浅谈反循环钻机施工

摘要:砼灌注桩基础具有入土深、能入岩、刚度大、承载力高、桩身变形小,可方便地进行水下施工等优点。砼灌注桩基础是靠桩头和桩身共同承担荷载的一种基础,施工时应认真掌握其施工的每个环节,本人结合在哈大客运专线铁路鞍辽特大桥反循环钻机施工砼灌注桩的施工情况,总结此类工艺的质量控制技术。

关键词:反循环 工艺 质量控制

中图分类号:TU755 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0067-02

1 工程概况

哈大铁路客运专线是国家“十一五”重点工程项目之一,其中鞍辽特大桥位于鞍山市及辽阳县境内,中心里程DK299+062.61,起讫里程DK289+459.71～DK308+665.5,桥梁全长19205.79m。按双线高速地段设计,设计行车速度350km/h,线间距5m,桥上采用型板式无碴轨道。本桥采用圆端形桥墩,一字台,墩台基础采用钻孔灌注桩。桥梁所处地段为冲洪积平原,地形平坦开阔,局部地段地势稍高,主要为辽河及支流冲洪积而成,平原区大部为耕地。由上而下地层分别为:杂填土;粉质黏土;粉土;中砂;砾砂;粉质黏土;粗圆砾土;中砂;粉质黏土;中砂。桩底位于圆砾土层内。

2 反循环钻机工艺及使用方法

2.1 工艺特点

通过泵吸、射流抽吸、充气送入压缩空气,使钻杆内腔形成负压或充气液柱产生压差,使经过钻杆与孔壁间的环状空间流向孔底的泥浆,携带钻头切削下来的钻屑,由钻杆内腔高速返回地面泥浆池。由于泥浆上返速度快,排渣能力强,对孔壁的冲刷作用小,在孔壁上形成的泥皮相对较薄,成孔质量好。主要适用于地下水位较高的软、硬土层,如淤泥、黏性土、砂土、软质岩等土层应用。

2.2 操作要点

(1)启动砂石泵,待反循环正常后,才能开动钻机慢速回转下放钻头至孔底;开始钻进时,应先轻压慢转;待钻头正常工作后,逐渐加大转速,调整压力,并使钻头吸口不产生堵水。

(2)钻进时应认真仔细观察进尺和砂石泵排水出渣的情况;排量减少或出水中含钻渣量较多时,应控制进尺速度,防止因循环液比重太大而中断反循环。

(3)钻进参数应根据地层、桩径、砂石泵的合理排量和钻机的经济钻速等加以选择和调整。

(4)在沙砾石、砂卵石、卵砾石地层中钻进时,为防止钻渣过多,卵砾石堵塞管路,可采用间断钻进、间断回转的方法来控制钻进速度。

(5)加接钻杆时,应先停止钻进,将钻具提离孔底80mm～100mm,维持冲洗液循环1min～2min,以清洗孔底并将管道内的钻渣排净,然后停泵加接钻杆。

(6)钻杆连接应拧紧上牢,防止螺栓、螺母、工具等掉入孔内。

(7)钻进时如孔内出现塌孔、涌砂等异常情况,应立即将钻具提离孔底,控制泵量,保持冲洗液循环,吸除塌落物和涌砂;同时向孔内输送性能符合要求的泥浆,保持水头压力以抵制继续涌砂和塌孔,恢复钻进后,泵排量不宜过大以防吸塌孔壁。

(8)合理埋设孔口护筒,护筒上口高出地下水位的高度,应按水头高度设置要求控制,护筒底口及外侧应用粘土夯实,不渗不漏不跨。

(9)钻进至设计孔深位置停钻后,将钻头提离孔底100mm～150mm,继续维持泥浆循环,必要时,可低速回转钻头,同时向孔内送入干净泥浆或清水,如此反循环清孔15min～20min左右,是返出孔内的泥浆含砂量达到规定要求为止。

