CN105839619A - 不良地质条件下钻孔桩施工方法 - Google Patents

Abstract

一种不良地质条件下钻孔桩施工方法，包括以下步骤：在预定的桩位对土层钻设施工孔，在施工孔内设置钢筋笼并向钢筋笼内浇筑混凝土以完成钻孔桩的施工。钻设施工孔的方法为：采用主要由膨润土和粘土组成的泥浆以反循环钻孔的方式进行钻孔。反循环钻孔采用的泥浆的相对密度为1.06～1.10、粘度为18～28Pa·s、含砂率在4wt％以下、胶体率在95％以上、pH在8～10。该方法能够在砂性土质的条件进行钻孔操作，可以避免发生孔缩径或者坍塌，从而提高钻孔桩的施工安全性和施工效率。

Description

不良地质条件下钻孔桩施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁领域，具体而言，涉及一种不良地质条件下钻孔桩施工方法。

背景技术

在桥梁等建设工程中，常常会涉及到钻孔桩的施工，通过施工钻孔桩对地基进行加固，增强土层的承载力。目前，钻孔桩的施工多采用旋挖成孔，然后再浇筑桩。但是，对于砂性土层，由于土层相对较松散，采用旋挖成孔时容易导致孔洞不稳定，甚至坍塌的情况发生，从而影响桩的浇筑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不良地质条件下钻孔桩施工方法，可减少钻孔过程中发生孔洞坍塌的问题，以确保钻孔桩能够更高效地施工。

本发明是这样实现的：

一种不良地质条件下钻孔桩施工方法，包括以下步骤：

在预定的桩位对土层钻设施工孔。在施工孔内设置钢筋笼并向钢筋笼内浇筑混凝土，完成钻孔桩的施工。钻设施工孔的方法为：反循环钻孔。

反循环钻孔采用的反循环泥浆主要由膨润土和粘土组成，反循环泥浆的相对密度为1.06～1.10、粘度为18～28Pa·s、含砂率在4wt％以下、胶体率在95％以上、pH在8～10。

上述方案的有益效果：本发明提供的在不良地质条件下钻孔桩施工方法的成孔效果明显，可避免在钻孔过程中出现缩径、坍孔等不良现象。由于钻孔不易出现坍缩的问题，因此，可以使得钻孔的风险下降，有利于提高钻孔的效率、缩短施工周期、降低施工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的不良地质条件下钻孔桩施工方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本发明实施例的不良地质条件下钻孔桩施工方法进行具体说明：

一种不良地质条件下钻孔桩施工方法包括以下步骤：在预定的桩位对土层钻设施工孔，然后在施工孔内设置钢筋笼并向钢筋笼内浇筑混凝土，即完成钻孔桩的施工。其中，钻设施工孔的方法为：反循环钻孔。

反循环钻孔采用的反循环泥浆主要由膨润土和粘土组成，反循环泥浆的相对密度为1.06～1.10、粘度为18～28Pa·s、含砂率在4wt％以下、胶体率在95％以上、pH在8～10。

在不良地质条件，尤其是砂性土层施工时，由于砂性土层比较松散、结构稳定差，容易发生钻孔坍缩的问题，从而导致钻孔过程中的施工风险和施工周期延长的问题。

现有的旋挖成孔的施工方法利用钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加液压作为钻进压力，使土屑装满钻斗后提升钻斗出土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。旋挖成孔的方式对砂性土层的使破坏作用较大，因而，在砂性土层钻孔时容易孔坍缩。

本发明中采用反循环的方式进行成孔，通过将制作好的泥浆泵压入口孔内，从而将孔内挖掘下的泥沙被泥浆悬浮，随泥浆的上升而排放到地面，反复循环这一过程，从而实现钻设孔的目的。在反循环钻孔过程中，孔壁由水头和泥浆作为保护，可以防止砂性土壤的孔壁破坏的情况。

反循环钻孔的排除钻渣连续性好，钻进速度相对较快。

钻孔时，进入施工孔的泥浆可以填补孔壁的空隙，从而降低孔壁的渗水问题，从而保持施工孔的水压，从而对孔壁进行保护。实际钻设施工孔时，钻设过程中使用的泥浆的粘稠度会逐渐降低，对孔壁的防渗效果下降，并且不同土层的水化膨胀和松散垮塌更严重，导致对孔壁的保护作用降低，因此，可适时地对泥浆进行调整，以便满足钻孔的需要。

