1、大直径桩基础气举反循环施工工艺xx 【摘 要】 本文以xx5号特大桥为例，介绍了大直径桩基础气举反循环施工工艺。实践证明，在超厚卵石层复杂地质条件下，该工艺具有较好的适用性，为类似工程提供借鉴。【关键词】气举反循环；大直径桩；复杂地质；施工工艺1、工程概况xx5号特大桥横跨沅江，主桥上部结构采用预应力混凝土连续梁连续刚构体系，桥面总宽度为31.5米，横向为左右分离的两幅桥面，每半幅箱梁采用单箱单室直腹板断面。水中墩台8座，其中主桥墩6座，为群桩基础，每墩位12根钻孔灌注桩，直径2.2m，桩长72m（基础结构见图1-1）。主墩间距为130m，主桥边墩与引桥墩间距75m。xx为xx地区重要的2级航2、道，日夜通航。河水受季节变化影响较大，其中4月-7月为区域性暴雨频发段，是98年特大洪水的主灾区。正常施工水位下，工区水深1217m。 图1-1 主桥基础结构示意图2、地质条件受长期洪水冲刷影响，该段流域河床起伏较大，河床覆盖厚度为2025m厚的卵石，该卵石层主要特征为：灰褐黄褐色，稍密密实，饱和，卵石含量一般50-60母岩成分主要为石英及石英砂岩，粒径一般20-60mm，大者300mm以上，泥、砂质充填，颗粒级配较差。钻孔桩范围内地质土层自上而下主要由：（1）卵石：杂色，中密，饱和，卵石含量约70，颗粒级配一般，粒径30-80mm，大者250mm以上，泥、砂质充填，颗粒级配较差。分层厚度203、m25m。（2）粘土；灰黑色，可塑，稍湿，底部见0.06m原砾岩漂石。分层厚度约7m。（3）圆砾：灰褐色，稍密中密，饱和，砾石含量约60，母岩成分主要为弱风化硅质岩，石英岩，泥沙质填充。颗粒级配差，粒径一般20mm，分层厚度约14m。（4）泥岩：紫红色，泥质结构，厚层状构造，含铁锰质结核，固结很差，节理裂隙不发育，易风化，崩解，岩质极软，有滑腻感，岩体完整。分层厚度约34m。 3、施工准备3.1“三通一平”成孔准备（1）施工便道：伍家嘴村乡村水泥路，大堤横道路，搅拌站至钢栈桥平台自建便道形成循环，保证路线畅通，。（2）施工用水：武陵区xx江水用水泵就地引进使用，送检合格。（3）施工用电：3154、KVA 变压器2台，400 KVA变压器1台，发电机另配备（每两机1台）。（4）钻孔平台：钢栈桥钻孔平台下部钢管桩进行加固处理，与所在平台钢护筒固结形成整体，保证钻机平整、牢固，保证机械操作需要和安全。3.2泥浆池、沉淀池、循环池（1） 单幅6根钢护筒用联通管彼此连接，形成泥浆池与泥浆循环系统。(2) 选用简易过滤箱进行渣浆分离。见图3.2.（3）配制好开钻前必需的泥浆，选用黄粘土、膨润土、烧碱、水泥造浆（图）。 图 过滤箱 图 膨润土4、钻孔机械。300型气举反循环钻机（2200钻孔灌注桩）。GF-300型钻机性能参数表设备型号GF-300气举反循环最大钻孔直径(m)3最大钻孔深度(m)125、0最大输出扭矩(KN.m)130最大提升能力(t)65外形尺寸(长宽高)(m)8.75.512.552循环方式气举反循环钻机总重量(t)主机 42钻具 60钻机总功率(kw)主机 90循环系统 132 5、气举反循环钻机工作原理。