黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司 哈尔滨市 150070
摘要：寒区桥梁钻孔桩基础施工困难一直是困扰我们的一个问题，我们通过现场试验分析发现，当采用双护筒施工、合理的控制泥浆性能指标及逐步扩径钻进等工艺，可改善了钻孔过程中塌孔严重的现象，保证成孔进度与质量，该方法具有进一步推广的空间。
关键词：寒区；冻土层；桩基础；双护筒；泥浆指标
1.概述
桩基础是深度季节冻土区及富冰多年冻土区最常用的基础形式[1]。特别在结构荷载大，对沉降变形或相邻基础沉降差的要求很高时，桩基可嵌入稳定地基融化盘下的多年冻土层中，该处的地温变化较小，可获得稳定的、较高的承载力。漠北公路漠河县某大桥桥面净宽17m，下部采用钻孔桩基础，桩径为2m，钻孔深度为40m。具体地质情况如下，地面以下1.80米为粉土，粉土1米以下为漂筏，漂筏以下1.2米为圆砾，圆砾以下2米为强风化砾岩，强风化砾岩8米以下为中风化砾岩，中风化砾岩16米以下为微风化质角砾岩。漠河县为多年连续冻土区，年平均气温在-5.5℃。各月平均气温在0℃以下的月份长达8个月之久，冻土最厚达100m以下，冻土融冻最浅的地方，最大融冻上界面仅20cm左右。
施工前期采用正反循环及旋挖钻机成孔，成孔速度慢，且时孔口坍塌现象发生，针对该地区钻孔桩不易成孔问题，我们结合青藏铁路高寒地区施工的相关经验，采用冲击钻二次扩孔的施工工艺使得桩基础得以顺利完成。该方法通过双护筒施工、有效控制泥浆指标及逐步扩径钻进等工艺改善了钻孔过程中塌孔严重的现象，特别解决了高寒地区多年冻土层中钻孔桩成孔困难的问题。不论在多年稳定性冻土还是在季节性冻融冻土中钻孔施工，该工法均能有效、快速的完成钻孔桩施工，施工质量及施工进度明显优越于常规钻孔桩施工，完全满足设计要求及施工需要。
2.成孔工艺原理与特点
由于冻土的组构非常复杂，在矿物颗粒间直接接触的同时，还存在着矿物颗粒和冰之间的集聚作用以及冰和薄膜水的粘滞作用，以致冰胶结和冰夹层的相互作用力将明显不同，从而冻土的变形性能也将不同。因而，多年冻土层钻孔桩施工，必须要保持孔内热平衡，避免对冻土层的热扰动，防止冻土融化而塌孔，才能确保钻孔施工的正常进行。我们从几个方面对冻土扰动问题进行了控制，一是正确选择钻机成孔，二是双护筒施工，三是有效控制泥浆指标。
（1）利用双护筒有效地防止孔口坍塌及孔内冻土融化导致塌孔或扩径，提高成孔质量及施工进度。
（2）泥浆各项指标是冻土层中钻孔桩成孔的关键。针对不同的地质层，我们随时调节泥浆指标，保证冻土层中泥浆护壁，降低孔内与冻土之间的热传导，同时使其具有在岩层中及时悬浮的孔底钻渣的功能。
（3）逐步扩径钻进技术可降低冻土层中热传导过快而导致塌孔的风险，同时有效地提高钻进成孔的速度。
（4）控制主材使用量效果显著，降低扩孔率同时控制钻孔桩混凝土使用量，节省了水泥、砂石料等主材的额外消耗。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.施工技术研究 施工工艺流程及操作要点
3.1施工准备
钻孔场地布置尽量以填代挖，以减少对原地表的开挖引起的热扰动。桩位放样时，桩的纵横允许偏差≤±5cm，并在桩的前后左右距中心2m处分别设置护桩，以供随时检测桩中心和标高。
3.2双护筒布设方案
冻土区桩基采用双护筒施工，即内外两层护筒，外护筒直径比桩径大30cm-40cm，灌注桩基混凝土后拔出外护筒循环使用，内护筒外径等同桩径为永久护筒，混凝土浇筑结束后不拔除，内外护筒均采用10 ｍｍ钢板卷制而成，在保证内护筒的垂直度的前提下，利用双护筒能有效地防止孔口坍塌及孔内冻土融化导致塌孔或扩径，提高成孔质量及施工进度。
3.3钻机选择、就位
根据地质条件结合冻土层的特点，选择卷扬机式冲击钻机成孔，原因为：①冲程与冲击频率可人为控制，施工过程中可要求操作人员保持较小的冲击频率，钻头提升速度缓慢运动平稳，这样钻头在运动过程中摆动小，冲击地层产生的热量少，对孔内热扰动小，不易破坏孔内热平衡；②永冻层以下地质层大部分为花岗岩类岩层，其他类型钻机无法满足施工进度和质量要求。
钻机利用大吨位吊车就位，钻头与桩位的对位误差要小于2cm。
3.4泥浆制备及指标控制 拌制及废碴处理
钻孔泥浆采用优质粘土，采用制浆机制浆，存入预先挖制的泥浆池中。考虑大兴安岭环境保护的需要，钻孔桩所需泥浆不得随意就地排放，钻渣及废弃泥浆统一收集并运送到指定地点倾倒。
3.5钻孔
由于为岩类地质层，采用平底钻头。开钻时，先低档慢速钻进，钻至护筒下1m 后，再以正常速度钻进。在钻进过程中，经常注意进行泥浆循环，将钻渣捞取并注意土层变化，对不同的土层采用不同的钻速、钻压、泥浆比重和泥浆量。在地表以下冻土区域容易塌孔的土层采用低档慢速钻进，同时提高孔内水头，加大泥浆比重，防止塌孔。钻进过程中，应对钻进情况及地层的情况进行记录。当出现钻杆跳动、钻机摇晃、钻不进尺等异常情况时，立即停机提钻检查，查明原因妥善处理后再钻。
3.6清孔
当钻至设计标高后，经监理工程师确认已到达设计深度后停止钻进并及时清孔。清孔采用正循环换浆法，将钻具提起约 30cm，泥浆泵不停循环，间歇性加入清水，泥浆循环不断进行。
结语
以上我们从护筒埋设、泥浆制备、钻孔注意事项等方面等阐述了多年冻土地区钻孔桩成孔的施工方法，利用该方法相信能得到良好的钻孔效果。
[1]Shijie Wang，Xun Zhu，Zhendong Gao.Research and application of level rotational construction technology of DWT cable-stayed bridge，Advanced Materials Research，2011，1.pp.2262-2266
作者简介：
王世杰（1976-）：男，工学硕士，工程师；研究方向，路桥施工与检测。
论文作者:王世杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第29期
论文发表时间:2018/1/7
标签：冻土论文; 钻孔论文; 泥浆论文; 钻机论文; 砾岩论文; 多年论文; 过程中论文; 《基层建设》2017年第29期论文;