CN109488202A - 一种含漂卵石层的砂砾岩层桩基成孔施工工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了提出一种含漂卵石层的砂砾岩层桩基成孔施工工法，通过采用冲击钻钻进成孔和旋挖钻钻进成孔两种不同的成孔方法进行同一桩孔的成孔施工工法，解决了以往面对含漂卵石层的砂砾岩层桩基成孔施工的复杂地质情况下，采用单一成孔方法所带来的工期缓慢、成孔质量不佳等难题，有效降低了表层漂卵石层成孔时偏孔、斜孔的发生率，深层采用旋挖钻机有效降低了扩孔率，桩基成孔质量更优，工效更高。

Description

一种含漂卵石层的砂砾岩层桩基成孔施工工法

技术领域

本发明公开了一种含漂卵石层的砂砾岩层桩基成孔施工工法，属桩基成孔方法技术领域。

背景技术

随着基础设施建设步伐加快，近几年高速公路的建设规模不断壮大，而更多的高速公路选线更加通畅，则需要大量的桥梁隧道跨越深谷和高山，特别是桥梁工程量较以往的设计更多，还常常出现大桥和特大桥，高墩配群桩等特点，桩基的数量、桩径还是深度都较以往公路桥梁更多，如何快速高效的完成桩基的施工是整座桥梁能够如约完成的关键。

目前，常用的桩基成孔方法有冲孔钻机式成孔和旋挖钻机式成孔二种方法。前者在成孔时偏孔、斜孔的发生率等方面优于后者，后者在大工程量施工的效率、成本等方面优于前者。

桥梁桩基工程量较大，在砂砾层表层含有漂卵石层的地质条件下，无论采用上述二种方法的任一种，都存在着明显的不足，给施工带来了极大的困难。

发明内容

本发明针对上述问题，提出一种含漂卵石层的砂砾岩层桩基成孔施工工法，通过采用两种不同的成孔方法进行同一桩孔的成孔，解决了以往面对复杂地质情况，采用单一成孔方法，所带来的工期缓慢、成孔质量不佳等难题。

本发明含漂卵石层的砂砾岩层桩基成孔施工工法，其特征在于，当冲击钻钻进成孔的进速度降低超过40％，且同时结合地质勘查报告进行判定，更换使用旋挖钻钻进成孔；具体按照以下步骤施工：

A.埋设护筒，具体包括：

A1.护筒采用钢板卷制成型；

A2.按桩位中心放样、挖坑、放入钢护筒；

A3.护筒埋设；

B.泥浆制备，具体包括：

B1.现场设泥浆池，泥浆池包括回浆用沉淀池及泥浆储备池；

B2.护壁泥浆再生处理，采用重力沉降除渣法，泥浆在回浆用沉淀池经沉淀净化后，输送到泥浆储备池中；

C.冲击钻钻进成孔，具体包括：

C1.冲孔前向孔内注水，保证孔内水位不低于孔外水位，并投放优质粘土开孔造浆；

C2.冲孔过程中及时补充泥浆，保持孔内泥浆面高于地下水位以上，要求泥浆性能参数包括冲程1.0～1.5米、比重1.2～1.4、粘度18～30s；又包括：

C2.1.开孔造浆阶段；

C2.2.砾砂层冲进阶段；

C2.3.残积上层及全风化层冲进阶段；

C2.4.在微风化砾岩冲进阶段；

C3.冲孔深达到设计要求后，清孔，然后将锤头提出孔外；

D.旋挖钻钻进成孔，具体包括：

D1.旋挖钻机的设置及调整，先进行旋挖钻机的钻杆起立及调垂；

D2.根据地质情况控制进尺速度钻孔；

E.成孔检查；

F.清孔。

所述C1具体为：开钻时钻头中心与桩位中心的偏差不得大于2cm；在圆砾土等松散层开孔或钻进时，按1:1投入粘土和小片石(粒径不大于15cm)，用小冲程反复冲击，使泥膏、片石挤入孔壁；开孔时若遇砂及卵石类土等松散层钻进时，向孔内添加适量粒径不大于15cm的片石，顶部抛平，用0.5～1.0m的低冲程反复冲砸，使泥膏、片石挤入孔壁；一般细粒土层可采用浓泥浆、小冲程、高频率反复冲砸，使孔壁坚实不坍不漏；直至钻入护筒底部3米以下，再转入正常钻进，保证泥浆护壁效果；开孔前应检查钻头直径不小于桩径，底口应平齐，否则必须进行修补。

