省级工法-水源保护地超大直径桩基气举反循环清水钻进施工工法.pdfVIP

水源保护地超大直径桩基气举反循环清水钻进施工工法

1前言

随着社会经济的快速发展，我国公路桥梁建设呈现出突飞猛进的势态，一座

座桥梁跨越江河、库区。为减少桥梁对河流、库区通航、行洪以及环境方面的影

响，常常采取尽量增加桥梁跨越能力的方案，因此桩基直径设计越来越大，目前

国内常见的超大直径桩基有3.0米、3.6米、3.9米、4米、6.3米等。

对于在一些环保要求高、河床岩层强度高、水位落差大且缺乏大型水上船舶

设备的江河、库区上施工超大直径桩基存在较大的难度与挑战。

常规的冲击钻、回旋钻将会产生大量的泥浆，对于在江河、库区上配备泥浆

池存在较大的泄露风险，泥浆易泄露造成水质污染，同时水上存储、运输泥浆安

全风险大，施工成本高。回旋钻不适宜成孔超大直径硬质岩层桩基。而对于旋挖

钻工艺，超大直径桩基须要匹配更高功率旋挖钻机和配套运输船舶设备，常规方

案采用大型的浮体作为施工平台，对于缺乏大型水上船舶设备且水位落差大的江

河、库区上采用大型旋挖钻机在水上施工难度大，成本高。

研究表明在环保要求高、河床岩层强度高、水位落差大且缺乏大型水上船舶

设备的江河、库区上施工超大直径桩基，需要解决：不污染水体、超大直径桩基

硬质岩层条件下成桩功效、成桩质量以及钻进过程中斜岩卡锤等一系列问题。

为了解决水源保护地桩基施工污染及超大直径桩基钻进成孔问题，本工法采

用气举反循环冲击钻清水钻进，完成了水源保护地超大直径桩基清水钻进施工。

通过该工法施工完成了红星坪大桥3.6m大直径桩基在高硬度岩层中的高效成孔，

通过气举反循环将废渣抽排出孔内，清水钻进，无需添加膨润土造浆，有效防止

泥浆污染，从源头上解决了水源保护地桩基施工污染问题，符合“绿色、低碳”

的环保要求，取得了良好的社会经济效益。工法过程中申报实用新型专利2项，

分别为《一种冲击反循环空心钻持续气举抽渣管道装置》、《一种双绳拉锤旋转

装置》，发明专利《用于高强度岩石的超大直径桩基础分级钻孔施工方法及装置》

1

1项。

图1红星坪大桥航拍图

2工法特点

2.1反循环排渣系统在钻进过程中高水头持续排渣过滤循环，无需拌制泥浆，

解决了桩孔内液面与桩顶施工平台因高水头无法排渣循环问题，能在钻进过程中

持续排渣，极大提高了桩基钻进速度。

水源保护反循环排渣系统主要由排渣管、高压进气管、泥浆净化设备、储浆

池、空压机组成。将排渣管、泥浆净化设备、储浆池连城一个循环系统。将排渣

管伸入钻头内部，空压机通过高压进气管将气体送入排渣管底部一定位置使其形

成液柱压差，高速气流、气泡群随排渣管迅速上升，带动桩底泥浆和钻渣从排渣

管流出后，通过泥浆净化设备过滤调钻渣、沉砂，又回流到桩孔内，保证桩基内

外液面差处在平衡位置。

该工艺无需制备泥浆，为清水钻机施工，根源上解决环保问题。同时采用高

功率空压机及大直径排渣管在钻进过程持续抽渣，极大提高了高水头反循环排渣

能力，减少了受钻孔平台与水面高落差影响，以及在高强度岩石下钻进的速度。

2.2研发改进了一种自行式冲击气举反循环钻机，通过行走系统、双钢丝绳

提升系统，能够高效的自行移动就位及高频拉锤冲击。

2

自行式冲击气举反循环钻机，自带行走系统，可360度旋转，移机定位方便。

模块化差速双卷扬机确保主卷扬机的双绳同步运行，两根钢丝绳固定，极大地提

高了钻头自身重量和冲击动能、成孔的垂直度、减少了冲孔扩孔率，能较好的保

证成孔垂直度，提高施工质量，有效地杜绝了偏孔、斜孔、梅花桩等成桩问题。

2.3研发一种自行旋转反循环冲击钻空心锥型钻头，双绳拉锤情况下钻头能

够自行旋转，保证了钻头在硬质岩层钻进过程中均匀受力以及解决常规钻头常出

现的卡锤情况，提高了钻头寿命以及斜岩情况下的成桩功效。

研发了一种双绳拉锤旋转装置，保证了双绳拉锤情况下钻头同样实现自由转

动，避免了处于同一姿态冲击桩孔造成受力不均，在硬质岩屑中易产生锥头损坏

的情况。同时，由于钻进过程中钻头的自由旋转确保了钻头锤击形成孔底接触面

与钻头冲击面更好的吻合，极大的减小了斜孔产生，保证桩身垂直度。

2.4水源保护地清水钻进，有效降