客运专线钻孔桩高压风辅助清孔工法汇报材料

1、客运专线钻孔桩高压风辅助清孔工法汇 报 材 料中铁四局集团有限公司2006-7-24 广东·花都一、客运专线桥梁桩基孔底沉渣控制的重要意义桥梁是客运专线的重要组成部分，比例大，桥梁长，其主要功能是为列车高速运行提供具有高平顺性、稳定的桥上线路。而全面采用无碴轨道是客运专线发展趋势，桥上无碴轨道对桥梁变形控制提出更为严格的要求。客运专线铁路桥梁墩台基础的工后沉降，一直是铁路建设施工控制的重要指标，工后沉降控制十分严格。京沪高速铁路设计暂行规定（上册）第6.3.9条规定，桥梁基础工后沉降对于无碴轨道，墩台均匀沉降不得大于20mm，相临墩台不均匀沉降差不得大于5mm。客运专线铁路桥涵工程施

2、工质量验收暂行标准(铁建设2005160号)第6.5.5条规定，桩底沉渣必须清除干净。客运专线桥梁钻孔桩的桩底沉渣厚度大小，直接影响到桥梁墩台的工后沉降，采取有效措施来控制桩底沉渣，将沉渣清除干净，保证桥梁墩台工后沉降在设计规定之内。根据以往的施工经验，常规钻孔施工工艺，很难将桩底沉渣清除干净，为保证客运专桥梁桩基沉渣能够清除干净，需要对原工艺进行改进，从根本上解决普通冲击钻孔工艺难以解决孔底沉渣的难题。二、工程项目概述由我单位负责承建的新广州及相关工程区间站前工程ZQ-1标及试验段，起讫里程DK2167+000DK2197+300，正线线路长度30.342双线公里，该区段内共有特大桥4座、大

3、桥1座(不含联络线)，桥梁全长21.751km，占线路总长的71.7%，全部设计为钻孔灌注桩基础，其中100cm钻孔桩77623m、125cm钻孔桩69306m、150cm钻孔桩 5128m、200cm钻孔桩1586m，总桩长达到15.4万米，基础工程数量颇大。几座桥均处于石灰岩分布地段，大部分墩台揭露有溶洞，现有地质勘探揭示，溶洞分布率达到50%以上。上覆地层基本为冲洪积砂层和土层，厚度一般525m不等，岩向起伏变化较大，溶沟、溶芽发育，属不均匀地基，桩基施工难度较大，若对溶洞发育地段处理不当，将严重危及工程施工安全和场地稳定性。本项目钻孔桩工作量大，地质条件十分复杂，在钻机选用时应结合地质

4、情况合理配置。由于岩溶十分发育，桩基的入岩深度较大，若采用回转钻机，则在岩层中钻进效率太低，严重影响施工进度；若采用冲击反循环钻机，则对于上覆砂层易造成塌孔（砂石泵功率大，泥浆循环速度快，砂层易被泥浆掏穿），此外，这种钻机目前市场占有率低，大量引进使用的难度大。采用常规的冲击钻机，适宜于本项目所处地质条件的钻孔作业，成孔效率高，易于控制，成孔工艺成熟。但由于常规冲击钻机采用的泥浆正循环工艺，对孔底沉渣难以清除干净，大量实践经验表明，泥浆正循环清孔作业时间长（一般都在4小时以上方可），孔底沉渣很难彻底清除干净。须采用一种辅助的清孔方法来解决此问题。基于此，借鉴其它项目采用高压风清孔的经验，本项目

5、钻孔桩计划全部采用高压风辅助清孔的施工工艺。为完善高压风辅助清孔工艺，我们在京广线改线特大桥上做了大量试验和研究，总结和完善施工工艺，并形成工法，推广使用。二、规划与组织1、目标通过大量试验与研究，总结出高压射风辅助清孔的工艺，从根本上解决钻孔桩孔底沉渣难以清除干净的问题，并形成工法，在客运专线的建设中推广使用。2、组织机构为解决钻孔桩桩底沉渣难以清除干净的问题，中铁四局新广州站项目经理部特成立了“客运专线钻孔桩高压射风辅助清孔施工工艺”课题攻关小组，集团公司副总经理甘百先副总经理亲自指导和参与了本工法的开法，集团公司副总工程师邓民、项目常务副经理薛模美主持了本工法的开发，相关参与人员如表1示

6、。试验小组成员分工表 表1姓名职务职称小组中任职职 责甘百先集团公司副总经理项目经理教授级高工组 长全过程总协调邓 民集团公司副总工程师教授级高工副组长全过程技术指导薛模美常务副经理高工副组长全过程施工负责吴 榃总程师高工组 员全面负责技术工作杨 铭现场技术负责高工组 员现场技术负责另本春试验负责人工程师组 员现场试验负责曾 伟测量负责人工程师组 员现场测量负责黄光平机械负责人工程师组 员现场机械负责涂碧海分部副经理工程师组 员现场协调杨瑞锋技术主管组 员试验数据的采集与整理周军试验员组 员现场试验检测3、课题计划2005年12月18日，成立课题攻关小组，建立组织机构；2006年1月1日至20

