西部地区钻孔灌注桩施工技术分析

西部地区钻孔灌注桩施工技术分析

李世振何彦文陈磊

中国建筑第八工程局有限公司西北分公司陕西西安710075

摘要：我国在西北五省地区公路工程的建设大幅增加，而这类地区中严重的沙漠化使得公路建设的造价较高，西部地区沙漠化面积据数据统计为65.76万平方公里，这给公路建设施工带来了严峻的挑战，特别是在桥梁桩基施工时，由于砂层较厚，施工过程容易塌孔，施工质量不容易控制，本文通过论述说明如何既能确保证施工进度，又能保证工程质量完成该地区桩基施工。

关键词：沙漠地区；钻孔灌注桩；桩基施工

1研究目的与意义

随着经济社会的发展，国家交通基础设施建设规模不断扩张，尤其高速公路建设任务越来越重，工期越来越紧，建设标准正在大踏步的趋于正规化。但是对于高原严寒沙漠地区（基本地质上层是风积沙、粗砂，厚度达几十米，往下是沙砾层等）摩擦桩，沙层的稳定性较差，土质粘结性差，钻孔过程中易塌孔，成孔后沉渣清理困难；加之工程处于高原严寒地区，对施工人员身体条件、各阶段施工时间、施工设备等都有相关特殊要求；因此高原严寒沙漠地区桩基础施工的难度很大，施工质量难以保障，其相关研究资料甚少。

为了克服上述系列问题，查阅相关资料，通过大量的现场试验，结合理论分析，总结了一套沙漠地区旋挖钻孔灌注桩的施工工法，并成功实施，效果良好。

2工程概况

本文通过内蒙古某国道项目为依托进行论述，该地区桥涵工程地质条件随地貌单元的变化有较大的差异，沿线地表水不太发育，桥址地质构造简单，地层岩性上部为第四系松散沉积物和坡积物，下部为砂岩、泥岩、石英岩、花岗岩等，岩层风化程度不均匀、强弱相伴。各大桥地层较为简单，未见构造运动断裂活动迹象及不良地质灾害发生活动迹象，场地构造稳定性较好，工程地质和水文地质条件相对较好，宜于建桥。经桥位地质钻探揭示，地基土主要为第四系冲积的砂土、砂砾土及碎石土所覆盖，下部均可见基岩出露。

3类似工程项目解决方法

（1）甘肃北部的腾格里沙漠南缘，地貌呈波状沙丘、高大沙丘、沙垄，多为高度一般在2~5m固定一半固定沙丘，沙层表面松散，厚度均超过50m。桥梁深桩基（群桩）在沙漠地区超厚粉砂地层桥施工过程中，在穿越复杂地层时采用“一机双钻、双机联钻”组合作业，有效的解决了单一冲击钻等钻具施工周期长、不经济且易塌孔、易缩颈等弊端，保证了成孔的效率和质量；群桩开挖时采用S形钻孔模式，减小了成孔过程中对土体的扰动;每4根桩基循环共用一个泥浆池，减少了泥浆池开挖数量，节约了施工用水，降低了对环境的破坏；在钻井四周铺设草格栅，防止了沙体前移，避免了测量控制桩因被风沙掩埋或风蚀作用移位倾斜而对施工的不利影响。

（2）敦煌至格尔木格铁路（甘肃段）沙山沟特大桥位于甘肃省阿克塞哈萨克族自治县，桥梁基础为钻孔灌注桩基础，全长10604.73m。沙山沟特大桥桩基施工采用旋挖钻钢护筒跟进干法成孔施工工艺，安全、优质、高效地完成了施工任务，其技术创新主要体现在以下几个方面：采用无水砼灌筑法施工，在砼通过导管进入桩孔底部时，落差过大（最深部高达约30m）会对桩基底部产生强大的冲力产生振动，诱使桩孔局部砂层、砾石层脱落，容易出现塌孔现象，故此在第一料斗砼灌筑前在导管内安放一直径为300mm空心橡胶球（即水下灌筑时用的避水球），球内充气，致使砼下落时起到缓冲作用，降低砼下落的速度；钢护筒跟进施工根据现场地质条件，采用了“内掏外打”施工工艺，有效地解决来钢护筒下沉中阻力问题，未使用钢护筒跟进钻机，使得采用振动锤下钢护筒成功得以实现，大大降低了设备成本。

