高速公路桩基旋挖钻湿法成孔工艺应用探讨

高速公路桩基旋挖钻湿法成孔工艺应用探讨

牛磊

安徽水利开发有限公司 安徽蚌埠 233000

摘要：本文以某工程为例，对高速公路桩基旋挖钻湿法成孔工艺应用进行探讨。

关键词：高速公路；桩基；旋挖钻湿法；成孔

一、工程概况

某高速公路第10合同段，起讫桩号K50+250~K54+370，线路长4.12km，合同段主要有4桥梁。其中A大桥全幅长268.5m，上部结构为9×30m预应力混凝土连续箱梁，下部为桩基础、肋板台和柱式墩。B大桥左右幅分别长365.2m，上部为12×30m预应力混凝土连续箱梁，下部为桩基础、肋板台、柱式墩和重力式台。枣花沟大桥左右幅分别长125.5m，上部为6×20m预应力混凝土连续箱梁，下部为桩基础、柱式台墩和肋板台。C大桥左右幅分别长35.4m，上部3×20m预应力混凝土连续箱梁，下部为桩基础、柱式台墩和肋板台。工程区位于沟壑区域，沟壑底部存在强烈的流水切割侵蚀和基岩出露，土质从上往下依次为沙土层、黄土层、强风化泥层和中风化泥层。

二、施工方案

公路桩基旋挖钻湿法成孔常用冲击钻机、回旋钻机和旋挖钻机，其中冲击钻机和回旋钻机主要借助泥浆浆液使钻渣顺利排出钻孔外，从而实现钻进成孔。其钻进过程对泥浆需求大，泥浆使用量约为桩基体积的5倍左右。泥浆制备用水量大，且泥浆排放对环境较为不利，冲击钻机和回旋钻机成孔速度分别4.0-8.0m/d和10-20m/d，成孔速度慢，孔壁因长时间钻进施工和浸泡诱发坍塌的可能性很大。旋挖钻机主要借助钻筒排出钻渣，从而实现钻进成孔。其速度快、工效高，对环境影响小，所以本公路桩基采用旋挖钻成孔方式。根据设计孔深确定旋挖钻型号和成孔深度，结合工程地质，主要使用SR385-C-10型旋挖钻机，设计孔深和孔径最大值分别为110m和2.8m。旋挖钻成孔方法包括干法和湿法两种。根据该公路桩基试验可知，干法成孔过程中土体含水量不断增大，当钻深〉70m后塌孔频繁发生。为保证施工安全及质量，决定采用湿法成孔，运用泥浆发挥静态护壁作用，且泥浆使用量不超出桩基体积的1.5倍。本工程桩基安装钢筋笼和导管耗时长，钻孔底部沉渣较厚，清孔难度大，为控制孔口，降低孔内水头差，并减小注浆泵反循环及气举反循环清孔施工时的水头压力，决定采用满孔泥浆湿法成孔。

三、旋挖钻湿法成孔施工工艺

1.平整场地并埋设护筒

通过平整场地，增强地基承载力，保证旋挖钻机能正常行走和操作。平整好的场地应比边侧排桩中心高出至少10m，地面坡度不大于1%，以便为桩基安全施工提供空间。通过强夯法消除地表湿陷，保证桥位区便道通畅。确保排浆沟和泥浆池的设置符合要求。采用满孔泥浆湿润法，进行地表裂隙发育岸坡的公路桥梁桩基4#墩成孔施工。为避免钻进及二次清孔时孔内压力超标，而造成浆液从裂隙内渗出，挤压岸坡坡体，引发湿陷，应在裂隙发育段，采用钢护筒及护筒后砂浆回填的方式避免漏浆。确保钢护筒穿过裂隙发育段2.0m以下埋设，并采用M10砂浆进行至少10cm厚的回填，通过振动棒将砂浆振捣密实，并使其强度达到5MPa以上。

2.泥浆制备

本公路桩基旋挖钻孔注浆，使用PHP部分水解聚丙烯酰胺泥浆。该泥浆主要由膨润土、聚丙烯酰胺、羟甲基纤维、纯碱等按掺配比例制成。膨润土是构成泥浆胶体的主要部分，应将其掺量控制在泥浆体积的8%-10%，并结合地层实际情况检测和控制回流泥浆性能，调整泥浆掺配指标。添加聚丙烯酰胺能避免泥浆发生分散，并可提升泥浆黏度。其掺量应为泥浆体积的0.03%。羟甲基纤维既能提升浆液黏度，又能在土壁表面形成化学泥皮膜，避免土壁过度失水。其掺加量应为泥浆体积的0.05%-0.1%。掺加纯碱有利于增大泥浆浆液pH值，分散黏土颗粒，提升泥浆悬浮钻屑的效果。其掺加量应为泥浆体积的0.4%。将大型泥浆池设置在主墩周围的平地上，在池底铺设硬薄膜，并分别设置制浆区、沉淀区和泥浆回收区。在泥浆制备过程中，先向泥浆池内加水，并通过制浆机将膨润土加入池内，再按设计要求添加外加剂，通过高压水泵自吸反喷后循环，以制成均质浆液。泥浆制备好后经泥浆泵抽吸进孔内，开始钻进。在钻进过程中不断补浆，同时将1台泥浆泵设置在泥浆池内，以进行泥浆循环。

