3米直径钻孔桩扩底施工技术

3米直径钻孔桩扩底施工技术

李旭东

中铁大桥局集团海外工程分公司湖北武汉430050

摘要：本文主要介绍了钻孔桩扩底施工方法。该方法是把按等直径钻孔方法形成的桩孔钻进到预定的深度，换上扩孔钻头后，撑开钻头的扩孔滚刀刀刃使之旋转切削地层扩大孔底，成孔后放入钢筋笼，再灌注混凝土形成扩底桩以获得较大承载能力的施工方法。该方法成桩的根限承载力比没有扩大的灌注桩的根限承载力有较大幅度的增长，具有承载力高、经济和社会效益明显优点。

关键词：钻孔桩；灌注桩；扩底

1.工程概况

本工程为钻孔桩基础施工，主要工作内容为Ф3.0m钻孔灌注桩施工，底部扩底，扩底直径为4米及4.5米两种。施工场地为新填海区，地质情况从上向下依次为沙层（中密粉沙）、冲积土层、黏土层、沙层（粗砂、中砂）、黏土层、强风化层、岩层。岩层为花岗岩，岩层面为-28.26m至-61.22m之间。勘探深度为37m至80m，均入岩7.5米左右。

2施工流程

3.0m钻孔桩采用南车400型旋挖钻及KTY-4000A型钻机成孔；平整场地后，先采用旋挖钻机钻进至地面以下15米位置，之后用KTY-4000A钻机钻进至桩底，下扩底钻进行扩底工作，扩底到位后清孔，之后下钢筋笼，再下水下灌注导管二次清孔，采用水下导管灌注桩基混凝土。

2.1桩位放样

在控制点上采用全站仪直接将桩中心放样到地面上，并拉“十字”交叉线对桩位进行标识。

2.2临时套管制作与埋设

3米钻孔桩临时套管采用24mm钢板卷制，内径比设计桩径大20cm，长度为18.0m，比地面高出30～50cm，以保证孔内泥浆面高出地下水位。

以设计桩桩位中心为圆心，在地面挖出比临时套筒直径大70cm的圆，清理后将护筒在坑中垂直对位，埋设好护筒。利用250t履带吊及YZ230型液压振动锤插打，用两台全站仪监测确保垂直度，倾斜度应控制小于5‰。

2.3泥浆

泥浆指标应达到：清孔时为1.08～1.12，粘度18～22s，含砂率小于0.5%，胶体率不低于98%，PH值8～10。钻孔过程中须定时对泥浆的各项指针进行检查并做记录。

2.4钻桩机械

钻孔桩施工主要选用南车400旋挖钻机和KTY-4000A型回旋钻机配六翼型扩底钻头。

2.5等直径钻孔

采用旋挖钻机从临时套管顶钻孔15米深度，之后用回旋钻机钻孔至设计桩底标高：

（1）钻机就位

钻机位置场地平整、表层铺填碎石压实，混凝土预制板垫平地面，保证桩机不下陷且能正常作业。钻机就位前由测量人员确认护筒偏位及倾斜度合格后开始安放桩机。钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在2cm内。钻头中心与护筒顶面中心和底面中心的偏差不得大于5cm；钻杆倾斜率小于0.5%。

（2）旋挖钻钻进

钻孔采用泥浆护壁成孔。泥浆采用膨润土、纯碱以及纤维素混合而制，在泥浆池中用搅浆机将泥浆搅拌好后，泵入孔内，旋挖钻均匀缓慢钻进。

（3）回旋钻机钻进

钻机组装就位，其底座应水平、稳定，钻架中心与钻机转盘中心的联机应与钻盘垂直，钻头、钻杆中心和桩径中心在一铅垂在线，保证孔位正确，钻孔顺直。就绪后，将钻头提离泥面约30cm，打开供风阀门使泥浆循环，待泥浆循环正常后，启动钻机开始慢速到中速钻进。钻压、钻速根据地质情况确定。

（4）成孔质量检查

钻孔至设计孔底标高，经监理检查签认后拆除钻机。

2.6扩孔施工

采用KTY-4000A型旋转钻机配扩底钻头反循环对孔底扩大到设计直径：

（1）扩底前配合准备工作

测量钻机所成孔底标高是否满足设计要求，计算已成孔孔深，根据孔深及扩底钻头高度配置相应长度的旋转钻机钻杆；检查孔内泥浆指针，并配置适用于反循环钻孔用的新鲜泥浆；复核已成孔中心，以便新钻机对位，并对地面基础重新布置；检查扩底钻头直径及磨损情况，对损坏的刀头进行更换；旋转钻机对位下放扩底钻头并连接钻杆，保证钻杆中心与已成孔中心偏差小于2cm；检查压风机风管、反循环出浆管和泥浆回流沟槽。

