中交隧道局第二工程有限公司
1、引言
粉土或砂土在富含矿物质的静水环境下，在地质营力作用下将形成钙质或铁质胶结，从而形成所谓的板砂。这类地层在受到振动荷载后，其结构容易破坏，从而产生液化。因此在穿越此类地层时应该考虑加入振动力，从而提高钻进效率。同时此类地层比较坚硬，有砂砾石，进尺难度较大，钻孔时常伴有"跳钻"现象。通常对于这类地层需要将泥浆比重调至最大，减少钻压慢速钻进防止出现大块"板砂"松动出现扩孔，同时在孔内投少量砂石防止缩孔。另外先用小钻头钻进，后改用大钻头扩孔的办法缩短了施工时间。通过工程实例，介绍了改进的钻孔灌注桩施工技术，通过对施工机械和施工工艺的改进，采用短螺旋钻头穿越细砂和板砂地层，取得了较好效果，保证了成桩质量。
2、工程概况
本工程为二级网化蓝周公路A3标段K33+814上跨西汤路分离式立交桥，上部采用3*20m部分预应力钢筋混凝土空心板，下部采用柱式墩、肋式台、钻孔灌注桩基础。钻孔灌注桩桩径1.5m，桩长为28m，总共有18根，桩顶设承台或系梁。基础穿越地层有细砂层和板砂层，桩基施工期间西汤路实行交通管制，工期要求紧，任务重。
2.1、工程地质
拟钻孔场地勘察设计探孔深度为40m，地层可依次划分为人工堆积层和一般第四纪沉积层，由上至下分述如下：
①素填土：以粉质粘土为主，褐黄，中下密，湿~饱和，可塑，含砖渣、灰渣和植物根。填土层厚7.3～7.5m；
②卵石土：褐黄~黄褐色，中下密~中密，湿~饱和，分布不均匀，层厚为0.7～0.9m；
③中细砂：灰黄~灰色，中密，上部为湿，下部为饱和，含少量粘性土团块，分布连续。层厚2.8m～3.6m。
④圆砾：颜色混杂，以灰色、褐色为主，中密~密实，饱和，最大粒径4～6cm，亚圆，级配良好，中细砂和粘性土填充，层厚1.2～1.7m。
⑤粉质粘土：褐黄色，饱和，可塑，层厚9.2～10.0m。
⑥中砂：褐黄色，密实，饱和，含云母片、石英、砾石，层厚1.2～1.4m。
⑦粉质粘土：褐黄色，饱和，可塑~硬塑，层厚14.2～14.9m。
2.2、水文地质
拟建场地在钻探40m范围内地下水类型分别为潜水、层间潜水、和承压水。第一层为潜水，水位埋深8.0～14m。第二层为承压水，水位埋深15.2～26.4m。
3、施工难点
本项目合同工期为18个月，由于本场地原有一加油站迟迟不能拆迁，截止交工前半年加油站才开始拆迁，桥梁队伍进场。而且该处上跨西汤二级路，交通实行临时管制，要求快速完工及时恢复交通。工期压力非常大。为加快施工进度，拟采用旋挖钻施工。在开始施工第一根桩基过程中，我们发现在钻进23m时进尺非常困难，换用大功率钻机和循环钻后一样进度缓慢，按照常规情况应该换用冲击钻施工，采用冲击钻后也花费了20个小时的时间完成一根桩的施工作业，而且在灌注混凝土后计算该桩超方24m3混凝土，扩孔非常严重，按照此进度根本不能按期完工，压力巨大。
4、施工工艺改进
为改变这一现状，我们工程部及时成立科研攻关小组，提出采用改进钻头，安装到旋挖钻上进行穿越砂层的施工工艺方法。具体如下：
⑴、钻具的改良。采用定制的超短螺旋钻头，页片直径φ300，螺旋的轨距为0.4m，管径直径为200mm，厚度为5mm的合金钢管。
⑵、施工工艺的改进。首先利用旋挖钻机钻进至约23m处，此时发现钻进困难后改用定制的短螺旋钻头安装到旋挖钻杆上，施工流程如下：
a：钻进过程中由于有细砂层和板砂层，因此在经过细砂层时要慢进尺，同时需要将泥浆比重调制最大，同时由于浇筑混凝土时由于骨料向上翻动会破坏泥浆护壁，桩径四周5cm范围内可能存在卷砂现象影响桩基的质量，因此在施工中考虑使用化学泥浆护壁，采用泵送泥浆至桩位的循环系统不但满足施工要求，也同时满足现场文明施工和环保要求。
b：泥浆的配置。化学泥浆主要选用膨润土、食用碱、CMC和水按照一定的比例调制而成，根据现场泥浆测试，拟采用配合比为每立方米膨润土90kg，纯碱5.0kg、CMC0.8kg以及清水1000kg拌制而成，泥浆相对密度为1.20，粘度为25s。
c：泥浆的循环。泥浆循环主要采用泵送的方式，循环系统主要为五部分：桩井、沉淀池、循环池、储浆池、清水池，从孔口排出的泥渣首先经过沉淀池（有筛网），并有大部分圆砾、以及块状板砂沉淀于此，浮溢出来的泥浆通过土沟流入到循环池，如果泥浆不够可以用泥浆泵将造浆池内的泥浆抽至桩孔中进行循环利用。泥浆循环流程如下：
注意：钻到预定的深度后，在孔底处空转清土，然后停止转动，提钻杆，严禁曲转钻杆。孔底的虚土厚度超过质量标准时及时分析原因，再次进行二次清孔。
通过现场的质量管理和工艺改进，现场成孔质量得到了保证，桩基灌注混凝土超方也得到了很好地控制，更重要的是节省了钻孔时间，从而确保了工期目标。
6、结语
采用改良后的钻头和钻进工艺，效果很明显，即控制了混凝土的超方同时又加快了施工进度，采用此方法只用了10天时间就完成了剩余17根桩基的施工。砂质地层由于其特殊的工程地质特性和力学特性，常用的旋挖钻容易出现塌孔和穿越板砂时进尺慢，成孔质量差，而冲击钻效率更低。而采用本方法结合本项目的工程实例，介绍了钻孔灌注桩穿越砂质地层中遇到细砂和板砂时的施工工艺，大幅提高了钻进效率和钻进质量；同时在钻进过程中通过配置合理的化学泥浆，很好地保证了成孔质量，取得了较好效果，节省了成本，加快了施工进度，保证了工期，可以为后期类似工程提高参考和依据。
参 考 文 献
1、刘巽全.特殊地质条件下的桩基施工〔J〕.建筑施工，2005,27（4）:7-8
2、杨松.王立生,刘等明,长螺旋转换与挤密钻孔工艺在北京地区砂卵石层中的应用〔J〕. 工业建筑，2007,24（4）：6-9.
3、JTG/TF50-2011,公路桥涵施工技术规范.2011-08-01.
论文作者:齐和涛
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第5期
论文发表时间:2019/6/5
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