论文导读：京沪高铁跨越某处是一孔跨径72米悬浇梁，桥梁主墩A承台下为12根直径1.5米的钻孔桩，设计桩长为90米。A墩桩基采用换浆法清孔，由于孔深、拆除钻杆和钻头、下放钢筋笼及下导管时间长，泥浆含砂率较大，孔内沉淀增加，要进行二次清孔。第二次清孔在拆除钻杆和钻头、下放完钢筋笼并下完导管后进行，上述三个环节耗时约16小时，并且刮掉孔壁部分泥皮，使孔底沉淀砂和大量的浮浆，所以第二次清孔主要清除孔底沉淀和浮浆，达到以下指标要求：相对密度1.10～1.15、粘度17～20s、含砂率＜4%、沉淀厚度＜20cm，第二次清孔在灌注混凝土的导管上端连接特制弯管并与泥浆泵连通形成泥浆循环系统进行。由于钢筋笼很长，为节省钢筋笼下放入孔时间，结合现场起吊设备能力，将钢筋笼做成每节15m。灌注水下混凝土采取直升导管法，灌注时，混凝土拌合物是通过导管下口进入到初期灌注的混凝土（作为隔水层）下面、顶着初期灌注的混凝土及其上面的泥浆上升。特别是超长钻孔桩的桩长较长，细小的倾斜误差累积起来，都会造成很大的孔洞倾斜，在超长钻孔桩施工时，必须作到每加一根钻杆校验一次钻杆的垂直性。防治措施：按有关规范要求，通过计算机和试配，确定混凝土配合比，混凝土应具良好的和易性和流动度，坍落度损失应满足灌注要求，初凝时间应为正常灌注时间的2倍，要求灌注过程连续、快速，防止出现上述埋管、卡管及其他情况。
关键词：超长钻孔桩，泥浆循环系统，钻孔设备选型，钻孔，清孔，钢筋笼制作，下放，灌注水下混凝土，防治措施
1 前言
京沪高速铁路地处我国经济最为发达、综合经济实力最强、最具发展活力的东部地区，纵贯北京、天津、上海三大直辖市和河北、山东、安徽、江苏四省，直接联结16个超过100万人的大城市。线路自北京南站西端南侧引出，终到上海虹桥高速站。正线运营长度1308.598km。
本施工区域为长江三角洲平原区，均为第四系地层覆盖，系江河、湖泊、海相沉积形成，为黏土、粉质黏土夹粉细砂层，区域内广泛分布淤泥质土，最大厚度达38m，软土强度低、压缩性高，地基需加固处理。
京沪高铁跨越某处是一孔跨径72米悬浇梁，桥梁主墩A承台下为12根直径1.5米的钻孔桩，设计桩长为90米。原地面标高为4.2米，实际孔深为102米；B承台下为12根直径1.5米的钻孔桩,设计桩长为86米，原地面标高为1.9米，实际孔深为96米。该墩位处的地层主要为粉土和粉砂，较松软、易塌孔。
2、施工工艺流程图
3．超长钻孔桩施工技术
1．测量定位
根据桩基坐标，直接用GPS测量仪进行投点定出桩位，用短钢筋钉入，并在其周围布置四个控制点，以便随时检验校核桩位。
2．钢护筒的制作与下沉
墩位处覆盖层厚，覆盖层中松软的粉土及粉砂易坍塌，故决定护筒入土深度超过3m；为避免护筒施沉过程中卷曲变形，在护筒刃脚贴焊高h=200mm、δ=12mm的加劲箍。护筒采用20mm的钢板制作，其内径为1700mm，长5.0米，上部开设两个溢浆口。护筒埋设位置准确，筒体竖直。护筒内中心点与桩位中心点重合，护筒周边填粘土夯实。
3．钻孔设备选型
钻头构造示意图
A墩为桩径D=1.5m的摩擦桩，根据桩身所处地层地质，决定采用反循环回旋钻孔，选择回旋钻机GPS250型、梳形刮刀合金钻头及笼式刮刀合金钻头，由于孔深达到102m，为防止偏斜孔，钻杆上增设导向圈。钻头及导向圈示意如图，A墩投入的钻孔设备见表1。
钻孔设备表1
| 设备名称 |
设备型号 |
单位 |
数量 |
新旧程度 |
| 循环钻机 |
GPS250 |
台 |
1 |
90% |
| 梳式钻头 |
Ф200 |
个 |
2 |
100% |
| 笼式钻头 |
Ф200 |
