李江峰
中铁十二局集团第四工程有限公司陕西西安710021
摘要：在铁路桥梁工程建设中，桥梁钻孔施工技术是一种比较常见的施工工艺，钻孔桩施工的质量更是关系到整个桥梁结构的工程质量。本文结合京沪高速铁路淮河特大桥主桥工程方案对钻孔桩施工技术进行简要阐述。
关键词：钻孔桩；钻机；钻孔参数；成桩
1、工程概况
京沪高速铁路淮河特大桥主桥位于安徽省蚌埠市境内，工程起讫里程为DK837+308.65～DK837+806.26，桥址位于黄淮河冲击平原，区内地层上部为黏性土及砂类土，下伏基岩为燕山期混合花岗岩。共有6个水中主桥墩（2106#～2011#），承台采用矩形承台，承台尺寸：15.2m×13.6m×4.0m，桥墩为圆端形变截面实体墩，梁部为（48+5×80+48）m连续梁.
2、钻机平台及机具配备
2.1.钻孔平台的布置
2107#、2108#、2109#、2110#墩用军用贝雷梁施工平台，平台布置简洁紧凑，不受水位影响，也不影响航道，布置见图1。
ZSD-300a钻机是目前国内比较先进的钻机，可实现电控或液控恒压自动给进，无极变速，钻杆采用工字卡连接，大大减轻工人的劳动量，提高工效，并能保证成孔质量。
2.3.钻头选定
钻头选用洛阳矿山机械厂的φ2.2m钻头。
由于淮河特大桥地质为弱风化混合花岗岩，因此选用洛阳矿山机械厂12英寸系列球齿滚刀，刀齿为TM-60碳化钛优质钢，可焊、高强，且有很好的韧性，是比较理想的耐磨材料。
2.4.辅助工具
配置75T汽车吊2台，25吨汽车吊2台，1000吨驳船4台（防洪用），东风平板车2台，40m3/min空压机一台。
3、钻孔参数的选择及控制要点
3.1.钻压的选定和控制
钻压应与岩石强度相关，如果刀齿的压应力小于岩石抗压强度，使刀齿适当压入岩石，但钻压不宜太大，太大易造成掉钻、斜孔，并且基岩磨损刀体，易造成滚刀轴承的早期损坏。对锲齿滚刀，钻压可用下式计算：
P=KQL/100（KN）
式中：
K=（刀具长×刀数）/成孔半径，为刀体作用在半径上的重迭系数
Q—岩石的线压强度，经验数值约为岩石强度的三分之一（Kg/cm）
L—钻孔半径（cm）
当L=150cm时，对50MPa基岩选钻压力350~450KN，对15MPa基岩选钻压力100KN~150KN。
钻机加压的原则是“自重加压，减压钻进，低压开钻，缓慢加压。”
实际孔底钻压为钻具、配重和钻杆总重减去浮力，再减去水龙头的提升力量。通过控制水龙头的提升力量来调整钻压，实现减压钻进。减压钻进，可保持钻杆受拉，保证孔的垂直度，减少斜孔。一般情况，合理的钻压为全压的40%～80%，应视岩石强度和出渣效率而定。在开孔阶段和有倾斜岩面的地层，需控制钻压不宜过大，一般取150~250KN，待整个钻头进入岩层后再慢慢加压加速。
3.2.转速
在一定的转速之内，进尺跟转速成近乎正比的关系，即转速愈快，进尺愈快。但刀具破岩的线速度有一个临界值，超过临界值，则刀具磨损很快。不同的岩石强度有不同的临界值，一般情况对硬岩宜采取高压低速，而对软岩则取低压高速。边刀外缘线速度V为0.9~1.3m/s，按N=60V/π*D计算转速，为5~8转/min，式中D为钻头直径（m）。现在滚刀已趋于标准化生产，各种类型刀具，均提供破岩强度和边刀适应的线速度，使用时可直接查询，如按经验公式，以边刀每分钟不超过120转为标准计算，则：
N=120d/D
式中：
d—滚刀大头直径（m）
D—钻头直径（m）
在开孔阶段，宜选用低钻压，低转速，以保证入孔垂直。我们一般控制在5r/min以内。
3.3.沉没比
风包沉入水中深度为h1，水面到水龙头排出口的距离为h2，则沉没比：a=h1/（h1+h2）
对气举反循环来说，沉没比越大效率越高，通常情况下沉没比需大于0.5，小于0.4就不好工作，在开孔阶段如沉没比过小应采取措施，比如提高孔内水位或降低水龙头出水口高度等，如仍满足不了就该考虑采用别的钻孔方式。
3.4.风压：P≥Hr/100+ΔP
式中：
H—孔底水深（m）
r—水比重（1t/m3）
ΔP—管路磨擦损失0.03~0.05Mpa
4.5.浆液循环量：
浆液循环量决定着钻机的排碴能力，循环量大，则排碴及时，减少二次或多次破碎，节约能量，延长滚刀寿命，提高钻进效率。
浆液循环量：
Q=πr2V3600（m3/h）
式中：
r—钻杆内径（m）
V—钻杆内水的回流速度，一般取2~4m/s
4、钻孔作业及注意事项：
4.1.大直径钻孔桩作业，自动化程度高，因此在钻孔前需对技术人员和工班操作人员进行培训，做到持证上岗，使相关人员对钻机的性能和钻孔的基本原理有所了解，以减少故障的发生。
4.2.开钻前根据地质图画出每根桩的地质柱状图。按地质选定合理的参数，同时观察钻机的运行和进尺情况，以及排渣情况和碴径大小，据此对钻机的参数进行调整，每小时记录钻压，转速和进尺以及相关地质实况，切忌求快而盲目加压加速，往往欲速则不达。
4.3.每次提钻均要检查螺栓连接情况，钻头的磨损情况并做记录，有磨损及时修补和加焊。
4.4.成立专门的维修保养小组，负责钻机、钻头和滚刀的保养和维修。这样既可保证正常钻进，又能降低成本。
5、成桩
5.1.钻到孔底标高后，经各方检查无误，并经验碴与设计持力层相附后上提钻杆0.3m，清孔20min，停60min，再清孔20min后拆钻杆。
5.2.吊装钢筋笼。钢筋笼主筋为φ28mm，箍筋为φ10mm，以2108#墩为例，钢筋笼长54.5m，重量17.8T，钢筋笼分五节成型，采用直螺纹连接，工效高又易于保证质量。
5.3.复测沉碴厚度，内控标准是小于10mm，由于在钢围堰内施工，又是清水反循环，所以几乎没有沉碴，特殊情况下有一点沉碴的，在灌注前用吸泥机吸一下，或用高压风管吹20min后立即灌注。
5.4.灌注水下混凝土
5.4.1.灌注机具的准备
全自动电子计量搅拌机2台，混凝土罐车5台，高压水枪，备用发电机一台。
5.4.2.灌注水下混凝土前，必须经过成孔检测和清孔检测合格后，方可进行灌注工作。开始灌注时，储料斗内应放1皮球，导管底部与浇注基面的距离为20～40cm，应能使混凝土顶着皮球排出管外。
5.4.3.混凝土采用全自动电子计量运输至现场，实验员现场进行塌落度测试，如不符合要求，应进行二次搅拌，二次拌和达不到要求，不能使用。
6、结语
特大桥水上桩基施工，施工难度很大，但由于根据地质情况和工期紧张的特点，合理地选择了钻机型式；利用了泥浆净化装置保证泥浆性能；灌注水下混凝土时采取了有效的处理措施，因此在钻孔灌注桩施工过程中，由于每到工序得到了很好控制，经超声波检测均为Ⅰ类桩。