7、06年3月30日，试验研究阶段；2006年4月1日至2006年6月30日，效果验证阶段；2006年7月1日至7月20日，课题总结、资料整理阶段；2006年7月21日至7月25日，形成工法，上报审批。4、试验过程2006年1月3日，我们选择京广改线特大桥15号墩1号桩进行泥浆正循环辅以高压风清孔的首次试验。改线特大桥15-1桩设计桩长15米，桩径1米，圆型柱桩设计。桩基地质情况自原地面向下依次为：2.8m粉质黏土，4.2m砂性土，1.9m粉质黏土，1.6m灰岩，1.4m有黏土填充溶洞，0.7m灰岩，1.4m有黏土填充溶洞，2.77m灰岩 。试验工艺15-1桩钻进至设计深度后进行泥浆正循环清孔，将

8、孔底沉渣清除干净，量出此时成孔孔深；停止清孔，每半小时测量孔深，并测量泥浆性能指标；沉淀2.5小时后，测量孔深和泥浆指标，测出沉渣厚度。然后立即往孔内送高压风，风压根据下式计算:Ph+0.1=0.013×17+0.1= 0.321 MPa（-泥浆比重，h-孔深），取0.35MPa。同时开启泥浆泵进行泥浆正循环清孔，清孔3min后停止，迅速测量孔深、孔底沉渣厚度和泥浆指标。进行成孔检查，合格后立即吊放钢筋笼、安装导管，测出此时沉渣厚度和泥浆指标，采用泥浆正循环清孔方法清孔并调整泥浆指标。做好混凝土灌注准备工作，第二次采用高压射风正循环清孔3min后，检测混凝土灌注前各项指标，迅速进行水

9、下混凝土灌注。试验过程2006年1月3日9：0014：40对京广改线特大桥15-1桩进行高压风正循环清孔试验，试验过程见表1。7:30停止钻进，自7：309：00采用泥浆正循环方法清孔1.5h后，9：01测得孔深（孔底至护筒顶）17.10m，孔底标高-14.00m(设计孔底标高-13.97m)，15-1桩终孔。自9：0111.27沉淀2.5小时，每半小时测量孔深和泥浆指标，测出自终孔后到沉淀2.5小时这一段时间的沉渣厚度，过程记录见表1。11:27分往孔内送高压风，风压0.35MPa，同时开启泥浆泵进行泥浆正循环清孔，孔内泥浆面翻腾冒泡，清孔3min后停止，然后立即测量孔深、孔底沉渣厚度和泥浆

10、指标并记录。高压空气清孔试验过程表 表1序号时间孔深孔底标高（m）沉渣厚度(cm)泥浆指标备注比重（g/cm3）粘度（s）含砂率（%）19：0117.10-14.0001.27285终孔后量测29：3017.10-14.0001.26266310：0017.05-13.9551.28256410：3017.02-13.9281.28265511：0017.00-13.90101.24285清孔前量测611：2717.10-14.0001.302910清孔后量测711：2712：3517.05-13.9551.26265吊笼、下导管后量测812:3514:3517.07-13.9731.1191

11、.8二次清孔、调整泥浆指标914:3514:4017.10-14.0001.1192高压风清孔自11：2712：35分,15-1桩吊放钢筋笼、下放导管，12：35分14：35二次清孔前量测孔深17.05m，孔底标高-13.95m，孔底沉渣5cm，泥浆指标：比重1.26 g/cm3,粘度26s，含砂率5%。清孔并调整泥浆指标两小时后，孔底沉渣3cm，泥浆指标：比重1.1 g/cm3,粘度19s，含砂率1.8%。14：3514：40分进行第二次高压风正循环清孔，风压0.35MPa。为防止开始清孔时，孔底空气压力过大导致孔底形成气囊，当气囊压力逐渐增大至一定数值时，带动孔内泥浆突然不均匀上翻，高压风

12、清孔开始时空气压力应为h+0.03=0.251 MPa，清孔过程中空气压力逐渐增大，直至0.35MPa。同时开启泥浆泵进行泥浆正循环清孔，孔内泥浆面翻腾冒泡，清孔3min后停止，测量孔深、孔底标高和泥浆指标，达到指标后立即灌注水下混凝土。5、试验结论从整个试验结果可以得出，高压射风辅助清孔，可以在很短时间内将孔底沉渣翻起，效果明显。现场试验取样发现，高压射风辅助清孔时，开始时泥浆含砂率迅速上升，从护筒出浆口捞取的渣样中，含有较大颗粒的石渣，证明高压射风对加快泥浆含砂率的调整有促进作用。三、效果验证2006年2月18日，我们对京广改线15-1号桩进行了地质取芯，取出的芯样完整，桩底混凝土与岩层结