3.钻孔

钻进施工采用筒式钻头旋挖钻。先以原地顺时针方式旋转开孔并慢速钻进，待钻进至裂隙发育段后，将进尺严格控制在3.0m/h内。待钻进黄土土体以下1.0m后，将钻速调整为4.0~8.0m/h。反转提升旋挖钻速度不能过快，以防止发生塌孔。在该公路桥梁桩基旋挖钻湿法成孔过程中，必须确保连续补浆，并保证孔内水头高度始终在护筒底面以上50cm位置，以防止二次清孔时风压过大。此外，在钻进过程中还应结合地质条件调整泥浆比重。待钻进至设计标高后，检测孔深、孔径、孔斜等参数，以避免各项参数不符合设计要求而影响后续施工。采用常规检孔器，无法准确检查倾斜度、孔深、孔径及是否塌孔等情况，本工程采用GZ-2S型声波智能检孔系统进行成孔检测，使桩孔各项参数均得到了有效控制。

4.清孔

本工程桩基旋挖钻湿法成孔过程中主要进行两次清孔。当钻进至设计深度后，采用带有活门的筒形钻进行首次清孔。如遇泥浆皮沉淀层较厚的情况，应使用钻头上下反复扫刷孔壁。清孔结束后将钻头提出，并及时检查孔深、孔径、孔斜及沉淀层厚度等参数。第二次清孔安排在下钢筋笼和导管后。根据相关统计可知，黄土梁峁区域长大桩基沉淀速度在7.0-10.0cm/h范围内，且沉淀速度与桩长呈正向变动关系。运用气举反循环清孔，在内径至少15cm的导管内插入高压风管，形成反循环通道。气管和孔底的距离至少为5.0m，高压风管插入深度应控制在孔深的0.55-0.65倍。按照高压风管实际插入深度和泥浆比重之积，以及风压管路损失和孔内外水头差，进行所需风压的确定。本工程管路风压为0.1-0.12MPa。清孔过程中必须随沉渣面的下降逐渐下放导管，并来回移动导管底口，将导管底口与桩壁距离控制在25cm以内。同时，应向孔内及时补充清水。考虑到气举反循环出浆速度快，出浆量大，所以必须先补浆再清孔。此外，还应在出浆口处设置泥浆净化设备，以便将泥浆比重控制在1.08g/cm³以下。

5.钢筋笼安装及混凝土灌注

为控制孔底沉淀层厚度，应加快钢筋笼安装和混凝土灌注的施工速度。钢筋笼应在预制厂通过滚笼机提前制作成型并试拼，采用直螺纹套筒长短丝连接钢筋笼接头。按照混凝土灌注施工速度和反压顶升范围，进行混凝土灌注导管内径的确定。灌注施工开始前试拼导管，并进行接头抗拉试验和水密性试验。施工开始后，先拼接好导管，再通过起重机辅助人工的方式按照编号次序安装。在混凝土中按设计比掺加缓凝剂，并按照预计浇筑时间的1.5倍确定缓凝时间（但不得超出20h）。混凝土浇筑施工过程中，鉴于桩基所需泥浆量较多，沉淀量较大，应将导管埋设深度控制在10m以内。为保证桩顶的质量，应保证灌注后的桩顶标高高出设计值至少1.0m，并将桩头松散层部分凿除。待混凝土灌注至桩顶标高后，用PVC管将桩顶以上部分钢筋段套住，以起到保护作用。灌注至桩顶后，因料斗和混凝土面高差减小，混凝土顶面沉淀层厚度变厚，混凝土灌注难度增大，为此必须用高压水枪稀释混凝土顶面泥浆，并提升料斗高度。

结束语

本公路桥梁桩基施工结束后进行检测，检测结果显示，其旋挖钻湿法成孔桩基均为Ⅰ类桩。由此说明，旋挖钻湿法成孔工艺对于黄土梁峁地区桩基施工较为适用。本工程桩基旋挖钻机成孔施工过程中，施工人员通过不断改进钻头类型、泥浆配比、钻进工艺、清孔程序等，总结出一套完整适用的桩基成孔施工工法，对于类似工程具有借鉴参考价值。

参考文献

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