较佳地，在钻设施工孔之前，还可在桩位处开挖土坑，并在土坑内安装护筒。护筒的安装要求如下：桩位的中心线与护筒的轴线之间的水平距离在5cm以下，护筒的轴线相对于竖直方向的倾斜度在1％以下，护筒的顶部高于地面20～30cm。倾斜度是指护筒的轴线与竖直方向的夹角的正切值。

具体地，反循环泥浆均可根据实际钻设过程中的需要，添加增稠剂，以改善泥浆的粘度。增稠剂包括纯碱，高分子聚合物等，例如，羧甲基纤维素、聚丙烯酰胺。

为防止钻进过程中，施工孔内的沙石和泥浆堵塞钻头，钻孔设备的钻头与施工孔的底部距离为20～30cm。通过在孔底和钻头之间预留一端距离，使得泥浆和砂土渣能够顺利地在两者之间流动，从而保持钻头正常钻进。

较佳地，在钻设施工孔中，当施工孔达到设计深度时，钻头停止进尺，并对施工孔进行清孔处理，直至施工孔内的沉淀层厚度和泥浆性能达到设计要求。具体地，清孔处理的方法是：使钻头与施工孔底部的距离为0.5～1.0m，反循环泥浆从施工孔的顶部注入，并且钻孔设备的吸泥泵持续吸渣。

由于采用注入泥浆的方式进行施工孔的钻设，施工孔内会残留砂石沉淀，从而形成沉淀层，导致施工孔的深度改变，混凝土的灌注深度也发生改变。另外，沉淀层降低了施工孔对桩的承载力，从而容易引起桩沉降的问题。通过清孔处理，可减小施工孔内的沉淀层厚度，改善沉淀层的性能指标，以便混凝土灌浆深度达到要求，同时提高浇筑的桩的稳定性，避免沉降的问题。

为减少浇筑混凝土时，混凝土发生离析以及混凝土不密实的问题，在施工孔内设置钢筋笼之后，向钢筋笼内浇筑混凝土之前，还包括：于钢筋笼内设置导管，导管的底部与施工孔底部的距离为300～400mm。

导管对浇筑的混凝土起到塑形和支撑作用，使混凝土保持结构的稳定，避免发生离析的情况。导管底部与施工孔底部的距离为300～400mm可以使得浇筑的初始阶段的浇筑桩可以快速、一次成型，同时还可以使得桩基的强度的更高。其次，随着混凝土的浇筑，导管逐渐拔出，从而实现桩的浇筑。较佳地，在浇筑的过程中，导管可进行上下振动，以便使混凝土结合更加致密、紧实，以改善桩的强度。

进一步地，于钢筋笼内设置导管之后，向钢筋笼内浇筑混凝土之前，还包括：通过气举的方式利用导管进行二次清孔。二次清孔可将施工孔内的沉积的泥浆清除的更彻底，通过砂土、石块等沉渣清除以满足孔底沉淀层厚度达到设计要求。

具体地，在导管的上端口连接气举反循环导流罩。将一端连接压缩机，另一端连接分气管的空气管，通过导流罩中心孔将空气管连接分气管的一端放入导管内。通过空气管持续向导管内通入压缩空气，则导管内分别位于分气管以上部分和分气管形成密度差的泥浆和气体的混合物，且分气管以上部分形成的混合物的密度更小。混合物因密度差形成向地面方向运动，从而在导管内分气管以下形成负压，泥浆在负压的作用下被提升，从而产生流动。

较佳地，通过二次清孔之后，施工孔内沉淀的泥浆的厚度在25cm以下，施工孔内沉淀的泥浆的相对密度为1.03～1.10、粘度为17～20Pa·s、含砂率小于2wt％。

以下结合实施例对本发明的不良地质条件下钻孔施工方法作进一步的详细描述。

参阅图1，本实施例提供了一种在不良地质条件下钻孔施工方法，主要包括以下步骤:

