得胜特大桥冲击钻成孔灌注桩施工技术

摘要:本文以新建吉林至珲春铁路JHSIV标段得胜特大桥为例，详尽的介绍了冲击钻的工作原理、适用范围、特点、施工工艺流程及主要施工技术操作要点等，可为类似工程的施工起到一定的参考作用。

关键词:桥梁、冲击钻 成孔、灌注桩

Abstract: based on the new JHSIV of Hunchun of Jilin to railway prevail extra large bridge as an example, detailed introduces the working principle of impact drill, scope of application, characteristics, construction technological process and main technical operation key point of construction, etc., can play a reference role for the construction of the similar projects.

Keywords: Bridges, percussion drill into a hole and filling pile

中图分类号：U445.4文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

1、工程概况

新建吉林至珲春铁路客运专线JHSIV标段得胜特大桥全长2597.81m，起点里程DK162+646.19，终点里程DK165+244。全桥墩身78个、承台80个、桥台2个。钻孔桩总长9728m，桩长一般为6～13 m，最长20m。桥址区地层主要为第四系全新统冲积层粉质粘土、粗砂、玄武岩、花岗岩等。

2、冲击钻工作原理

冲击钻靠钻具的垂直往复运动，使钻头冲击井底以破碎岩层。其原理是利用钻具本身的重量冲击地层。一种是冲抓锥，钻具的下端是几个可以张合的尖角形抓瓣，当钻具在自身重量作用下向下运动时，抓瓣张开，切入岩层，然后由卷扬机通过钢丝绳提升钻具，抓瓣在闭合过程中将岩屑抓入锥体内，提出井口卸出岩屑。钻井深度通常为40～50米，最深达100～150米。另一种是钢丝绳冲击式钻机，由桅杆和装在顶端的提升滑轮、钢丝绳、冲击机构、钻具、电动机等组成。作业时，电动机通过传动装置驱动冲击机构，带动钢丝绳使钻具作上下往复运动，在向下运动时靠钻头本身的重量切入并破碎岩层，向上运动靠钢丝绳牵引。钻头冲程为0.5～1米，冲击频率为30～60次／分。岩屑由抽砂筒清出地面，钻进与清除岩屑同时进行。

3、冲击钻机的适用范围

冲击钻机属于“软硬统吃”的一种成孔机械，几乎适用于各种地质状况，从粘性土、砂性土、到砾石层、卵石、漂石到软岩、硬岩。冲击钻机特别适用于山区丘陵嵌岩桩的成孔。表层为软弱土时，可以通过换填地表土，以求稳固住钻机。

4、冲击钻机的特点

可以根据工地的实际情况自行组装，并且具有操作简单的特点。在钻机的结构和操作程序的繁简上，冲击钻优于回转和旋挖钻机。如果单从地质条件考虑，不考虑工程进度、经济效益的话，冲击钻均可使用。从成孔速度上比较，在特定的地质中，冲击钻机不及回转和旋挖二种钻机。

5、施工工艺

钻孔桩施工工艺流程见图1

图1钻孔桩施工工艺流程

6、主要施工技术要点

（1）埋设护筒

埋设护筒：采用全站仪或GPS测定桩孔位置，并埋设孔位护桩。钢护筒采用5～8mm厚钢板卷制。护筒内径比桩径大20cm。埋设护筒，顶部高出施工地面30cm，高出施工水位或地下水位至少2m，埋设护筒时应注意护筒底部和四周夯填0.2m厚的粘土。护筒中心与设计桩位中心偏差不得超过5.0cm，斜度不得大于是1%。见护筒埋设示意图2。

图2护筒埋设示意

（2）钻机作业

待邻孔砼灌注完毕，并达到2.5Mpa抗压强度后方可开钻。利用已埋设好的护筒，向里面投入粘土，启动钻机搅动，并同时启动泥浆泵，向孔底压入清水，将搅拌好的泥浆流入泥浆池，以备钻孔时使用。泥浆池和沉淀池在相邻墩台时设在两墩台中部，在独立桩基时对应设置。泥浆的比重、粘度、酸碱度以及粘土的塑性指数、含砂率等参数均需试验确定。为保证钻进中能有高质量泥浆，可在护壁泥浆中掺加膨润土，掺量为用水量的8％，以增强泥皮强度，防止塌孔、缩孔等问题发生，钻进中始终保持孔内泥浆的水位高于施工水位1.0～2.0m以形成压力水头，防止塌孔。钻孔时将粘土块直接加入桩孔内借钻头冲动自行造浆，完成护壁和成孔工作。

