1、杭黄铁路站前III标项目二分部钻孔灌注桩旋挖钻孔施工方案 目 录一、工程概况31.1工程简介31.2工程地质条件31.3气象条件4二、旋挖钻机成孔主要施工工艺42.1旋挖钻机成孔施工流程42.2 开钻前准备工作42.2 开钻前准备工作52.3钢护筒的制作与埋设72.4泥浆的制备及过程控制82.4.1泥浆制备92.4.2泥浆循环系统92.4.3泥浆性能控制92.4.4泥浆的维护102.5旋挖钻机成孔施工102.5.1钻机就位112.5.2钻机钻进112.5.3清孔工艺132.5.4防塌孔、缩孔措施13杭黄铁路站前III标项目二分部旋挖钻机成孔工艺一、工程概况1.1工程简介浦阳江特大桥位于杭黄铁路2、杭州萧山临浦镇境内。为双线铁路桥，线间距为5m。该桥设计起点里程为DK32+925.18，设计终点里程为DK39+125.31，中心里程为DK36+025.25，全桥长6200.13m米。其间跨越东复线公路、既有杭金衢高速公路、既有浙赣线、03省道、乡道和村道、浦阳江和沟渠及水塘。老祠堂特大桥位于浙江省萧山区境内，该桥起点里程为DK39+409.740，终点里程为DK42+050.35，中心里程为DK40+746.45，全桥长2674.37米。桥址范围内地势较为平坦，桥址范围内主要为耕地，水塘及民房，桥台范围山势较为平缓，山上植被茂盛，桥址于DK40+064DK40+143处跨越永兴河。1.23、工程地质条件拟建的浦阳江特大桥桥址区地貌形态为冲积平原及残丘。桥址范围内地势较为平坦，沿线分布浦阳江、民房、耕地、鱼塘、苗木以及珍珠养殖场等，桥址两侧范围山坡较为平缓，其上植被茂盛。根据勘察报告揭示，桥址区的岩土层按其成因分类主要有：第四系填土层（Qml）、第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl）、第四系冲湖积层（Q4al+l）、第四系残坡积层（Qel+dl），侏罗系上统黄尖组（J3h）凝灰岩、杂砂岩、砂砾岩，奥陶系下统（O1y）粉砂质泥岩、灰岩、生物碎屑灰岩，寒武系上统西阳山组（3x）白云岩，侵入岩为蚀变霏细斑岩、安山岩。拟建的老祠堂特大桥，位于浙江省萧山区境内，有乡村公路可通至桥址区，可供中4、小型车辆运输，工地交通条件一般。根据勘察报告揭示，桥址区的岩土层按其成因分类主要有：第四系全新统填土层Q4ml）、第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl）、第四系上更新统冲洪积层(Q3al+pl）、第四系坡残积层(Qel+dl）、侏罗系上统黄尖组(J3h）凝灰岩、奥陶系下统印渚埠组(O1y）、寒武系上统西阳山组(3x）灰岩。1.3气象条件该地区地处长江中下游，属亚热带季风气候区，具有阳光充足，四季分明，降雨丰沛集中，梅雨显著，无霜期长，寒雪期短等特征。多年平均降雨量1500mm，降雨主要集中在汛期48月，占年降雨的65左右，全年最大降雨达2294mm，一日最大降雨262.3mm。梅雨期一般在6月5、中旬7月下旬。多年平均气温16.5，年极端最高、最低气温分别为40.6、-15.6，平均无霜期240天，平均相对湿度77。常年主导风向为东北风，夏季多南风，冬季多北风，春夏两季风向多变，汛期多年平均最大风速14m/s ,最大瞬时风速22m/s。