浅谈桥梁桩基钻孔技术运用
2015-07-29
一、场地准备
钻孔场地的平面尺寸应按桩基设计的平面尺寸、钻机数量和钻机底座平面尺寸、钻机移位要求、施工方法以及其它配合施工机具设施布置等情况决定。
施工场地或工作平台的高度应考虑高出施工水位或潮水位2.0m。
二、钻机和其他设备准备
1、冲击钻机
冲击钻机大致分为两类：一类是冲击式钻机，配备有钻架及起吊、冲击等全套设备。另一类是带有离合器的双筒卷扬机组成的简易冲击钻具，其钻架及设备由施工单位根据工地条件自行设计组拼。采用卷扬机带动冲击钻钻孔的简易冲击钻具包括30~150KN带离合器的双筒卷扬机，简易钻架、转向装置、取渣筒和钻头等。
2、冲锥
冲锥由锥身、刃脚和转向装置三部分组成。锥身提供冲锥所必须的重力和冲击动能，刃脚位于冲锥底部，为直接冲击破碎土、石的部件；转向装置设于锥顶，和起吊钢丝绳联结，是使冲击锥能冲击成圆孔的关键部位。其总重不得超过卷扬机的起重能力。锥刃脚下刃口要用优质焊条焊上耐磨层，特别加强。锥身型式为四翼（十字型）、五翼、六翼钻头，目前多采用五翼钻头。
3、转向装置
要想得到完整的圆柱孔，需要冲锥每冲击一次转动一个角度。因此必须在锥顶设置转向装置，常用的转向装置为合金套：又叫钨金套。浇制冲锥时，在锥顶留一钢丝绳孔道和一个套穴，钢丝绳的一段由孔道穿下，从套穴侧面拉出后，再穿过一个带锥孔的钢套，钢丝绳的这一头拆散并清洗干净，将散开的每根钢丝头弯钩后装进钢套，然后向钢套内浇灌熔化的混合金属（如铅、铝、锡等合金）冷却后即成合金套，将合金套纳入套穴内就可使用。
三、钻孔技术参数要求
1、护筒
护筒有固定桩位，引导钻头方向，隔离地面水免其流入空内，保护孔口不坍塌，并保证孔内水位（泥浆）高出地下水或施工水位一定高度，形成静水压力（水头）以保护孔壁免于坍塌等作用。
1）、一般要求
①用钢板制成的埋设护筒，应坚实不漏水；护筒入土较深时，宜以压重、振动、锤击或辅以护筒内除土等方法沉入。护筒内径比桩径稍大：当护筒长度在2~6m范围时，有钻杆导向的正、反循环回转钻护筒内径宜比桩径大20~30cm；冲击钻护筒内径宜大30~40cm；深水处的护筒内径宜比桩径大40cm。护筒顶端高度：采用冲击钻孔时，护筒顶端宜高出地下水位1.5m~2.0，还应高出地面0.3m。
2）、护筒制作
钢护筒在普通作业场合及中小孔径条件下，一般使用4~6mm厚钢板制作。为增加刚度防止变形，可在护筒上、下端和中部外侧各焊一道加劲肋。
3）、护筒的埋设
护筒埋设工作是钻孔桩施工的开始，护筒平面位置与竖直度准确与否，护筒周围和护筒底脚是否紧密、不透水、对成孔、成桩的质量都有重大影响。埋设时，护筒中心轴线应对正测量标志的桩位中心，其偏差不得大于5cm，护筒倾斜度的偏差不大于1%，若设计有要求，必须满足设计要求并应严格保持护筒的竖直位置。
2、泥浆
泥浆的主要性能有：相对密度、粘度、精切力、含砂率、胶体率、失水率、酸碱度（PH值）、泥皮厚。
1）、相对密度：泥浆的相对密度是泥浆与4℃时同体积水的质量之比。泥浆的相对密度增大时，在钻孔中对孔壁的侧压力也相应增大，孔壁也越稳定，悬浮携带钻渣的能力也越大。然而，相对密度过大的泥浆，其失水量也加大，孔壁上的泥皮也增厚，这就增加了泥浆原料的消耗，而且会给清孔和浇筑混凝土造成困难。
2）、粘度：粘度是液体或混合液体运动时，各分子或颗粒之间产生的摩擦力。粘度大的泥浆，产生的孔壁泥皮厚，对防止翻砂，阻隔渗漏有利，对悬浮携带钻渣的能力强。但粘度过大，则易“糊钻”，影响泥浆泵的正常工作，增加泥浆净化的困难，进而影响钻进速度。粘度过小，钻渣不易悬浮，泥皮薄，对防止翻砂、渗漏不利。
3）、精切力：精切力是静止的泥浆，受外力开始流动所需的最小的力。泥浆精切力要适当，太大则流动阻力大，流往沉淀池的泥浆中的钻渣不易沉淀，影响净化速度，使泥浆相对密度过大，钻进速度降低，太小则悬浮携带钻渣效果不好，钻进速度也会降低。
4）、含砂率：含砂率是泥浆内所含的砂和粘土颗粒的体积比。泥浆含砂率大时，会降低粘度，增加沉淀，容易破损泥浆泵。
5）、胶体率：胶体率是泥浆静止后，其中呈悬浮状态的粘土颗粒与水分离的程度，以百分比表示，胶体率高的泥浆，粘土颗粒不易沉淀，悬浮钻渣的能力高，否则反之。
6）、失水率：失水率又叫失水量或渗透量，是泥浆在钻孔内受内外水头压力差的作用下在一定时间内渗入地层的水量以ml/30min为单位.
