扩孔取砂工艺助预应力管桩穿越密实砂层

扩孔取砂工艺助预应力管桩穿越密实砂层

摘要：预应力管桩沉桩过程中遇到较硬夹层施工很困难，本文结合工程实际经验，介绍一种采用扩孔钻头取砂并用钠基膨润土浆护壁的方式破坏较硬夹层的方法。扩孔取砂工艺是在管桩桩端将要达到砂层时，由钻机将能够控制伸缩的扩孔钻头下至桩端，通过钻进压力使钻头打开，同时从钻头喷出钠基膨润土浆，通过泥浆循环将砂取出，利用钠基膨润土护壁避免塌孔，从而达到破坏砂层，顺利沉桩的目的。

关键词：扩孔钻头，扩孔取砂，钠基膨润土，冲击成孔

Abstract: prestressed pipe pile meet in the process of pile driving a hard construction is very difficult sandwich, combining with engineering practice experience, the paper introduces a bit reaming take sand and sodium based bentonite pulp of the slurry-supported way to destroy a hard sandwich method. Enlarge hole take sand process is in the tube pile will reach sand layer, the rig will be able to control the telescopic drill down to enlarge hole pile end, through the drilling pressure bit open, and at the same time out from bit sodium based bentonite slurry, through the mud recycling will remove sand, using sodium base bentonite slurry-supported avoid hole collapse, so as to achieve the destruction of sand layer, the purpose of smooth pile.

Keywords: reaming drill bit, reaming take sand, sodium base bentonite, impact into holes

1地质、地下水情况：

1.1场地地质情况如下： 表1

1.2地下水情况:

本工程场区内地下水主要为第四纪孔隙水，赋存于⑥-1粉细砂层中，水位受潮汐影响，变幅小于海水。稳定地下水位埋深在地面下7.5～8.0m之间，具有弱承压性。场区地下水对混凝土结构不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中等腐蚀性，对钢结构具有中等腐蚀性。

2采用的施工工艺

本工程设计为摩擦型桩基础，其桩端全新面进入持力层不小于1m。根据招标文件要求，首先使用冲孔钻机将①层抛填石击穿后，在孔内分层灌注填充土、石等材料将泥浆挤出，回填顺序为石、土、石，分层厚度在1.5～2m，最上面为石子；然后利用预应力管桩沉桩工艺沉桩至设计深度。工程试桩时先后采用静压和锤击两种方式进行沉桩，共试桩6根，在桩端到达⑥-1层后均出现桩不能压入或桩顶破坏的情况，桩端无法到达设计深度。因此，如何穿越⑥-1层中密～密实状态的粉细砂层是本工程采用预应力管桩能否成功的关键。

2.1采用扩孔钻头取砂并用钠基膨润土浆护壁，破坏⑥-1层粉砂层。

在勘察钻机的基础上，经过多次试验、改进，研究出采用扩孔钻头，取砂破坏密实砂层，使管桩能够穿越⑥-1层的施工工艺。

2.1.1扩孔钻头介绍：

扩孔钻头为满足本工程需要而研究制造的，由钻头、杆件、滑杆、泥浆孔、链接螺栓等组成。钻头自重约70kg,收紧状态时宽度为220mm，长800mm；打开时宽度达到450mm，长度变为550mm。具体原理为：钻头分为上下两部分，主杆为可伸缩内套滑杆，两翼分别由2根杆件通过螺栓相互连接并与主杆连接；钻头在受拉时为收紧状态，在受压时则为打开状态。钻头底部为“V”型，与翼沿外侧均焊有合金材料的牙口，提高了钻头的耐磨性和刚度。钻头杆件为中空，设有泥浆孔，钻进时钠基膨润土浆从泥浆孔喷出，利用钠基膨润土粘结性和体积膨胀的作用达到护壁的作用。