气举反循环钻机利用空压机的压缩空气，通过安装在导管内的风管送至桩孔内，高压气与泥浆混合，在导管内形成一种密度小于泥浆的浆气混合物，浆气混合物因其比重小而上升，在导管内气铤底端形成负压，下面的泥浆在负压的作用下上升，并在气压动量的联合作用下，不断补浆，上升至气铤混合器的泥浆与气体形成气浆混合物后继续上升，从而形成流动，因为导管的内断面积大大小于导管外壁与桩壁间的环状断面6、积，便形成了流速、流量极大的反循环，携带沉渣从导管内反出，排出导管以外（图5.1）。图5.1 气举反循环原理简图6、工艺流程6.1施工流程平台验收桩位放线埋设护筒钻机就位钻进清孔安放钢筋笼二次清孔灌注水下砼桩位放样按照设计图纸所提供的坐标，用全站仪测出钻孔桩的准确位置，进行标定。把桩孔中心用“十”字交叉法引到钻孔桩机下铺设好的钢轨垫木上固定，作为控制护筒及钻机对位的依据，并把高程引到刚栈桥面上作为施工时测量桩基础深度的依据。钢护筒埋设为确保施工质量及安全，主墩2.2m径桩基护筒采用14mm厚的钢板制成，直径2.5m，为增强护筒钢度在护筒顶口、底口以及中间部位每5.0m左右设置加强箍，加强箍采用7、厚14mm、宽500mm钢板紧贴于护筒外壁焊牢。每根钢护筒整节在后场加工制作，为避免钢护筒在起吊运输过程中变形，每节钢护筒端头用型钢各焊接一道“米”字形内撑，待起吊后割去内撑。钢护筒采用80T浮吊，DZ180吊振动锤整体沉桩，钢护筒先用1000吨的方驳运入桩位附近，用80T浮吊进行施工。首先先定好定位框中心位置，然后用履带吊将钢护筒吊入定位框内。然后用履带吊换振动锤开始打入，振动锤中心线与护筒中心位置一致。 护筒下沉到位后，采用型钢将顶口与平台固定。钢护筒下沉精度要求：平面位置偏差5cm，倾斜率1%。最小埋置深度计算如下：L=（h+H）ro Hrw/（rd -ro）式中L：护筒埋置深度；H：最8、高潮位至最低河床冲刷线深度为：29.5-12.85=16.65m；h：护筒内外水头差为：2mro：护筒内泥浆比重：13kN/m3rw：水的比重：10kN/m3 rd：护筒外河床土层饱和容重19.6kN/m3rd=(+e)/(1+e)r：土层的相对密度，取平均值2.70kN/m3e：孔隙比0.737计算可得护筒埋置深度为10米，但考虑到钢护筒埋在打入卵石层的最大打入深度，我们先打入5米，并采用丙炳酰胺即PHP泥浆调节泥浆和护筒跟进的方案进行试验性施工，在水深14m左右的情况下，钢护筒长度为18-21m，入土深度为4-7m，实践证明，已基本能满足施工要求。护筒埋设好后，进行垂直度验收。验收合格后，9、把桩孔中心及标高用十字交叉法引到护筒壁，并在四周设控制点。图 钢护筒施工钻机就位及孔位校正钻机安装就位时，底座支垫坚实平稳，防止位移或沉陷。钻机平稳地就位于埋设好的护筒上方，安装钻机做到周正，水平，稳固，机座梁全部承压，钻架设置风缆固定，检查钻架顶部滑轮槽转盘卡孔护筒中心，三者应在一竖直线中，误差小于8mm，以保证钻孔竖向垂直度偏差1。钻孔施工（1）钻机就位前，对钻机的各项准备工作进行检查，包括场地布置及钻机座落处的平整与加固，主要机具的检查及安装，配套设备的就位及供电的接通等。经过各项准备后，xx5号特大桥于2010年1月27日07：00开钻第一根桩，里程桩号K104+212，桩号主6墩右幅10、6号桩。 图 气举反循环工艺钻进 图6.1.4（3）地质取样（2）根据钻孔地质剖面图，按不同土层选用适当的钻进速度和泥浆，填写钻孔记录，观察地质报告是否与实际符合。