二、旋挖钻机成孔主要施工工艺2.1旋挖钻机成孔施工流程见下页图2.2 开钻前准备工作1）泥浆池的准备开钻前需开挖好大小两种泥浆池，大泥浆池的储浆量需大于所需成孔桩基的方量，大小泥浆池间视场地情况可开挖循环槽或采用泥浆泵抽取的办法补浆；小泥浆池开挖在孔位附近，并与孔位桩护筒连接形成一个泥浆缓存区，便于泥浆的自动补浆，钻进过程中每当钻具完全下到孔底后，必须及6、时向孔内补充泥浆，在钻杆提升过程中，小池中的泥浆及时回流至孔内，确保钻孔内不缺浆。小泥浆池还兼做沉淀池的作用。在场地限制的情况下需加工足够数量的钢制泥浆池进行储浆，为方便后续的转运，可将钢制泥浆池的规格加工成3x6x3m的钢箱，每台旋挖钻机配备5个钢制泥浆池（总方量约270m3），顶部焊接4个吊点，箱体的三个面焊接钢管和阀门，钢箱之间采用泥浆胶管连接。考虑到钢箱数量较多，可将钢箱“一”字连接或平行连接。旋挖钻机施工工艺流程图2.2 开钻前准备工作1）泥浆池的准备开钻前需开挖好大小两种泥浆池，大泥浆池的储浆量需大于所需成孔桩基的方量，大小泥浆池间视场地情况可开挖循环槽或采用泥浆泵抽取的办法补浆；7、小泥浆池开挖在孔位附近，并与孔位桩护筒连接形成一个泥浆缓存区，便于泥浆的自动补浆，钻进过程中每当钻具完全下到孔底后，必须及时向孔内补充泥浆，在钻杆提升过程中，小池中的泥浆及时回流至孔内，确保钻孔内不缺浆。小泥浆池还兼做沉淀池的作用。在场地限制的情况下需加工足够数量的钢制泥浆池进行储浆，为方便后续的转运，可将钢制泥浆池的规格加工成3x6x3m的钢箱，每台旋挖钻机配备5个钢制泥浆池（总方量约270m3），顶部焊接4个吊点，箱体的三个面焊接钢管和阀门，钢箱之间采用泥浆胶管连接。考虑到钢箱数量较多，可将钢箱“一”字连接或平行连接。泥浆池总体布置示意图 钢制泥浆池布置示意图 2）场地的平整与夯实挖钻机虽8、可利用电脑控制系统进行钻杆垂直度的调节，但其自身重量较重，场地的平整度及土体的承载力将是旋挖钻机成孔顺利与否的重要因素。在开钻前需对场地进行平整，如场地土层承载力较差(如淤泥层等)，需将原土层开挖清除并回填碎石土，同时进行碾压夯实处理，必要时需在场地附近开挖水沟排水，确保地层的承载力；场地平整完成后在桩位两侧铺设钢板或模板于钻机履带下方，分散钻机的集中荷载。3）土体堆放场地的清理钻机钻进提出的土体受钻头高度的影响，只能将土体堆放于钻机机身后。开钻前需对钻机附近的场地进行清理，并在机身后选取空旷场地作为堆土场，同时配备1台挖掘机及时将土体挖至运输车内运走，减少机身附近土层的荷载，清理出足够的堆放9、空间。4）钻机的检查保养及钻头的选择钻机的性能决定了其钻径和钻深，但钻机的维护保养则成了成孔的重要因素。旋挖钻机成孔功效高，钻机如出现故障将影响后续的泥浆循环清孔，对孔壁的护壁不利。开钻前需仔细检查钻杆、钻头、动力头、卷扬机等设备的性能，及时维修和保养。根据试桩处的地质情况，选用不同型号的钻头进行成孔。试桩成孔选用挖泥钻头、挖砂钻头、截齿钻头三种钻头，分述如下：对粘性土层，使用挖泥钻头，挖泥钻头的底盖为单层。对砂层则采用挖砂钻头，挖砂钻头和挖泥钻头的结构基本一致，但为保证钻头的密封性，这种钻头的底部为双层底，施工时通过双层底的旋转打开和闭合。在孤石、风化花岗岩层钻进时，采用截齿双底钻头。 挖泥10、钻头 挖砂钻头 截齿双底钻头 2.3钢护筒的制作与埋设 每根桩基护筒长度为6m，护筒采用旋挖钻机进行安放，埋设到位后护筒平面误差控制在5cm以内，垂直度控制在1/200以内。