大直径深长变径桩成孔施工技术及入岩效率的研究与应用

大直径深长变径桩成孔施工技术及入岩效率的研

究与应用

付连红巫晓林徐新战沈海姣杜鹏浙江宁波315800）（浙江易通基础工程有限公司，摘要：大直径深长变径桩的应用，利于发挥桩基不同深度受力的特点，节省了大量的资源消耗，但由于桩径的变化和超深研究入岩的结构特点，给成孔施工工艺和施工技术提出了更高的要求。现以鱼山大桥大直径深长变径桩的设计要求和地质条件，[1]

入岩钻进效率提高、成孔垂直度控制等技术并成功应用，有效的保并制定了其成孔过程中变径工艺处理、硬质粘土层糊钻处理、同时加快了施工进度，节约了成本。证了桩基成孔质量，快速入岩；关键词：大直径变径桩；一体化多功能钻头；垂直度中图分类号：TU753.3文献标识码：A文章编号：2096-4390（2020）12-0129-03其桩径向大、桩长向做为基础主要承载力的钻孔灌注桩，如深、结构向多样化发展，这对桩基的成孔施工要求越来越高，[2]成孔垂直度，何保证孔壁稳定、以及提高入岩效率和加快施工进度，是大直径深长桩急需解决的技术难点。1工程概况鱼山大桥位于浙江省舟山市岱山岛上，项目全长8.815Km，桩基为钻孔灌注变径桩，桩径φ5.0-3.8，桩长110m，具体设计参数如下表。2地质条件场地范围内地基土自上而下分布大概为：（Q43m）厚层状，土质较①淤泥质黏土：灰色、黄灰色，流塑，干强度高，韧性高，无摇震为均匀，局部为薄层状粉砂或粉土，潮间带和滨海区反应，局部顶部有淤泥，分布于海积平原区、域。顶板埋深0.00~7.90m。层厚1.20~19.30m。（Q41m）土质较均②淤泥质粉质黏土：灰色，流塑，鳞片状，干强度高，韧匀，局部夹有少量粉砂团块，局部为软塑状黏土，顶板埋深15.00~33.60m。层性高，无摇震反应。分布于滨海区域。厚2.50~15.80m。顶板埋深15.00~33.60m。层厚2.50~15.80m。（Q32a1+m）浅灰兰色，中密③粉砂：灰绿色、灰黄色、灰色、干强度低，韧性低，摇震反应~密实，饱和，厚层状，砂质较均匀，迅速，局部夹砾砂、砂卵石和可塑状黏性土。分布于潮间带和滨海区域。顶板埋深46.80~8.30m。层厚0.70~42.60m。④黏土（Q3la1+m）：灰色，可塑，厚层状，土质均匀，干强度分布于滨海区域。顶高，韧性高，无摇震反应，局部为粉质黏土。板埋深73.30~7.50m。层厚7.80~16.60m。（Q31a1）厚层状，土质不⑤砾砂：灰色，饱和，中密一密实，均匀，多为黏性土及粉细砂填充，局部黏性土长度可达10~30cm，碎石最大粒径可达5cm以上。分布于滨海区域。顶板埋深85.30~124.50m。层厚0.60~12.10m。（Klc）岩石风化剧烈，原⑥全风化凝灰岩：浅黄色、灰白色，桩基参数 桩顶 标高 （m） 桩底 标高 （m） 顶标 底标 高 高 （m） （m） 钢护筒 单桩 钢护 筒(t) 混凝土 桩端岩层分析 墩号 桩径 （m） 桩长 （m） 长度 （m） 入岩 持力层、 单桩 入岩标深度 饱和抗压 C40 高（m） （m） 强度 56# 2 -92 94 2.0 -60.0 62.0 297.1 1580.3 -80.77 11.23 83MPa 57# 2 -100 102 2.0 -60.0 62.0 297.1 1671 -90.01 9.99 89.80MPa 58# φ5.0-3.8 2 -106 108 2.0 -60.0 62.0 297.1 1739.1 -97.13 8.87 92.30MPa 59# 2 -108 110 2.0 -60.0 62.0 297.1 1761.7 -99.93 8.07 100.08MPa 60# 2 -108 110 2.0 -60.0 62.0 297.1 1761.7 -99.93 8.07 100.08MPa （ZDYF2017097）基金项目：海南省重点研发计划超大直径钻孔灌注桩技术研究与应用。公路桥梁的施工、科研工作。作者简介：付连红，男，高级工程师，市政/公路一级建造师，主要从事市政、-130-科学技术创新2020.12

