松花江流域大直徑變截面樁成孔施工要點探析

路翠環(huán)

【摘 要】采用大功率鉆機(jī)、氣舉反循環(huán)成孔，根據(jù)不同地質(zhì)情況更換鉆頭。采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，根據(jù)不同地質(zhì)情況及時調(diào)整泥漿性能。

【關(guān)鍵詞】大直徑；變截面；泥漿；成孔

1.地層分析與鉆機(jī)選用

采用大功率鉆機(jī)，氣舉反循環(huán)成孔，根據(jù)樁徑及地層情況配備相應(yīng)的刮刀鉆頭、滾刀鉆頭；選用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，為滿足環(huán)保，首先選用物理泥漿，如攜渣能力不能滿足要求，再選用低固相聚丙烯酰胺泥漿。

地址特征，以松浦大橋主塔施工為例，根據(jù)地質(zhì)勘察資料，主橋（主塔）鉆孔施工過程中所遇地層情況大致如下：

0～1.50m 沖填土：黃色，以粉細(xì)砂為主。

1.50m～18.0m 粉砂、中砂、粗砂互層。

18.0m～20.5m 亞粘土：灰色，軟塑，含硬塑土，含砂夾層。

20.5m～39.60m 細(xì)砂、中砂、粉砂互層。

39.6m～42.0m 全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖：灰綠色，結(jié)構(gòu)基本破壞，風(fēng)化物呈土狀，硬塑～堅塑狀態(tài)，膠結(jié)疏松。

42.0m～50.8m 強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖：風(fēng)化物呈碎塊狀，風(fēng)化裂隙較發(fā)育。

50.8m～71.0m 弱風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖：綠灰色、堅硬，巖芯呈柱狀，錘擊易碎。

71.0m～80.3m 微風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖：綠灰色，巖質(zhì)新鮮，結(jié)構(gòu)基本未破壞。

根據(jù)施工現(xiàn)場地質(zhì)條件及施工經(jīng)驗，主橋主塔鉆孔樁采用GF—300型和ZSD—300型回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行成孔。

2.泥漿制備及循環(huán)系統(tǒng)

本工程鉆孔采用泥漿護(hù)壁，根據(jù)鉆進(jìn)地層的特點，為保證鉆孔質(zhì)量，選用物理泥漿，如實際施工中物理泥漿攜渣能力過低時，再采用低固相聚丙烯酰胺泥漿。

2.1物理泥漿制備

①制漿用原材料。

制漿采用膨潤土，應(yīng)選用以蒙脫石為主的鈣鈉基膨潤土，保證土具有較好的分散懸浮性和造漿性。制漿用水可直接從江水中抽取。

分散劑選用工業(yè)碳酸鈉（Na2CO3）。其功能是提供Na+，對鈣土進(jìn)行改性處理。

②原漿的制備。

將膨潤土、水、純堿按比例制成原漿。根據(jù)施工經(jīng)驗：1立方泥漿中膨潤土的含量為6～8%，純堿的含量為膨潤土含量的3～4%。在施工過程中，可在護(hù)筒內(nèi)攪拌制作泥漿，將原材料按比例倒入護(hù)筒內(nèi)后，開動空壓機(jī)循環(huán)泥漿使泥漿得到充分的攪拌，待泥漿性能指標(biāo)達(dá)到要求后，即正常鉆進(jìn)。

2.2低固相聚丙烯酰胺泥漿制備

①聚丙烯酰胺的水解。

可選用陰離子、非水解型、分子量為800萬的聚丙烯酰胺（PAM）。使用前須對聚丙烯酰胺提前2～3天采用常溫法進(jìn)行水解，水解時按PAM：NaOH：H2O=10：1.15：700的比例，在攪拌筒中攪拌，直至PAM全部分散于水中，放置2～3天后即可使用。

將制備好的泥漿儲存在泥漿船儲漿池中，利用泥漿泵將泥漿泵送入所施鉆孔中。

2.3泥漿循環(huán)系統(tǒng)及泥漿的凈化

施工時根據(jù)現(xiàn)場場地情況，可將泥漿船、護(hù)筒與施工樁孔相聯(lián)，構(gòu)成泥漿循環(huán)系統(tǒng)。通過泥漿凈化器直接將鉆渣集中堆放到運渣船上，再外運處理。不得向江中排放泥漿和鉆渣。