为防止冲击振动使邻孔壁坍塌或影响邻孔刚灌注的混凝土的凝固，应待邻孔混凝土灌注完毕，一般经24h后，方可开钻。开孔阶段用十字形钻头钻孔时，开孔前应在孔内多放一些粘土，并加适量粒径不大于15cm的片石，顶部抛平，用低冲程冲砸（简易钻机冲程0.5～1.0m），泥浆比重1.6左右，钻进0.5～1.0m，再回填粘土继续以低冲程冲砸。如此反复二、三次，必要时多重复几次。用一字形和管形钻头开始钻孔前，宜先注入泥浆。如发现有失水现象，护筒内水位缓慢下降，应补水投粘土。如泥浆太稠，进尺缓慢时，应抽碴换浆。开孔时，为了使钻碴泥浆尽量挤入孔壁，一般不抽碴。待冲砸至护筒下3～4m时（钻头顶在护筒下超过1m时），方可加高冲程正常冲进。4～5m后，方可抽碴。钻进中应随时注意，保持孔位正确。钻孔时要察看钢丝绳回弹和回转情况。耳听冲击声音，借以判别孔底情况。要掌握少松绳的原则。松多了会减低冲程，过于松少了犹如落空锤，损坏机具。松软地层夹有较多石块时，一般每次松绳3～5cm，均匀密实地层5～8cm。冲击过程中，要勤抽碴，勤检查钢丝绳和钻头磨损情况，及转向装置是否灵活，预防发生安全质量事故。在不同的地层，采取不同的冲程： 粘性土、风化岩、砂砾石及含砂量较多的卵石层，宜用中、低冲程，简易钻机冲程1～2m。 砂卵石层，宜用中等冲程，简易钻机冲程2～3m。 基岩和坚硬密实的卵石层，宜用高冲程，简易钻机冲程3～5m，最高不得超过6m。 流砂和淤泥层，及时投入粘土和小片石。低冲程冲进，必要时反复冲砸。 砂砾石层与岩层变化处，为防止偏孔，用低冲程。 岩石面倾斜较大，或高低不平，最易偏孔，可回填坚硬片石，低锤快打，造成一个平台后，方可采用较高冲程。 抽碴或停钻后再钻时、简易钻机应由低冲程逐渐加高到正常冲程。

为保证孔形正直，钻进中，应常用检孔器检孔，检孔器可用钢筋制成，其高度为钻孔直径4～6倍，直径与钻头直径相同。更换钻头前，必须经过检孔，将检孔器检到孔底才可放入新钻头。如检孔器不能沉到原来已钻到的深度，或钢丝绳（拉紧时）的位置偏移护筒中心时，则考虑可能发生了弯孔，斜孔或缩孔等情况，应及时采取补救措施。

为控制泥浆比重和抽碴次数，需及时用取样罐放到需测深度，取泥浆进行检查，及时向孔内灌注泥浆或投碎粘土。冲击钻进，孔底泥浆比重以1.4～1.6为宜。抽碴后，应测深一次，再分批投碎粘土，直到泥浆比重达到正常为止。冲孔时，每隔3～4h，将钻头或抽碴筒在孔内上下提放几次，把下面的泥浆拉上来，以护孔壁。

（3）检孔及清孔

桩深达到设计要求后，必须检验桩径、垂直度、泥浆厚度等指标，并做好记录，合格后进行清孔换浆。桩径、垂直度采用检孔器检查，检孔器用钢筋笼做成，其外径等于设计孔径，长度等于孔径的4-6 倍。如发生弯孔、斜孔、缩孔等情况较严重时，应重新钻孔。清孔的目的是降低孔内泥浆比重，减少沉碴厚度。保证混凝土灌注质量，沉碴厚度必须控制在规范或设计要求范围内。清至泥浆比重为1.05 左右，测量沉碴厚度，合格后开始下钢筋笼。