步骤S101，钻孔前准备：钻孔前引根据具体的施工环境、设计要求，对施工场所进行清理，以及各种设备安装和原材料储备。

步骤S102，钻孔以及清孔：利用反循环钻孔法进行钻孔作业，钻孔完成后进行清孔处理。

步骤S103，钢筋笼、导管的安装：在钻设的孔内放置钢筋笼，并安装用于浇注混凝土的导管。

步骤S104，二次清孔：通过气举的方式进行清孔。

步骤S105，浇筑混凝土：通过导管向钢筋笼内浇筑混凝土。

以下对上述步骤作详细阐述。

在步骤S101中，钻孔前准备主要包括以下准备工作。

1.1、测量放样

根据设计图纸提供的数据，计算各桩基中心坐标，进行现场测量放样。放样过程严格按照规范进行，放样后用钢尺测量各桩基中心距离进行校核，并打好桩位周围护桩，并记录好每个护桩至桩位的距离，以便复核。

1.2、护筒制作和埋设

护筒采用18mm厚钢板卷制并在底节设韧角以便埋设，护筒内径较桩径大20cm，长度满足高出地面20～30cm及埋深大于2.5m的要求。埋设时先在预定桩位处开挖直径适宜的圆形土坑，然后加入适量的粘性黄泥，同时将护筒安装至圆形土坑中就位。

为了保证护筒安装的质量要求，护筒中心竖直线优选与预定桩位中心线重合，平面偏差不大于5cm，竖直向倾斜度不大于1％，护筒顶高于地面20～30cm。

护筒外侧用粘性黄泥拥壁并夯实。护筒放置完成后必须再次复核护筒中心坐标，如不符合要求，则重新放置。护筒放置加固后，测量护筒顶高程，桩基成孔前再次测量护筒顶高程，避免护筒沉降造成误差。

1.3、钻机就位

用汽车吊将钻机吊至预定桩位进行拼装(如采用汽车钻可直接就位)，拼装完毕后安设并调整好钻机起吊***，将钻头吊入护筒内，用水平尺把钻机调平并使钻头对准预定桩位中心，然后装上转盘，使转盘中心与钻架上的起吊滑轮组、预定桩位中心在同一铅垂线上，允许的偏差不大于20mm，钻机底座的四角允许的相对高差不大于5mm。钻机转盘高程是测定孔深的依据，其高程测量误差不得大于5mm，钻机开钻前必须再次进行桩位复核，并报监理验收。钻进过程中经常检查钻盘，如有倾斜或移位，及时纠正。

1.4、泥浆制备

本实施例中，施工采用膨润土与优质粘土制备泥浆，泥浆的参数在开钻前通过试验确定，其主要性能指标要求如表1。

表1钻空用泥浆性能指标

泥浆优选配制完成后即使用。在开钻前完成泥浆的制备，泥浆的各项性能指标应及时检测和控制。视检测情况及钻孔情况，可向泥浆中添加纯碱、0.1％的羧甲基纤维素、或膨润土，以改善泥浆性能。当采用正循环进行钻孔时，使用的泥浆的主要性能指标是：相对密度为1.2～1.45；黏度为19～28Pa·s；含砂率为4～8％；胶体率在96％以上；pH值为8～10。

在步骤S102中，钻孔以及清孔主要包括以下操作。

2.1、钻机采用反循环工艺进行钻孔作业。

钻进时，为防止钻头的吸渣口被堵塞，首先，将钻头提高距孔底约20cm～30cm，将真空泵加足清水，为便于真空泵启动，避免使用污水。其次，关紧出水控制阀和沉淀室放水阀使管路封闭，再打开真空管路阀门使气水畅通，然后启动真空泵。真空泵工作抽出管路内的气体产生负压，从而将水引导至泥浆泵。再次，通过沉淀室的观察窗看到泥浆泵充满水时关闭真空泵，立即启动泥浆泵。

当泥浆泵出口真空压力达到0.2MPa以上时，打开出水控制阀，把管路中的泥水混合物排到沉淀池，形成反循环后，启动钻机慢速开始钻进。若打开出水控制阀后，泥浆泵出口真空压力减到0.2MPa以下时，可关闭出水控制阀以减小排量，或者在操作中反复启闭控制阀门以提高泵内压力。

当孔的设计深度较大，钻机可连接长钻杆。在钻机连接长钻杆之前，先停止钻盘，并使反循环***持续工作至孔底沉渣基本排净，然后关闭泥浆泵。为防止漏气、漏水，钻机与长钻杆的接头法兰盘之间垫设3mm～5mm厚的橡皮圈，用螺栓加固。

