超长钻孔桩施工技术研究

摘 要：超长钻孔桩在实际施工过程中存在垂直度控制难度大、泥浆控制难度大、孔壁完整性难以保证、灌注困难、易产生缩径等问题客观存在，本文通过从钻机选型、钻进过程控制、成孔质量控制等方面进行了试验研究，提出了一套超长钻孔桩施工质量控制方法，具有一定的指导意义。

关键词：超长钻孔桩； 钻机选型； 钻进过程控制； 成孔质量控制

1.前言

随着公路交通事业的迅猛发展，新型公路桥梁结构越来越多地被采用。大跨、宽幅桥梁的使用，使得桥梁基础的设计承载能力越来越高；同时受河流冲刷沉积、水土流失及自然灾害等影响，河流漫滩区地质条件差，大直径、超长深桩基础逐渐被广泛采用。由此引发了如钻机扭矩需求过大、超长桩垂直度控制难度大、钻进过程中泥浆控制难度大、清孔泥浆指标难以保证孔壁完整性、孔壁悬浮物较多导致灌注困难、桩身受孔内悬浮物挤压易产生缩径等问题，这就对施工质量提出了更高的要求。

本文旨在通过对钻孔桩钻机选型、成孔质量控制及超长桩基础混凝土灌注等方面进行研究分析，对照比较传统钻孔桩施工工艺，总结超长桩基础施工经验和各工序的工艺要点。

2.工程概述

2.1 工程概况

青银高速公路济南黄河大桥位于山东省济南市北部，是济南绕城北线的重点控制工程，也是青岛至银川高速公路跨越黄河的一座特大桥，同时该桥也是京沪高速公路复线山东段的关键工程之一。桥梁全长4473.04m，采用高速公路标准设计，双向八车道，设计行车速度120k/h，桥梁宽度40.5m。

北侧跨大堤引桥67#、68#墩桩基直径φ2.0m，有效桩长分别为126和132m，为全桥最深桩。每墩半幅横桥向布置四排、纵向三排，共48根，计6192m。桩基设计规模在目前同类桥梁中位居世界第二，亚洲第一。

2.2 地质情况概述

本桥所处区域位于鲁西北帚状构造之济阳拗陷带南侧，与鲁西隆起之泰山-沂山毗连。受地域地质构造控制，场区下伏基岩为石炭、二迭系，其上为厚度约一百米至数百米的新生界沉积，第四系埋深约200m。

2.3国内外技术及设备现状

钻孔所使用的设备及配套的机具等，有国产设备也有进口设备，国产设备在很多的情况下能够满足工程进度及质量的要求，进口设备的钻进速度高、需要的动力较大。

3.施工流程

3.1钻机选型

经过经济技术方案比选，采用了GPS-3000型回转钻机施工，该钻机的主要特点为：底盘重心低，钻进中机架稳定，能较好保证成孔过程中垂直度；钻杆刚度大，在砂性地层中成孔速度快，前导梳齿钻头导向性好；钻进中可交替使用正反循环钻进，同时结合气举清孔，泥浆护壁稳定，成孔质量高。

3.2 成孔工艺研究

3.2.1 方案确定

经过论证，确定采用气举反循环法施工，通过钻进过程中对成孔垂直度控制、泥浆指标控制、钻进参数、钻进方法等方面严格控制达到成孔目的。

3.2.2 钻进过程控制

（1）钻进过程泥浆控制：钻孔桩施工时，泥浆的性能及质量是钻孔桩施工中成孔成功与否的关键。本项目深桩施工时，经反复试配，通过各项指标的测试比照，确定采用磷质膨润土泥浆。泥浆配置的材料为：（膨润土6%～8%，粘土20%，片碱0.3%，CMC0.5%，PHP0.05%），配制成优质泥浆。钻孔全程监测泥浆比重、含砂率、胶体率和泥皮厚度等指标，从而保证在极易坍塌的地层实施钻孔的安全性。

（2）气举反循环法简介：气举反循环钻进法是将压缩空气沿输气管道送入井内一定深度，经混合器注入钻杆管腔内，与管内液体混合。该方法具有钻进效率高，成孔质量好，在不良地质条件下，防止孔壁坍塌事故的优点。

（1）钻机参数控制：该地区地质互层明显，且性状差别很大，为避免出现机械事故，不同土层应选择不同的钻进参数。

1在砂性土层即粉沙层中钻进时，钻进速度要慢，让泥浆有充分的固壁时间。在砂类土或软土层即亚粘土层中钻进时易坍孔，要控制进尺，轻压，低档，慢速，小泵量，稠泥浆钻进。

2在粘土层中钻进时，要坚持减压原则，控制钻压，防止加压或钻具自重导致钻锥切入土体过多，引起糊钻。

3在低液限粘土或卵、砾石胶结夹层即姜石层中钻进时，因土质较硬，同时钻杆较长，会引起钻锥跳动，蹩车，钻杆摆动加大和钻锥偏斜等现象，易使钻机负荷而损坏。此时应采用低档慢速，优质泥浆，大泵量的方法钻进。

4在地层变换时，尤其是从软弱地层进入较硬地层时，要慢速钻进，上下来回扫孔，以防出现斜孔。

3.2.3成孔质量控制

成孔质量检测设备采用JJC-1D型检测系统，属直接接触式测量，沿孔径轴线逐

点扫描（测量采样行程间隔25mm）（如图）。 图 68y1#桩检测报告

3.3钢筋笼制作与安装

由于桩身过长，钢筋笼采用分节预制，运输至现场下放过程中组装。节段间连接采用镦粗直螺纹连接。

3.4成桩工艺

（1）清孔质量控制：采用反循环法清孔，考虑到孔深和灌注时间的关系，通过本项目48根超长桩的成桩实践，灌注前泥浆比重控制在1.13～1.14是比较科学和合理的。

（2）灌注过程控制：水下混凝土采用导管法，混凝土采用罐车运输。新进导管需进行水密实验，以保证灌注过程中不发生漏浆现象而导致断桩或导管堵塞。灌注过程与一般桩基相同，此处不再赘述。

3.5成桩质量检测

桩身质量采用超声波无损检测。桩基质量经山东铁正检测中心检测，山东省公路科学研究所复测，均为Ⅰ类优良桩。

4.超长桩施工关键技术及创新点

（1） 合理运用了气举反循环成孔工艺，成孔质量优良，为类似工程施工提供了参考；

（2） 通过实践验证，各类地质条件下钻进参数控制合理，钻进速度满足进度要求；

（3） 通过不断实践并加以改进，成孔周期最短达到5天，成桩周期最短达到9天；

5.经济及社会效益

5.1社会效益

通过青银高速公路济南黄河大桥C合同段超长钻孔桩的技术研究，我单位顺利完成了48根φ200cm钻孔桩，经检测均为Ⅰ类优良桩，工程质量及施工进度受到了总监办和业主的好评。同时，该项技术获陕西省科技进步一等奖。

5.2经济效益

通过合理的钻机选型，成功的钻进、成孔质量控制和灌注混凝土技术研究，超长桩较传统的施工工艺大大提高了进度。成桩周期由初期采用回转钻机32d降低至9d，节约施工时间3个月，减少投入近90余万元。

参考文献

1.郑州大方桥梁机械工程公司，《GPS-3000型回转钻机操作指南》，2003

2.《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）