班组交接班时交待钻进情况及下一班应注意事项。（3）开钻前配备一定数量的粘土泥浆，先往护筒内倒黄黏土，搅浆，泥浆验收合格后开始钻进。增加泥浆泵量以保证良好的泥浆护壁效果。钻孔作业两班连续进行，并经常对钻孔泥浆进行试验，不合要求时进行改正，注意地质层层变化，根据不同地质调节泥浆比重及各项性能指标。在地质层变化处选取渣样，装袋保存，作为依据，判明土层，并记入记录表中，以便于地质剖面图核对 表泥浆性能参数表地质情况泥浆性能指标比重粘度（s）11、含砂率（）胶体率（）失水率（ml/30min）泥皮厚（mm/30min）酸碱度PH值砂层22-284952038-10卵石层1.21.252228496202.0810泥岩1.081.102326296202.0810清 孔1.031.102025199202.0810（4）钻进时，经常检查钻头转向装置，使钻头在钻进中能自由转动。为预防卡钻，经常检孔，保障各项指标合格，顺利钻进。（5）升降钻锥时平稳，钻锥提出井口时防止碰撞护筒孔壁和钩挂护筒底部。拆装钻杆力求迅速。（6）慢速推进，待导向部位全部钻进土层后全速钻进。（7）在接长钻杆时，注意使接头紧密。 （8）连续补充泥浆维持护筒内应有水头，防止孔12、壁坍塌，在钻孔排提锥除土或因故停钻时，保持孔内具有规定的水位和要求的泥浆相对密度及粘度，以防坍孔。（9）根据土质的类别，钻孔速度及供浆量来确定相应的钻进速度，使其达到最佳进度，并确保成孔的垂直度。设专人检查及作钻进记录，经常测试泥浆比重，保持孔内水面标高，严防斜孔、坍孔现象的发生。钻经不同的土、岩层，采取不同比重的泥浆，确保成孔质量。xx5号特大桥主6墩选用气举反循环工艺，成孔质量好，无明显漏浆现象。、钢筋笼制作及吊放（1）钢筋原材料检测合格，严格按设计图纸要求进行，钢筋间距、焊接、搭接长度符合施工及验收规范要求。（2）成型后的钢筋笼保证平整，不坍腰，焊点牢固，每节钢筋笼长度为89米，直径符合13、设计图纸要求，为了保证钢筋笼成型强度，接头处加置加劲箍筋。钢筋的规格、数量准确无误，质量合格。（3）检查孔深、孔径和垂直度，用探孔器，再核测桩位中心，以便在下钢筋笼时适当调整，使钢筋笼中心与桩位中心偏差在1cm以内，待符合要求后，即可吊放钢筋笼。（4）钢筋笼采用吊装入孔（按设计要求100%桩预埋声测管）。为了吊装时有足够的刚度，主筋采用直螺纹套筒连接，主筋与加强箍筋全部焊接。钢筋笼采取分段入孔，接头错开，同一断面的焊接头数量和质量符合施工规范。钢筋笼垂直缓慢放入孔中，防止硬撞孔壁，并随时校正，保证吊放位置准确无误。 图（1） 钢筋笼制作 图（4） 钢筋笼吊放（5）钢筋笼吊放达到设计标高后，固定14、牢固。以免在灌注砼过程中发生掉笼或浮笼现象。声测管注满清水，并密封。（6）灌注桩顶要留足与墩台和柱的连接和锚固钢筋，并将此高度作为破桩头的范围。6.1.6清孔气举反循环清孔由于返浆速度快，清渣效果较好，沉渣层较薄，而沉渣层厚度大小与单桩承载力高低密切相关，对工程质量大有裨益。清孔有以下注意事项： （1）导管下放深度以出浆管底距沉淤面300400mm为宜，风管下放深度一般以气浆混合器至泥浆面距离与孔深之比的0.50.65来确定。 （2）开始送风时应先孔内送浆（补浆），停止清孔时应先关气后断浆。清孔过程中，特别要注意补浆量，严防因补浆不足（水头损失）而造成塌孔。 （3）送风量应从小到大，风压应稍大15、于孔底水头压力，当孔底沉渣较厚、块度较大，或沉淀板结时，可适当加大送风量，并摇动出水管（导管），以利排渣。 （4）随着钻渣的排出，孔底沉淤厚度较小，出水管（导管）应同步跟进，以保持管底口与沉淤面的距离。 （5）清孔后，孔内泥浆比重应小于1.10，粘度1820s，孔底沉渣厚度5cm。 xx5号桥主6墩为例，右幅6号桩于2010年2月8日09：00成孔，右幅4号桩于2月21日19：30成孔，均严格进行第一次清孔法，确保沉渣符合设计要求深度(不大于10)，将钻头提升1020cm，低速旋转，用泥浆泵抽浆排渣，注入净化泥浆，清孔后测定泥浆相对密度1.07，量测沉渣厚度（采用带圆锥形测锤的标准水文绳测定。16、测锤重量1）为5cm，符合施工规范要求。第二次清孔时间2月10日6：508：35，右幅4号桩第二次清孔时间2月23日00：102：40，清孔后测定泥浆相对密度1.05，量测沉渣厚度（采用带圆锥形测锤的标准水文绳测定。测锤重量1）为4cm，效果良好，符合施工规范要求。6.1.7灌注水下砼（1）拌和站自拌砼，外加剂选用高效聚羧酸SYW-3，每立方2.53Kg，首批砼初凝时间6-8h，其坍落度在18030范围内，细骨料采用级配良好的中粗砂，水灰比用0.45，适当提高含砂率，以提高和易性。（2）灌注水下砼采用直径300mm的游轮连接导管，导管事先拼装，并经过密封、压力（1.3Mpa）试验，符合要求。导17、管的安装必须与孔深相对应，管底距孔底30-50cm，导管居中固定于孔口架上，装上漏斗，下装隔水栓。初灌砼量为10m3，按计算结果保证埋管深度不小于1.0m的初灌量进行首灌。 （3）灌注过程中，实时测量砼面的深度，保证导管在砼面的合理埋入深度，控制在3-6m，现场严禁凭经验灌注而将导管提离砼面。（4）严格按照设计配合比搅拌砼然后运送至导管上的漏斗内进行灌注。砼泵车的出料口应紧接导管上口中，灌注时须进行测量砼面上升高度，填写好灌注记录，指导导管的提升和拆卸。（5）保证导管埋入砼内有适当的深度，防止导管提升过猛而使管底提离砼面或埋入过浅而使导管内断桩夹泥，同时防止埋入过深，而导致管内砼压不出或导管被18、砼埋住不能提升，导致中止浇灌而断桩。经常检查砼的坍落度，按规范制作砼试块，进行养护试验、检验砼的强度。（6）邻孔桩开钻满足至少在该桩灌注砼36小时以后和4d（桩基直径）距离。7、结束语钢护筒垂直度极关键，若不把握好钻进时可能导致卡钻，以及钢筋笼无法下放的问题，从xx5号特大桥施工的2.2m径桩基来看，出现过钢筋笼下放困难现象，一定程度上影响施工进度。钢护筒埋设须备加注意，严格检查，更换所有不符合要求的护筒。施工后期，钢围堰内拔除护筒时发现，有些护筒上有明显漏洞，这些很可能就是导致前期漏浆现象的主因，为前期钻孔施工带来一些误导和困惑，增加了施工投入。气举反循环钻与旋挖钻孔工艺对比，具有护壁稳定，不易塌孔，成孔风险小，清孔效果好的优点。从桩检结果分析，气举反循环工艺比旋挖工艺成型的桩基，桩底砼质量更密实更优良，证实了气举反循环原理清孔的优越性。参考文献： 中华人民共和国行业推荐性标准JTG/T F50-2001公路桥涵施工技术规范2011年06月07日发布，2011年08月01日实施； 韩洪伟内蒙赤峰翁牛特旗地区水井施工中多工艺空气钻进技术的应用研究