粉砂层地质条件下钻孔灌注桩的成桩工艺选择及质量控制

粉砂层地质条件下钻孔灌注桩的　成桩工艺选择及质量控制＊　汤颂彬　上海建工二建集团有限公司　上海　２０００８０　【摘要】针对昆山市地质中粉砂层较多的特点，采用回旋法钻孔灌注桩施工＋先进的除砂设备以及旋挖法钻孑Ｌ灌注桩施　工等技术，确保了昆山市中环快速化改造工程中钻孔灌注桩的成桩质量，可供类似工程借鉴。　【关键词】昆山市中环快速化改造工程　钻孔灌注桩　【中图分类号】ＴＵ９９７　【文献标识码】Ｂ　粉砂层　回旋法　除砂设备　旋挖法　成桩质量　【ＤＯＩ】１０．１４１４４／ｊ．ｃｎｋｉ　ｊｚｓｇ．２０１５．０１．０１　１　Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｉｌｅ—Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｂｏｒｅｄ　Ｐｉｌｅ　Ｕｎｄｅｒ　Ｓｉｌｔ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃｏｎｄｉｉｔｏｎ　ａｎｄ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ★　Ｔａｎｇ　Ｓｏｎｇｂｉｎ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｎｏ．２（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．　Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００８０　１　工程概况　昆山市中环快速化改造工程位于江苏省昆山市，工程　范围包含黄浦江路（东线）、Ｇ３１２（南线）、江浦路（西　线）、￥３３９（北线）合围的四边道路，总长４４．２ｌ　ｋｍ。昆　山中环主线高架全长３９．７７　ｋｍ，地面道路４．４３　ｋｍ，双向６车　道，宽度２５．５　ｍ，设计速度８０　ｋｍ／ｈ。　工程桩全部采用钻孔灌注桩，设计桩径分为１．２　ＩＩ１、　１．５　ｍ及１．８　ｍ，最大桩长约８０　ｍ，共计１４　８９６根。该处的桩　采用ＧＰＳ一１５型钻机正循环钻孑Ｌ施工工艺。Ｃ８—２桩成　孔施工时间为３９＿３　ｈ，第１次清孔时间２　ｈ，提钻２　ｈ。　泥浆循环池总容积１０　ｍ　，废浆池、储浆池未采用。施　Ｔ过程中均为自然造浆，未使用新浆置换，无泥浆外运。　采用正循环成孔、清孔：［艺。　２．３成孔检测结果　根据检测结果，从孔口向下１２～６１　ｍ处孔径最小为　１　０８０　ｍｍ，位于粉土层及粉砂层内普遍为ｌ　１２０　ＩＢｍ，达不　到设计孔径１　２００　ｍｍ，桩底沉渣厚度约为ｌ０　ｍ。　２．４原因分析　粉土层及粉砂层中钻进速度过快，扫孔不足；粉砂层　较多，现场无有效的除砂措施，泥浆含砂量过大；使用机　型为ＧＰＳ一１５，扭矩及桩机自重存在不足，钻头晃动扰动桩　体　基均为独立承台桩，对桩基的质量要求非常严格。　昆山地区地层中砂层（包括细砂及粉砂）分布较厚，　不易清除，容易造成沉渣，以至于原土造浆已经不能满足　泥浆指标的要求，故在该地质条件下如何选择一套比较　合适的钻孔灌注桩成桩工艺成为了本次施工的一个重要课　题　２　首次试桩施工［１Ｉ２］　２．１试桩概况　首次钻孔灌注桩试桩位置为陆家互通立交Ｃ匝道８　墩　３　成桩工艺的选择　根据首次试桩失败的经验教训及原因的分析，对昆山　当地的地质情况和钻孔灌注桩的施工工艺进行了认真的研　究，最后结合本工程的特点和难点，提出以下２个钻孔灌　注桩成孔施工工艺。　