2.1.2具体施工方法

工艺流程：

静压桩27m 桩机移位钻机就位钻机使用岩芯管清理桩孔扩 孔钻头取砂并泥浆护壁 钻机移位桩机就位 压桩至设计深度

1、桩尖采用C型开口桩尖，桩端用砂袋封堵结实（曾试验采用素混凝土封堵的桩尖，但因制作周期长，钻头钻进混凝土层较困难，后放弃。）静压27m桩至地面以下10cm，使桩端位于⑥-1粉细砂以上1米左右。这样可以避免桩机走动时对桩顶破坏和桩位产生影响；沉桩中断时桩端位于淤质粉质粘土层未达到持力层，可以减少后续压桩的难度，也可以避免桩端在较难穿透的土层时接桩。

2、静压桩机撤离桩位，勘察钻机就位。首先勘察钻机使用直径220的岩芯管将管桩孔内的石子、粘土取出，取土深度达到桩端一下1m左右（给下一步扩孔钻头就位预留空间，使扩孔钻头能够达到桩端以下，避免扩孔钻头在管桩内打开而造成管桩破坏）。

3、同时在距桩位2m外不影响其他桩施工的位置开挖一泥浆池，泥浆池应做到封闭、不漏浆。泥浆池内调制钠基膨润土浆，泥浆密度在1.3～1.5g/cm3之

间。泥浆池内架设泥浆泵与扩孔钻头钻杆相连，并在泥浆池与桩位间开挖泥浆沟，泥浆沟宽约300m使钠基膨润土浆在泥浆池与桩之间形成环路。

4、将岩芯管更换为扩孔钻头，由管桩孔内下放到桩端以下，此时钻头为悬空状态，依靠自重成收紧状态，到达土层后钻机转动并施加压力，钻头在钻洞中逐渐打开，同时开启泥浆泵，随着钻头转动钠基膨润土浆从钻头的泥浆孔喷出，利用钠基膨润土的强粘结性、增稠性和膨胀性形成泥浆护壁，从而避免塌孔。

5、泥浆池内拌好的钠基膨润土浆通过泥浆泵加压由钻杆进入钻头后喷出。在钻头钻进过程中，随着泥浆的循环，泥浆将松动的砂及其他少量的砂层夹杂物由管桩孔返出，通过泥浆沟流回泥浆池。砂在泥浆沟和泥浆池内沉积，泥浆沟内做到不间断的清理沉砂。

6、根据钻头钻进深度对比勘察报告，并观察管桩孔返浆中细砂的含量可以判定是否已经穿透⑥-1粉细砂层。在确定穿透砂层后，即可停止扩孔取砂，钻机移位至下一根桩，对桩位附近进行清理后，静压桩机就位压桩17m至设计深度。

2.2其他工艺

在工程初期曾试验采用冲孔钻机冲透⑥-1层的工艺。即采用冲孔灌注桩施工中的冲击成孔工艺在打穿①层抛填石后继续冲孔直至穿透⑥-1层，然后分层回填土、石，进而进行预制桩施工。

3两种工艺的比较

3.1两种工艺实施情况

第1种工艺施工预制管桩106根，施工前期出现了在同一承台桩扩孔取砂完成后，在静压桩施工时发现存在串孔的现象，串孔使桩端下桩周边砂减少，这样就减小了土体对桩的摩擦力，使接桩时桩会下沉，给后续压桩带来一定难度。后经调整扩孔取砂顺序，使2根临近的桩不同时扩孔取砂，在后面的施工中未出现此问题。

采用第2种工艺共施工22根桩，其中20根沉桩到设计深度，2根桩由于⑥-1粉细砂层出现塌孔压桩未能一次到位。此2根桩经扩孔取砂处理后压到设计深度。

4结论

预应力管桩因其疲劳强度高、承载力高、经济、施工速度快等优点在一般建筑工程中广泛应用，但在此沿海地区因地质情况复杂一直未能采用。扩孔取砂工艺作为一种新工艺在本工程的使用成功，破解了该地区不能使用预应力管桩的难题，也为解决预应力管桩沉桩过程中遇到较硬夹层问题找到了一个很好的解决方法。

该工艺的成功经验在此地区及国内沿海地区类似场地上具有较好的推广应用价值。

参考文献：

[1] 叶观宝、叶书麟，《地基加固新技术》.北京：机械工业出版社，1999.12

[2] 黄强、刘金砺等，《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）.北京：中国建