1、2.5m直徑鉆孔灌注樁施工技術中鐵十三局一公司 韓光明 接要：本文詳細介紹了2.5m直徑鉆孔灌注樁成孔及灌注技術，成功克服了小鉆機鉆大孔徑樁、復雜地質情況下泥漿護壁及礫石、鐵板砂層成孔和泥漿無公害處理等施工技術難題，為類似施工提供借鑒之處。 關鍵詞：2.5m直徑 鉆孔灌注樁 鉆機改造 成孔灌注技術1.工程概況哈雙高速公路B2合同段的黎明站分離立交橋，位于哈爾濱市動力區朝陽鄉東升村，跨越拉濱鐵路黎明車站。橋梁孔跨組合為：左幅2×40m+12×50m;右幅為2×40m+2×50m+3×40m+2×50m+2×40m+5×

2、;50m。全橋共計54根鉆孔灌注樁，樁基設計要求：直徑2.5米,最大樁長32米,樁底位于中粗砂地層中,通長鋼筋籠,孔底沉渣小于60cm。但實際地質與設計不符，部分樁底位于礫石層中或鐵板砂（軟巖）層中。2.鉆孔灌注樁成孔及灌注施工2.1地層簡述 一層：0-0.5m 人工填土。 二層: 0.5-4.5m 亞粘土,黃色,濕硬型狀態。三層: 4.5-12.0m亞粘土,灰色,濕,可塑狀態。四層: 12.0-16.5m亞粘土,灰色,濕,可塑狀態,含云母。五層: 16.5-17.3m 亞粘土,灰色,稍濕,硬塑。六層: 17.3-19.0m 亞粘土,黃色-灰色,稍濕,硬塑-堅硬,含氧化鐵,下部夾薄細砂層。 七

3、層:19.0-29.9m中砂,灰色,稍濕,密實-極密狀態,成分主要為石英、長石及云母，含礫約10-15%，磨圓較好，分選性較好。本層較為致密，具膠結（俗稱鐵板砂）。2.2.施工主要難點(1)小鉆機進行大直徑鉆孔樁施工(2)超厚粉細砂及中粗砂層的泥漿護壁(3)旋轉鉆機穿越礫石，鐵板砂層(4)化學泥漿無公害處理 由上可見，該樁基工程所面對的技術問題是范圍廣、難度高，為了解決這些問題，施工中從理論到實踐首次采取了一些施工方法來解決這些問題。2.3鉆機改造技術2.3.1.電機改造 本工程使用的設備都為國產鉆孔設備，一種為連云港生產的GM20型鉆機，一種為GPS15型鉆機，從型號可以看出此兩種型號的鉆機

4、，均需要改進，并輔以相應的施工工藝才能進行2.5M鉆孔樁施工。改造鉆機的原理為減少電機轉速，增加扭距，以適應大直徑鉆孔樁施工需要。從結果看并不比國外設備或國產大功率鉆孔設備差,使用的主要鉆孔設備見表1主要鉆孔設備 表1序號名 稱型號數量1鉆 機GM-2012鉆 機GPS-1523鉆 頭LY-162.3.2加工特制鉆頭 加工錐形刮刀鉆頭4個,適用于亞粘土或人工填土以及砂層，加工一個楔齒滾刀鉆頭1個適用于卵石、礫石，加工一個球齒滾刀鉆頭1個，適用于巖石（鐵板砂）層。2.4鉆機鉆孔技術 本鉆孔樁工程采用反循環排渣鉆進，泥漿池與鉆孔樁位相連，循環送漿。2.4.1穿過礫石、卵石層鉆進技術(1)選用楔齒滾

5、刀鉆頭；(2)調節鉆頭吸渣口的位置、高度及直徑；(3)增大鉆壓，控制鉆進速度；(4)增大排渣速度。2.4.2入巖鉆進技術(1)采用球齒滾刀鉆頭；(2)球齒滾刀布置要合理，避免重復破石率；(3)在鉆機的工作能力下，盡可能加大有效鉆壓，宜控制在90%-95%左右，作用于鉆頭上的壓力不少于400KN；(4)保持1.0m/s的線速度,就是說鉆頭轉速為6r/min最理想；(5)采用少吃多餐的鉆進技術,保持80mm/h左右的進尺速度；(6)增加泥漿流量,將巖石碎塊及時排出孔外。2.4.3保證鉆孔垂直度的方法 本橋部分鉆孔樁19m以下的土層中的砂礫層密實一極密狀態，成分主要為石英、長石及云母，含礫約10-1

6、5%，磨賀圓較好，分選性好，本層較為致密具膠結（俗稱鐵板砂），類似軟巖性質且厚度不均一，造成鉆孔時軟硬不一，易使鉆頭向軟弱的砂礫層方向頃斜，造成孔斜，給后續的鉆進造成很大困難，且不能滿足要求，施工中采取措施如下：(1)大配重，減壓鉆進，控制進尺速度(2)在鉆頭上方及鉆桿中間分別安裝穩定器2.5泥漿系統的管理技術 本地區處于哈爾濱市郊區，橋位處為農田，馬家溝河從9#墩及10#墩之間穿過，流向市區，對環保要求高。同時由于地層中的粉細砂層較厚，對泥漿性能要求高，施工中以化學泥將護壁為主，采用泵送泥漿至樁位的循環系統來滿足施工及環保要求。2.5.1泥漿的配制 先用膨潤土+食用堿+CMC+水的配方所組成