清孔紧接在终孔检查后进行,避免隔时太长以致泥浆沉淀,引起钻孔坍塌。利用泥浆泵向孔底压注泥浆,让钻渣上浮并随同泥浆流入泥浆池沉淀。为加速清孔,施工人员可用滤网捞出钻渣。当孔内钻渣清除干净,砂率小于2 %时方可下钢筋笼。钢筋笼下完后在灌注混凝土前要进行二次清孔,主要防止沉淀,降低砂率。并向孔内注入稀浆循环流动降低泥浆比重至1.1左右,对于易塌地层的泥浆比重可保持在1.2～1.25左右。

（4）钢筋笼制作及安装

钢筋笼采用支架成型法分节制做，主筋与螺旋筋点焊成骨架，以7～10米长为一节，两节钢筋笼接头处，采用单面搭接焊互相错开。钢筋笼用吊车入孔内，进孔时慢放，用护筒上的十字线控制钢筋笼下放的位置，使其对准孔位中心，下放过程中严防钢筋笼碰坏孔壁，造成回沉值超标或坍孔现象，并观察孔内水位，保证孔内水头高度。为防止骨架吊运变形，在设计的基础上适当增加箍圈数量，并在笼的内侧加设木杆，在沉笼后解开联结。在钢筋笼周圈每5米焊结弧形钢筋耳朵四个，以保证保护层厚度和钢筋笼位置。

（5）灌注水下混凝土

灌注水下混凝土采用导管法。导管安装前应进行密封检验，水压试验时的压力应不小于灌注混凝土时导管可能承受的最大压力的1.3倍。吊放导管时，应使其位置居中，轴线顺直，稳步沉放，防止卡挂钢筋笼和碰撞孔壁。导管上口设漏斗和储料斗，下口距孔底约0.4m。

导管采用直径300mm管节，分节拼装，每节长度1.5～3.0m不等。节与节之间用带有密封槽的法兰盘加密封橡胶垫联结。导管在使用前调直、编号、试拼组装，标示长度，并设立1m和0.5m短节，以备调整悬高。拼装后进行导管水密性实验，确认接头不漏水。

采用开球法灌注首批混凝土，计算和控制首批封底混凝土数量，下落时有一定的冲击能量，能把泥浆从导管中排出。混凝土坍落度控制在18-22cm，灌筑开始后，应紧凑地、连续地进行，严禁中途停灌。中途停歇时间不超过30min。在整个浇筑过程中，及时提升导管，控制导管的埋深，导管在混凝土埋深2～4m。

在灌筑过程中，当导管内混凝土不满含有空气时，后续混凝土要徐徐灌入，以免在导管内形成高压气囊，使混凝土灌不下去。当灌至混凝土面升到钢筋笼下端时，为防止钢筋笼被混凝土顶托上升，可采取以下措施：采用吊环将钢筋笼固定在护筒沿上；慢下混凝土，减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力。导管提升时，要保持位置居中，根据导管埋置深度确定提升高度，提升后导管埋深不小于2m，且不大于6m。拆除导管时动作要快，一般不超过15分钟。有关混凝土灌筑情况，如灌筑时间、混凝土面的深度、导管埋深、导管拆除等，指定专业技术人员进行记录。考虑桩顶含有浮渣，最终灌筑的桩顶标高要预加1.0米，以保证桩头质量，多余部分在接桩前凿除，保证桩头无松散层。

7、结束语

桩基础施工中选择成孔机械时，需要考虑多方面因素。首先要考虑地层地质情况、成孔的经济成本、工期要求、环境保护和文明施工等许多内容。我国幅员辽阔，地质与水文复杂多样，各类工程要求也不尽相同。这就决定了目前冲击钻机、旋挖钻机、正反循环钻机等多种成孔机械常常并存一个工程项目中。

本文中的得胜特大桥桩基施工中，综合考虑多方面因素，采用冲击钻80台，辅以4台旋挖钻配合施工。