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摘要：近年来我国桥梁事业发展迅速，大直径超长灌注桩应用规模将不断扩大。新建桥梁的跨径将越来越大、结构形式越来越复杂，钻孔灌注桩的长度也就越来越长、直径也就越来越大。通过相关桥梁桩基实例阐述了大直径灌注桩在选型、钻机参数、操作要点、与泥浆配比，为类似工程提供参考。
关键词：ZJD桩机；PHP泥浆配比；
中图分类号：U443文献标识码： A
1、 前言
钻孔灌注桩是我国桥梁桩基施工中一项应用十分广泛的基础形式，随着我国经济快速发展以及国家对基础建设投资力度的加大，近年来我国桥梁事业发展迅猛，工程的建设规模不断刷新，海上大直径超长灌注桩应用也不断扩大，对桩基施工的技术和质量要求不断提高。
其中，钻机的选型与泥浆配置尤为重要。
2、工程概况
瓯江特大桥位于瓯江下游，起于永嘉县礁下村近瓯江东岸小山头，止于温州仰义乡十里村近瓯江西岸太山山头。主桥结构为（135+225+120m）三塔四跨矮塔混凝土上斜拉桥，采用塔，梁，墩固结体系。
栈桥全长756.7m，按8#、9#桥墩之间的通航孔为界，分为永嘉段和鹿城段，其中永嘉段栈桥桥起于K2+498.5，终于8#桥墩处K2+780.75，全长282.25m；鹿城段栈桥起于9#墩处K2+987.25，终于河岸处K3+461.70，全长474.45m。全桥共设支栈桥12道。
主墩采用分幅设置，承台为整体圆端承台，其承台基础为钻孔灌注桩基础，每个墩位设置24根桩，桩径2.0m ,采用水下C35混凝土，全桥设主墩2个（我方施工鹿城段9#主墩）。
3、主要机械设备
针对主桥钻孔桩直径大，钻孔超深，卵石土地层厚度大、混凝土灌注强度高的工程特点，并结合我公司近几年的工程实践，选定ZJD4000和ZJD3500型号全液压回旋钻机用于主墩钻孔桩施工。
钻机配置双环四翼刮刀钻头，适合于松散土层中钻进。钻杆为正循环和气举反循环两用钻杆，气举反循环施工时，钻具均设有两个空气混合室（即风包钻杆），并配备1台17.0m3/min和一台10m3/min的空压机。
全液压回旋钻机的工作原理是由动力头驱动钻杆，钻杆带动钻头回转钻进，采用急流高压空气反循环的排渣方式，其动力传递为：电动机→液压泵→液压马达→动力头。
（1）钻机的主要性能参数
ZJD4000/350反循环凿岩钻机性能参数
名称 单位 规格（ZJD4000/350）
钻孔最大直径 米 ￠4
钻孔最深深度 米 150
最大提升力 吨T 220
机架导向架倾角 度 25
动力头倾角 度 45
钻杆吊机 吨T 2
动力头行程 米 4.15
动力头转速及扭矩 转/分 0～5
吨·米(Max) 35
转/分 5～15
吨·米(Max) 15
钻杆规格 毫米(㎜) ￠406×30×3000
电源 3相380V50HZ
总功率 千瓦 360
整机尺寸 米 5.56×5.7×7.785
ZJD3500全液压钻机技术性能表
主 要 项 目 单 位 参数
钻孔直径 岩层(σc≤120Mpa) M φ2.0～φ4.0
岩层(σc≤200Mpa) M φ2.0～φ3.5
最 大 钻 孔 深 度 M 150
排 渣 方 式 气举反循环
动力头转速
及扭拒 转速
扭矩 Rpm 0～6
kN.m 350
转速
扭矩 Rpm 0～16
kN.m 150
动力头提升能力 kN 2200
钻架倾斜角度 0～25°
钻 杆 (通径×长度) Mm φ351×3000
钻杆单重 Kg 0.9
总 功 率 kW 73×3+30+2×1.5
外形尺寸 Mm 6610×7470×8800