1）护筒加工采用壁厚14mm的Q235B钢板加工，护筒刃脚30cm高范围加焊钢板进行加劲,避免埋设过程中护筒产生变形，同时将底口加工成刃角，降低沉放的阻力。2）引孔经测量放样出桩位中心，护筒下入前先采用旋挖钻机引孔，孔中心对应桩位中心；地表下100cm范围内孔径略大于护筒外径，以下钻头直径同桩径，如见地下水时，应注入泥浆保护孔壁，防止坍孔。3）钢护筒埋设钢护筒起吊、就位采用旋挖钻机，吊车配合，两端同时起吊钢护筒，吊车缓慢下11、放，完成钢护筒起吊、就位；钢护筒进入引孔后，在测量的观测控制下，采用旋挖钻机压入或拧入到位，护筒口高出地面50cm；同时在钢护筒与引孔周围空隙对称地、均匀地回填最佳含水量的粘土，并分层夯实，达到最佳密实度。以保证其垂直度并防止泥浆流失、护筒位移及掉落。另外护筒考虑周转使用，在砼灌注完成后，利用50t汽车吊配合振动锤将护筒拔起。4）护筒倾斜度检测护筒安放完成后，采用旋挖钻机在护筒内上下提升进行验证检测，满足要求后方可往下钻进。5）护筒安放注意事项严格控制钢护筒焊缝质量要求，对每道焊缝进行检查，不符合要求的坚决要求返工。钢护筒下沉中，应精确定位，严格控制钢护筒的倾斜度和下沉速率。沉放困难及时采取引12、孔措施，减少孔内摩擦阻力，不得强行打入。引孔时护筒内自地面下应注满泥浆，防止坍孔。2.4泥浆的制备及过程控制泥浆的质量控制是旋挖钻机成孔的关键因素，而钻机钻进过程不能造浆，也不能进行泥浆的循环，开孔前需制备足够的高性能泥浆，以确保孔壁的安全；为保证泥浆的性能指标，本工程将在泥浆池内集中制备泥浆，灌注过程进行回收后集中净化处理，重复使用，以降低施工成本，保证现场文明施工。2.4.1泥浆制备根据本项目地质情况拟采用膨润土、纯碱配制优质泥浆；制备时先将泥浆池清理干净，加入一定配比的膨润土和纯碱经泥浆泵抽水进行拌和（一般采用60kg膨润土+1m3淡水+1kg纯碱）形成，过程中检测泥浆指标是否符合要求，13、随时进行调整；为了增加泥浆的粘度，减少其失水率，在配置泥浆时可加入适量的CMC和两性离子聚合物。若配置泥浆粘度随着纯碱加入失水率增大，说明纯碱加入量过大；尽量选用同样类型的粘土，部分粘土还需加入少量的烧碱以将泥浆中的氢质土转换为钠质土。泥浆指标参数可按下表进行控制。泥浆指标参数项 目原浆参数成孔过程中泥浆参数测定方式比重1.151.181.151.20泥浆比重计粘度1820s1822s漏斗粘度计含砂量2%4%含砂量测定仪PH值7979PH广泛试纸胶体率95%98%95%量杯2.4.2泥浆循环系统根据桩基的分布位置设置多个沉淀池、储浆池，并开挖循环槽连接。出浆循环槽槽底纵坡不大于1.0%，使沉淀14、池流速不大于10cm/秒以便于石碴沉淀。钻进过程也可采用泥浆泵从储浆池抽取泥浆至沉淀池，灌注的时候从沉淀池经机械过滤后抽回储浆池，依次循环使用。砼灌注至最后5m左右时，因泥浆与砼接触混合物较多，泥浆变质，需将最后5m高的泥浆抽取至泥浆车上排除，不得抽回储浆池内，以免含有水泥成分的泥浆再次使用。2.4.3泥浆性能控制泥浆的日常维护主要应该做到：经常测定泥浆参数，掌握其性能，然后根据测定的泥浆参数确定对泥浆的相应调整。1）由于地层成孔、灌注过程混凝土的污染，泥浆会逐渐失去原有性能而产生变质，所以在施工过程中要不断除去所含泥砂，并调整泥浆性能指标在规定范围内。2）钻进中携带渣土的泥浆首先排入沉淀池，15、经自然沉淀或采用人工用网筛将石碴捞出，合格的泥浆流入储浆池。