所述C2具体为：冲孔过程中及时补充泥浆保持孔内泥浆面高于地下水位1.0m以上。

所述C2.1具体为：泥浆性能参数包括冲程1.0～1.5米、比重1.2～1.25、粘度20～25s。

所述C2.2具体为：要求泥浆性能参数包括冲程1.0～1.5米、比重1.3～1.4、粘度25～30s。

所述C2.3具体为：要求泥浆性能参数包括冲程1.0～1.5米、比重1.20～1.25、粘度18～22s。

所述C2.4具体为：要求泥浆性能参数包括冲程0.5～1.0米、比重1.20～1.25、粘度18～22s。

所述C3具体为：使冲锤冲程保持0.5米不停在上下抽动冲锤，清孔不少于30min，同时加强捞泥浆沟，以利泥浆内的砂沉淀及清除孔底沉渣。

所述D2具体为：钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:钻斗的升降速度宜控制在0.75～0.80m/s；

由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；

当软地层变为硬地层时，要减速慢进；

在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；

对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率，砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和黏度。

本发明的有益效果：

本发明的有益效果：

1.经济效应：根据定额计价，同样的地质和桩径条件下，旋挖钻机成孔成本较冲孔钻机成本低，特别该项目桥梁桩基工程量较大，节约了大量的经济成本。

2.质量效应：采用此工法组合两种成孔方式成孔，充分发挥了冲击成孔和旋挖成孔的优点，采用冲击钻机有效降低了表层漂卵石层成孔时偏孔、斜孔的发生率，深层采用旋挖钻机有效降低了扩孔率，桩基成孔质量更优。

3.时间效应：采用两种桩基成孔方法组合，旋挖钻机的高效快速施工很大程度缩减了桩基施工周期，节约了时间成本。

4.综合效应：本施工工法的应用，开拓了施工过程中解决问题分析问题的思路，具有很强的借鉴意义，可参照类似施工原理，面对不同的施工条件，针对同一工序，根据施工方法的优缺点采用不同的施工方法综合施工。

附图说明

图1为本发明的施工工法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的施工工法的具体实施方式进行详细说明。

本发明技术方案具体为：

1.埋设护筒，具体包括：

1)护筒采用钢板卷制成型；

2)按桩位中心放样、挖坑、放入钢护筒；

3)护筒埋设；

2.泥浆制备，具体包括：

1)现场设泥浆池，包括回浆用沉淀池及泥浆储备池；

2)护壁泥浆再生处理，采用重力沉降除渣法，泥浆在回浆用沉淀池经沉淀净化后，输送到泥浆储备池中；

3.冲击钻钻进成孔，具体包括：

1)冲孔前向孔内注水，保证孔内水位不低于孔外水位，并投放优质粘土开孔造浆；

2)冲孔过程中及时补充泥浆，保持孔内泥浆面高于地下水位1.0m以上，又包括：

(1)开孔造浆阶段：

(2)砾砂层冲进阶段；

(3)残积上层及全风化层冲进阶段；

(4)在微风化砾岩冲进阶段；

3)冲孔深达到设计要求后，清孔，然后将锤头提提出孔外；

4.旋挖钻钻进成孔，具体包括：

1)旋挖钻机的设置及调整，先进行旋挖钻机的钻杆起立及调垂；

2)根据地质情况控制进尺速度钻孔；

5.成孔检查：

6.清孔。

本发明的施工工法包含以下步骤：

1.埋设护筒

1)护筒采用10mm钢板卷制成型，其内径比设计桩径大0.2—0.4m，上下口外围加焊加劲环。

2)按桩位中心放样，并用石灰划出圆的弧线，再人工挖坑或挖掘机挖坑，放入钢护筒，按测设的十字桩拉线，使护筒中心点与测量标定的桩位中心点重合，同时用线锤校正护筒的垂直度和水平位置，顶面位置偏差不大于5cm，倾斜度不大于1％。应高出施工地面约0.3m，护筒上部焊接吊耳且开出水口，使泥浆顺利流入泥浆池中。

3)护筒埋设采用先开挖基坑再埋设护筒，在护筒底部及四周回填优质粘土，并分层夯实，且护筒上不允许承受外力，以免造成孔口的坍塌。

4)护筒埋设好以后，应利用线锤和木尺，按十字方向(或按路线正横方向)测出护筒边缘到桩位中心的距离，并作好施工原始记录，最好用全站仪测出护筒中心到桩位偏差，并在护筒口按十字方向画上四个标记以便操作人员利用十字交叉法查出桩的中心位置。

