卵石层大孔径深水桩施工

摘要 本文着重以富春江特大桥大孔径深水桩的施工工艺，介绍卵石层漏浆规律及针对性的施工措施和处理办法，对大孔径卵石层深水桩施工有一定参考价值。

关键词 平台护筒搭设钻孔灌注桩卵石层卵石层堵漏措施

1工程概况及水文地质概况

杭州一千岛湖高速公路是杭州市交通西进工程规划公路网中“三线”的主要组成部分，路线东北～西南走向，起点设于杭州市袁浦镇，终点设于杭州市辖富阳市东图乡。第四合同段起点桩号为K12+150一K13+850，共设特大桥一座，跨径组合为24

×25+5×50+68+120×2+68+3×25+3×50+3×25，桥梁起点桩号为K12+141～K13+179，全桥长1679.5m。其中富春江特大桥主桥为68+120×2+68m预应力混凝土刚构――连续组合桥梁，其基础由5个主墩共78根中2.0m的钻孔桩组成。

富春江特大桥所在该江段宽度约为700m。特大桥主墩位于离灵桥海塘大致200～250m左右的地方，摆幅较小，最深高程-10.0m～12.5m之间。富春江最大流量6850m／s，最小流水量141 m／s，平均流水量1020 m／s。该段地质情况稳定，但岩层变化幅度较大，自上而下依次为第四纪冲积形成的细砂、亚沙土、液泥质亚粘土、卵石以及白垩纪和上侏罗统形成的强风化砾岩及凝灰质粉砂岩、弱风化砾岩和弱风化凝灰质粉砂岩、微风化凝灰质粉砂岩和微风化砾岩。

2施工平台的搭设

鉴于富春江特大桥下部基础施工工期比较长，工期紧，设备多，大型钻机占用面积大，以及考虑此段的水文状况，江水涨落差较大，河床冲刷等影响因素，决定采用搭设固定平台施工。主墩施工平台采用24根φ800mm，δ=10mm，L=29m的钢管桩支撑，钢管桩之问用20cm的槽钢作剪刀撑及水平焊接加固。

3钢护筒标高的拟定及埋设

根据地质部门提供的相关地质资料，富春江受潮水影响，水位变化大，冲刷严重，地表覆盖层承载力低。为避免因漏浆而造成塌孔等施工隐患，钻孔钢护筒需打入到稳定隔水层内一定深度。由于钢护筒的埋设质量对钻孔桩的成孔质量有着很大的影响，所以我们专门设计了一套高5m的笼式导向架。在埋设护筒前，先将导向架垂直下放，调整到各项指标符合规范要求，然后将导向架上下固定，使其与施工平台成为一个整体。此外，为保证护筒下放过程中不卷脚，提高护简穿透能力，特意在护筒底部外边加设宽30cm，厚12mm的钢带作为刃脚。

4 钻机桩的施工

4．1 泥浆的制备及应用

泥浆的主要作用有：形成泥饼，保证护壁的稳定；平衡孔内外压力，防止发生穿孔；悬浮和携带岩屑，清洗孔底；和冷却钻头，提高钻进速度。

钻孔过程中，泥浆的质量的好坏对钻孔质量和钻进速度有着很大的影响。富春江特大桥主桥桩钻孔泥浆经过初期的实践，决

定采用红粘土作为制浆材料(膨润土备用)，加入适量的火碱来调制。具体做法是将红粘土(或膨润土)直接到入护筒中，经过钻头

和钻杆的搅拌调制而成。不同的地层对泥浆的选择是不一样的。

4．2成孔工艺的选择

工程初期，富春江特大桥主桥钻孔选用KPG-3000A及JZP-300两种型号气举反循环回旋钻机施工和CJF-20型磁吸反循环冲击钻机施工。但经过实践发现，回旋钻机成孔率高，成孔一般在13天左右，成孔质量也相对较好。而冲击钻机成孔率太低，成孔大约需要50～60天。究其原因主要是由于冲击钻进入岩层后，受到岩层变化幅度较大和孔深影响，以及自身重力较小的原因，进尺大大减慢；另一个原因是冲击钻的循环杆由钢绳吊起悬空，不易固定，冲击钻头工作时极易砸坏循环杆，致使无法顺利施工，耽误工期。而回旋钻机则可通过加减配重和调节油压来控制进尺；再就是回旋钻钻头与钻杆是固定连接的，因此也不会发生类似冲击钻钻头砸坏钴杆的情况。所以两相比较，在主桥桩基花工中的冲击钻已逐渐被淘汰。

4．3钻头的选写

通过对桩位所处地质情况的分析和初期钻孔施工过差的观察总结，我们选用了梳齿钻头和牙轮钻头来交替施工。梳齿钻头适用于基岩以上部分的细砂、亚沙土、淤泛质亚粘土、卵石和强风化砾岩及强风化凝灰质粉砂岩等较松散较软的地层。而牙轮钻头适用于梳齿钻头不易钻进的弱风化砾岩和弱风化凝灰质粉砂岩、微风化凝灰质粉砂岩和微风化砾岩层。这样的安排，充分利用了它们各自的优点，使钻孔速度大大提高，确保了工程的按期完成。