主机重量(不含钻具、液压站) T 35
鉆具系统(按99m计，不含钻头) T 29.7
总重量（正常施工） T 105
（2）钻机操作及注意事项
①钻机开钻前的准备工作:钻机拼装好后，检查各连接螺栓和紧固螺栓是否连接好，各润滑部位应加注润滑油。
② 将封口盘打开，把连接好的钻头、风包、稳定器、重型钻杆和异径接头吊入井孔内，将封口盘合拢并卡住异径接头支承部位。
③ 旋转动力头安装钻杆。连接钻杆时，应先检查和清洗各密封圈的密封圈槽，并涂上润滑脂，经开口弹性销定位对准，装入10个M36螺栓。连接螺栓采用敲击扳手打紧。
④ 动力头应按下表定期加注润滑脂，开钻前检查动力头是否有漏浆和漏气现象。若有漏浆和漏气现象，应拆开检查密封圈是否损坏，如有损坏应及时更换。
⑤ 动力头起动前，应先起动润滑油泵，动力头旋转方向为顺时针。
⑥ 开钻时应先送风，后进给。钻进过程中应保持钻头减压钻进，排渣中断时，应将钻头提起，待有钻渣排出时再慢慢放下钻头，停钻时应先提钻头，然后停风。钻机钻压可按以下公式计算: T=9.8（P0-P），式中:T-钻机钻压值(吨); P0-当前全提钻具时压力表值;P-当前钻进时,钻进压力表值(MPa)。
⑦钻机工作过程中，操作人员应经常观察各种仪表的指示是否正常，若有异响应即时停车检查。
（3）泥浆分离器
每台钻机配备10m3的泥浆箱一个（钢板加工）、ZX-200型泥浆净化装置一台、并配6寸泥浆泵1台。
ZX-200型泥浆净化装置性能表
处理能力（m3/h） 200 分离粒度等级（㎜） ＞0.074
除砂效率(%) ＞90 总功率(kw) 48
重量(kg) 3700 外形尺寸(m) 3.45×2.25×2.8
4、 施工泥浆的拌制
本工程施工用水采用周围塘河淡水水，使用不分散、低固相、高粘度的PHP泥浆。
（1）泥浆的原材料、配合比及性能
制备泥浆的原材料
膨润土
制浆选用的膨润土应具有相对密实度低，粘度好、含沙量少、失水率小、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点，质量等级为二级标准。
水：采用拟建区附近支流河或塘河淡水。
碱粉：工业碳酸钠（Na2CO3）,其作用是可使PH值增大到10，从而增加水膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量。同时，其另一功能是提供Na+，对钙土进行改性处理。
PAM、CMC为高分子聚合物，分子量1500～1800万，既可单独拌制泥浆，又可作为膨润土泥浆中的掺加剂，提高泥浆的粘度，降低含砂率。
在正式开钻前根据确定的原材料进行配合比验证及优化试验，最终确定的配合比作为施工过程中的指导配合比。典型桩基（第一根）施工过程中根据实际情况再进行调整，确定各地层最适合的施工配合比，此配合比作为其余工程桩基施工的指导配合比。
（2）各地层钻进时的泥浆建议配合比性能指标如下：
各地层施工泥浆建议配合比性能指标一览表
钻孔
方式 地层情况 相对密度 粘度（s） 含砂率
（％） 胶体率（％） 泥皮厚(mm/30min) PH值
正循环 一般地层 1.05-1.20 16～22 4～8 ≥96 ≤2 8-10
易坍地层 1.20-1.45 19～28 4～8 ≥96 ≤2 8-10
反循环 一般地层 1.02-1.06 16～20 ≤4 ≥95 ≤3 8-10
易坍地层 1.08-1.15 18～28 ≤4 ≥95 ≤3 8-10
卵石土 1.15-1.20 20～35 ≤4 ≥95 ≤3 8-10