钻进过程中，每4小时检查一次钻机下沉，并及时调平，做好记录。

钻进过程中，为防止孔径倾斜，需注意以下事项：

1)安装钻机时要使转盘、底座水平，起重滑轮缘、固定钻杆的卡孔和护筒中心三者需在一条竖直线上，并经常检查校正。2)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，控制钻杆上的提引水龙头，使其沿导向架对中钻进。3)钻杆接头需逐个检查，及时调整，当主动钻杆弯曲时，要用及时千斤顶调整。4)在砂类土中钻进时，采用一、二档转速，并控制进尺，以免陷没钻头。遇地下水丰富易坍孔的粉质土，采用低档慢速钻进，减小钻锥对土层的搅动，同时加大泥浆相对密度和提高水头，以加强护壁，防止坍孔。出现卡钻问题时采取钻头悬空空转刮削、上下蠕动的方式解决不规则孔径问题。5)钻进过程中，要不时检查护筒内的水头。如发现水头不足时，采用抽浆泵抽浆至护筒内补充水头。

2.2、清孔

当钻设的孔到达设计标高以后，钻机停止进尺，采用置换法泵吸反循环进行清孔。具体地，将钻头提升至离孔底0.5～1.0m，从孔口让沉淀好的轻密度泥浆(相对密度1.03～1.10)不断流入孔内，吸泥泵持续吸渣，直至孔底的沉淀层厚度和泥浆性能指标符合设计及规范要求。

2.3、成孔检查

清孔的同时，对孔内的泥浆和沉淀层进行检测，以便根据实际情况调整清孔操作。泥浆性能指标和沉淀层厚度满足设计及规范要求后，拆除钻杆、提出钻头，并检查孔径和倾斜度，孔径不得小于设计要求，倾斜度不得大于1％。成孔检查采用钢筋制作的笼式检孔器，其外径与桩径相同，长度为孔径的4～6倍。

检测时，将检孔器吊起，使检孔器中轴线、孔的中心与钢丝绳起吊点位于同一竖直线上，慢慢放入孔内，上下畅通无阻表明孔径不小于设计值。若中途遇阻，则有可能在遇阻部位有缩孔或孔斜情况，这时重新下钻头、接钻杆在出现问题的位置进行上下反复扫孔，并进行重新检测。

在步骤S103中，钢筋笼、导管的安装包括以下操作。

钻设的孔经检测合格后，才能进行钢筋笼吊装作业。在完成钢筋笼安装作业后，在钢筋笼内安装导管。导管由多节内径相同的管道组成，并且每一节的内壁光滑、顺直、光洁、无局部凹凸。下放导管时需小心操作，避免挂碰钢筋笼。导管按编号顺序下放，底口距孔底的高度控制在300～400mm。

导管使用前，试拼编号进行水密、承压试验和接头抗拉试验。进行水密试验的水压不小于孔内水深1.3倍的压力，也不小于导管壁和焊缝可能随灌注混凝土时最大内压力的1.3倍。最大内压力等于导管全长或预计的最大高度的混凝土柱产生的压力减去桩孔内水或泥浆产生的压力。

在步骤S104中，二次清孔包括以下操作。

钢筋笼、导管下好后，利用导管通过气举的方式进行第二次清孔，并对孔底的泥浆和沉积层进行检测。当孔底的沉淀厚度小于设计要求时(本实施例中为25cm)，且泥浆性能指标达到以下要求：相对密度1.03～1.10，粘度为17～20Pa·s，含砂率＜2％，方可停止清孔。