灌注混凝土回收的泥浆也先排入沉淀池，经自然沉淀、机械除砂，合格的泥浆进入储浆池，废浆废渣及时排出场外，处理后的泥浆经储浆池净化后返回钻进的孔内，形成不断的循环。3）施工时要及时清除循环槽和沉淀池内沉淀的钻渣，清出的钻渣应及时运出现场并放置到指定地方，不得任意堆砌在施工场地内或直接向水塘、河流排放，防止钻渣废浆污染施工现场及周围环境。2.4.4泥浆的维护泥浆质量管理是钻孔作业中的保障。在施工区内建立现场泥浆试验室，专人负责，制定泥浆试验员检查路线，随时调整泥浆性能并按泥浆施工日常检查记录表记录备案，满足现场要求。泥浆试验定时检测（次/216、h），根据钻进地层不同作出相应处理。特别是从一种地质层进入另一种地质层时，要加强对泥浆指标的监控，当钻孔至砂层等易塌地层时，应加大泥浆比重，粘度及胶体率，以确保护壁效果，防止塌孔。泥浆胶体率性能的测定每天有1次以上，每次留样测量泥浆的胶体率，保证胶体率有95%以上。试验室的样品如发现有胶体率降低时，及时汇报，由技术人员指导加入膨润土、CMC、降失水剂、纯碱等外加剂调节。钻孔过程遇到泥浆受侵，泥浆中的PH值下降，粘度增大，可配置高碱比的混合剂进行泥浆的调节，使粘度和失水率下降并保护粘土颗粒，从而使泥浆各指标较快达到要求，混合剂配比为3:4:1:2:50(褐煤：烧碱：丹宁酸：纯碱：水)。2.5旋挖17、钻机成孔施工旋挖钻机施工原理是利用可以伸缩的旋式钻杆在钻具重量、油缸压力及动力头扭矩的共同作用下，将地下土、岩屑装入钻头（筒），再用卷扬机提升取土（岩）成孔。钻机自动定位，垂直旋孔，具有装机功率大、机动灵活、施工效率高等特点，配合不同钻具，可适用于不同孔径及地质条件的成孔作业。旋挖成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土卸土，直至钻至设计深度。2.5.1钻机就位就位前先将钢护筒中心对中并用两互相垂直的细线标志出护筒中心，将钥匙开关打到电源档，将旋挖钻机移到钻孔作业所在位置，通过旋挖钻机的自18、动控制器，与护筒中心对中后将钻机就位，将桅杆调直进行直孔作业。 钻机就位时，要事先检查钻机的性能状态是否良好，保证钻机工作正常。钻机就位后开钻前，经现场技术人员核实垂直度和桩位对中合格后报监理工程师认可后方可钻进。2.5.2钻机钻进（1）钻机成孔施工工艺根据不同土层选用不同型号的旋挖钻头，以适应土层旋挖压力的变化。钻孔前泥浆初次注入时，应垂直向桩孔中间进行入浆，避免泥浆沿护筒壁冲刷孔壁使其底部孔壁松散坍塌。钻孔时通过显示器按钮直接进入主工作界面，然后进行钻孔作业。钻孔时先将钻斗着地，通过显示器上的清零按钮进行清零操作，记录钻机钻头的原始位置，此时显示器显示钻孔的当前位置的条形柱和数字，操作人员19、可通过显示器监测钻孔的实际工作位置、每次进尺位置及孔深位置，从而操作钻孔作业。开孔后，以钻头自重并加压作为钻进动力。在作业过程中，操作人员可通过主界面的三个虚拟仪表的显示情况（动力头压力、加压压力、主卷压），实时监测液压系统的工作状态。1）开孔时，以钻斗自重并加压作为钻进动力，一次进尺短条形柱显示当前钻头的钻孔深度，长条形柱动态显示钻头的运动位置，孔深的数字显示此孔的总深度。2）当钻斗被挤压充满钻渣后，将其提出地表，同时观察监视并记录钻孔地质状况；操作回转操作手柄使机器转到机身后方位置卸渣，挖机将渣土装入土方车。