3 施工工艺流程见图1

4 钻孔质量控制

4.1 埋设护筒

钻孔成败的关键是防止孔壁坍塌。当钻孔较深时,在地下水位以下的孔壁土再静水压力下会向孔内坍塌、甚至发生流沙现象。钻孔内若能保持比地下水位高的水头,增加孔内静水压力,能稳定孔壁、防止塌孔。护筒除起到这个作用外,同时还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和起到钻头导向作用。

(1)采用钢质护筒,对于旋转钻护筒直径比设计桩径大20cm,对于冲击钻护筒直径比设计桩径大40cm,长度不小于180cm。

(2)护筒顶高出地下水位:1.5m～2.0m。

(3)护筒顶高出原地面20cm～30cm。

(4)护筒底部与土层相接处用粘土夯实,护筒外面与原土之间也要用粘土填满夯实,严防地表水顺该处渗入。

(5)护筒接头处,要求内部无突出物,能耐拉压,不漏水。

(6)护筒平面位置偏差不得大于5cm,倾斜度不得大于1%。

4.2 制备泥浆

泥浆在钻孔中的作用有以下几点。

(1)在孔内产生较大的静水压力,可以防止塌孔。

(2)泥浆向孔外渗漏,在钻进过程中,由于钻头的活动,孔壁表面形成一层胶泥,具有护壁作用,同时将孔内外水流切断,能稳定孔内水位。

(3)泥浆相对密度大,具有携带钻渣的作用,利于钻渣的排出。此外,还有冷却机具和切土作用,降低钻具磨损和发热程度。

因此在钻孔过程中孔内应保持一定稠度的泥浆,一般相对密度以1.1～1.3为宜。

4.3 反循环钻机成孔

(1)待泥浆循环池及护筒施工完毕后,选择10kw的反循环钻机,用8t汽车起重机将其对准桩位就位,然后用水平尺校正机身及钻杆的水平及垂直度,开动电机,放下钻头,用泥浆泵注入泥浆,钻机将循循钻进,一节钻杆钻入后及时停机,接上第二节。如此反复钻至设计深度。

(2)钻进过程中的注意事项有以下几点。

①由于整个钻孔过程是靠泥浆循环而完成的,所以应经常检查泥浆的稠度,如发现泥浆中杂物太多,必须及时清理排浆沟及泥浆池或更换泥浆。

②钻机在钻孔过程中,如发现钻杆摇晃,可能遇到硬土或岩石等,应立即停机检查,待查清原因,处理后再钻,否则将会发生位移、坍孔壁、桩位偏斜,甚至扭断钻杆等事故。

(3)钻孔的施工质量检查。

钻孔深度达到设计要求时,对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查,其验收标准见表1。

5 清孔及吊装钢筋骨架

5.1 换浆清孔

清孔的目的是除去孔底沉淀的钻渣和泥浆,以保证灌注的钢筋混凝土质量,确保桩的承载力。

反循环旋转机可在钻孔完成后不停钻、不进尺,继续循环换浆清渣,直到达到清理泥浆的要求。此法适用于各类土层的摩擦桩。

换浆清孔后的泥浆比重,孔口、孔中部、孔底提出的泥浆的平均值应符合质量标准要求,灌注水下混凝土前,孔底沉淀厚度应不大于设计规定。不得用加深孔深的方法代替清孔。

5.2 钢筋制作与安装

钢筋笼主筋接头采用双面搭接焊,每一截面上接头数量不超过50%,加强箍筋与主筋连接全部焊接。钢筋笼的材料、加工、接头和安装,符合要求。钢筋骨架的保护层厚度可用同标号混凝土旋转垫块。设置密度按竖向每隔2m设一道,每一道沿圆周布置4个～6个。

钢筋笼制作完成后,骨架安装采用汽车吊,为保证骨架不变形,须用两点吊:第一吊点设在骨架的下部,第二吊点设在骨架长度的中点到三分点之间。起吊时先提第一吊点,使骨架稍稍提起,再与第二吊点同时起吊,待骨架离开地面后,第一吊点停止起吊,继续提升第二吊点。随着第二吊点不断提升,慢慢放松第一吊点,直到骨架同地面垂直,停止起吊。检查骨架是否顺直。骨架入孔时应慢慢下放,严禁摆动碰撞孔壁。将骨架临时支撑于护筒口,再起吊第二节骨架,使上下两节骨架位于同直线上进行焊接,焊接时应先焊顺桥方向的接头,最后一个接头焊好后,全部接头就可以下沉入孔,直至所有骨架安装完毕。并在孔口牢固定位,以免在灌注混凝土过程中发生浮笼现象。

