CN109915021A - 一种水上桩基施工钻孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水上桩基施工钻孔方法,通过场地准备、安装钻机、钢护筒加工施打、泥浆的制备及循环净化、钻孔施工、成孔检查、第一次清孔等步骤来实现钻孔施工。本发明能有效克服施工场地狭小的问题，具有机具设备投入少、施工效率高，造价低等优点。

Description

一种水上桩基施工钻孔方法

技术领域

本发明涉及一种水上桩基施工钻孔方法，属于建桥施工领域。

背景技术

随着经济建设的快速发展，跨越江、河的桥梁近年来修建的越来越多。桩基施工前，须做好泥浆池、沉渣池等设施，保证正常施工。水上桩基施工钻孔施工中，浆池常规做法，配备泥浆船，作为泥浆池、沉渣池等设施，保证桩基施工。

发明内容

一种水上桩基施工钻孔方法,本方法施工前水上施工平台已搭建完成，它包括如下步骤：

①场地准备

储备泥浆用钢护筒内存储泥浆，且使其高出施工水位至少0.5m，防止钻孔过程中由于孔内压力小于孔外压力而导致坍孔；

②安装钻机

冲击钻机：钻机起落钢丝绳中心应对准桩中心；钻机定位后，底座必须平整，稳固，确保在钻进中不发生倾斜和位移，保证钻进中钻具的平稳及钻孔质量；

③施工孔位钢护筒加工、施打

钢护筒采用20mm的钢板制作，每节长200cm；护筒内径大于钻孔直径40cm；

钢护筒采用EP200型振动锤进行施打，施打过程中，利用定位架对其进行定位，护筒施打完成后，同一墩台半幅内护筒，通过在各桩基护筒间设置连接钢管，使泥浆在各条管道内循环利用；

④泥浆的制备及循环净化

泥浆各项指标如下：相对密度：1.03～1.1、粘度：18～22 s、含砂率：＜2％、PH值：8～10、胶体率：＞98％、失水率：14～20 ml/30min；

施工中钻渣通过泥浆置换出来，沉渣箱采用10mm厚钢板焊接而成，孔口加设振动过滤筛网，然后使处理后的泥浆经泥浆池净化后返回钻进的孔内，形成连续循环；

⑤钻孔施工

冲击钻机钻孔

开钻时先在孔内投入粘土，用冲击锥以小冲程反复冲击造浆；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；待钻进深度超过钻头全高加冲程后，方可进行正常冲击；在开孔阶段4～5m，为使钻渣挤入孔壁，减少掏渣次数，正常钻进后应及时排渣，确保有效冲击孔底。

⑥成孔检查

钻孔灌注桩在成孔过程中及终孔后以及灌注混凝土前，均需对钻孔进行阶段性的成孔质量检查；

A.孔径检测

孔径检测是在桩孔成孔后，下放钢筋笼前进行的，是根据桩径制做笼式检孔器入孔检测，其外径等于钢筋笼直径加100 毫米，但不得大于钻孔的设计孔径，长度等于孔径的3～4倍（旋转钻成孔）或4～6倍（冲击钻成孔）；检测时，将探孔器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径符合要求。

B.孔深和孔底沉渣检测

孔深和孔底沉渣采用标准锤检测；

C.成孔竖直度检测

旋转钻采用钻杆测斜法，冲击钻采用井径检测仪；

D.终孔原则

a施工地质验证与勘查资料基本一致，采用设计值终孔；

b施工地质验证与勘察资料不符，则根据桩底是否漏浆、冲锤进尺快慢及岩样是否新鲜、坚硬等情况进行综合分析判断，必要时加补钻孔，重新确定终孔位置；

c对于已查清设计桩底标高以下存在岩溶的桩基，保证桩基持力层下溶洞顶板厚度不小于3倍桩径，否则应采取桩基穿越该溶洞的处理措施；

d桩基钻至设计标高后，采用简易钻探等手段进一步查明桩基以下5m范围内是否存在隐伏溶洞，当与设计地质条件不符时，及时上报，以确定相应的处理措施。终孔后及时报现场监理工程师检验；

⑦第一次清孔

清孔处理的目的是使孔底沉渣厚度、泥浆液中含钻渣量和孔壁垢厚度符合规范和设计要求，为水下混凝土灌注创造良好的条件；当钻孔达到设计高程后，经对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查确认钻孔合格后，即可进行第一次清孔；

采用换浆法清孔，直至孔内泥浆指标满足要求。

进一步，骤④中，泥浆的循环净化装置，包括泥浆泵、振动过滤筛、沉渣箱；

所述的振动过滤筛架设在施工孔位钢护筒泥浆出口处，其一端的钻渣出料口架设在沉渣箱上，另一端的泥浆出口架调在泥浆过渡箱上，所述的泥浆过渡箱通过管道与储备泥浆用钢护筒连通；所述的储备泥浆用钢护筒通过泥浆泵、管道的连接与施工孔位钢护筒连通；所述的沉渣箱放置在施工平台上。