注：本工程钻进成孔泥浆制配性能指标按反循环易坍地层控制。
（3）泥浆的制配和循环
①制浆设备的选取
制浆设备采用空压机或自制的泥浆搅拌机。利用泥浆搅拌机搅拌淡水、膨润土、外加剂等混合物制造泥浆。
②泥浆的制配和循环
泥浆的技术性能指标
泥浆的指导配合比反循环易坍地层的性能控制指标，各阶段泥浆性能指标细分见上表（表中循环再生泥浆比重较初始制配泥浆比重有所增大）。
泥浆制配在泥浆搅拌机内根据表6-2-1配合比进行。开钻后根据桩孔内地质情况将制配好的泥浆按需补充至护筒内，起动泥浆循环系统开孔钻进。并对护筒底口进行泥浆护壁及封堵，确保护筒底口稳定、密实。当满足反循环钻进条件的情况时，开动空气压缩机，孔内泥浆经汽化后经由钻具和泥浆管进入泥浆净化器，通过净化器使直径大于0.074mm以上的颗粒从泥浆中分离出来,净化后的泥浆通过循环系统反回到施工孔内，形成一个完整的循环回路。
在泥浆循环过程中，定时对孔内以及循环池出口处的泥浆进行检测，根据检测结果对泥浆性能指标进行调整，直到循环泥浆满足上表气举反循环泥浆控制标准。
卵石层和岩层的钻进，泥浆的消耗量很大，但其自身的造浆能力基本没有，而人工造浆的成本较大，因此泥浆合理的回收利用可大大降低施工成本。灌注混凝土过程中溢出的可回收使用的泥浆，排至未施工的护筒内储备。而质量较差的不能回收利用的泥浆则排至廢泥浆池中，然后输到指定地点处理后排放，保证施工现场清洁，并确保海洋环境不造成污染。
（4）施工中应注意的问题
由于本地层的自造浆能力差，必须严格控制泥浆质量，做到定时检测，及时添加新鲜浆液或PAM（CMC）及纯碱，改善泥浆的稳定性；
由于施工中泥浆的各项指标均比较高，因此：施工过程中应加强对泥浆的检测控制；
置换的泥浆必须经沉淀、排渣、检测合格后方可使用；
增粘剂PAM较难溶解，集中投放易结团，难以发挥效应。必须水解24小时后方可使用。
结语
根据本工程孔径较大，钻孔深的特点，结合地质勘测报告，并借鉴我公司多年的施工经验，采用PHP泥浆配置，选用中锐机械厂生产的ZJD钻机投入本桥施工。取得了业主与总包一致好评。
关键词：ZJD桩机；PHP泥浆配比；
中图分类号：U443文献标识码： A
1、 前言
钻孔灌注桩是我国桥梁桩基施工中一项应用十分广泛的基础形式，随着我国经济快速发展以及国家对基础建设投资力度的加大，近年来我国桥梁事业发展迅猛，工程的建设规模不断刷新，海上大直径超长灌注桩应用也不断扩大，对桩基施工的技术和质量要求不断提高。
其中，钻机的选型与泥浆配置尤为重要。
2、工程概况
瓯江特大桥位于瓯江下游，起于永嘉县礁下村近瓯江东岸小山头，止于温州仰义乡十里村近瓯江西岸太山山头。主桥结构为（135+225+120m）三塔四跨矮塔混凝土上斜拉桥，采用塔，梁，墩固结体系。
栈桥全长756.7m，按8#、9#桥墩之间的通航孔为界，分为永嘉段和鹿城段，其中永嘉段栈桥桥起于K2+498.5，终于8#桥墩处K2+780.75，全长282.25m；鹿城段栈桥起于9#墩处K2+987.25，终于河岸处K3+461.70，全长474.45m。全桥共设支栈桥12道。
主墩采用分幅设置，承台为整体圆端承台，其承台基础为钻孔灌注桩基础，每个墩位设置24根桩，桩径2.0m ,采用水下C35混凝土，全桥设主墩2个（我方施工鹿城段9#主墩）。
3、主要机械设备
针对主桥钻孔桩直径大，钻孔超深，卵石土地层厚度大、混凝土灌注强度高的工程特点，并结合我公司近几年的工程实践，选定ZJD4000和ZJD3500型号全液压回旋钻机用于主墩钻孔桩施工。