2.泥浆制备

1)现场设泥浆池(含回浆用沉淀池及泥浆储备池)一般为钻孔容积的1.5～2.0倍，要有较好的防渗能力。在沉淀池的旁边设置渣土区，沉渣采用反铲清理后放在渣土区，保证泥浆的巡回空间和存储空间。

2)护壁泥浆再生处理：施工中采用重力沉降除渣法，即利用泥浆与土渣的相对密度差使土渣产生沉淀以排除土渣的方法。现场设置回收泥浆池用作回收护壁泥浆使用，泥浆经沉淀净化后，输送到储浆池中，在储浆池中进一步处理(加入适量纯碱和CMC改善泥浆性能)经测试合格后重复使用。

3.冲击钻钻进成孔

1)开孔前向孔内注水，保证孔内水位不低于孔外水位，并投放优质粘土开孔造浆。开钻时钻头中心与桩位中心的偏差不得大于2cm。在圆砾土等松散层开孔或钻进时，可按1:1投入粘土和小片石(粒径不大于15cm)，用小冲程反复冲击，使泥膏、片石挤入孔壁。开孔时若遇砂及卵石类土等松散层钻进时，可向孔内添加适量粒径不大于15cm的片石，顶部抛平，用0.5-1.0m的低冲程反复冲砸，使泥膏、片石挤入孔壁；一般细粒土层可采用浓泥浆、小冲程、高频率反复冲砸，使孔壁坚实不坍不漏；直至钻入护筒底部3米以下，再转入正常钻进，保证泥浆护壁效果。开孔前应检查钻头直径不小于桩径，底口应平齐，否则必须进行修补。

2)冲孔过程中及时补充泥浆保持孔内泥浆面高于地下水位1.0m以上。硬塑粘土和强风化层中，为保证垂直度也不宜过大。若发生斜孔、弯孔、缩孔、塌孔或沿护筒周围冒浆以及地面沉陷等情况，应停止冲进，采取措施。包括下面6种情况：

(1)开孔阶段(回填土段冲进)：重点为造浆，由于此段较松散，宜同填粘土挤密压实及造浆。泥浆性能参数(冲程1.0～1.5米；比重：1.2～1.25；粘度20～25s)；

(2)砾砂层冲进：在砾砂层冲进要密切注意泥浆性能的变化，要求泥浆比重比较大这样才能冲上砾砂，泥浆性能参数(冲程1.0～1.5米；比重：1.3～1.4；粘度25～30s)；

(3)残积上层及全风化层冲进：冲进过程中认真观察进尺和排渣情况，根据地层和冲进情况随时调整冲进参数。泥浆性能参数(冲程1.0～1.5米；比重：1.20～1.25；粘度18～22s)；

(4)在微风化砾岩冲进：在地层变层部位及软硬不均地段须特别注意冲进参数的选择，杜绝盲目冲进，造成斜孔。进入微风化层后要求每0.5米取样一次确保岩样新鲜。泥浆性能参数(冲程0.5～1.0米；比重：1.20～1.25；粘度18～22s)；

(5)无论冲进何种地层，保持孔底清洁是安全成孔的关键。由于在冲进中泥浆含砂量高，故在冲进中应特别注意勤捞泥浆沟，控制含砂率；

(6)施工中经常检测泥浆比重，若发生泥浆质量因土质而达不到要求时，应用膨润优质粘土制备泥浆，注入孔内。

3)冲进孔深达到设计要求后，使冲锤冲程保持0.5米不停在上下抽动冲锤，清孔不少于30min，同时加强捞泥浆沟，以利泥浆内的砂沉淀及清除孔底沉渣。然后将锤头提出孔外。

4.旋挖钻钻进成孔

当冲击钻进速度明显降低，降低超过40％，且同时结合地质勘查报告进行判定，及时更换使用旋挖钻机。

1)旋挖钻机的设置及调整

施钻时，将钥匙开关打到电源档，旋挖钻机的显示器显示旋挖钻机标记画面，按任意键进入工作画面。先进行旋挖钻机的钻杆起立及调垂，即首先将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，旋挖钻机的显示器显示钻杆工作画面。从钻杆工作画面中可实时观察到钻杆的X轴、Y轴方向的偏移。操作旋挖钻机的电气手柄将钻杆从运输状态位置起升到工作状态位置，在此过程中，旋挖钻机的控制器通过采集电气手柄及倾角传感器信号，通过数学运算，输出信号驱动液压油缸的比例阀实现闭环起立控制。实现钻杆平稳同步起立。同时采集限位开关信号，对起立过程中钻杆左右倾斜角度进行保护。