的２　桩。桩径１　２００　ｌ＇ｎｍ、桩底标高为一６８．６　ｍ、地面标高　＋３．００　ｍ，钻孔深度为７１．６５　ｍ。　２．２施工工艺介绍　３．１回旋法钻孔桩施工工艺　回旋法钻孔桩施工即采用ＧＰＳ一２０型号的桩机正循环成　孔、正循环清孔，配备１台大功率的除砂机，同时采取人　注：本项目为上海建工集团股份有限公司重点科研项目课题，　课题编号为１　２ＪＣＳＦ一０１．　Ｔ造浆。　３．１．１　ＧＰＳ一２０型钻机相￣ｈＧＰＳ一１５型钻机的优点　作者简介：汤颂彬（１９８３一），男，本科，工程师。　通讯地址：上海市河阍Ｊ略２号（２０００８０）。　收稿拜期：２０．Ｉ４－１２－０１　ｉ　首次试桩钻孔采用的是ＧＰＳ一１５型钻机，其扭矩是　ｌ７．６５　ｋＮ・ＩＴＩ，而ＧＰＳ一２０钻机扭矩是３０　ｋＮ・Ｉ＇ｌｌ，可以减少　—墨建筑袍工・第３７卷・第１期　汤颂彬：　粉砂层地质条件下钻孔灌注桩的成桩工艺选择及质量控制　对泥浆护壁的影响，ＧＰＳ一２０下钻时采用中挡转速４０　ｒ／ｍｉｎ，　且相对ＧＰＳ一１５钻机可以更加有效地控制成孔速度，配合合　理的扫孔工艺，能够更好地增加泥浆护壁的效果。　３．１．２大功率除砂机的作用　４．１．１概况　本次回旋法试桩位置为陆家互通立交ｃ匝道６　墩的　３　桩。桩径１　２００　ｍｍ、桩底标高为一６２．６　ｍ、地面标高　＋３．５２８　ｍ，钻孔深度为６６．１２８　ｍ。　４．１．２施工工艺介绍　由于昆山地质中粉砂分布较厚，且多为细砂和粉砂，　一般的循环和沉降措施不能够将其清除，容易造成沉渣，　本次试桩采用ＧＰＳ一２０型钻机正循环钻孔施工工艺，配　从而影响桩基的质量。根据首次试桩的结果显示，在没　备１台黑旋风ＺＸ－２５０型号的除砂机，同时采取人工造浆措　施。　有使用除砂机的前提下，刚提钻完成后的沉渣深度达到　１０　ｍ，约１１．３　Ｉｎ　的粉砂，可见昆山地质中粉砂含量之大。　３．１．３人工造浆　由于上部黏土层不是很厚，原土造浆已经不能满足要　求，根据首次试桩的经验，钻机在黏土层中钻进时采用原　土造浆，当钻机钻进其它土层中时采用人工造浆对泥浆的　指标进行控制，同时加强过程中泥浆指标的监测，确保过　程中的泥浆密度为１．０３～１．１０　ｍ　，黏度为１８～２２　Ｓ，含砂　率＜４％。　综上，ＧＰＳ－２０型号钻机回旋法钻孔桩施工工艺可以很　好的解决桩机扭矩及自重不足的问题，大大减少了对桩体　的扰动；黑旋风除砂机也可以有效地控制泥浆的含砂率，　确保在规定的范围之内。　３－２旋挖法钻孔桩施工工艺　旋挖法钻孔桩施工即采用不小于２８０型号的旋挖机，　同时配备合理的人工造浆。旋挖法成孔工艺与其他桩基不　同，采用静态泥浆护壁钻斗取土的工艺，是一种无冲洗介　质循环的钻进方法，非常适用于砂土层的施工。　旋挖钻机工作时能原地作整体回转运动。旋挖钻机钻　孔取土时，依靠钻杆和钻头自重切入土层，斜向斗齿在钻　斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土；遇硬土时，　自重力不足以使斗齿切入土层，此时可通过加压油缸对钻　杆加压，强行将斗齿切入土中，完成钻孔取土。钻斗内装　满土后，由起重机提升钻杆及钻斗至地面，拉动钻斗上的　开关即打开底门，钻斗内的土依靠自重作用自动排出。钻　杆向下放关好斗门，再回转到孔内进行下一斗的挖掘。旋　挖钻机行走机动、灵活，终孔后能快速的移位或至下一桩　位施工。　钻孔时，在黏土层或者粉质黏土层中钻斗升降速度为　０．