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| 中江高速西江特大桥Φ2.7m钻孔灌注桩施工工艺 |
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沈怿宁 廖雄滨
（广东冠粤路桥有限公司 广州 510000）
摘 要：钻孔灌注桩中优质泥浆应用及西江特大桥工程中的实际应用。
关键词：钻孔灌注桩；泥浆；成孔；灌注；
1 工程地质概况
西江特大桥主桥为70m+4×120m+70m预应力砼刚构一连续组合结构，全长620m，有5个主墩，2个过渡墩，其中主墩桩基为Φ2.5m~Φ2.7m的变截面桩，每墩8根，桩长都在60m~70m之间，过渡墩桩基为Φ1.6m等截面桩，桩长也在50m~60m之间，全桥桩基均为钻孔灌注桩。主桥桩基所处地层从上至下为：1、淤泥质粉砂，饱和、流塑状，层厚在7~12m；2、淤泥质亚粘土，饱和、流塑状，层厚在20~25m；3、卵石层，颗粒均匀性较差，粒径2~7cm，不稳定；4、强风化泥岩半岩半土状，稍硬，层厚10cm左右；5、弱风化泥岩，岩质软，岩石裂隙发育，岩石天然单轴极限抗压强度2.3~11Mpa，层厚3~10m；6、微风化泥岩，质软，岩石天然单轴极限抗压强度3.5~44.4Mpa。
2 泥浆循环系统
泥浆是由水、粘土、化学处理剂以及其他一定物质组成。泥浆是钻孔必不可少的，泥浆质量的好坏直接影响到成孔质量。主桥钻孔全部采用优质泥浆。
2.1 优质泥浆组成及作用机理。
2.1.1 泥浆配制
根据本桥特点在工地试验室进行泥浆试配，最终采用配合比是：
泥浆：1m3 水：1000kg 粘土：420kg 膨润土：60kg CMC：1.5kg NaOH：1.5kg
优质泥浆的特点是：降低失水，稀释，悬浮钻碴；泥皮薄，护壁稳定。
2.1.2 作用机理
优质泥浆中不同成分分别起着不同的作用。
（1）粘土中的细颗粒具有带电、吸附、水化膨胀分散以及絮凝等性能。
（2）膨润土具有相对密度低含砂量少，泥皮薄，稳定、固壁能力高，阻力小和造浆能力大。
（3）CMC（羧甲基纤维素），可增加泥浆粘性，使土层表面形线薄膜防护孔壁剥落并有降低失水量的作用。
（4）NaOH的主要作用是增加水化膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量。
2.2 泥浆指标
由于受场地限制没有设置太大的泥浆处理器，河水平均深度24m左右，护筒的长度基本都有35m，利用护筒造浆，首先将护筒内土层用钻机清除，距护筒底还有1~2m时，停止钻进并开始造浆，根据配合比向内投入足够数量的造浆材料。当泥浆指标达到下列数值时才能继续钻进。
泥浆性能指标 表1
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相对密度 |
粘度（pa·s） |
含砂率 （％） |
失水率（ml/30min） |
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1.2~1.25 |
19~22 |
≤4 |
≤20 |
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泥皮厚（mm/30min） |
酸碱度（PH） |
胶体率（％） |
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≤3 |
8~11 |
≥95 |
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2.2.1 循环系统
从孔底压出的泥浆进到一个直径2.5m，高1.5m的过滤器，在过滤器上部有一0.5mm的筛网，首先将泥浆中的粗砂以上的钻碴直接分离出来，泥浆在过滤器中沉淀部分钻碴，然后直接回到孔中，过滤器下部有一出口，定时将钻碴排出，由于整个循环系统较短而且过滤器的体积也不大，对泥浆中的粉砂不能及时清出，对于这个问题我们采用主动清理的办法，在过滤器中再放入一个泥浆泵，将容器中不能及时沉淀粉砂的泥浆抽出，并通过一个泥浆旋流除渣器，这个出砂器每4秒就可过滤1升的粉砂浆，其中粉砂含量达90％，所以在整个钻孔过程中含泥浆的砂率始终在2％以下，并且在终孔时达到1％以下。
钻机主要技术性能 表2
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项目 |
单位 |
技术参数 |
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钻孔直径 |
m |
≤3.0 |
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钻孔深度 |
m |
≤100 |
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转盘扭矩 |
KN·m |
≤95.0 |
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转盘转速 |
R/min |
6~35 |
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水头提升能力 |
KN |
≤600 |
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钻杆内径 |
mm |
241 |
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排碴方式 |
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气举反循环 |
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转盘电机功率 |
KN |
75 |