2)在钻孔作业之前需要对钻杆进行调垂。调垂可分为手动调垂、自动调垂两种方式。在钻杆相对零位±5°范围内才可通过显示器上的自动调垂按钮进行自动调垂作业；而钻杆超出相对零位±5°范围时，只能通过显示器上的电动按钮或操作箱上的电气手柄进行手动调垂工作。在调垂过程中，操作人员可通过显示器的钻杆工作界面实时监测桅杆的位置状态，使钻杆最终达到作业成孔的设定位置。

3)钻孔时先将钻斗着地，通过显示器上的清零按钮进行清零操作，记录钻机钻头的原始位置，此时，显示器显示钻孔的当前位置的条形柱和数字，操作人员可通过显示器监测钻孔的实际工作位置、每次进尺位置及孔深位置，从而操作钻孔作业。在作业过程中，操作人员可通过主界面的三个虚拟仪表的显示——动力头压力、加压压力、主卷压力，实时监测液压系统的工作状态。开孔时，以钻斗自重并加压作为钻进动力，一次进尺短条形柱显示当前钻头的钻孔深度，长条形柱动态显示钻头的运动位置，孔深的数字显示此孔的总深度。当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，操作回转操作手柄使机器转到原地面上，用装载机将钻渣装入运渣车运至场外废除，以免造成水土流失或农田污染。完毕后，通过操作显示器上的自动回位对正按钮机器自动回到钻孔作业位置，或通过手动操作回转操作手柄使机器手动回到钻孔作业位置。施工过程中通过钻机本身的三向垂直控制系统反复检查成孔的垂直度，确保成孔质量。

4)钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:钻斗的升降速度宜控制在0.75～0.80m/s；由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率，砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和黏度。

5.成孔检查，包括：

成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、孔壁垂直度、沉淀厚度等进行检查。检测标准：1)孔深、孔径不小于设计规定；2)钻孔倾斜度误差小于1％；3)沉渣厚度与符合设计规定：4)沉渣厚度≤100mm。

6.清孔

当钻至设计深度并经成孔检查合格后，开始清孔。清孔时主要检查泥浆指标与沉渣厚度。清孔原则是采取二次清孔法，即成孔检查合格后立即进行第一次清孔，并清除护筒上的泥皮；钢筋笼下好浇注混凝土前，再次检查沉淀层厚度，若超过规定值，必须进行二次清孔，二次清孔后立即灌注混凝土。

本发明的施工工法在XX高速XX段(四分部)南昏河大桥、青木里大桥、下夺河大桥等进行施工，全部桩基均已施工完成，成桩后采超声波全数检测，同时还选取了部分桩进行静载试验，均符合设计和验收规范要求。经实际测算，有益效果包括：

1.经济效应：根据定额计价，同样的地质和桩径条件下，旋挖钻机成孔成本较冲孔钻机成本低，特别该项目桥梁桩基工程量较大，节约了大量的经济成本。下面以1.5米直径的桩径进行对比：

成孔方法经济效益对比表

注：该项目表层含漂卵石层砂砾岩层平均厚约6米。

2.时间效应：采用两种桩基成孔方法组合，旋挖钻机的高效快速施工很大程度缩减了桩基施工周期，节约了大量时间成本。

时间效益对比表

经济、时间效益对比表

注：①冲击成孔②旋挖成孔③冲击+旋挖成孔。

南昏河大桥桩基总计132棵，总长度约4140m，采用两种方法结合施工，虽然费用增加了：4140*9.01＝37301.4元，根据项目进度要求及人员机械合理配置原则，本项目采用2台旋挖桩机加四台冲孔桩机施工完本桥全部桩机用时约180天，若单独采用冲击成孔法成孔，共计进场10台冲孔桩机，约需220天，若单独采用旋挖成孔法，共计进场2台旋挖桩机，约需264天时间，再考虑机械进出场费，钢筋加工及桩基混凝土浇筑等相关工序的相关配合，采用两种方法结合施工经济效益最优，且随着桩基工程量的增加，其综合效益更加明显。

3.质量效应：采用此工法组合两种成孔方式成孔，充分发挥了冲击成孔和旋挖成孔的优点，采用冲击钻机有效降低了表层漂卵石层成孔时偏孔、斜孔的发生率，深层采用旋挖钻机有效降低了扩孔率，桩基成孔质量更优。

