卵石层钻孔灌注桩的充盈系数分析与探讨

卵石层钻孔灌注桩的充盈系数分析与探讨

井文龙 ,叶高丰 ,常洪伟

天津市水利工程有限公司   天津市   300222

摘要：通过本项目钻孔灌注桩施工实践对混凝土灌注充盈系数进行了统计、分析与研究，为今后类似工程项目施工管理提供借鉴，以达到为相关决策的盈利分析策划与成本预算提供有据可依、有据可循、有据可参。

关键词：充盈系数  灌注桩  旋挖钻

1. 工程概况

1.1 本施工项目为水利工程倒虹吸防洪加固施工项目，该倒虹吸为东西走向与拒马河河道基本呈正交，从西向东分为进口导流堤段、右岸滩地段、主槽段、左岸滩地段、出口导流堤段。倒虹吸下游侧左、右岸滩地段及主槽段增设一排与倒虹吸平行走向的钢筋混凝土灌注桩，按照设计要求在下游侧设钢筋混凝土灌注桩一排，成孔方式为旋挖钻机泥浆护壁成孔方式。

1.2 钢筋混凝土灌注桩，桩径φ1500mm，桩长22.5m，桩中心距1.8m，桩顶高程50.15m（嵌入上部冠梁150mm），共341根；进、出口导流堤段各增设一排钢筋混凝土灌注桩，桩径φ1200mm，桩长16.5m，桩中心距1.5m，桩顶高程58.65m（嵌入上部冠梁150mm），共40根，灌注桩混凝土等级为C30。

1.3 施工地层地质为卵石层，卵石粒径大于20cm者占48%以上，在不同深度可见到大漂石，最大直径60cm以上，含量约10%。卵石磨圆度较好，主要成分为安山岩、斑岩、砂岩、灰岩等，卵石层的渗透系数约为460m/d，属强透水层，地下水埋深高程42～43m。

1.4 本次勘探地下水位在42～43m，下游河道水位高程39m左右。卵石层的渗透系数约为460m/d，属强透水层，一般枯水期地下水位在35m以下，雨季水位上升较快，可达50.0～52.0m高程。只要避开汛期或上游放水，工程土方开挖时不受地下水位影响；进、出口导流堤段直径φ1200mm灌注桩底高程42m，也不受地下水位影响；左、右岸滩地段及主槽段直径φ1500mm灌注桩底高程27.5m，约15m桩身位于地下水位以下，钻孔时需经过干湿交界面。

2.施工重难点

2.1 该段地层为砂卵石地层，粒径大于20cm卵石占48%以上，大于60cm大漂石占10%，此地层钻孔易塌孔，如何让保证低塌孔率和降低充盈系数是技术难点之一。

2.2 泥浆配比的选择直接关系到泥浆护壁的成孔效果，间接影响了充盈系数的大小，如何控制配合比的准确是重点之一。

2.3 此类项目涉及起重吊装、交叉作业、钻孔口、临电、高大机械、泥浆池等危险源，如何保证安全施工是重点关注项目之一。

  3.实施方案描述

3.1 本项目混凝土灌注桩主要在砂卵石地质成孔，经与各参建方反复沟通及各类成孔设备优缺点比较，最终选取旋挖钻成孔方法，孔口埋设钢护筒，钻孔过程中采用泥浆护壁的施工工艺。

3.2 施工工艺流程：施工准备-泥浆制备-桩位放线-安放护筒-旋挖钻孔-成孔质量检查及清孔-钢筋笼吊放-二次清孔-安装导管-灌注水下混凝土-桩身质量检测

3.3 砂卵石地质桩径φ1200mm灌注桩钻孔选用220型旋挖钻机；砂卵石地质桩径φ1500mm灌注桩钻孔选用280型和360型旋挖钻机；涉及岩石地质桩径φ1500mm灌注桩钻孔选用360型和400型旋挖钻机。每台旋挖钻机至少配备1个筒钻和2个嵌岩双底捞砂钻斗，砂卵石及岩石层钻齿使用截齿。砂卵石地层正常钻进过程中使用嵌岩双底捞砂钻斗出渣，当遇到大直径漂石或岩石层时使用筒钻进行旋挖破碎，然后再使用嵌岩双底捞砂钻斗出渣。