13、合密实。15-1号桩底沉渣清除干净。另外，该泥浆正循环加高压风清孔工艺在京广改线特大桥16-3、19-5、12-1桩也进行了使用，钻孔取芯表明，3根桩的桩底沉渣均清除干净。高压射风辅助清孔发挥了有效的作用。在武广客专线新广州站新街河特大桥钻孔桩施工中，每根桩均采用高压射风辅助清孔，通过取芯、小应变、超声波等无损检测，全部为I类桩，效果良好。满足了客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准第6.5.5条“浇筑水下混凝土前应清底，孔底沉渣应清除干净，满足客运专线铁路相关设计规范及设计文件提出的沉降要求”的规定。四、体会实践证明，采用高压风辅助清孔，基本可以将孔底沉渣清除干净，使桩基工后沉降大大减少。

14、此外，采用高压风辅助清孔，缩短了清孔时间，尤其是缩短了从成孔到成桩的间隔时间，施工进度有所加快，比常规清孔工艺缩短清孔时间24小时以上。节约用电，钻机及泥浆泵等设备工效有了提高，成本也有所降低。高压风辅助清孔，采用的均为常规机械设备，操作工艺简单，效率较高，一台清孔设备可供1520台钻机使用，真正实现了投入小，见效快。本工法在实施中尚需进一步完善，施工工艺仍有待探讨之处，在实施中，根据实际情况进一步修订和完善。敬请各位专家提出批评和指正。 2006-7-24附件1 孔底沉渣检测抽芯取样照片基岩桩身混凝土附图1 15-1钻芯取样照片图2 19-5（4月17日）钻芯取样照片图3 16-3（4月13

15、日）钻芯取样照片图4 12-1（5月13日）钻芯取样照片附件2 工法中有关参数的试验1、关于第一次清孔换浆时泥浆指标的问题第一次清孔换浆，是在钢筋笼进场和终孔报检期间完成的。其目的主要是为了保证孔壁的稳定，避免因停止泥浆循环而导致孔底沉渣过厚。实验表明，终孔后若泥浆停止循环，2小时后孔底沉渣将达到10cm以上。但泥浆比重不宜过小，是为了保证孔壁的稳定，一般来说，当泥浆比重达到1.25时，就可以保证孔壁的稳定。而含砂率在正常清孔时，较难降下来，保持2小时以上的循环换浆，可以将含砂率降至4%左右，因此，将第一次换浆清孔的泥浆含砂率定在4%，主要是因为第次换浆清孔的时间较短，再降低的难度较大。粘度可

16、以通过换浆进行调整，其指标达到1622s不难做到。2、高压射风清除孔底沉渣的时间由于孔底采用高压射风清除沉渣的机理无法观察到，但可通过模仿试验来进行验证，根据试验结果来确定高压射风翻动孔底沉渣所需要的时间。试验方法是：从正在施工的钻孔桩泥浆中用捞筛从泥浆中取得足够量的石渣，清洗干净，将原样取回试验室存放；采用直径1.25m的钢护筒，将一端用6mm厚钢板焊接封底，形成一个储水容器，保证不漏水；将清洗干净的渣样平整摊铺于容器底，其厚度不得小于100mm；向容器内加入盐水，盐水的比较为1.1。加不至容器顶以下30cm为止；将高压风管及喷风口置于容器中央，喷风口距离沉渣顶面50mm；启动空压机，待风压

17、达到计算值后开启阀门，向容器内送风，并摆动喷头，同时用录像机记录在风力作用下渣样的悬浮情况，并用肉眼观测容器底沉渣的余留情况；根据试验结果得出清孔所需时间。试验结果表明：高压喷风口距离沉渣面10cm时，喷出的高压风可将喷风口周围50cm半径的沉渣彻底翻起，如图1、图2示。对于直径2m以内的桩，喷风口环向间距在50cm左右时，其影响线可包络整个孔底。根据试验观测，对于直径1.25m的桩孔，3min可以将整个沉渣翻起，而每个喷口位处连续射风30秒，其影响范围内的沉渣可基本全部悬浮起来。图1 高压射风清孔影响范围示意图图2 高压射风清孔影响范围包络示意图3、高压射风辅助清孔缩短清孔时间的测定选择桩长相同、地质条件基本相似的两根桩，作对比试验，其中1根桩采用高压射风辅助清孔，另一根桩仅采用常规的泥浆正循环清孔，在换浆清孔过程，每10min检测一次泥浆的含砂率（实践发现，泥浆中的含砂率降不下来是导致清孔时间过长的直接因素）。检测结果如图2所示。从实际检测结果可以看出，采用高压射风辅助清孔，对于直径125cm、桩长25m的桩，可