桩基自导向钻孔施工技术

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摘要：本文结合某长江公路大桥桩基工程实例，阐述了在恶劣地质条件下大长度、大直径桩基的钻孔施工技术。针对在软硬夹杂、倾斜陡立岩体钻孔施工过程中，可能导致钻头摆动、偏位而造成钻孔偏斜的情况，采取对钻头进行配重，设施具有导向装置的钻杆的办法，并利用一种新型的自导向钻头，保证大直径桩基成孔垂直度。

关键词：桩基；陡立岩体；钻孔；偏孔；自导向

中图分类号：TU753.3

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2011)08-0146-02

1　工程概况

某长江公路大桥主桥为主跨816m的双塔双索面斜拉桥。其中南主桥的29号墩基础为南塔基础，位于长江岳阳岸滩地上，基础结构为基桩与承台组合形式。基桩按摩擦桩设计，为钢筋混凝土圆柱形结构，其直径为2.2m，桩长为80m。

大桥南段基岩主要为白云岩及变余粉砂质泥岩，南岸漫滩基岩岩性主要为变余粉砂质泥岩，岩石饱和单轴抗压强度为40～50MPa。位于南岸漫滩上的南塔位粉砂质泥岩层间错动强烈，发育大量层间剪切、软岩等破碎带，形成了破碎与完整岩体相间分布、岩体倾斜陡立的复杂地质构造，岩体倾斜方向与水平面的夹角达到了70-80°，剪切带内岩体破碎和风化加强，呈现结构松散、性状软弱的特点。南塔位地质构造见图1。

2　钻孔施工难点

目前，这种地质情况在国内外桥梁基础以往的施工中比较少见，在桩基钻孔施工中，当遇到软硬夹杂、倾斜陡立岩体的不利地质情况时，对大直径、大长度桩基钻孔极为不利。在钻头转进过程中，由于破碎带和完整岩体对钻头的抵抗能力大小不一致，造成钻头受力不均衡，钻头与其竖轴线垂直的横截面又水平变为与岩体斜坡一致的倾斜状，极容易产生钻头沿倾斜陡立岩体坡面下滑而导致偏孔的问题。国内外尚未见有相应的解决方法存在，这也是桩基施工一直没能有效解决的难题。

3　自导向钻孔技术

针对以上所述的恶劣地质条件下的钻孔难题，经过探索、研究，在29号墩桩基钻孔施工中，通过对钻头进行配重，设施具有导向装置的钻杆，并采用一种新型的能够有效防止在钻孔过程中出现偏孔情况的自导向钻头，有效解决了偏孔的问题。具体施工技术要点如下：

3.1钻头配重

在旋转钻机钻孔施工中，为保证钻孔的垂直度，钻杆必须始终处于无压力的悬吊受拉状态，钻压则通过配重体施加。钻头配重根据土层强度等因素确定。

对于倾斜陡立岩体情况，采取加大配重，使钻头与岩体之间的压力加大，增强钻齿对岩体的嵌入效果，以阻止钻头沿岩体斜坡的下滑。同时加大配重也可增加钻杆的铅直状态，并可限制钻头在钻进过程中的跳动和摆动，保证钻孔的垂直精度。为限制钻头配重使钻杆产生弯转，保证钻杆的垂直度，配重布置的重心越低越好，并在钻头上均匀布置。加大配重，同时也加强了钻头的破岩能力和效率，对加快施工进度非常有利。

3.2钻孔导向

钻孔导向技术用于旋转钻机钻孔施工中。为防止钻头摆动、跳动、偏位造成钻孔偏斜，在钻杆上不同高度位置安装具有导向装置的钻杆，通过导向装置对钻孔偏斜情况进行控制。当钻杆产生偏斜时，导向装置的外边缘会抵触在孔壁上，阻止钻头的偏斜，从而保证钻孔的垂直度始终符合要求。

按钻机技术性能要求及实际导向效果情况，钻头顶部上方近处应安装导向装置。当钻杆总长超过其自由长度允许值，在该允许值的深度以下，在钻杆上每隔一定高度还应安装导向钻杆。导向装置可以防偏孔，但也容易对孔位产生碰撞、破坏作用。破碎带是不稳定土层，在导向装置的干扰破坏下，易发生垮塌。因此，在南塔基桩钻孔过程中，保留了钻头顶部上方的导向装置，而取消了其他导向装置。钻头上方的导向装置采用柱筒形式。为弥补其他导向装置被取消后导向能力被削弱的不足，适当增加了柱筒导向装置的长度，以保证施工对于整体钻杆的导向控制能力不被削弱。因此可见，在南塔基桩钻孔施工中所采用的导向技术，既可防止钻孔偏孔，又可防止钻孔塌孔，具有多功能作用。

3.3自导向钻头

在南塔桩基钻进施工中，通过咨询探讨，引入了“自导向”钻头的概念，通过对牙轮钻头进行创新改进，设计加工了旋转钻机使用的自导向牙轮钻头。

自导向牙轮钻头以常规牙轮钻头为主体，在主体钻头上焊接环向超出牙轮的超前裙板，在超前裙板前端焊接钻齿。如图2所示。

钻孔施工时，超前裙板上设置钻齿先接触岩体，在岩体上切割一道环形导向槽，使得钻头上的牙轮始终处在导向槽限定的范围工作，不会出现偏移；钻头的其它钻齿沿导向槽跟进破岩钻进成孔，实现钻头的自导向定位功能。

通过具体应用，自导向钻头能过很好地保证成孔的垂直度，防止钻孔偏孔的发生。南塔基桩成孔超声波检测情况见图3。

4　实施效果

在运用了上述关键技术以后，南塔基桩钻孔施工进展顺利，成功地完成了南塔40根基桩施工，有效防止了偏孔的不利情况，桩孔垂直度均被控制在1／150以内，孔截面最大偏差均被控制在50cm以内。桩孔垂直度及平面位置精度均满足施工规范和设计图要求。所有基桩经超声波检测全部为1类桩。

南塔基桩钻孔施工的良好情况表明，在本桥破碎与完整岩体相间分布、岩体倾斜陡立的恶劣地质条件下钻孔施工易产生偏孔的技术难题得到了彻底解决。

5　结语

针对南塔基桩钻孔施工技术难题所研究、提出的一套关键技术成果，成功解决了荆岳大桥南塔基桩钻孔施工中所存在的技术难题，取得了很好的经济和社会效益，可为类似复杂地质条件下的基桩成孔施工提供有益的借鉴、参考和指导。

参考文献：

[1]陈明宪.斜拉桥建造技术[M].北京：人民交通出版社，2003.06.

[2]JTJ04 1-2000.公路桥涵施工技术规范.

[3]张之强等.桥涵，人民交通出版社，2000.03.

[4]杨文渊等.桥梁施工工程师手册.人民交通出版社，2006.01.