本发明能有效克服施工场地狭小的问题，具有机具设备投入少、施工效率高，造价低等优点。本发明能很大程度减少水中桩基施工时，平台搭建的投入，且分离效果明显。采用本发明，不需要设置较大的泥浆池、沉渣池，减少平台搭建材料的投入；根据施工动态，及时进行过程中钻渣外运，投入人力、物力成本少；设备构造简单，场地占用少，经济、实用。

在河南济源至洛阳西高速公路项目黄河特大桥桩基施工中，我们采用钢护筒串联作为泥浆循环通道；在出浆口加设振动式泥浆、钻渣分离设备来过滤钻渣；钻渣收集箱每天定时清理，确保施工正常开展。

具体实施方式

以位于济源、洛阳孟津境内的黄河特大桥水中桩基施工为实施例，其中的2~8#墩位处桩基位于黄河主河道。

施工准备

1.编制好施工方案、技术准备工作，做好技术、安全交底工作。

2.施工区域内供水、供电、临时设施满足施工要求。

3.施工前复核图纸，确定桩基的尺寸、标高。

施工技术方案

①场地准备

护筒内存储泥浆使其高出施工水位至少0.5m，防止钻孔过程中由于孔内压力小于孔外压力而导致坍孔。

②安装钻机

冲击钻机：钻机起落钢丝绳中心应对准桩中心。钻机定位后，底座必须平整，稳固，确保在钻进中不发生倾斜和位移，保证钻进中钻具的平稳及钻孔质量。

钻孔场地的平面尺寸应按桩基设计的平面尺寸、钻机数量和钻机底座平面尺寸、钻机移位要求、施工方法以及其它配合施工机具设施布置等情况决定。场地的大小要能满足钻机的放置、吊机站位及混凝土搅拌车运输等协调工作的要求。

③钢护筒加工、施打

钢护筒采用20mm的钢板制作，每节长200cm。护筒内径大于钻孔直径40cm。

钢护筒采用EP200型振动锤进行施打。施打过程中，利用定位架对其进行定位。护筒施打完成后，同一墩台半幅内护筒，通过在各桩基护筒间设置连接钢管，使泥浆在各条管道内循环利用。

④泥浆的制备及循环净化

根据现场实际情况，拟采用优质泥浆。各项指标如下：相对密度：1.03～1.1、粘度(s)：18～22、含砂率(％)：＜2、PH值：8～10、胶体率(％)：＞98、失水率(ml/30min)：14～20。

泥浆的循环净化装置，包括泥浆泵、振动过滤筛、沉渣箱；振动过滤筛架设在施工孔位钢护筒泥浆出口处，其一端的钻渣出料口架设在沉渣箱上，另一端的泥浆出口架调在泥浆过渡箱上，泥浆过渡箱通过管道与储备泥浆用钢护筒连通；储备泥浆用钢护筒通过泥浆泵、管道的连接与施工孔位钢护筒连通；所述的沉渣箱放置在施工平台上。

施工中钻渣通过泥浆置换出来，沉渣箱采用10mm厚钢板焊接而成。含有钻渣的泥浆从施工孔位钢护筒出来后，经振动过滤筛振动筛选，使得钻渣更快的分离落入到沉渣箱里，过滤后的泥浆流入泥浆过渡箱，泥浆过渡箱中暂存的泥浆通过出浆口及与出浆口连接的管道流入储备泥浆用钢护筒。通过泥浆泵，再将储备泥浆用钢护筒中的泥浆抽送到施工孔位钢护筒中，重复置换，形成连续循环。钻孔弃渣使用运输车辆运至指定地方，不得任意堆砌在施工场地内或向河流排放，以避免污染环境。

⑤钻孔施工

冲击钻机钻孔

开钻时先在孔内投入粘土，用冲击锥以小冲程反复冲击造浆。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。待钻进深度超过钻头全高加冲程后，方可进行正常冲击。在开孔阶段4～5m，为使钻渣挤入孔壁，减少掏渣次数，正常钻进后应及时排渣，确保有效冲击孔底。

在钻进过程中，应注意地层变化，对不同的土层，采用不同的钻进速度。

冲程应根据土层情况分别规定：一般在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中采用大冲程；在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中时采用中冲程，冲程过大，对孔底振动大，易引起坍孔；在通过高液限粘土，含砂低液限粘土时，采用中冲程；在易坍塌或流砂地段用小冲程，并应提高泥浆的粘度和相对密度。