（2）扩底钻头

基岩扩底钻头是施工嵌岩扩底灌注桩的关键，应根据现场的工艺性试验，确定钻头的形式、刀头、钻机的扭矩等，例如MRR型基岩扩底钻头，其基本结构为下开式，对称双翼，中心管为四方结构。

扩底时，将钻头下入孔底，并对孔底加压，使扩孔翼张开，并保证有一定压力作用于孔壁上。收缩时只需提升钻具，钻头离开孔底后，在其自重作用下即可完全回收。

扩底钻头的中心轴是一个行程为50公分的油缸，油缸与扩底钻头六臂之间采用连杆相连，当油缸下行，通过连杆使液压扩底钻头六臂伸张，下行35公分就可使扩底钻六臂伸张到4.5米，进而采用油缸下行的行程来掌控扩底的大小程度，液压扩底钻头六臂都布有滚刀，每臂3把12寸滚刀，以剥落岩层进行扩底。液压扩底钻头的中心轴油缸的下行不是采取上配重块来加压，而是直接采取液压传动，使钻头六臂伸张扩底，液压扩底钻头有一个单独的泵房，以提供扩底钻头伸张的压力。

扩底顺序为：1、先将扩底钻头放到孔底，并将钻头上高压油管绑在钻杆上接到钻机平台上的液压转换器上，钻头放到孔底前应将孔底清干净，以免影响判断油缸下行的行程；2、再将液压转换器的固定不转部位的油管接口接到专用泵房；3、量好开扩前钻机提升油缸原始位置，以控制扩底钻中心轴油缸下行的行程；4、开始扩底，将扩底钻的泵房的溢流阀调到8-11Mpa即可。

基岩扩底钻头可采用正、反循环和无循环施工。采用反循环扩孔底时，破碎的岩屑无论其颗粒大小，都能迅速排出，孔底清洁。采用正循环扩底时，小颗粒岩屑可随泥浆排出钻孔，大块岩屑仍留在孔内，由于破碎面在孔壁周围，不会造成重复破碎，但由于孔底泥浆中的岩屑增加，对钻头的冲蚀磨损将会增大。无循环施工时，破碎的岩屑将全部留在孔内，扩底结束后再一次性清孔。

2.7清孔

终孔后即开始一第次清孔，并应注意及时清理，不能停歇过久。同时注意保持孔内水头，防止坍孔清孔时利用钻机的泥浆循环系统，通过换浆进行清孔。即将钻头提高距孔底15～20cm，钻机慢速空转，保持泥浆正常循环，持续换浆直到排出泥浆的含砂率与换入泥浆的含砂率接近且含砂率＜2％，孔底沉渣厚度满足设计要求后停止清孔。

安放钢筋笼及导管后进行第二次清孔，二次清孔采用高压射浆气举反循环清孔辅以泥浆分离器清理沉渣。

2.8灌注砼

为保证扩底桩的混凝土灌注质量，初灌量应保证埋管不少于1m，导管底口至扩底桩底部的高度不得大于0.4m，经计算，直径为3m的扩孔桩底，4m扩底和4.5m扩底部分分别需要20方和24方混凝土，因此我们选用直径3M的漏斗来保证混凝土的初灌量，保证初始埋深不少于1m。8方料下灌后，两车8方料就位，开始拔球，连续向漏斗加入24方混凝土，完成初始灌量，然后连续进行灌注。灌注结束前，采用捞样筒捞取混凝土样确定混凝土面高度达到设计要求。

3.总结

钻孔扩底灌注桩是一种比较新的施工方法，它是对钻孔灌注桩的一种改进和创新。当桩身直径相同时，扩底桩比非扩底孔桩能大大提高单桩承载力；在保证单桩承载力相同时，扩扩桩比非扩孔桩能减小桩径或缩短桩长避免穿过某些复杂地层，节省时间和材料；当基础总承载力一定时，采用扩底桩可减少桩的数量，节省投资。具有承载力高、经济和社会效益明显优点。

参考文献：

[1]《钻孔灌注桩设计与施工》，张忠亭、丁小学著，中国建筑工业出版社；

[2]《建筑桩基技术规范》，中华人民共和国住房和城乡建设部，中国建筑工业出版社；

[3]《钻孔扩底灌注桩施工新工艺》，王旭惠、何建平，《华东地质学院学报》（1997.01）

作者简介：

李旭东，男，1984.05，汉族，甘肃省兰州市，本科，现有职称：工程师，研究方向：桥梁工程。