图1多功能拼装式刮刀钻头结构设计图岩结构基本遭破坏，岩芯呈砂土状，手捏易碎成砂土，遇水易软顶板埋深71.00~109.10m。化、崩解。分布于潮间带和滨海区域。层厚1.40~1.70m。（Klc）灰色，浅灰绿色，紫⑦强风化凝灰岩：青灰色、浅黄色、节理裂隙发育，岩芯红色，凝灰结构，块状构造，岩石风化强烈，锤击可碎，锤击声较多以3~7cm的碎块状为主，岩石强度中等，清脆。分布于潮间带和滨海区域。顶板埋深53.20~110.80m。层厚0.50~2.50m。⑧中风化凝灰岩（Klc）：浅灰色、紫红色、浅黄色，凝灰结构，块状构造，岩石中等风化，节理裂隙较发育，岩芯多以柱状或碎用力锤击可碎，锤击声块状为主，节理裂隙较发育，岩质较硬，较脆。分布于潮间带和滨海区域。顶板埋深54.00~112.50m。层厚4.40~14.30m。难点3工程重点、3.1大直径变径桩的结构型式，需要采取不同直径的钻具对现场的起来完成，钻具的频繁更换，增加了作业的劳动强度，重设备、工作面提出更高要求。3.2地层中存在的硬塑黏土层极易发生糊钻现象；粉砂和砾石层，因其摇振反应迅速，极易发生孔壁失稳，从而引起漏浆、塌孔事故[4]。3.3下卧基岩岩面倾斜，岩石强度高，且部分孔位直接入入岩钻进效率低。岩，其成孔垂直度控制难度大，4技术研究与应用针对以上工程重点、难点，经对首轮桩基施工情况的分析和总结，制定了如下技术措施：实现变径4.1采用“一体多用”的多功能拼装式刮刀钻头，桩的分级成孔钻头母体为φ3.8m双挡圈六翼刮刀钻头，双层挡圈外侧配同时置不同直径的扩径块，以满足不同变截面的钻孔桩施工，超高、超宽钻头运输钻头母体亦是拼装式的结构，解决了超大、难题。图2多功能拼装式刮刀钻头结构示意图大幅提升入岩效率4.2优化入岩钻头底部结构，常规滚刀钻头[5]为平底结构，能够保证钻头底部受力均匀，排渣但当基桩桩径超过φ3.5m后，其刀盘底部过水路径增大，能力受到影响，在影响钻进效率的同时，钻具磨损加重。经研究利于孔底泥决定，将滚刀钻头底部平底设计调整为锥底结构，避免重复破碎，从而加快浆的循环流转，加速钻渣进入吸渣口，钻进效率。根据本项目钻孔实际数据分析，锥底钻头钻进工效比平底钻头钻进工效高18%。解决硬4.3优化刮刀钻头结构，控制钻进参数和泥浆性能，质黏土糊钻问题如首轮桩施工过程中，发生一次硬塑黏土层钻进糊钻问题，图4所示，针对实际情况，采取如下技术措施，成功能决了糊钻问题：（1）将钻头的排渣口宽度由35CM增大到45CM，保证排渣效果。将沉没比由原来的0.65调整为（2）降低风包钻杆位置，2020.12科学技术创新

尽量降低风包钻杆位0.7~0.75，即在满足空压机压力的前提下，-131-

4.4分阶段控制泥浆性能指标，确保孔壁稳定和钻进效率置，保证泥浆循环流速。图3入岩滚刀钻头底部结构示意图（3）控制进尺速度，确保切削后的泥块排出孔底后再钻进。（4）控制泥浆比重，黏土层控制在1.15以内。图4硬塑黏土层糊钻示意图（1）护筒内采用清水钻进，将砂层直接过滤排放，可最大限度提高钻孔效率。（2）土层钻进，高转速、慢进尺，制备充足合格的泥浆，确保后续地层泥浆的正常消耗。（3）进入砂层前5m，将泥浆性能指标调整至：比重不小于1.1KG/M3，粘度18~21S，砂率不大于4%，PH值8~10。4.5孔底加压、全程减压钻机，保证成孔垂直度（1）进入全风化层、强风化层时，需严格控制孔底压力，杜绝盲目钻进，当进尺小于20cm/h时，必须提钻更换滚刀钻头。（2）控制钻进速度，在强风化与中风化层交界处，每小时进尺≤5cm，每进尺50cm后必须提钻进行复钻扫孔一遍。（3）控制钻进压力，在进入中风化层前每个滚刀压力控制值为2t，直到钻头完全进入中风化层后，调整每个滚刀压力控制值为3t。（4）增设配重扶正器一道。5结论5.1随着钻孔灌注桩桩型多样性的发展，采用拼装式钻具结构，可实现单一钻具、分级扩径的目的，特别对于大直径桩来讲，不但节约了投资，而且施工方便、操作简单、节能降耗。5.2对于中、硬岩石的大直径嵌岩桩施工，将入岩平底钻头改为圆底钻头，利于钻渣及时排除，同时先导部分可提前创造临空面，大幅提高入岩钻进效率，入岩功效提高率在18%以上。5.3钻孔垂直度的控制是一个系统工程问题，对于全液压回转钻机施工来讲，扶正器[5]的增设和减压钻进的控制，是垂直度控制的关键。[1][J].于政权，周爱兵.嘉绍大桥参考文献渍3.8M钻孔灌注桩施工关键技术[2]公路，2013（5）：216-220.2011.

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