3.4 采用的泥浆配比及性能指标

（1）泥浆配比参数

泥浆成分由水、膨润土（钠基）、红黏土、碱(NaOH)、CMC（纤维素）组成。

泥浆池内泥浆配比用量分别为：1000 kg：85 kg：0：85 kg：4 kg。

孔内泥浆用量浆配比用量分别为：1000 kg：85 kg：0.13m³：8 kg：4 kg

（2）泥浆性能指标

泥浆性能指标主要有：比重、粘度、含沙率、酸碱度（PH值）

泥浆池内各参数依次为：1.1、17-20、＜2、8-10

孔内钻进过程中各参数依次为：1.3、22-30、≤4、8-10

清孔后各参数依次为：1.05、17-20、＜2、/

4.结论统计与分析

4.1充盈系数统计

经统计本项目直径1.2m灌注桩平均充盈系数为1.19，统计数量40根，理论混凝土量792.86m³，实际混凝土量945.3m³。

直径1.5m灌注桩平均充盈系数1.10，统计数量341根，理论混凝土量13729.49m³，实际混凝土量15145.3m³。

4.2孔序与充盈系数的关系分析

本项目分别对直径1.2m和直径1.5m灌注桩进行了1序孔、2序孔、3序孔对充盈系数的影响统计，经统计直径1.2m平均充盈系数为1.19，直径1.5m平均充盈系数为1.1。从施工顺序分析，2、3序孔相对于1序孔来说平均充盈系数总体程下降趋势。

4.3钻进速度与充盈系数关系分析

纯砂卵石地质钻孔速度太慢、时间长，充盈系数大；但是钻孔速度太快、时间短，也会导致充盈系数相对变大。本技术成果总结为纯砂卵石地质，直径1.5m灌注桩充盈系数1.1时，平均施工效率为2.96m/h。

4.4老旧机械与充盈系数关系分析

老旧机械设备因磨损严重、抖动严重且易出现损坏维修情况，致使钻进速度慢、成孔效率低于平均水平，充盈系数偏大。

5.经验分享

（1）针对旋挖钻孔卵石地层进行前期策划，并与分包单位洽商，确定施工工艺及主要的技术参数，为后续施工奠定理论基础。施工前期进行试桩收集该地质和施工工艺的具体参数。

（2）使用钻孔灌注桩工艺时应注意泥浆配制和钻孔环节。泥浆使用前及使用工程中进行测试，不符合经验要求时，及时调整；钻孔的时间尽量缩短，经分析，时间越长充盈系数越大。

（3）砂卵石地层施工前，准备足量的红黏土，如钻孔出现漏浆、塌孔等现象，钻孔时掺入一定量的红黏土能有效的解决此类问题，且成本低，相对来说较实用。

（4）施工作业工序多、机械设备多，施工前合理规划作业面以及场内行驶路线，保证钻机、挖掘机、装载机、吊车、罐车、运输车等施工机械和车辆行驶顺畅，避免交叉作业导致窝工。

（5）砂卵石地层每台旋挖钻机至少配备1个筒钻和2个嵌岩双底捞砂钻斗，涉及岩石地层时每台旋挖钻机建议配备2个筒钻和3个嵌岩双底捞砂钻斗；每台钻机配备2-3个护筒；每台钻机每班至少配备1名技术娴熟的焊工，钻头损坏时直接更换下来进行维修，减少停机等待时间。另外需准备足量的钻齿。增加钻头投入会直接导致分包成本增加，分包招标时最好明确投入数量。

（6）不同土质，钻孔单价也不同，钻孔过程中必须详细记录钻进时间、钻进深度、土质情况、更换合金钻头数量、机械维修时间等信息，为变更或技术总结提供足够的数据支撑。

结束语：

充盈系数判断桩基工程的一个重要质量指标，若充盈系数小于1，则说明实际灌入混凝土量小于理论计算量，说明桩身质量存在一定的缺陷。若充盈系数过大则会造成施工成本增加，因此实际施工中应通过试桩确定施工工艺及各参数的适用性，使充盈系数保持在合理区间。一般土质中为1.1，在软土中为1.2—1.3，本项目卵石地层中为1.1—1.19.。市面上砂卵石地层钻孔灌注桩工法参考量有限，借此项目机会通过实践、实施对此类施工进行了部分研究与探讨。通过对相关数据的收集与整理，特整理为此论文成果，为今后有类似项目的实施提供相关参考依据。

参考文献：

【1】金小飞仇果，深厚大直径卵石层中灌注桩施工技术探讨，《工程管理前沿》2014年8期

【2】王红艳，钻孔灌注桩技术分析，《建筑知识》2016年24期