4．4气举反循环回旋钻钻孔施工

所谓气举反循环工艺，就是钻机在钻进过程中，将压空机制造的空气通过钻杆两翼不断的向潇走通气，利用空气负压将钻进

过程中产生的钻渣通过钻杆内腔排出孔外。回旋钻机钻进的过程，先用梳齿钻头将上部较松散的东砂、豆沙土、淤泥质亚粘土以及部分卵石清除。

4．5钻孔垂直麦苗控制

4．5．1采取减压钻进工艺，同时加大钻具配重．

4．5．2在卵石层及基岩风化层钻进时，因地层软硬不均，采用滚刀或梳尺钻头，轻压慢转钻进，另外在钻进过程中加强扫孔，以确保孔壁不会出现斜孔、台阶孔。

4．5．3孔斜处理

可适当加大钻头直径，在斜孔位置，轻压慢转扫孔钻进，并反复上下刮削孔壁，至到孔倾斜度符合设计要求。

4．6沉渣厚度的控制

清孔后泥浆指标控制在粘度为17～20S，比重1.05～1.12，含沙量小于4％，因在提钻过程和下放钢筋笼过程中时间长并且刮孔壁，至使沉渣较厚，需进行二次清孔。为有效控制孔底沉渣，采用气举反循环进行清孔，确保灌注前没渣厚度不超过0.5cm。

5卵石层堵漏原理和规律

5．1钻进卵石层时，其泥浆漏失强度Q与卵石层的渗透系数K，所揭露的卵石层渗透过水断面面积S及承压水之间的水头差H、泥浆粘度T有如下关系：

Q∝KSH／T

式中：

Q―泥浆漏失强度，即单位时间内的泥浆漏失量；

K―卵石层的渗透系数，与地层的孔隙率成正比；

S―钻孔揭露的卵石层渗透过水面积，包括钻孔所揭露的卵石层侧壁面积和钻孔底面积，即S=π×D1+0．25π×D，D为钻孔直径，Dl为卵石层厚度；

H―泥浆水头与承压水位之间的水头差；

T―泥浆的粘度。

5．2当钻进至卵石层时，地层的渗透强度变化趋势，一般为由小到大，再由大到小最终趋于稳定。当钻头刚进入卵石层时，由于泥浆与地下水位的水头差较在，且由于地层的渗透性较好，泥浆还不能及时在孔壁周围形成高质量泥皮，在水头差的作用下，形成了孔内泥浆补给承压含水层，在渗透过程中，在环孔壁卵石层的细小颗粒被渗透泥浆大量携带冲刷，从而加大了地层的渗透性，此时，泥浆渗透强度呈上升趋势，当渗浆到一定程度时，便会发生瞬问泥浆大量漏失现象。在压力作用下，泥浆失水逐渐形成泥膜充填在颗粒之间，此时段地层的渗透性将降低，此时泥浆渗透强度呈下降趋势，并逐渐向钻孔方向发展，进而在钻孔壁形成泥皮，泥浆漏失强度将趋于零。在群桩施工过程中，由于钻孔区域地层经多次泥浆漏失与填充作用，从而经常有前一两个钻孔发生漏浆现象，而后施工的钻孔过程中存在少量漏浆或基本不漏浆。

6卵石层漏浆堵漏措施

6．1堵漏材料的选择

在泥浆中添加一些惰性堵漏材料，如锯末、优质膨润王、聚丙烯酰胺絮凝剂(水解度15～30％、分子量600～800万)等，利用其颗粒的微膨胀性充填地层孔隙，堵塞渗透通道，以有效降低地层渗透系数。

6．2钻孔、造浆

当钻进卵石层时，由于地层颗粒逐渐变大，其渗透性也随之增大，此时，可以停止钻进进行空钻将泥浆循环一段时间，同时向孔内回填适量膨润土，加大泥浆浓度，以利泥皮的形成及膨润土颗粒的沉淀，利用土颗粒的膨胀性堵塞渗透通道。

6．3保持泥浆压力

补给充足的泥浆量，以维护孔内一定泥浆压力，保证孔壁稳定。

6．4堵漏措施

在卵石层钻进时，一旦发生漏浆，针对影响卵石层渗透强度的几个主要因素，采取泥浆间断循环，降低泥浆漏失强度，采取的措施：

(1)惰性材料堵漏。首先提高泥浆的粘度指标，使泥浆粘度控制28~40S。同时在泥浆中添加一些惰性堵漏材料，如锯末、稻壳等，其用量为泥浆的3～5％。

(2)聚丙烯酰胺絮凝堵漏。在泥浆中加入水解聚丙烯酰胺(水解度15.30％、分子量600～800万)，加量为泥浆量的500～1000ppm。使泥浆中劣质粘粒产生絮沉及在卵石层孔壁形成薄而坚韧的泥皮，达到堵漏的目的。

(3)必要时，回填优质黄土和片石，利用冲击钻冲砸来挤密、修复孔壁。

(4)护筒底口与河床穿孔时，采取加长护筒穿越松散层贯入密实稳定土层，并在护筒填砂袋堵漏穿孔口进行处理。

7结语

富春江特大桥桩基成孔后，采用日本进口的KODEN型超声波孔壁检测仪来检测成孔，孔深、孔径、垂直度均能满足规范设计要求，桩内混凝土灌注施工完毕，经国家海洋局第二海洋研究所采用超声波质量检测，已完成的78根钻孔灌注桩全部为I类桩，这充分说明了，针对富春江卵石层厚、埋置深的特点，所采取的施工方法是科学合理的，对类似富春江流域地质情况的桩基施工有一定的参考价值。