松花江流域大直径变截面桩成孔施工要点探析

【摘 要】采用大功率钻机、气举反循环成孔，根据不同地质情况更换钻头。采用优质泥浆护壁，根据不同地质情况及时调整泥浆性能。

【关键词】大直径；变截面；泥浆；成孔

1.地层分析与钻机选用

采用大功率钻机，气举反循环成孔，根据桩径及地层情况配备相应的刮刀钻头、滚刀钻头；选用优质泥浆护壁，为满足环保，首先选用物理泥浆，如携渣能力不能满足要求，再选用低固相聚丙烯酰胺泥浆。

地址特征，以松浦大桥主塔施工为例，根据地质勘察资料，主桥（主塔）钻孔施工过程中所遇地层情况大致如下：

0～1.50m 冲填土：黄色，以粉细砂为主。

1.50m～18.0m 粉砂、中砂、粗砂互层。

18.0m～20.5m 亚粘土：灰色，软塑，含硬塑土，含砂夹层。

20.5m～39.60m 细砂、中砂、粉砂互层。

39.6m～42.0m 全风化粉砂质泥岩：灰绿色，结构基本破坏，风化物呈土状，硬塑～坚塑状态，胶结疏松。

42.0m～50.8m 强风化粉砂质泥岩、细砂岩：风化物呈碎块状，风化裂隙较发育。

50.8m～71.0m 弱风化粉砂质泥岩、细砂岩：绿灰色、坚硬，岩芯呈柱状，锤击易碎。

71.0m～80.3m 微风化粉砂质泥岩：绿灰色，岩质新鲜，结构基本未破坏。

根据施工现场地质条件及施工经验，主桥主塔钻孔桩采用GF—300型和ZSD—300型回转钻机进行成孔。

2.泥浆制备及循环系统

本工程钻孔采用泥浆护壁，根据钻进地层的特点，为保证钻孔质量，选用物理泥浆，如实际施工中物理泥浆携渣能力过低时，再采用低固相聚丙烯酰胺泥浆。

2.1物理泥浆制备

①制浆用原材料。

制浆采用膨润土，应选用以蒙脱石为主的钙钠基膨润土，保证土具有较好的分散悬浮性和造浆性。制浆用水可直接从江水中抽取。

分散剂选用工业碳酸钠（Na2CO3）。其功能是提供Na+，对钙土进行改性处理。

②原浆的制备。

将膨润土、水、纯碱按比例制成原浆。根据施工经验：1立方泥浆中膨润土的含量为6～8%，纯碱的含量为膨润土含量的3～4%。在施工过程中，可在护筒内搅拌制作泥浆，将原材料按比例倒入护筒内后，开动空压机循环泥浆使泥浆得到充分的搅拌，待泥浆性能指标达到要求后，即正常钻进。

2.2低固相聚丙烯酰胺泥浆制备

①聚丙烯酰胺的水解。

可选用阴离子、非水解型、分子量为800万的聚丙烯酰胺（PAM）。使用前须对聚丙烯酰胺提前2～3天采用常温法进行水解，水解时按PAM：NaOH：H2O=10：1.15：700的比例，在搅拌筒中搅拌，直至PAM全部分散于水中，放置2～3天后即可使用。

将制备好的泥浆储存在泥浆船储浆池中，利用泥浆泵将泥浆泵送入所施钻孔中。

2.3泥浆循环系统及泥浆的净化

施工时根据现场场地情况，可将泥浆船、护筒与施工桩孔相联，构成泥浆循环系统。通过泥浆净化器直接将钻渣集中堆放到运渣船上，再外运处理。不得向江中排放泥浆和钻渣。

施工时在平台处布置2艘600T驳船做为泥浆船，采用护筒间设置的泥浆槽将护筒连接成一体并与泥浆船进行连接（通过泥浆泵）做为钻进中的泥浆循环系统。

第一次清孔时利用配备的2艘泥浆船制备700m3（按170%孔内体积考虑）泥浆，采用换浆法进行第一次清孔。

灌注一根钻孔桩时的换浆和排浆量约为450m3（按10%扩孔考虑），利用配备的2艘泥浆船来盛放灌注钻孔桩时所排废浆和开孔钻进时补充新浆。

对于反循环排出的泥浆，采用泥浆净化器净化后循环使用。每台钻机需配备CS120型泥浆净化器对泥浆进行净化处理，钻孔施工过程中，将泥浆循环的排渣管直接接在泥浆筛设施上，泥浆循环时首先过滤去粒径大于1.0毫米的钻渣颗粒，然后再利用泥浆净化设备对泥浆进行最终处理。经过净化处理后的泥浆通过回浆管流回孔内，净化时排出的钻渣通过溜槽排放到运渣船上，所产生的钻渣多为粉砂及泥岩，容易造成净化器排渣口堵塞，施工时配备高压水枪等工具进行疏通。