个 |
2 |
100% |
| 泥浆泵 |
3PN |
台 |
5 |
80% |
4．泥浆循环系统设置
在反循环钻孔过程中，泥浆用作护壁、抵抗孔外水位和地下水位压力。A墩桩基地层为粉土、粉砂及粉质粘土，在钻孔过程中易坍塌、易缩孔，而且地层原土造浆性能不好（见地质柱状图）。为保证达到好的护壁效果、控制缩孔，实际施工中，泥浆采用优质膨润土、烧碱及聚丙烯酰胺纤维拌制，达到以下泥浆指标：
A墩设计钻孔地质柱状图
 相对密度：1.2～1.45、粘度19～28s、含砂率≤4%、酸碱度8～10，膨润土为造浆的主要材料、烧碱辅助膨润土提高泥浆的酸碱度和胶体率、聚丙烯酰胺纤维提高泥浆悬浮钻渣的性能。免费论文。制作泥浆是在泥浆池中拌制而成，初始制作泥浆数量达100m3。免费论文。在钻孔过程中，随时检测泥浆指标，当孔外水位升高或进入粉土、粉砂层钻孔时，调整泥浆指标达到上述指标的上限值；当进入粉质粘土层时，适当增加烧碱；当泥浆指标值合格而钻孔进尺缓慢时，适当增加聚丙烯酰胺纤维，使钻渣快速被悬浮排出。泥浆相对密度和粘度大，泥浆净化及钻进困难，影响钻孔工效；因此，根据不同地层合理调整泥浆指标有效提高钻孔工效并保证钻孔质量安全。
5．钻孔
A墩基桩孔深、软硬地层交错频繁，出现塌孔、缩孔、偏斜孔的可能性大，因此根据不同地层选择与之对应的泥浆性能、钻头、钻速、进尺。在钻进过程中，对于粉土层，采用稠泥浆、大泵量、减压低档慢速钻进，每小时进尺60cm；对于粉砂层，为防止塌孔，提高泥浆相对密度、小泵量、减压低档慢速钻进，每小时进尺40cm；对于粉质粘土层，遇水后易膨胀，使孔径缩小，为防止缩孔，采用酸碱度为10、较稀的泥浆、大泵量、减压快速钻进，适当扩孔，每小时进尺60cm。
6．清孔
A墩桩基采用换浆法清孔，由于孔深、拆除钻杆和钻头、下放钢筋笼及下导管时间长，泥浆含砂率较大，孔内沉淀增加，要进行二次清孔。第一次清孔是在终孔后，停止进尺，稍提钻锥离孔底10～20cm空转，并保持泥浆正常循环，以中速压入相对密度为1.03～1.10的较纯泥浆，把孔内悬浮钻渣较多的泥浆排除。由于A墩桩基地质特点，钻孔过程中，泥浆含砂率高达8%，为了减轻第二次清孔压力，又避免发生泥浆指标过低导致塌孔，规定第一次清孔达到泥浆指标：相对密度1.2、粘度大于18s、含砂率小于4%；第二次清孔在拆除钻杆和钻头、下放完钢筋笼并下完导管后进行，上述三个环节耗时约16小时，并且刮掉孔壁部分泥皮，使孔底沉淀砂和大量的浮浆，所以第二次清孔主要清除孔底沉淀和浮浆，达到以下指标要求：相对密度1.10～1.15、粘度17～20s、含砂率＜4%、沉淀厚度＜20cm，第二次清孔在灌注混凝土的导管上端连接特制弯管并与泥浆泵连通形成泥浆循环系统进行。
7．钢筋笼制作、下放
A墩桩基钢筋笼长91m，采用加劲筋成型法制作钢筋笼，钢筋骨架的保护层用绑扎混凝土预制块设置。由于钢筋笼很长，为节省钢筋笼下放入孔时间，结合现场起吊设备能力，将钢筋笼做成每节15m。起吊及下放钢筋笼利用25T汽车吊主副钩配合进行四点起吊、悬空转换成竖直状态后下放入孔，单根钢筋笼下放并固定耗时约5小时。
8．灌注水下混凝土
灌注水下混凝土采取直升导管法，灌注时，混凝土拌合物是通过导管下口进入到初期灌注的混凝土（作为隔水层）下面、顶着初期灌注的混凝土及其上面的泥浆上升。为使灌注工作顺利进行，应尽量缩短灌注时间，坚持连续作业，使灌注工作在首批混凝土初凝以前的时间内完成。
（１）.在每次下放导管前需要对导管进行水密承压试验，试验压力确定如下：
导管为钢板卷制焊接管，接头为螺旋丝扣型，导管内径Ф=300mm、δ=6mm，容许承受的最大内压力为：