7)、酸碱度：以PH值表示，PH值等于7为中性泥浆，小于7为酸性，大于7为碱性。
3、泥浆的制备
1）、粘土的选择及普通泥浆的调制
粘土以水化快、造浆能力强、粘度大的膨润土或接近地表经过冻融的粘土为好，但应尽量就地取材。经过野外鉴定，具有下列特征的土，可符合上述要求作为调制泥浆的原料。
自然风干后，用手不易搬开捏碎；用刀切开时，切面光滑，颜色较深；水浸湿后有粘滑感，加水和成泥膏后，容易搓成1mm的细长泥条，用手指搓捻，感觉砂砾不多。浸水后能大量膨胀。一般可选塑性指数大于25，粒径下于0.005mm颗粒含量多于总量50%的粘土制浆。当缺少适宜的粘土时，可用略差的粘土，并掺入30%的塑性指数大于25的粘土；若采用粘质土时，其塑性指数不宜小于15，大于0.1mm的颗粒不宜超过6%。所选粘土中不应含有石膏、石灰或钙盐类化合物。
2）、泥浆的调制
制浆前，应先把粘土块尽量打碎，使其搅拌时易于成浆，缩短搅拌时间，提高泥浆质量。
制浆有机械搅拌和钻头搅拌二种方法。用正、反循环旋转钻钻进时，由于要求的泥浆质量高，最好在井孔外以泥浆搅拌机制成泥浆后使用。钻具搅拌是冲击成孔时，将粘土原料投入孔底，利用冲击钻头冲击，搅拌成泥浆。
4、泥浆循环和净化处理
1）、冲击正循环钻孔
泥浆循环系统主要有泥浆池、泥浆泵、出浆管和近浆管四大部分组成。
泥浆从孔口经由出浆管进入泥浆池，经过净化后，再由泥浆泵将泥浆经由进浆管送回孔底。泥浆钻渣混合物再从孔底上翻至孔口，经出浆管进入泥浆池。通过泥浆循环，钻渣即可在泥浆池中沉淀下来，再将钻渣清除，达到清渣的目的。
2）、用正、反循环旋转钻钻孔并在旱地施工
可设置制浆池、储浆池、沉淀池并用循环槽连接。循环系统沉淀池、循环池、循环槽等的规格，应根据钻孔容积，砂石泵的型号规格来决定。循环池的容积，应不小于桩孔实际容积的1.2倍；沉淀池的容积一般为6~20m3，桩孔直径小于∮80cm时，选用6 m3 ，小于∮150cm时，选用12 m3；大于∮150cm时，选用20 m3 ；沉淀池的容量根据泥浆容量、泥浆净化方法而定；现场应专设储浆池，其容积不小于桩孔实际容积的1.2倍。通常制浆池的尺寸为3m×8m，深1m左右，并设两个制浆池，一个浸泡粘土，另一个搅拌制浆，轮换使用。
3）、制备泥浆的水质和设备要求
①要求使用符合规范要求的水，当不能用自来水时，应事先进行水质检查，以保证泥浆质量；
②为清洗机械设备，宜准备管径25mm，流量为50l/min的给水设施；
③为使钻孔中的泥浆重复使用，应准备水泵和储存站；为处理清洗机械的废水，需设置排水沟和沉底池；废泥浆应用罐车送到处理场进行处理，不得在施工现场就地排放。钻渣应运输到指定的弃渣场。