7、的化學泥漿.根據不同的地層,現場測試出相應的化學泥漿的配合比,按照不同的配合比在泥漿池中配制對應于不同的地層的泥漿。 根據施工經驗,常用的泥漿配合比為每立方米泥漿用膨潤土80kg,純堿4kg，CMC 0.5kg，水1000kg。經過多次試配，實際施工中所用的常用泥漿配合比見表2 泥漿配合比 表2材 料 名 稱膨潤土純堿CMC水每m3泥漿用量（kg）854.50.610002.5.2泥漿的循環 泥漿除循環與孔位通過地溝連接外，其余部分全部采用管道化運輸，在直線段一般采用鋼管，曲線段采用軟管，泥漿循環系統見圖1 泥漿泵 沉淀池 循環池 儲漿池 清水池 2.5.3廢泥漿的無公害處理(1)利用沉淀池（

8、自然沉淀法）從排渣口出來的泥漿首先進入沉淀池，大部分礫石及鐵板砂塊將在這里沉淀下來，及時用挖掘機或機械抓斗清理出來，自然沉淀在施工中取得了較好的效果，使泥漿重復使用的次數增加很多，從而大大降低了廢漿的產生。(2)本工程中單樁在灌注水下砼時一次性排出的泥漿量很大，一般都達175m3。灌注砼排出的能用的泥漿用泵排回泥漿沉淀池中，不能用的少數泥漿排到附近的溝池內，沉淀后把清水抽走，沉淀物挖走。 本橋54根鉆孔樁水下砼灌注量 8千余方，施工中靠這些泥漿處理方法，現場向外沒有運送一車廢泥漿，取得了滿意的效果。2.6鉆孔樁封底 2.5m鉆孔樁灌注水下砼時封底是關鍵，與我們平常施工的1.5及1.2鉆孔樁有很

9、大區別。因為導管口距離孔底為20cm40cm米時，要保證第一次埋管深度達到1米以上，第一次灌注砼量必須達到7m3以上。2.6.1設計一個大的料斗，容積為4.5m3，此儲料只在第一次灌注砼時使用，封底成功后，改成1.5m3的小儲料斗，保證灌注提升方便。2.6.2用2臺6m3砼攪拌運輸運送灌砼，第一次灌砼時，兩臺車裝滿料后就位，當打開大儲料斗止水閥門開始灌注水下砼的同時，有一臺攪拌運輸車向儲料斗里傾倒砼,速度應使儲料斗基本處于滿料狀態。當第一臺車傾倒完畢時，第二臺車緊接著傾倒，直至封底砼灌注完畢。2.6.3兩臺運輸車及儲料的砼總量為16m3達到了良好的封底效果，封底完成后，移去大儲料斗換上小儲料斗

10、可正常進行水下砼灌注，運輸設備同樣用2臺砼攪拌運輸車。3.施工總結由于我局沒有2.5m鉆孔樁施工的成功經驗,在沒有投入更新、更好的設備情況下，完全依靠現有的設備,很好的完成黎明站分離立交橋2.5m鉆孔樁施工任務，摸索出一些好的施工經驗還是在今后施工中值得推廣的。3.1鉆機的改造技術我們現有的1.5m以上鉆機經改造后均可用于2.5m鉆孔樁施工 ，改造可從兩方面入手，一是保留原鉆機的鉆架，更換大功率電機；二是降低原電機轉速，增大鉆機扭距。具體采用哪種方法視地質情況及地質巖性而定。由于本工程原設計地質基本為亞粘土、粉細砂及中粗砂層，較軟弱，做采用了第二種方法。但實際地質情況與設計不符，部分鉆孔樁穿過

11、了礫石層及鐵板砂層（鐵巖），通過降低原鉆機轉速來提高扭距的辦法略顯不足，鉆進速度明顯減慢，今后遇到此種地質應更換大功率電機。3.2不同的泥漿性質對成樁質量的影響由于本工程的地表優質亞粘土比較厚，施工之初沒有使用化學造漿法，開始鉆進時控制進尺在孔的造漿。孔內造漿對亞粘土層沒有什么影響，護壁效果非常好。但對粉細砂及中粗砂層效果就不是很好，雖然可以護住孔壁，但灌注水下砼時，由于骨料向上翻動，有時會破壞泥漿護壁，樁徑四周5cm以內有卷砂現象，影響樁的質量。采用化學泥漿后，對粉細砂及中粗砂層的護壁效果有了明顯的改觀，通過超聲波檢測，樁徑四周不再有卷砂現象。3.3導管直徑的大小對孔底沉碴的影響2.5m鉆孔

12、灌注樁,鉆孔及清渣完成后,從提鉆頭、搭設灌孔平臺到下設、鋼筋籠，再到下設導管及安裝大儲料斗，最快也需12小時左右，比小直徑鉆孔樁時間明顯增加。又由于樁內泥漿含砂率較高，沉淀速度快，到灌孔時，孔內沉渣厚度基本達到了0.8m左右，對于摩擦樁，雖然基本能滿足規范要求，但我們還是希望沉渣厚度越小越好。 灌孔之初，我們現場有直徑300mm及直徑250mm兩套導管，1#橋墩的4根鉆孔樁分別用兩套導管灌注的。通過超聲波檢測，300mm導管灌注的水下砼的孔底沉渣在30cm左右，要明顯小于用250mm導管灌注的50cm左右。從砼沖擊動力分析也不難理解，由于300mm導管灌注的砼流量大，沖擊力強，能將孔底沉渣反上來。為了提高鉆孔樁的質量，我們又加工了一套350mm的導管，處理沉渣效果更加明顯，沉渣厚度基本在10cm左右，甚至達到了零沉渣。4.結束語4.1本工程經過東北林業大學實驗中心超聲波檢驗及應力波，完全滿足設計及施工規范要求。4.2本工程解決了復雜地層的護壁問題，做到了不