８　ｍ／ｓ，提钻前时需反转２圈合上取土门，并使钻具表面黏　土与钻斗外壁脱离，以防钻斗提升时钻斗外壁沾有黏土造　成坍孔；砂土层及粉砂层中钻斗升降速度为０．７　ｍ／ｓ，提钻　前需反转１圈，反转幅度不宜过大，仅关闭取土门即可，　砂土层内最后提升前，在取土深度范围内，需停留数秒，　给予孔壁处泥浆与砂土一定的稳定时间。　４再次试桩施工　４．１回旋法成孔施工　１）泥浆系统。本次试桩采用膨润土、ＣＭＣ、纯碱等造　浆材料进行人工造浆，同时现场设置了泥浆循环池且为三　级沉淀池，高度１．５　ｍ，总方量Ｉ＞６０　ｍ　，每个工点设置储浆　池，方量≥１００ｍ　。　２）泥浆指标的检测及控制。桩基的成孔过程中加强对　泥浆三大指标的检测和控制，特别是含砂率的控制。在回　旋法成孔过程中每隔２　ｈ对泥浆的三大指标进行１次检测并　做好记录，一旦发现泥浆指标不符合要求立刻采取相应的　措施进行控制。　３）成孔检测结果。根据检测结果显示，该回旋法桩孔　在孔深、孔径、沉淀厚度以及倾斜度方面均满足要求，检　测结果均为合格。　４ｌ２旋挖法成孔施工　４．２．１概况　本次旋挖法试桩位置为陆家互通立交Ｇ３１２主线２３　墩９　桩。桩径１　２００　ｍｍ、桩底标高为一６７．４　ｍ、地面标高　２．７７３　ｍ，钻孔深度为７０．１７３　ｍ。　４．２．２施工工艺介绍　本次试桩采用ＹＴＲ２８０旋挖机施工工艺，同时采取人工　造浆措施。　１）泥浆系统。同回旋法泥浆系统。　２）泥浆指标的检测及控制。桩基的成孔过程中加强对　泥浆三大指标的检测和控制，特别是含砂率的控制。由于　旋挖法成孔时间一般为７　ｈ左右，故在桩基开钻之前、过程　中间以及成孔结束后分别进行１次泥浆指标的测试。如果　开钻之间检测不合格绝对不允许开钻。　３）成孔检测结果。根据检测结果显示，该旋挖法桩孔　在孔深、孔径、沉淀厚度以及倾斜度方面均满足要求，检　测结果均为合格。　综上，针对昆山这边的地质条件，选择上述的２种成　孔工艺是非常合理的，并在实践中取得了成功。　５　成桩质量的控制　结合现场的钻孑Ｌ桩施工工艺，成桩的质量主要从以下　几个方面进行总结。　１）泥浆的制备：使用符合要求的造浆材料进行造浆，　（下转第３５页）　２０１５－－－１　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ田　堡塑　型　里！　竺主！　皇堡望　堕三三苎：　２种情况，项目部在后续施工中采取了措施。首先，在护　筒埋置时，校正护筒平面位置和垂直度，继续下沉钢护筒　直至设计标高后，护筒水面以上部分纵横向使用２０　槽钢　与钻机施工平台钢管桩焊接连接成整体，保证护筒不会倾　斜。其次，控制钻机平面位置，安放时要稳固，在钻进过　桩的施工，从平台、钻机、工艺的选择克服了高砂性、大　直径、超长桩等难题，为工程节点的顺利实现提供了有力　保障。　固定施工平台能保证桩基施工安全和施工精度，ＧＰＳ　回旋钻机能克服水中钻孔桩大直径超深的难题。在砂性、　程中经常检验钻机平台水平情况和钻机是否移位，若有移　位则及时进行修正。　粉砂质土层中成孔，为防止地层液化、颈缩、孔壁坍塌，　采用人工造浆可有效地防止地层液化，对护壁及保持孔壁　的稳定性有较好的效果。　通过实际施工中出现的问题有针对性的采取预防控　４＿２护筒底部漏浆　本工程在施Ｘ：ＦＣ１　１　墩９　桩的时候，护筒内部出现漏浆　现象。在开钻不久后，钢护筒内泥浆越来越少，虽然加大　泥浆循环，但护筒内泥浆面低于水面以下２　ｍ左右，出现了　严重的漏浆现象。