[P]=2·δ·[σ]/Ф·K
= 2×6×140/300×1.5=3.7MPa
式中：
[σ]—A3钢材容许轴向应力，取140MPa；
K —安全系数，取1.5；
δ—导管壁厚；
Ф—导管内径。
导管可能承受的最大内压力为：
P=rc·hc-rw·Hw
=24*102-1.1*102
=2335.8KPa=2.3MPa＜[P]=3.7MPa
式中：
P—导管可能受到的最大压力（KPa）；
rc—混凝土拌合物的重度（取24KN/m3）；
hc—导管内混凝土柱最大高度（m），以导管全长计；
rw—孔内泥浆的重度（KN/m3）；
Hw—孔内泥浆的深度（m）。
导管使用前应进行水密承压试验，进行水密试验的水压力为：
Pw=K·rw·Hw（见《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000）
=1.3×11.5×102 = 1524.9KPa = 1.5 MPa
式中： Pw—水密试验水压力（KPa）；
K—安全系数，取1.3；
rw—孔内泥浆的重度（KN/m3）；
Hw—孔内泥浆的深度（m）。
（２）在连续浇注混凝土前需要确定首批混凝土数量，首灌量计算如下：
首批灌注混凝土的数量应能满足导管埋置深度（≥1.0m）和填充导管底部的需要，所需混凝土数量计算如下：
V≥π（H1＋H2）D2/4＋πh1 d2/4
=3.14*(0.4+1)*0.75*0.75+3.14*0.15*0.15*47
=5.8m3，
式中：V—灌注首批混凝土所需数量（m3）；
D—桩孔直径（m）；
H1—桩孔底至导管底端间距，取0.4m；
H2—导管初次埋置深度，取1.0m；
d—导管内径（m）；
h1—桩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泥浆压力所需的高度（m），h1= Hw·rw / rc；
Hw—孔内泥浆的深度（m）；
rw—孔内泥浆重度（KN/m3）；
rc—拌和物重度（KN/m3）。
4、超长钻孔桩施工控制要点及防治措施
1．孔斜
造成孔斜的原因有： 钻机安装时，支撑不好、地层软硬不均匀，操作时在易斜孔段不适当加压钻进、转速过高造成晃动等因素引起钻机整体或钻头在钻孔过程中发生偏斜，导致出现偏孔。
为避免钻孔倾斜，在钻机就位和钻孔过程中，要随时注意校核钻杆的垂直度，发现倾斜及时纠正。特别是超长钻孔桩的桩长较长，细小的倾斜误差累积起来，都会造成很大的孔洞倾斜，在超长钻孔桩施工时，必须作到每加一根钻杆校验一次钻杆的垂直性。
2．缩径和扩径
液性指数 IL＞0.75呈软塑状态和流塑状态的粘性土而在 IL＞1.0 呈流塑状态的淤泥质软土层中成孔易造成缩孔现象。
防治的主要措施是加强对孔径的检测与控制，提高泥浆质量，增大泥浆比重和粘性及稠度。钻头直径应适当加大，在导正器上焊一定数量的合金刀片，在钻进或起钻的过程中起扫孔作用。免费论文。减少空孔时间也是非常重要和有效的措施。
扩径有些人认为有利无害，桩身有几处大肚子是好事，其实不然。一些桩身混凝土质量没问题而承载力大大低于设计预计值的试桩，除了沉渣可能较大外，孔径实测和动测资料都显示有强烈扩径现象，通过再次复压也提高不多。可以认为是扩径影响了整桩的共同工作和侧摩阻力的整体发挥。
3．钢筋笼上浮或下沉
钢筋笼上浮或下沉系指钢筋笼的位置高于或低于设计位置的现象。上浮较大时，降低了桩体抗水平剪切能力；下沉过多，给土建施工带来麻烦和损失。
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