护，保证钻孔的连续。4）及时清理渣箱中的沉渣，确保排渣效率；勤测泥浆指标，保证泥浆循环质量。3.4.5成孔工效。通过在钻孔过程中一系列措施，45#桩基顺利成孔，经超声波测壁仪检测孔径、孔深、垂直度以及沉渣均满足设计要求，质量合格。本次钻孔工共耗时22d，其中，钻杆接长耗时19.5h，钻孔耗时476h，具体工效如表4所示。

4结语

鱼山大桥直径3.8~5m变径桩为目前国内公路桥梁中最大桩基，这种桩基简化了桥梁基础结构形式，提高了施工效率，同时对质量要求也非常之高。目前，本工程超大直径桩基已全部完成，经检验，全部为I类桩。通过实践表明，在钻进过程中，良好的作业环境、充分的施工准备、合理的泥浆配比以及强有力的保障措施，可大大节省钻孔时间，保证成孔质量。

【参考文献】

【1】盛华,陈龙剑，孟庆浩.准3.8m超大直径超长钻孔桩成孔施工[J].桥梁建设,2010(Z1):36-37.

【2】肖漓境,汪泽均.超大直径深桩基施工技术[J].湖南交通科技,2015(6):44-46.

作者:慈张高 刘兵 单位:中交二航局第四工程有限公司