施工時在平臺處布置2艘600T駁船做為泥漿船，采用護(hù)筒間設(shè)置的泥漿槽將護(hù)筒連接成一體并與泥漿船進(jìn)行連接（通過泥漿泵）做為鉆進(jìn)中的泥漿循環(huán)系統(tǒng)。

第一次清孔時利用配備的2艘泥漿船制備700m3（按170%孔內(nèi)體積考慮）泥漿，采用換漿法進(jìn)行第一次清孔。

灌注一根鉆孔樁時的換漿和排漿量約為450m3（按10%擴(kuò)孔考慮），利用配備的2艘泥漿船來盛放灌注鉆孔樁時所排廢漿和開孔鉆進(jìn)時補(bǔ)充新漿。

對于反循環(huán)排出的泥漿，采用泥漿凈化器凈化后循環(huán)使用。每臺鉆機(jī)需配備CS120型泥漿凈化器對泥漿進(jìn)行凈化處理，鉆孔施工過程中，將泥漿循環(huán)的排渣管直接接在泥漿篩設(shè)施上，泥漿循環(huán)時首先過濾去粒徑大于1.0毫米的鉆渣顆粒，然后再利用泥漿凈化設(shè)備對泥漿進(jìn)行最終處理。經(jīng)過凈化處理后的泥漿通過回漿管流回孔內(nèi)，凈化時排出的鉆渣通過溜槽排放到運渣船上，所產(chǎn)生的鉆渣多為粉砂及泥巖，容易造成凈化器排渣口堵塞，施工時配備高壓水槍等工具進(jìn)行疏通。

2.4廢漿的處理

本工程采用泥漿護(hù)壁，施工過程將產(chǎn)生大量的廢漿和渣土，為做到文明施工，滿足環(huán)保要求，廢漿和渣土用泥漿船等機(jī)械運至指定地點。泥漿和渣土的運輸必須及時可靠，以不影響施工。泥漿和渣土嚴(yán)禁亂排亂倒。

3.成孔

3.1鉆進(jìn)工藝

具體操作要點如下：

①護(hù)筒內(nèi)鉆進(jìn)。

在護(hù)筒內(nèi)可采用清水鉆進(jìn)成孔，選取等于設(shè)計鉆孔直徑的四翼刮刀鉆頭，鉆進(jìn)過程中要根據(jù)鉆具運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)情況判斷鉆頭是否摩擦護(hù)筒及孔內(nèi)是否有異物，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)針對不同情況采取有效措施進(jìn)行處理。當(dāng)清水循環(huán)鉆進(jìn)至護(hù)筒底口以上兩米時停止鉆進(jìn)，然后向護(hù)筒內(nèi)倒入造漿材料，攪拌制備泥漿。

②護(hù)筒下鉆進(jìn)。

鉆頭鉆出護(hù)筒后，要小氣量、輕壓、慢轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔，鉆進(jìn)過程中對變層部位要注意控制進(jìn)尺，并且每鉆進(jìn)一根鉆桿要注意掃孔，以保證鉆孔直徑滿足要求；要隨時檢測和控制泥漿性能指標(biāo)，以確保孔壁的安全。

③變截面處鉆進(jìn)。

當(dāng)鉆至樁位變截面處時，精確計算鉆進(jìn)深度后，在主動桿上畫標(biāo)記，當(dāng)主動桿上標(biāo)記鉆至鉆盤處時，停止鉆進(jìn)。換ф2.0m鉆頭，在鉆頭上方1.5m處的鉆桿位置處加焊一個導(dǎo)向圈，重新對鉆機(jī)進(jìn)行對中后，向下減壓慢速鉆進(jìn)，精確計算鉆進(jìn)深度，在主動桿上畫標(biāo)記，當(dāng)鉆進(jìn)至上導(dǎo)向圈剛剛接近變截面位置處時停止鉆進(jìn)，提起鉆桿，把鉆頭提至變截面上方后，再減壓、慢速鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)過程中視地層情況換用楔齒滾刀鉆頭，如遇巖層過硬并且無糊鉆現(xiàn)象，可更換球齒滾刀（牙輪）鉆頭鉆進(jìn)，直至成孔。如泥巖層發(fā)生糊鉆現(xiàn)象，更換四翼刮刀鉆頭為三翼刮刀鉆頭，備用二翼刮刀鉆頭，同時調(diào)整泥漿性能。