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钻机自重 |
T |
48（含配套） |
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卷扬机牵引力 |
KN |
75 |
3 钻孔
本桥桩基钻孔使用的是国产BRM-4B型钻机，每个承台有8根桩，投入2台钻机，采用气举反循环钻进。
3.1 钻孔方法
3.1.1 钻前准备
首先在护筒内用清水施钻，清碴至护筒脚1.0~2.0m位置停止钻进，提起钻头，向孔内补水和投入造浆材料，开动钻机旋转钻头进行造浆，检测泥浆指标达到表1中要求后开始钻进，由于在护筒内只能造出200m3左右的优质泥浆，在钻进过程泥浆损失，所以在钻进过程中不断定期检测泥浆指标，并且根据钻进深度不断补充造浆材料和水至始至终都使孔内泥浆达到表1中指标。
3.1.2 钻进过程
表3
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土层名称 |
土层特性 |
钻压T（min/max） |
转速
（转/分） |
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淤泥质粉砂 |
灰墨色、含蚝壳、流塑、粉砂 |
5/10 |
13 |
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淤泥质亚粘土 |
深灰色、偶夹粉细砂、饱和、流塑状 |
5/10 |
13 |
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卵石 |
灰黄、颗粒均匀性较差，卵径2~6cm，夹杂粉细砂，饱和，中密状 |
5/10 |
11 |
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强风化泥岩 |
褐红色，半岩半土状，遇水易成泥浆，岩心手可折断，稍硬 |
4/16 |
17 |
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弱风化泥岩 |
棕红色，裂隙发育，干硬 |
10/15 |
13 |
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微风化泥岩 |
深褐色，泥质胶流，断口锋利，岩蕊呈短柱状 |
15/20 |
11 |
由于地层复杂覆盖层较厚，根据BRM-4B钻机性能，在本桥桩基钻孔中采用了如下的钻压和钻进。
由于地质复杂，覆盖层厚，岩层岩质裂隙发育，硬度不均匀，采用减压钻进，钻杆上的钢丝绳有测力装置，可根据地层采用表3指标钻进，并且钻头配重，在普通地层配重3t，在岩层中配重为6t，有的还要大些，并且采用齿轮钻头。
3.1.3 空气系统
钻机配有20m3空压机，由于孔内水深超过空气反循环风包的吸程，为使空气反循环排碴功能正常发挥，在钻杆中增加一个风包，即上风室，上风室至下风室约在15~20m，吸深在50m以内时使用下风室，当吸深超过50m时使用上风室，利用钻杆外的风管一根通下风室，一根通上风室。拆装时要注意。
3.1.4 特殊情况的处理
主桥桩基主要的特殊情况最突出为漏浆，防止斜孔也是很重要的，我们是采用如下方法有效解决的。
（1）在钻进卵石层和岩层时经常出现漏浆现象，主要是因为岩石裂隙发育严重，或是卵石空隙较大的度数。而且情况还是很严重的。主要采取方法：
a、钻进时泥浆指标除按表1中要求外，相对密度要求在1.25以上，并且减压减速转钻，保持水头在1.5~2.0m之间，严格控制水头不能太高。
b、在泥浆中加入适量水泥和干锯末，充分搅拌后稳压一段时间。
通过以上手段，使卵石缝和岩石裂隙中的小缝隙都用泥浆填补上，并在孔壁上形成较好稳定的泥薄膜，保证成孔质量。
（2）由于泥岩强度低，并且裂隙发育，夹层多，经常出现半软半硬现象。主要采取方法是：在进入岩层前开始减压减速钻进，进入岩层后在齿轮钻头上加6t配重，有的时间还在距钻头10m左右地主的钻杆上加上定位器，增加钻杆的定向，不易偏离。
3.1.5 排碴、清孔
排碴方式有两种，一种是在沉淀器处，筒顶装有0.5mm的筛网，呈45°斜度，首先将粒径较大的钻碴及时排出，不随泥浆落入沉淀器内，而粗砂类钻碴基本沉入筒底，定时打开下端阀门排碴。而泥浆中的粉细砂也是钻孔和清孔的关键，在钻进过程中我们就不断地对泥浆进行过滤（主要指粉细碴），不断地将浇注池中的泥浆抽出并通过一个体积是有0.5×0.5m的锥型出砂器，出砂器能以1L/4秒的速度过滤掉泥浆中的粉细钻碴，至始至终都使泥浆中的含水率在2％以下，并且在终孔时含砂率在1％以下，多数达0.5％以下。所以在终孔后到灌注砼前孔内几乎没有沉淀。
4 灌注砼
主桥桩基莘根砼方量都在380~400m3之间，浇灌砼是桩基成败的最后一关。
4.1 搅拌设备
采用的水上搅拌设备是由2台1000L的强制式搅拌机，并配有全自动装置的电子计量系统。而岸上有2台1500L的强制式搅拌机，所以每次浇注砼都是用5~7个小时地完成整个浇注砼过程，保证了灌注过程的连续和迅速。
4.2 首灌控制
在清孔各项指标达到要求后开始灌注砼。为保证首次导管埋深和对孔底的彻底反浆，以及保证孔底的胶接好，首灌料的储料斗为13m3，并配有3m3，的漏斗，所以在拨塞后导管一般埋深都在1.8~2m。
5 总结
西江桥全桥已完成并检测合格的桩基185根，其中I类桩78％，II类桩22％，主桥桩基56根，其中I类桩86％，II类桩14％，在下部施工中取得了良好的效果。
取得如此成绩只能用以下几点概括：
1、严格的施工组织。
2、完善的质检体系。
3、精良的机械设备。
4、强有力的后勤保障。
参考文献
1、公路桥涵施工技术规范，JTJ041-2000。
2、公路施工手册《桥涵》，人民交通出版社。
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