在步骤S105中，浇筑混凝土包括以下操作。

2.7、灌注水下混凝土

待第二次清孔完毕后，安装漏斗及储料斗。浇筑时采用的混凝土采用商用水下混凝土，坍落度控制在18～22cm。用内径的快速卡口导管进行水下混凝土灌注。

为确保首批混凝土灌注后导管埋深在1m以上，储料斗注满混凝土后拔塞灌注的同时，运输车继续注入混凝土，直至达到并超过首批灌注混凝土计算数量。

在首批混凝土灌注完成、确认埋置深度满足要求后，即实施桩基混凝土的连续灌注。正常灌注时导管埋深控制在2～6m，混凝土灌注接近钢筋骨架底高程时保持导管较大埋深，并放慢灌注速度，防止因混凝土冲击造成钢筋笼上浮，在混凝土顶面超出钢筋底4m以上时，提升导管，恢复正常灌注。在灌注至设计桩顶标高时需严格检测，控制好灌入量。为保证破除桩头后的桩身混凝土质量，混凝土灌注高程须高于桩顶设计高程0.5～1.0m。混凝土灌注快结束时漏斗底口高出桩顶4～6m。

首批灌注混凝土的数量需能满足导管首次埋置深度≥1m和填充导管底部的需要。首批灌注混凝土用量的计算公式如下：

V≥πD²/4×(H1+H2)+πd²/4×h1

其中：V表示灌注首批混凝土所需数量(m³)；

D表示钻孔直径(m)；

H1表示孔底至导管底端间距，一般为0.4m；

H2表示导管初次埋置深度，H2≥1.0m；

D表示导管内径；

h1表示孔内混凝土达到埋置深度H2时，导管内混凝土柱平衡导管外(或泥浆)压力所需的高度(m)。

在按照本发明提供的施工艺进行钻孔，成孔效果显著，未出现缩径、坍孔等不良现象，桩基可达到Ⅰ类桩标准。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种不良地质条件下钻孔桩施工方法，其特征在于，包括以下步骤：在预定的桩位对土层钻设施工孔，在所述施工孔内设置钢筋笼并向所述钢筋笼内浇筑混凝土，钻设所述施工孔的方法为：反循环钻孔；

所述反循环钻孔采用的反循环泥浆主要由膨润土和粘土组成，且所述反循环泥浆的相对密度为1.06～1.10、粘度为18～28Pa·s、含砂率在4wt％以下、胶体率在95％以上、pH在8～10。

2.根据权利要求1所述的不良地质条件下钻孔桩施工方法，其特征在于，所述反循环泥浆中还含有增稠剂，所述增稠剂包括纯碱和/或羧甲基纤维素。

3.根据权利要求1或2所述的不良地质条件下钻孔桩施工方法，其特征在于，在钻设所述施工孔过程中，钻孔设备的钻头与所述施工孔的底部距离为20～30cm。

4.根据权利要求3所述的不良地质条件下钻孔桩施工方法，其特征在于，在钻设所述施工孔中，当所述施工孔达到设计深度时，所述钻头停止进尺，并对所述施工孔进行清孔处理。

5.根据权利要求4所述的不良地质条件下钻孔桩施工方法，其特征在于，所述清孔处理的方法是：使所述钻头与所述施工孔底部的距离为0.5～1.0m，所述反循环泥浆从所述施工孔的顶部注入，并且所述钻孔设备的吸泥泵持续吸渣。

6.根据权利要求1所述的不良地质条件下钻孔桩施工方法，其特征在于，在所述施工孔内设置所述钢筋笼之后，向所述钢筋笼内浇筑所述混凝土之前，还包括：于所述钢筋笼内设置导管，所述导管的底部与所述施工孔底部的距离为300～400mm。

7.根据权利要求6所述的不良地质条件下钻孔桩施工方法，其特征在于，于所述钢筋笼内设置所述导管之后，向所述钢筋笼内浇筑所述混凝土之前，还包括：通过气举的方式利用所述导管进行二次清孔。

8.根据权利要求7所述的不良地质条件下钻孔桩施工方法，其特征在于，所述二次清孔为：清孔至所述施工孔内沉淀的泥浆的厚度在25cm以下，所述施工孔内沉淀的泥浆的相对密度为1.03～1.10、粘度为17～20Pa·s、含砂率小于2wt％。

9.根据权利要求1所述的不良地质条件下钻孔桩施工方法，其特征在于，在钻设所述施工孔之前，还包括:在所述桩位处开挖土坑，并在所述土坑内安装护筒。

10.根据权利要求9所述的不良地质条件下钻孔桩施工方法，其特征在于，所述桩位的中心线与所述护筒的轴线之间的水平距离在5cm以下，所述护筒的轴线相对于竖直方向的倾斜度在1％以下，所述护筒的顶部高于地面20～30cm。