在通过漂石或岩层，如表面不平整，应先投入粘土 、小片石、卵石，将表面垫平，再用钻头进行冲击钻进，防止发生斜孔、坍孔事故；如岩层强度不均，易发生偏孔，亦可采用上述方法回填重钻；必要时投入水泥护壁或加长护筒埋深。

在砂及卵石类土等松散层钻进时，可按1:1 投入粘土和小片石(粒径不大于15cm)，用冲击锥以小冲程反复冲击，使泥膏、片石挤入孔壁。必要时须重复回填反复冲击2～3次。若遇有流砂现象时，宜加大粘土减少片石比例，力求孔壁坚实。

当通过含砂低液限粘土等粘质土层时，因土层本身可造浆，应降低输入的泥浆稠度，并采用0.5m 的小冲程，防止卡钻、埋钻。

要注意均匀地松放钢丝绳的长度。一般在松软土层每次可松绳5cm～8cm，在密实坚硬土层每次可松绳3～5cm，应注意防止松绳过少，形成“打空锤”，使钻机、钻架及钢丝绳受到过大的意外荷载，遭受损坏，松绳过多，则会减少冲程，降低钻进速度，严重时使钢丝绳纠缠发生事故。

为正确提升钻头的冲程，应在钢丝绳上做好长度标志。

钻孔施工中，一般在密实坚硬土层每小时纯钻进尺小于5cm～10cm，松软地层每小时纯钻进尺小于15cm～30cm时，应进行取渣。或每进尺0.5m～1.0m时取渣一次，每次取4～5筒，或取至泥浆内含渣显著减少，无粗颗粒，相对密度恢复正常为止。取渣后应及时向孔内添加泥浆或清水以维护水头高度，投放粘土自行造浆的，一次不可投入过多，以免粘锤、卡锤。

每钻进1m掏渣时，均要检查并保存土层渣样，记录土层变化情况，遇地质情况与设计发生差异及时报请设计及监理单位，研究处理措施后继续施工。

钻孔作业应连续进行，因故停钻时，必须将钻头提离孔底5m以上以防止坍孔埋钻。在取渣后或因其他原因停钻后再次开钻，应由低冲程逐渐加大到正常冲程以免卡钻。

整个钻进过程中，应始终保持孔内水位高出地下水位（或施工水位）至少0.5m，并低于护筒顶面0.3m 以防溢出。

⑥成孔检查

钻孔灌注桩在成孔过程中及终孔后以及灌注混凝土前，均需对钻孔进行阶段性的成孔质量检查。

A.孔径检测

孔径检测是在桩孔成孔后，下放钢筋笼前进行的，是根据桩径制做笼式检孔器入孔检测，其外径等于钢筋笼直径加100 毫米，但不得大于钻孔的设计孔径，长度等于孔径的3～4倍（旋转钻成孔）或4～6倍（冲击钻成孔）。检测时，将探孔器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径符合要求。

B.孔深和孔底沉渣检测

孔深和孔底沉渣采用标准锤检测。测锤一般采用锥形锤，锤底直径13cm～15cm，高20～22cm，质量4kg～6kg。测绳必须经检校过的钢尺进行校核。

C.成孔竖直度检测

旋转钻采用钻杆测斜法，冲击钻采用井径检测仪。

D.终孔原则

a施工地质验证与勘查资料基本一致，采用设计值终孔。

b施工地质验证与勘察资料不符，则根据桩底是否漏浆、冲锤进尺快慢及岩样是否新鲜、坚硬等情况进行综合分析判断，必要时加补钻孔，重新确定终孔位置。

c对于已查清设计桩底标高以下存在岩溶的桩基，保证桩基持力层下溶洞顶板厚度不小于3倍桩径，否则应采取桩基穿越该溶洞的处理措施。

d桩基钻至设计标高后，采用简易钻探等手段进一步查明桩基以下5m范围内是否存在隐伏溶洞，当与设计地质条件不符时，及时上报，以确定相应的处理措施。终孔后及时报现场监理工程师检验。

⑦第一次清孔

清孔处理的目的是使孔底沉渣厚度、泥浆液中含钻渣量和孔壁垢厚度符合规范和设计要求，为水下混凝土灌注创造良好的条件。当钻孔达到设计高程后，经对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查确认钻孔合格后，即可进行第一次清孔。

采用换浆法清孔，直至孔内泥浆指标满足要求。

本实施例所采用的材料设备明细如下表6.1

表6.1 每个施工平台机械设备一览表

备注：履带吊、振动锤、汽车吊、出渣车各平台公用。

本实施例主要遵循以下国家、行业有关现行标准、规范要求。

《施工现场临时用电安全技术规范 》JGJ46-2005；

《建筑施工高处作业安全技术规程》GJ80-91。

本实施例环保措施应遵循以下国家、行业有关现行标准、规范要求：

《建筑施工现场环境与卫生标准》(JGJ146-2004)，

《建筑施工场界环境噪声排放标准》(GB12523-2011)，

对于施工废料，如铁丝、油料、绳索、电焊条等进行集中处置。

对人为的施工噪声应有降噪措施和管理制度，并进行严格控制，最大限度地减少噪声扰民。

噪音较大的机械设备，避免在夜间作业，非施工噪音应尽力避免，通过有效的管理和技术手段将噪音控制在最低程度。

施工中的生活和生产污水、废水集中处理，不得随意排放。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种水上桩基施工钻孔方法,其特征在于，本方法施工前水上施工平台已搭建完成，它包括如下步骤：