4.综合效应：综合效应：本工法的应用，开拓了今后施工过程中解决问题分析问题的思路，具有很强的借鉴意义，可参照类似施工原理，面对不同的施工条件，针对同一工序，根据施工方法的优缺点采用不同的施工方法综合施工。

Claims (9)

1.一种含漂卵石层的砂砾岩层桩基成孔施工工法，其特征在于，当冲击钻钻进成孔的进速度降低超过40％，且同时结合地质勘查报告进行判定，更换使用旋挖钻钻进成孔；具体按照以下步骤施工：

A.埋设护筒，具体包括：

A1.护筒采用钢板卷制成型；

A2.按桩位中心放样、挖坑、放入钢护筒；

A3.护筒埋设；

B.泥浆制备，具体包括：

B1.现场设泥浆池，泥浆池包括回浆用沉淀池及泥浆储备池；

B2.护壁泥浆再生处理，采用重力沉降除渣法，泥浆在回浆用沉淀池经沉淀净化后，输送到泥浆储备池中；

C.冲击钻钻进成孔，具体包括：

C1.冲孔前向孔内注水，保证孔内水位不低于孔外水位，并投放优质粘土开孔造浆；

C2.冲孔过程中及时补充泥浆，保持孔内泥浆面高于地下水位以上，要求泥浆性能参数包括冲程1.0～1.5米、比重1.2～1.4、粘度18～30s；又包括：

C2.1.开孔造浆阶段；

C2.2.砾砂层冲进阶段；

C2.3.残积上层及全风化层冲进阶段；

C2.4.在微风化砾岩冲进阶段；

C3.冲孔深达到设计要求后，清孔，然后将锤头提出孔外；

D.旋挖钻钻进成孔，具体包括：

D1.旋挖钻机的设置及调整，先进行旋挖钻机的钻杆起立及调垂；

D2.根据地质情况控制进尺速度钻孔；

E.成孔检查；

F.清孔。

2.根据权利要求1所述的桩基成孔施工工法，其特征在于，所述C1具体为：开钻时钻头中心与桩位中心的偏差不得大于2cm；在圆砾土等松散层开孔或钻进时，按1:1投入粘土和小片石(粒径不大于15cm)，用小冲程反复冲击，使泥膏、片石挤入孔壁；开孔时若遇砂及卵石类土等松散层钻进时，向孔内添加适量粒径不大于15cm的片石，顶部抛平，用0.5～1.0m的低冲程反复冲砸，使泥膏、片石挤入孔壁；一般细粒土层可采用浓泥浆、小冲程、高频率反复冲砸，使孔壁坚实不坍不漏；直至钻入护筒底部3米以下，再转入正常钻进，保证泥浆护壁效果；开孔前应检查钻头直径不小于桩径，底口应平齐，否则必须进行修补。

3.根据权利要求1所述的桩基成孔施工工法，其特征在于，所述C2具体为：冲孔过程中及时补充泥浆保持孔内泥浆面高于地下水位1.0m以上。

4.根据权利要求1所述的桩基成孔施工工法，其特征在于，所述C2.1具体为：泥浆性能参数包括冲程1.0～1.5米、比重1.2～1.25、粘度20～25s。

5.根据权利要求1所述的桩基成孔施工工法，其特征在于，所述C2.2具体为：要求泥浆性能参数包括冲程1.0～1.5米、比重1.3～1.4、粘度25～30s。

6.根据权利要求1所述的桩基成孔施工工法，其特征在于，所述C2.3具体为：要求泥浆性能参数包括冲程1.0～1.5米、比重1.20～1.25、粘度18～22s。

7.根据权利要求1所述的桩基成孔施工工法，其特征在于，所述C2.4具体为：要求泥浆性能参数包括冲程0.5～1.0米、比重1.20～1.25、粘度18～22s。

8.根据权利要求1所述的桩基成孔施工工法，其特征在于，所述C3具体为：使冲锤冲程保持0.5米不停在上下抽动冲锤，清孔不少于30min，同时加强捞泥浆沟，以利泥浆内的砂沉淀及清除孔底沉渣。

9.根据权利要求1～8所述的任一种桩基成孔施工工法，其特征在于，所述D2具体为：

钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度:钻斗的升降速度宜控制在0.75～0.80m/s；

由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；

当软地层变为硬地层时，要减速慢进；

在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；

对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率，砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和黏度。