3）通过操作显示器上的自动回位对正按钮机器自动回到钻孔作业位置，或通过手动操作回转20、操作手柄使机器手动回到钻孔作业位置。此工作状态可通过显示器的主界面中的回位标识进行监视。旋挖钻机电脑控制显示器（2）成孔保证措施为了保证成孔的垂直度，开钻之前显示器显示钻杆的垂直时采用吊线法检查显示器数据的准确性，符合要求时方能开钻；每次提放钻杆时应严格检查钻杆的垂直度，确保成孔垂直度满足设计要求。 钻机钻孔时，应根据土层类别、钻孔速度及供浆量来确定相应的成孔速度，成孔速度应符合下列规定：1）在淤泥和淤泥质土中，应根据泥浆的补给情况，严格控制成孔速度，一般不大于1m/min；在松散砂层中，成孔速度不宜超过3m/h。钻进施工过程中一次钻进速度宜控制在50cm左右，采用少钻勤提方式，避免进尺过快造21、成塌孔埋钻事故。 2）控制钻头升降速度，防止发生孔壁缩颈、坍塌事故。在钻进过程中要经常检查钻头通气孔，必须保证钻头通气孔的畅通无阻。钻头升降速度宜控制在0.750.80m/s；在粉细砂层，钻头升降速度宜小于0.6m/s；提下钻钻头进出泥浆液面时要平稳，尽量减少钻头对液面的抽吸和冲击。3）在硬土层中或在岩层中的成孔速度以钻机不发生剧烈跳动为准。4）成孔过程注意补充孔内的泥浆,防止浆面过低造成孔壁坍塌。5）钻孔过程中若发现斜孔、弯孔、缩颈、塌孔或沿护筒周围冒浆以及地面沉陷等情况，应停止钻孔，经采取有效措施后，方可继续施工。具体措施为：当钻孔倾斜时，可往复钻、冲孔修正，如纠正无效，应在孔内回填粘土或22、风化岩块至偏孔上部1m，再重新钻孔；钻孔中如遇塌孔，应立即停钻，并回填粘土，待孔壁稳定后再钻。2.5.3清孔工艺1）成孔达到设计标高后，对孔深、孔径、垂直度等进行检查，不合格时采取措施处理。使用验孔器及测绳进行量测，桩径允许偏差不得小于设计桩径，孔深不小于设计值，孔身倾斜度小于1%孔深。且应注意终孔深度是否与地质资料相符。2）成孔后的第一次清孔是钻孔灌注桩施工保证成桩质量的重要一环，通过清孔确保桩孔的质量指标、孔底沉渣厚度、循环液中含钻渣量和孔壁泥垢等符合桩孔质量要求，清孔方法为：桩孔终孔后，将钻具提高，采用大泵量泵入性能指标符合要求的新泥浆，并维持正循环2h以上，清孔泥浆比重控制在1.10以23、上。对于土质较差的砂层，清孔后泥浆比重应控制在1.15以上。孔底沉碴厚度不大于15cm，泥浆含砂量小于2。3）清孔达到要求后进行钢筋笼的下放，过程中注意对中下放，避免刮擦孔壁。4）钢筋笼下放完成后需下放导管进行第二次清孔（均是正循环），使泥浆均匀，孔底沉淀满足规范要求，同时对孔壁进行护壁。2.5.4防塌孔、缩孔措施塌孔、缩孔等事故往往是由于对地质情况研究不够，对护筒内外水头差、泥浆控制、不同地层的进尺速度等施工细节把握不到位等因素引起的。因此，要彻底预防塌孔、缩孔等事故的发生。常见的钻孔（包括清孔时）事故及处理方法分述如下：1）坍孔各种钻孔方法都可能发生坍孔事故，坍孔的特征是孔内水位突然下降，24、孔口冒细密的水泡，出渣量显著增加而不见进尺，钻机负荷显著增加等。坍孔原因分析：（1）泥浆相对密度不够及其它泥浆性能指标不符合要求，使孔壁未形成坚实泥皮。（2）由于出渣后未及时补充泥浆，或孔内出现承压水，或钻孔通过砂砾等强透水层，孔内水流失等而造成孔内水头高度不够。（3）护筒埋置太浅，护筒底口处、坍塌或孔口附近地面受水浸湿泡软，或钻机直接接触在护筒上，由于振动使孔口坍塌，扩展成较大坍孔。（4）在松软砂层中钻进进尺太快。