工程建设

大直径钻孔灌注桩成孔施工工艺

来源:-摘自《施工技术》杂志第一期 作者: 时间:2014-03-17【字号:

钻孔灌注桩的成孔质量往往直接决定成桩质量,在不同地质条件下,根据成桩要求,采取合理的成孔施工方案是灌注桩施工的关键。以下举例说明不同地质情况下的施工工艺,供大家参考。

1、 成桩要求:Φ2.2米钻孔灌注桩,桩长86米,设计极限承载力为28000KN,桩基持力层进入若风化花岗岩3M。

2、 地质条件:根据现场地质勘查报告,工程拟建场地地层分为:①、杂填土 厚1.2~5.7M,含大石块等障碍物,侧摩阻力qs=11kPa,端阻力qp=0kPa; ②、粉质黏土 厚15.1~18.5M,稍密~中密,qs=17kPa,端阻力qp=180kPa; ③、黏土 厚12.6~15.7M,可塑~硬塑,夹有少量碎石,qs=22kPa,端阻力qp=240kPa; ④、粉质黏土混碎石 厚14.5~16.8M, qs=24kPa,端阻力qp=290kPa; ⑤、全风化花岗石 厚14.2~16.1M,qs=29kPa,端阻力qp=630kPa; ⑥、强风化花岗岩 厚16.1~20.3M, qs=45kPa,端阻力qp=720kPa; ⑦、弱风化花岗岩 厚26米,主要矿物为白云母、黑云母、钾长石等,节理裂隙不发育,岩心坚硬、致密,基岩强度很高,其最低强度Rmin=65MPa,最高强度Rmax=138MPa,桩尖进入弱风化花岗岩3M。

3、 成孔方案:回转和冲击组合钻进法 根据地质条件和试成孔情况,决定充分利用回转钻机和冲击钻机在不同地层的优势,采取回转和冲击组合钻进的成孔方案。上部83米土层采取GPS-20型回转钻机配普通合金钻头成孔,用时3天;进入花岗岩后采用CZ-9型冲击钻机进行冲击钻进,岩层钻进用时6天。

4、 施工工艺

(1)、桩基施工工艺流程

施工准备---桩位放样---护筒埋设---泥浆制备---回转钻进土层---冲击钻进弱风化层---成孔检查---钢筋笼安装---安装导管---清孔---灌注混凝土。

(2)、黏土层、全风化层回转钻进工艺

采用四翼刮刀钻头,刮刀与翼板间的夹角为120°,配制优质泥浆,正循环开孔,泵吸反循环钻进。

①、泥浆配制

配制优质膨润土泥浆,泥浆性能如下:密度1.05~1.10g/cm3,黏度18~22s,静切力0~0.6Pa,含砂率<2%,pH值8~9,胶体率>98%,失水量12~16mL/30min.

②、钻进参数选择

钻压是钻孔施工作业中获得理想的进尺效率及保证钻孔垂直度的重要因素,计算式为单颗合金破碎岩土层所需钻压与合金头数的乘积。

转速  n=60*V/пD。

泵量 砂石泵的排量依据钻杆内流体上返速度和钻杆内径计算。Q=47.1d2Vk  (k为砂石泵的余量,取1.4~1.8)

③、回转钻进技术措施

开孔钻进采取正循环主要为泵吸反循环创造条件,采取慢速、低钻压钻进。开孔钻进后,采用泵吸反循环钻进,砂石泵启动前,钻头提离孔底750px,孔内冲洗液面与孔口平齐。砂石泵启动后,带形成正常反循环后轻压慢进,逐渐加大转速,调整钻压,以防钻头吸水口堵塞,钻进参数根据不同地质情况,以获得砂石泵的合理排量和经济转速。加接钻杆须先停钻并将钻头提离孔底750px,维持冲洗液循环2~3分钟,然后停泵加接钻杆。

(3)、冲击钻进工艺

进入花岗岩地层后,采用冲击钻机钻进花岗岩。冲击钻进采用冲击钻机通过起落钻头并在自重作用下冲击孔底岩层,将岩层破碎成孔,部分碎屑和泥浆挤入孔壁中,大部分成为泥渣,用掏渣筒掏出,冲击钻进至设计标高。

① 、泥浆配制

冲击钻进要求泥浆密度较大以利于护壁,泥浆性能:密度1.25~1.35g/cm3 ,黏度22~26s,静切力0~0.8Pa,含砂率<2%,pH值8~10,胶体率>96%,失水量13~19mL/30min.

清孔泥浆的性能指标:密度1.05g/cm3 ,黏度18~20s,静切力0~0.4Pa,含砂率<0.5%,pH值8~9,胶体率>98%,失水量12~15mL/30min.

② 、冲击钻头参数选择

在高强度基岩中采用冲击钻进工艺,钻头采用四翼十字带副刃的冲击锤头,参数选择为高度H=1.2D,桩径D为2.2米,取高度为4米;钻头质量G=0.5D2,岩石强度,取钻头质量G=8吨;翼板厚550px;刃爪宽度B=(0.22~0.26)D,取B=1500px;刃尖角度=90°.

③ 、冲击钻进技术措施

冲击钻对准护筒中心就位,要求偏差≤±10mm,开始低锤密击以防孔斜,锤高0.3~0.5米,并及时加块石与黏土泥浆护壁,使孔壁挤压密实,正常冲击式加大冲程将锤提高到1.5~2.0米,在成孔时及时将孔内残渣排除,以免孔内残渣沉积,早成埋钻。在钻进过程中每1米检查一次垂直度,发现孔斜立即停止钻进,进行纠偏。对变层处和易于倾斜的部位,采取低锤轻击、间断冲击的办法穿过,以控制孔形。在冲击钻进阶段应注意始终保持孔内水位高过护筒底部0.5米处,以免孔内水位变化造成对护筒低的冲刷,同时孔内水位应高于地下水位1.5米以上。

冲击成孔后清孔用掏渣筒,反复掏渣以利于混凝土灌注前二次清孔,成孔后及时下放钢筋笼、导管,采用泵吸反循环进行二次清孔,检查合格即用导管法灌注水下混凝土。

冲击钻在弱风化花岗岩中的钻进速度达到0.11m/h.

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