出现漏浆情况的原因可能是护筒埋深不　够，由于这个位置正是西１　０００　ｍｍ上水顶管搬迁的位置，　制措施，虽然在该工程中获得成功的运用，但仍有明显不　足，仍有待于进一步深入研究、分析，以期促进高砂性土　大直径超深钻孑Ｌ桩施工技术的不断完善和提高。　◇◇参考文献◇◇　［１］郭有福．粉质砂性土地质情况下的钻孔桩的施工［Ｊ］ｌ黑龙江科技信　息，２０１０（１７）：２８２—２８２，２８１　上水管搬迁使得护筒周围泥土松动不密实，护筒底部产生　漏浆的现象。出现漏浆现象之后，马上停止钻进，提升钻　头，在护筒内外两侧填人大量黏土（围堰拉森钢板桩搭设　完成），保证护简底部土层密实不漏浆。　［２］周红波，陈竹昌，姚浩．上海钻孔桩桩侧摩阻力的异化效应及分析［Ｊ］．　岩土工程学报，２００７（２）：１７４—１７９．　５　结语　通过对青阳港高砂性土层条件下大直径超长钻孔灌注　【３］俞沈星，粱捷砂性土层中采用水泥搅拌桩套打钻孔灌注桩施工的质　量控ＳｆＪ［Ｊ］．建筑施工，２００６（５）：３５４—３５５．　（上接第３１页）　７　结语　在昆山地质中粉砂层较厚的情况下，通过对大直径、　同时使用中要定期对泥浆池中的泥浆进行三大指标的检　测，若发现有误差，应及时调整以使泥浆符合设计和规范　的要求。　２）成孑Ｌ过程中泥浆的监测：成孔过程中由于穿过粉砂　层会使泥浆中的含砂率增大、泥浆相对密度加大，此时需　高深度钻孔灌注桩的施工得出以下几点结论：　１）施工工艺的选择正确与否是桩基施工成败的关键，　根据昆山的地质条件以及钻孔灌注桩的直径、深度，不管　是选择回旋法还是旋挖法施工，必须保证钻机或者旋挖机　的扭矩达到要求。　２）昆山地质中粉砂层较厚，正常的泥浆循环不能够有　打开除砂机，通过除砂机除砂来降低泥浆的粉砂。　３）混凝土的浇筑：混凝土浇筑是确保成桩质量的关　键工序，浇筑前须做好准备工作，确保泥浆密度为１．０３～　１．１０　ｇ／ｃｍ　，黏度为１７～２０　ｓ，含砂率＜２％，孔底沉渣　效的将其清除，必须配备１台离心式的除砂机方可保证泥　浆的含砂率达到规范的要求。　３）由于地质中填土层较薄，沙层较厚，原土造浆已经　≤２５０　ｍｍ，在混凝土浇筑过程中，在保证初灌量的前提下　还须保证能连续紧凑地进行。　４）声测管的注水保护：声测管是用于一定比例的桩基　完全不能够满足泥浆指标的要求，施工过程中必须采取人　工造浆的措施。　◇◇参考文献◇◇　［１］倪磊，刘守敏，喻利斌．粉砂层土质钻　Ｌ灌注桩施工措施［Ｊ］中国新技　术新产品，２０１　４（８）：２３　超声波检测的工具，声测管一旦堵塞将影响该桩基的检测　质量。为了保证声测管通畅，我们采取在混凝土浇筑的同　时对声测管进行注水，保证内外压强平衡，这样就有效地　保护了声测管。　［２］王美芹，贺金仁穿透粉砂层钻　Ｌ灌注桩的处理技术探讨及其应用　６　实施效果　昆山中环共计１４　８９６根钻孔灌注桩，目前已经累计　［Ｊ】ｌ广东水利水电，２０１３（５）：６０—６２．　［３］王新坡．反循环工艺在穿越粉砂层钻孔灌注桩中的应用［Ｊ】ｌ建筑知　识：学术刊，２０１　３（Ｂ０２）：２９８，３００．　【４］贾述望．论钻孔灌注桩成孔穿越粉砂层施工技术【Ｊ］．建筑知识：学术　刊．２０１　２（１）：３０１—３０２　完成１４　７６０根，其中完成桩基检测的为１４　８７５根，一类　桩１４　８６６根，二类桩６根，无三、四类桩，一类桩比例为　９９．８％。　２０１５．１．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉ。ｎ田