4桩基施工流程控制

（1）桩孔定位：根据桩的分布情况，用经纬仪放样精确定位。为了便于模拟实际施工中的桩孔定位，文中将孔位中心定在原点处。

（2）泥浆制备：泥浆的密度根据土层而定。在粘土层中，可不用泥浆，为了避免在钻孔时桩周土体先发生应力松弛然后在浇注混凝土时桩周土体又受到挤压带来的不利影响，本文中，在模拟粘土层中桩孔开挖时将采用泥浆护壁。根据相关规定，在粘土和粉质粘土中钻孔时，可注入清水，以原土造浆护壁，排渣泥浆的相对密度控制在1.1-1.2，护壁泥浆与排渣泥浆都将在这一范围内选取，并且取同一值。

泥浆配制沙漠地层以风积沙为主，下层一般有粉（细）沙层、卵（砾）石层、粘土层，施工用钠质膨润土、烧碱、羧甲基纤维素配制混合型泥浆。在加膨润土粉前，先将烧碱（NaOH）溶解在小容器里再泼洒在泥浆池里搅匀，用PH试纸检验，将泥浆池的水酸碱度调至10～11；再加膨润土，使用比例为：水：膨润土=10：1（重量比）；然后加纤维素，掺量为膨润土的0.1%。按上述要求配置的泥浆，比重为1.05左右，粘度为20～26Pa?s，胶体率可达到98%，泥皮厚≤2mm/30min。在有流沙层时，需加大泥浆比重，加大膨润土用量，使用比例为：水：膨润土=9：1，泥浆比重为1.05～1.06。按上述配比配制的泥浆，悬浮能力强，携砂效果好，稳定性强，钻完后粉细沙不易沉淀下来，这时泥浆相对比重达到1.10～1.25。调制泥浆设备有冲浆机、搅浆机，根据使用情况，搅浆机能使膨润土颗粒充分溶解，泥浆搅拌均匀，效果比冲浆机好。

（3）埋设护筒：护筒用1cm厚钢板卷焊，直径比桩径大20cm，长度一般4～6米。护筒埋设采用挖埋法，周围用粘土掺少量膨润土回填紧密。

（4）钻孔与灌注泥浆：目前，有很多钻孔机械都能获得较大孔径、较深的钻孔，能够满足桩施工的要求，施工时，可根据不同地层，具体选用不同钻机以及钻进参数，钻机应视不同的地质条件、钻孔孔径、钻孔深度、供水、供浆量的大小采取不同的钻进速度。钻孔过程中，要及时排除孔内残渣，并同时向孔内补充泥浆，以防止亏浆造成孔内塌方或桩孔侧壁土体应力过度松弛。钻进根据孔径、孔深，选用相应型号的旋挖钻机；钻孔时控制好钻杆垂直度；在不同的地质调整旋挖钻机钻杆的进尺速度、拔杆速度。控制钻进速度，风积沙区钻进18～20转/min，黏土层速度可以适当快些，达到24转/min，钻头经过卵（砾）层时要放慢速度，尽量减少对孔壁的扰动。拔杆时初期速度适当放慢，让下面及时回浆，减少钻头下负压。钻孔时根据孔内水头下降情况，及时补浆，保持孔内水头高度。

（3）排渣清孔：钻终孔后要对钻孔的孔深、孔形、孔径、孔位、钻孔垂度进行验收，各项指标符合设计要求后再用抽筒清孔换浆，清除孔内沉渣。孔内沉渣不清除会导致桩承载力降低，桩的沉降量增大。沉渣混入混凝土，也会导致混凝土强度降低。清孔的目的就是，清除钻渣和孔底沉淀物。清孔成孔后静置30分钟，使大颗粒钻渣沉淀下来，用旋挖钻机掏渣清孔。一般用此方法清孔后，30小时内沉渣厚度能保持在30cm以下，不需二次清孔

（4）灌注混凝土：将搅拌好的商品混凝土由搅拌车运送到施工现场，经储料斗进入溜槽直接进入孔内的浇注管。混凝土浇注尽量连续进行，避免中断。首批混凝土必须满足导管首次埋置深度和填充导管底部的需要。浇注混凝土要保证把孔内的泥浆挤出以及混凝土浆中不参入泥浆。浇筑过程中要适时提升浇注管，并保持一定的浇注速度。混凝土灌注采用导管法灌注混凝土，浇筑时灌注高度应高出桩顶0.4米以上，保证导管内混凝土压力，并控制好灌注速度。

结语

本文通过对西部地区沙漠中桩基施工做了详细的说明，在施工过程中的泥浆制备，及钻进过程中的施工控制为主要控制点，本项目将其成功利用到桩基工程施工中，避免塌孔，加快了施工进度，为西北沙漠地区公路施工建设积累了宝贵的经验。

参考文献

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[2]王全喜.桩基施工存在的若干问题思考[J].黑龙江交通科技，2016（04）：49-52.

[3]邢昆明，刘旭。阿拉善地区工程地质特性浅析.内蒙地质，2007.

[4]公路路基施工技术规范(JTGF10一2006).