钻孔灌注桩穿越透水层施工工艺浅析

发表时间：2019-01-11T11:41:43.307Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第31期 作者： 张超凡 武国威 盖希才

[导读] 本文以南水北调特大桥钻孔灌注桩的施工为工程背景，基于穿越透水层的施工环境，从施工工艺流程与关键控制要点的角度介绍了钻孔灌注桩穿越透水层施工工艺。

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摘要：本文以南水北调特大桥钻孔灌注桩的施工为工程背景，基于穿越透水层的施工环境，从施工工艺流程与关键控制要点的角度介绍了钻孔灌注桩穿越透水层施工工艺，旨在为同类地层的桩基施工提供借鉴。 关键词：桥梁工程，钻孔灌注桩，透水层，施工工艺，质量控制

1、工程概况

南水北调特大桥位于曲阳至黄骅港高速公路曲阳至肃宁段上，桥梁中心桩号K85+376.5，起点桩号K84+849.5，终点桩号

K85+903.5，全长1054m，跨径组成为（4×30）+（4×30）+（4×30）+（4×30）+（88+151+88）+（4×30）+（4×30）m；其中主桥跨径为88+151+88=327m，上部采用波形钢腹板组合连续箱梁桥，跨越南水北调渠。

工程地质情况：0~3m，粉质土；3~5m，粉砂；5~8m，中粗砂；8~45m，砂砾（粒径为3~12cm，最大粒径为32cm）；45m以下为亚粘土。

施工钻孔机械：徐工360旋挖机一台、吊车130吨一台（备用）、吊车25吨一台、50装载机一台、240挖掘机一台、6吋泥浆泵一台。 设计桩径：1.8m。 设计桩长：50m。

护筒长度：6m（0~8m范围内地质以粉细砂、中粗砂为主，根据现场及试验确定为6m） 地下常水位：-21~-23m（地下流动水层）。

施工情况说明：普通地质稳定、失水不严重的情况，常用造浆材料多为化学试剂造浆，基本能够满足桩基施工的需要。而对于本工程的地质实际情况为在-21~-23m处、-33~35m处为地下流动水层，在该部位的桩基施工时，失水情况严重，最大失水流量达到70m3/小时。 2、施工工艺 2.1 测量放线

为确保桩位准确无误，桩位经坐标计算后，必须校核，桩位采用坐标法进行施测。复核场地轴线及控制桩点无误后，由专业测量人员测放桩位，做好标记，以便钻机就位对中；要求桩位测放偏差≤0.5cm，并做好护桩，以便于对护筒及钢筋笼校核。护桩用混凝土固定，并在护桩上做好标记。施工过程中，要尤其注意防止破坏标识引起桩位偏差，并随时复核。 2.2 埋设钢护筒

根据桩位地质情况，埋设护筒深度为2～4m。护筒内径比桩径大20cm。在护筒四周回填黏土并分层夯实；护筒顶面中心与设计桩位偏差不大于5cm，倾斜度不大于1%。 2.3 造浆

泥浆池布置：根据施工需要设置造浆池一个，造浆池的最小尺寸为2.5~3倍的设计桩体积，本工程造浆池的实际为15*8*3m3。设置沉渣池一个，就本工程沉渣池的尺寸说的尺寸为60m3。

造浆设备：以80N10型泥浆泵不间断造浆、循浆为主，配以挖掘机及人工造浆为辅，保证造好的泥浆达到使用要求。

根据需要采用膨润土（钠质）造浆，泥浆材料的选定及配合比：10~15%％膨润土；1～1.5％工业用碱；0.1％羟甲基纤维素

（CMC）；木质锯末（3~5mm）5~10%（失水严重部位使用效果明显）；奈普顿化学试剂2箱（50kg成孔前后使用起到沉渣作用）；泥浆比重为1.15g/cm3，粘度为25s；拌和用水为自来水或干净的地下水。 2.4 钻机钻进

护筒埋置完成后，注入造好的泥浆，在孔内加入粘土，钻机在孔内反向旋转，不钻进的二次造浆，其主要作用是利用高浓度泥浆加强对护筒底部粉质砂、中粗砂成孔孔壁的保护，防止护筒及砂层部位塌孔，且放慢钻进及提钻速度。

钻进土层进入砂卵层后，可正常速度钻进，再进入地下常水位前，向孔内加入适量粘土，停止钻进，在该部位反向旋转、反复提钻进行造浆，加大泥浆比重，控制时间1h左右；继续钻进，钻进速度0.5~1m/h，根据补浆的速度及时调整钻进速度，并在补浆过程中均匀加入少量锯末，保证泥浆对常水位部位的砂砾层的空隙进行有效填充，泥浆通过砂砾透水层的流失控制在0.15m3/h以内。

成孔前3m或进入桩底亚粘土层后，向孔内加入奈普顿化学试剂，用量控制在0.4kg/m3左右（该数据为现场试验所得，不同地质情况用量不同），作用是通过其化学反应形成的絮状物将泥浆中所含的砂带入孔底，通过钻机钻进掏渣及二次清孔将泥浆中的大部分砂清除，降低泥浆的含沙量。

二次清孔，大比重的泥浆含沙量较高，成孔后沉渣大，通过奈普顿等化学试剂使用达不到灌注混凝土前泥浆的指标要求时，需要进行二次清孔。本工程桩基长度为50m，钢筋笼搭接焊接时间为7小时左右（3节钢筋笼），在全部焊接完成后，可利用大吨位吊车将钢筋笼整体吊出，利用旋挖钻对孔底进行二次清孔，达到灌注要求后，及时下钢筋笼，下导管等，灌注混凝土前进行量测，达到要求后及时进行混凝土的灌注。 3、结论

保证护筒的埋置深度，保证水头压力及上部土体的稳定，具体埋置深度依据实际地质、经验及试验确定。

依据钻进过程中泥浆护壁控制失浆的效果及时调整泥浆比重以及钻进的速度，特别是在地下流动水层部位施工钻进速度。

加大泥浆比重可加强护壁效果，但其副作用是成孔后沉渣过大，达不到混凝土灌注的要求。采用循浆、换浆方式除渣效率低，影响施工进度；采用奈普顿等化学试剂方法（本工程实际使用）降砂除渣成本较大；利用大吨位吊车配合旋挖钻二次清孔除渣效率高，成本大。

选用何种方法降砂、除渣还要考虑施工地质成孔后的稳定性。在具体施工中，必要时可采用以上的一种或几种方法同时使用，保证施工进度及质量。 参考文献

[1]贺永安.钻孔灌注桩桩基施工穿越透水层时的处理方案[J].黑龙江科技信息，2015（22）：253. [2]崔镇年.浅析高层建筑运用钻孔灌注桩在弱透水层中的应用[J].建设科技，2013（07）：80-81.

[3]宁晋生，郭建国，习胜强.承压水地层钻孔灌注桩施工工艺浅析[J].探矿工程（岩土钻掘工程），2003（06）：8-9+12. 作者简介：张超凡，男，1980年，中建交通建设集团有限公司河南分公司项目副经理。 盖希才，男，1982年2月20日，中建交通建设集团有限公司河南分公司项目总工。 武国威，男，1989年，中建交通建设集团有限公司河南分公司项目质量部经理。