①场地准备

储备泥浆用钢护筒内存储泥浆，且使其高出施工水位至少0.5m，防止钻孔过程中由于孔内压力小于孔外压力而导致坍孔；

②安装钻机

冲击钻机：钻机起落钢丝绳中心应对准桩中心；钻机定位后，底座必须平整，稳固，确保在钻进中不发生倾斜和位移，保证钻进中钻具的平稳及钻孔质量；

③施工孔位钢护筒加工、施打

钢护筒采用20mm的钢板制作，每节长200cm；护筒内径大于钻孔直径40cm；

钢护筒采用EP200型振动锤进行施打，施打过程中，利用定位架对其进行定位，护筒施打完成后，同一墩台半幅内护筒，通过在各桩基护筒间设置连接钢管，使泥浆在各条管道内循环利用；

④泥浆的制备及循环净化

泥浆各项指标如下：相对密度：1.03～1.1、粘度：18～22 s、含砂率：＜2％、PH值：8～10、胶体率：＞98％、失水率：14～20 ml/30min；

施工中钻渣通过泥浆置换出来，沉渣箱采用10mm厚钢板焊接而成，孔口加设振动过滤筛网，然后使处理后的泥浆经泥浆池净化后返回钻进的孔内，形成连续循环；

⑤钻孔施工

冲击钻机钻孔

开钻时先在孔内投入粘土，用冲击锥以小冲程反复冲击造浆；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；待钻进深度超过钻头全高加冲程后，方可进行正常冲击；在开孔阶段4～5m，为使钻渣挤入孔壁，减少掏渣次数，正常钻进后应及时排渣，确保有效冲击孔底；

⑥成孔检查

钻孔灌注桩在成孔过程中及终孔后以及灌注混凝土前，均需对钻孔进行阶段性的成孔质量检查；

A.孔径检测

孔径检测是在桩孔成孔后，下放钢筋笼前进行的，是根据桩径制做笼式检孔器入孔检测，其外径等于钢筋笼直径加100 毫米，但不得大于钻孔的设计孔径，长度等于孔径的3～4倍（旋转钻成孔）或4～6倍（冲击钻成孔）；检测时，将探孔器吊起，孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放入孔内，上下通畅无阻表明孔径符合要求；

B.孔深和孔底沉渣检测

孔深和孔底沉渣采用标准锤检测；

C.成孔竖直度检测

旋转钻采用钻杆测斜法，冲击钻采用井径检测仪；

D.终孔原则

a施工地质验证与勘查资料基本一致，采用设计值终孔；

b施工地质验证与勘察资料不符，则根据桩底是否漏浆、冲锤进尺快慢及岩样是否新鲜、坚硬等情况进行综合分析判断，必要时加补钻孔，重新确定终孔位置；

c对于已查清设计桩底标高以下存在岩溶的桩基，保证桩基持力层下溶洞顶板厚度不小于3倍桩径，否则应采取桩基穿越该溶洞的处理措施；

d桩基钻至设计标高后，采用简易钻探等手段进一步查明桩基以下5m范围内是否存在隐伏溶洞，当与设计地质条件不符时，及时上报，以确定相应的处理措施；

终孔后及时报现场监理工程师检验；

⑦第一次清孔

清孔处理的目的是使孔底沉渣厚度、泥浆液中含钻渣量和孔壁垢厚度符合规范和设计要求，为水下混凝土灌注创造良好的条件；当钻孔达到设计高程后，经对孔径、孔深、孔位、竖直度进行检查确认钻孔合格后，即可进行第一次清孔；

采用换浆法清孔，直至孔内泥浆指标满足要求。

2.根据权利要求1所述的一种水上桩基施工钻孔方法,其特征在于，步骤④中，泥浆的循环净化净化装置，包括泥浆泵、振动过滤筛、沉渣箱；

所述的振动过滤筛架设在施工孔位钢护筒泥浆出口处，其一端的钻渣出料口架设在沉渣箱上，另一端的泥浆出口架调在泥浆过渡箱上，所述的泥浆过渡箱通过管道与储备泥浆用钢护筒连通；所述的储备泥浆用钢护筒通过泥浆泵、管道的连接与施工孔位钢护筒连通；所述的沉渣箱放置在施工平台上。