钻机配置双环四翼刮刀钻头，适合于松散土层中钻进。钻杆为正循环和气举反循环两用钻杆，气举反循环施工时，钻具均设有两个空气混合室（即风包钻杆），并配备1台17.0m3/min和一台10m3/min的空压机。
全液压回旋钻机的工作原理是由动力头驱动钻杆，钻杆带动钻头回转钻进，采用急流高压空气反循环的排渣方式，其动力传递为：电动机→液压泵→液压马达→动力头。
（1）钻机的主要性能参数
ZJD4000/350反循环凿岩钻机性能参数
名称 单位 规格（ZJD4000/350）
钻孔最大直径 米 ￠4
钻孔最深深度 米 150
最大提升力 吨T 220
机架导向架倾角 度 25
动力头倾角 度 45
钻杆吊机 吨T 2
动力头行程 米 4.15
动力头转速及扭矩 转/分 0～5
吨·米(Max) 35
转/分 5～15
吨·米(Max) 15
钻杆规格 毫米(㎜) ￠406×30×3000
电源 3相380V50HZ
总功率 千瓦 360
整机尺寸 米 5.56×5.7×7.785
ZJD3500全液压钻机技术性能表
主 要 项 目 单 位 参数
钻孔直径 岩层(σc≤120Mpa) M φ2.0～φ4.0
岩层(σc≤200Mpa) M φ2.0～φ3.5
最 大 钻 孔 深 度 M 150
排 渣 方 式 气举反循环
动力头转速
及扭拒 转速
扭矩 Rpm 0～6
kN.m 350
转速
扭矩 Rpm 0～16
kN.m 150
动力头提升能力 kN 2200
钻架倾斜角度 0～25°
钻 杆 (通径×长度) Mm φ351×3000
钻杆单重 Kg 0.9
总 功 率 kW 73×3+30+2×1.5
外形尺寸 Mm 6610×7470×8800
主机重量(不含钻具、液压站) T 35
鉆具系统(按99m计，不含钻头) T 29.7
总重量（正常施工） T 105
（2）钻机操作及注意事项
①钻机开钻前的准备工作:钻机拼装好后，检查各连接螺栓和紧固螺栓是否连接好，各润滑部位应加注润滑油。
② 将封口盘打开，把连接好的钻头、风包、稳定器、重型钻杆和异径接头吊入井孔内，将封口盘合拢并卡住异径接头支承部位。
③ 旋转动力头安装钻杆。连接钻杆时，应先检查和清洗各密封圈的密封圈槽，并涂上润滑脂，经开口弹性销定位对准，装入10个M36螺栓。连接螺栓采用敲击扳手打紧。
④ 动力头应按下表定期加注润滑脂，开钻前检查动力头是否有漏浆和漏气现象。若有漏浆和漏气现象，应拆开检查密封圈是否损坏，如有损坏应及时更换。
⑤ 动力头起动前，应先起动润滑油泵，动力头旋转方向为顺时针。
⑥ 开钻时应先送风，后进给。钻进过程中应保持钻头减压钻进，排渣中断时，应将钻头提起，待有钻渣排出时再慢慢放下钻头，停钻时应先提钻头，然后停风。钻机钻压可按以下公式计算: T=9.8（P0-P），式中:T-钻机钻压值(吨); P0-当前全提钻具时压力表值;P-当前钻进时,钻进压力表值(MPa)。
⑦钻机工作过程中，操作人员应经常观察各种仪表的指示是否正常，若有异响应即时停车检查。
（3）泥浆分离器
每台钻机配备10m3的泥浆箱一个（钢板加工）、ZX-200型泥浆净化装置一台、并配6寸泥浆泵1台。
ZX-200型泥浆净化装置性能表
处理能力（m3/h） 200 分离粒度等级（㎜） ＞0.074
除砂效率(%) ＞90 总功率(kw) 48
重量(kg) 3700 外形尺寸(m) 3.45×2.25×2.8
4、 施工泥浆的拌制
本工程施工用水采用周围塘河淡水水，使用不分散、低固相、高粘度的PHP泥浆。
（1）泥浆的原材料、配合比及性能
制备泥浆的原材料
膨润土