④在正常施工過程中，為保證鉆孔的垂直度，必須采用減壓鉆進(jìn)，使加在孔底的鉆壓小于粗徑鉆具總重（扣除泥漿浮力）的80%。

⑤鉆進(jìn)過程中注意往孔內(nèi)及時補(bǔ)充漿液量，維持護(hù)筒內(nèi)的水頭高度，使其高于江水2m以上，保證孔壁穩(wěn)定。

⑥升降鉆具應(yīng)平穩(wěn)，尤其是當(dāng)鉆頭處于護(hù)筒底口位置時，必須防止鉆頭鉤掛護(hù)筒。

⑦加接鉆桿時，應(yīng)先停止鉆進(jìn)，將鉆具提離孔底8～10cm，維持泥漿循環(huán)5分鐘以上，以清除孔底沉渣并將管道內(nèi)的鉆渣攜出排凈，然后加接鉆桿。鉆桿連接螺栓應(yīng)擰緊上牢，認(rèn)真檢查密封圈，以防鉆桿接頭漏水漏氣，使反循環(huán)無法正常工作。

⑧詳細(xì)、真實、準(zhǔn)確地填寫鉆孔原始記錄，精確測量鉆具長度，應(yīng)注意地層的變化，在地層變化與地質(zhì)報告提供資料不相一致時，應(yīng)及時通知監(jiān)理工程師。

⑨根據(jù)不同地質(zhì)，選用不同型的鉆頭，控制不同的鉆進(jìn)速度，并連續(xù)鉆進(jìn)。開始時鉆上部2.5m直徑孔，鉆到變截面處換小直徑鉆頭鉆2.0m直徑孔。

3.2鉆孔施工中需注意的其他問題

鉆孔過程中要精心組織、精心施工，做好各種事故預(yù)防措施及處理方案。鉆孔施工過程中常見事故及其處理辦法如下表。

對于回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)成孔，其常見孔內(nèi)事故及預(yù)防措施見下表：

①及時修補(bǔ)鉆頭。

由于鉆孔嵌巖較深，對鉆頭的磨損較為嚴(yán)重，在施工中需經(jīng)常對鉆頭修補(bǔ)，及時更換磨損嚴(yán)重的滾刀，以保證成孔進(jìn)度按期完成。成孔過程中定期檢查鉆頭直徑，保證鉆頭直徑符合要求。

②塌孔的預(yù)防。

時刻注意孔內(nèi)水頭高度，保證高于江水水位1～2m，孔內(nèi)水頭過低，孔壁內(nèi)外沒有了壓差，易發(fā)生塌孔事故。

3.3清孔

清孔采用抽漿法進(jìn)行。鉆頭提離孔底20cm，采用稍高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動鉆頭，一邊繼續(xù)反循環(huán)，把孔底的泥漿、鉆渣混合物排出孔外，一邊向孔內(nèi)補(bǔ)充經(jīng)過凈化后的泥漿，直到出漿口的泥漿達(dá)到要求為止。清孔過程中注意保持孔內(nèi)水頭高度（采用備用泥漿泵），以防塌孔。

清孔后，用測錘測量孔深，如不符合要求，繼續(xù)清孔，如符合要求，卸鉆桿、移鉆機(jī)，采用制作好的探籠分別測量ф2.5m樁徑及ф2.0m樁徑的孔徑及垂直度，如不符合要求，重新復(fù)鉆，如符合要求，開始下鋼筋籠。

4.結(jié)束語

綜上所述，采用大功率鉆機(jī)、氣舉反循環(huán)成孔，根據(jù)不同地質(zhì)情況更換鉆頭。采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁，根據(jù)不同地質(zhì)情況及時調(diào)整泥漿性能。按上述方案完成了松花江流域最大樁徑、最大孔深的變截面鉆孔樁的施工，為以后我公司施工類似樁基積累了經(jīng)驗。