（5）提出钻头时，回转速度过快，空转时间太长。（6）水头太高，使孔壁渗浆或护筒底形成反穿孔。（7）清孔后泥浆相对密度、粘度等指标降低，用空气吸泥机清孔泥浆吸走后未及时补浆，使孔内水25、位低于地下水位。（8）清孔操作不当，供浆管嘴直接冲刷孔壁、清孔时间过久或清孔停顿时间过长。（9）吊入钢筋骨架时碰撞孔壁。坍孔的预防和处理：（1）在松散粉砂土或流砂中钻进时，应控制进尺速度，选用较大相对密度、粘度、胶体率的泥浆或高质量泥浆。（2）发生孔口坍塌时，可立即拆除护筒并回填钻孔，重新埋设护筒再钻。（3）如发生孔内坍塌，判明坍塌位置，回填砂和粘质土（或砂砾和黄土）混合物到坍孔处以上1m2m，如坍孔严重时应全部回填，待回填物沉积密实后再行钻进。（4）清孔时应指定专人补浆，保证孔内必要的水头高度。供浆管最好不要直接插入钻孔中，以免冲刷孔壁。导管下放时也应对中，防止清孔过程触动孔壁，另外不宜使用26、过大的风压，不宜超过1.51.6倍钻孔中水柱压力。（5）吊入钢筋骨架时应对准桩位中心竖直插入，严防触及孔壁。2）钻孔偏斜偏斜原因分析：（1）钻孔中遇有较大的孤石或探头石（2）在有倾斜的软硬地层交界处，岩面倾斜钻进；或者粒径大小悬殊的砂卵石层中钻进，钻头受力不均。（3）扩孔较大处，钻头摆动偏向一方。（4）钻机底座未安置水平或产生不均匀沉陷、位移。（5）钻杆弯曲，接头不正。（6）全压钻进。预防和处理措施：（1）钻进中如遇到孤石，显示钻头压力会立即增大，应停止钻进，提出钻头检查渣样并分析原因后可换用截齿钻头下至记录位置，慢速扫孔钻进，直至将孔边孤石清除后更换钻头重新钻进。清除孤石后需重新检查此处孔壁27、的垂直度，如孔壁有倾斜需进行修孔后再钻进。（2）钻机底座确保水平，起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者应在一条竖直线上，并经常检查校正。（3）由于主动钻杆较长，转动时上部摆动过大。必须在钻架上增设导向架，控制杆上的提引水龙头，使其沿导向架对中钻进。（4）钻杆接头应逐个检查，及时调正，当主动钻杆弯曲时，要用千斤顶及时调直。3）扩孔和缩孔扩孔比较多见，一般局部的孔径过大。在地下水呈运动状态、土质松散地层处或钻锥摆动过大，易于出现扩孔，扩孔发生原因与坍孔相同，轻则为扩孔，重则为坍孔。若局部发生坍塌而扩孔，钻孔仍能达到设计深度则不必处理，只是混凝土灌注量大大增加。若因扩孔后继续坍塌影响钻进，应按坍28、孔事故处理。缩孔即孔径的超常缩小，一是严重磨耗的钻头往往钻出较设计桩径稍小的孔；另一种是由于地层中有软塑土（俗称橡皮土），遇水膨胀后使孔径缩小。各种钻孔方法均可能发生缩孔。为防止缩孔，前者要及时修补磨损的钻头，后者要使用失水率小的优质泥浆护壁并快转慢进，并复钻二三次，直至使发生缩孔部位达到设计要求为止；提升钻头时，避免因筒斗下部产生较大的负压力作用产生“吸钻”现象而造成孔壁缩颈，须对钻头的筒壁对称加焊护壁钢板（或增设导流槽）进行改进，以减少钻孔缩颈现象的发生。对于有局部缩孔现象的孔位,钢筋笼和导管安装后须及时灌注混凝土,以免桩身缩径或露筋。4）钻孔漏浆漏浆原因（1）在透水性强的砂砾地层中，特别是在有地下水流动的地层中钻进时，稀泥浆向孔壁外漏失。（2）护筒埋置太浅，回填土夯实不够，致使刃脚漏浆。处理办法（1）属于第一种情况的使用较粘稠或高质量的泥浆进行回补钻孔（2）属于护筒漏浆的，应挖出护筒，修理完善后重新埋设。