钢筋骨架的制作和吊装的允许偏差为:主筋间距±10mm;箍筋间距±20mm;骨架外径±10mm;骨架倾斜度±0.5％;骨架保护层厚度±20mm;骨架中心平面位置20mm;骨架顶端高程±20mm;骨架底面高程±50mm。

6 导管的安装及水下砼的灌注

6.1 导管的安装

导管采用直径300mm×3.5mm×3m无缝钢管,接口严密,密封性好。刚性强,不易变形。在使用前首先进行导管水密性检验,并检查密封垫好坏和导管内是否有残物,使用后将导管清洗干净,涂油保护螺栓并堆放整齐。

导管采用一台吊车吊装.吊装前应根据孔深算出导管长度,下导管过程中要逐个记录导管顺序及每节长度对准孔位中心吊装。

6.2 桩基水下砼的灌注

(1)灌注砼前应检查罐车运输道路是否畅通,排浆系统是完善,灌注起吊装置是否满足使用要求。若为夜间灌注,还应检查照明系统是否完善。

(2)砼灌筑前,检查孔底沉渣及泥浆指标,不满足要求则对孔底进行二次清孔。灌注砼前泥浆比重不大于1.1,含砂率小于2%,黏度17s～20s,沉渣厚度不大于10cm。

(3)砼的初存量应满足首批砼入孔后,导管埋入砼的深度不得小于1m并不得大于3m;当桩身较长时,导管埋入砼的深度可适当加大。漏斗底口应设置严密可靠的的隔水装置,该装置必须有良好的隔水性能并能顺利排出。

(4)灌注开始后,应紧凑连续地进行,严禁中途停工。在灌注过程中,应防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入孔底,使泥浆内含有水泥而变稠凝结,致使测探不准确。灌注过程中,应注意观察管内混凝土下降和孔内水位升降情况,及时测量孔内混凝土面高度,正确指挥导管的提升和拆除。

导管提升时应保持轴线竖直和位置居中,逐步提升。如导管法兰卡挂钢筋骨架,可转动导管,使其脱开钢筋骨架后,再移到钻孔中心。

拆除导管动作要快,时间一般不宜超过15min。要防止螺栓、橡胶垫和工具等掉入孔中。要注意安全。已拆下的管节要立即清洗干净,堆放整齐。

在灌注过程中,当导管内混凝土不满,含有空气时,后续混凝土要徐徐灌入,不可整斗地灌入漏斗和导管,以免在导管内形成高压气囊,挤出管节间的橡皮垫,而使导管漏水。

当混凝土面升到钢筋骨架下端时,为防钢筋骨架被混凝土顶托上升,可采取以下措施:①尽量缩短混凝土总的灌注时间,防止顶层混凝土进入钢筋骨架时混凝土的流动性过小,建议使用外加剂增大其流动性;②当混凝土面接近和初进入钢筋骨架时,应使导管底口处于钢筋笼底口3m以下和1m以上处,并慢慢灌注混凝土,以减小混凝土从导管底口出来后向上的冲击力.

为确保桩顶质量,在桩顶设计标高以上应加灌50cm～100cm,以便灌注接受后浆此段混凝土清除。增加高度,可按孔深、成孔方法确定,一般不宜小于0.5cm,长桩不宜小于1.0cm。

参考文献

[1] 哈大铁路客运专线桥梁质量控制手册[M].2007.

[2] 李世京.钻孔桩基础施工技术[M].北京地质出版社,1990.

[3] 史佩栋.实用桩基工程手册[M].中国建筑工业出版社,1999.

[4] 王建斌.钻孔桩基础常见问题分析及防治措施[J].铁道建筑,2006(2):67～69.