制浆选用的膨润土应具有相对密实度低，粘度好、含沙量少、失水率小、泥皮薄、稳定性强、固壁能力高、钻具回转阻力小、钻进率高、造浆能力大等优点，质量等级为二级标准。
水：采用拟建区附近支流河或塘河淡水。
碱粉：工业碳酸钠（Na2CO3）,其作用是可使PH值增大到10，从而增加水膜厚度，提高泥浆的胶体率和稳定性，降低失水量。同时，其另一功能是提供Na+，对钙土进行改性处理。
PAM、CMC为高分子聚合物，分子量1500～1800万，既可单独拌制泥浆，又可作为膨润土泥浆中的掺加剂，提高泥浆的粘度，降低含砂率。
在正式开钻前根据确定的原材料进行配合比验证及优化试验，最终确定的配合比作为施工过程中的指导配合比。典型桩基（第一根）施工过程中根据实际情况再进行调整，确定各地层最适合的施工配合比，此配合比作为其余工程桩基施工的指导配合比。
（2）各地层钻进时的泥浆建议配合比性能指标如下：
各地层施工泥浆建议配合比性能指标一览表
钻孔
方式 地层情况 相对密度 粘度（s） 含砂率
（％） 胶体率（％） 泥皮厚(mm/30min) PH值
正循环 一般地层 1.05-1.20 16～22 4～8 ≥96 ≤2 8-10
易坍地层 1.20-1.45 19～28 4～8 ≥96 ≤2 8-10
反循环 一般地层 1.02-1.06 16～20 ≤4 ≥95 ≤3 8-10
易坍地层 1.08-1.15 18～28 ≤4 ≥95 ≤3 8-10
卵石土 1.15-1.20 20～35 ≤4 ≥95 ≤3 8-10
注：本工程钻进成孔泥浆制配性能指标按反循环易坍地层控制。
（3）泥浆的制配和循环
①制浆设备的选取
制浆设备采用空压机或自制的泥浆搅拌机。利用泥浆搅拌机搅拌淡水、膨润土、外加剂等混合物制造泥浆。
②泥浆的制配和循环
泥浆的技术性能指标
泥浆的指导配合比反循环易坍地层的性能控制指标，各阶段泥浆性能指标细分见上表（表中循环再生泥浆比重较初始制配泥浆比重有所增大）。
泥浆制配在泥浆搅拌机内根据表6-2-1配合比进行。开钻后根据桩孔内地质情况将制配好的泥浆按需补充至护筒内，起动泥浆循环系统开孔钻进。并对护筒底口进行泥浆护壁及封堵，确保护筒底口稳定、密实。当满足反循环钻进条件的情况时，开动空气压缩机，孔内泥浆经汽化后经由钻具和泥浆管进入泥浆净化器，通过净化器使直径大于0.074mm以上的颗粒从泥浆中分离出来,净化后的泥浆通过循环系统反回到施工孔内，形成一个完整的循环回路。
在泥浆循环过程中，定时对孔内以及循环池出口处的泥浆进行检测，根据检测结果对泥浆性能指标进行调整，直到循环泥浆满足上表气举反循环泥浆控制标准。
卵石层和岩层的钻进，泥浆的消耗量很大，但其自身的造浆能力基本没有，而人工造浆的成本较大，因此泥浆合理的回收利用可大大降低施工成本。灌注混凝土过程中溢出的可回收使用的泥浆，排至未施工的护筒内储备。而质量较差的不能回收利用的泥浆则排至廢泥浆池中，然后输到指定地点处理后排放，保证施工现场清洁，并确保海洋环境不造成污染。
（4）施工中应注意的问题
由于本地层的自造浆能力差，必须严格控制泥浆质量，做到定时检测，及时添加新鲜浆液或PAM（CMC）及纯碱，改善泥浆的稳定性；
由于施工中泥浆的各项指标均比较高，因此：施工过程中应加强对泥浆的检测控制；
置换的泥浆必须经沉淀、排渣、检测合格后方可使用；
增粘剂PAM较难溶解，集中投放易结团，难以发挥效应。必须水解24小时后方可使用。
结语
根据本工程孔径较大，钻孔深的特点，结合地质勘测报告，并借鉴我公司多年的施工经验，采用PHP泥浆配置，选用中锐机械厂生产的ZJD钻机投入本桥施工。取得了业主与总包一致好评。