2.4废浆的处理

本工程采用泥浆护壁，施工过程将产生大量的废浆和渣土，为做到文明施工，满足环保要求，废浆和渣土用泥浆船等机械运至指定地点。泥浆和渣土的运输必须及时可靠，以不影响施工。泥浆和渣土严禁乱排乱倒。

3.成孔

3.1钻进工艺

具体操作要点如下：

①护筒内钻进。

在护筒内可采用清水钻进成孔，选取等于设计钻孔直径的四翼刮刀钻头，钻进过程中要根据钻具运转的平稳情况判断钻头是否摩擦护筒及孔内是否有异物，发现问题应针对不同情况采取有效措施进行处理。当清水循环钻进至护筒底口以上两米时停止钻进，然后向护筒内倒入造浆材料，搅拌制备泥浆。

②护筒下钻进。

钻头钻出护筒后，要小气量、轻压、慢转钻进成孔，钻进过程中对变层部位要注意控制进尺，并且每钻进一根钻杆要注意扫孔，以保证钻孔直径满足要求；要随时检测和控制泥浆性能指标，以确保孔壁的安全。

③变截面处钻进。

当钻至桩位变截面处时，精确计算钻进深度后，在主动杆上画标记，当主动杆上标记钻至钻盘处时，停止钻进。换ф2.0m钻头，在钻头上方1.5m处的钻杆位置处加焊一个导向圈，重新对钻机进行对中后，向下减压慢速钻进，精确计算钻进深度，在主动杆上画标记，当钻进至上导向圈刚刚接近变截面位置处时停止钻进，提起钻杆，把钻头提至变截面上方后，再减压、慢速钻进。

钻进过程中视地层情况换用楔齿滚刀钻头，如遇岩层过硬并且无糊钻现象，可更换球齿滚刀（牙轮）钻头钻进，直至成孔。如泥岩层发生糊钻现象，更换四翼刮刀钻头为三翼刮刀钻头，备用二翼刮刀钻头，同时调整泥浆性能。

④在正常施工过程中，为保证钻孔的垂直度，必须采用减压钻进，使加在孔底的钻压小于粗径钻具总重（扣除泥浆浮力）的80%。

⑤钻进过程中注意往孔内及时补充浆液量，维持护筒内的水头高度，使其高于江水2m以上，保证孔壁稳定。

⑥升降钻具应平稳，尤其是当钻头处于护筒底口位置时，必须防止钻头钩挂护筒。

⑦加接钻杆时，应先停止钻进，将钻具提离孔底8～10cm，维持泥浆循环5分钟以上，以清除孔底沉渣并将管道内的钻渣携出排净，然后加接钻杆。钻杆连接螺栓应拧紧上牢，认真检查密封圈，以防钻杆接头漏水漏气，使反循环无法正常工作。

⑧详细、真实、准确地填写钻孔原始记录，精确测量钻具长度，应注意地层的变化，在地层变化与地质报告提供资料不相一致时，应及时通知监理工程师。

⑨根据不同地质，选用不同型的钻头，控制不同的钻进速度，并连续钻进。开始时钻上部2.5m直径孔，钻到变截面处换小直径钻头钻2.0m直径孔。

3.2钻孔施工中需注意的其他问题

钻孔过程中要精心组织、精心施工，做好各种事故预防措施及处理方案。钻孔施工过程中常见事故及其处理办法如下表。

对于回转钻进成孔，其常见孔内事故及预防措施见下表：

①及时修补钻头。

由于钻孔嵌岩较深，对钻头的磨损较为严重，在施工中需经常对钻头修补，及时更换磨损严重的滚刀，以保证成孔进度按期完成。成孔过程中定期检查钻头直径，保证钻头直径符合要求。

②塌孔的预防。

时刻注意孔内水头高度，保证高于江水水位1～2m，孔内水头过低，孔壁内外没有了压差，易发生塌孔事故。

3.3清孔

清孔采用抽浆法进行。钻头提离孔底20cm，采用稍高的转速转动钻头，一边继续反循环，把孔底的泥浆、钻渣混合物排出孔外，一边向孔内补充经过净化后的泥浆，直到出浆口的泥浆达到要求为止。清孔过程中注意保持孔内水头高度（采用备用泥浆泵），以防塌孔。

清孔后，用测锤测量孔深，如不符合要求，继续清孔，如符合要求，卸钻杆、移钻机，采用制作好的探笼分别测量ф2.5m桩径及ф2.0m桩径的孔径及垂直度，如不符合要求，重新复钻，如符合要求，开始下钢筋笼。

4.结束语

综上所述，采用大功率钻机、气举反循环成孔，根据不同地质情况更换钻头。采用优质泥浆护壁，根据不同地质情况及时调整泥浆性能。按上述方案完成了松花江流域最大桩径、最大孔深的变截面钻孔桩的施工，为以后我公司施工类似桩基积累了经验。