硬质岩“预钻芯”冲击钻成孔施工工艺

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摘 要详细介绍烟台至海阳高速公路三合同K15+206.5分离立交桥桩位处硬质岩层岩性、“预钻芯”施工工艺、预钻芯后冲击钻成孔原理及应用效果。

关键词 硬质岩层岩性预钻芯成孔原理

中图分类号：U215.14 文献标识码： A

1、工程概况

烟台至海阳高速公路三合同K15+206.5分离立交桥为一座上跨地方道路的分离式立交桥，桥长192m，上部结构采用6*30m后张预应力预制箱梁。桥台桩基桩径Φ1.5m，桩长22.1m。1#~5#墩桩基桩径Φ2.0m，桩长11m~17m不等。

根据该桥工程地质勘察报告，地基土自上而下为耕植土、素粘土、粉质粘土、粗砂砾、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。中风化花岗岩岩性为灰白夹肉红色，原岩风化程度一般，粗粒结构，块状构造，见黑云母及长石斑，节理裂隙较发育，岩芯呈柱状，岩面新鲜，锤击声脆，取芯率80%~95%，RQD20%~50%，岩石饱水抗压强度95MPa。

2、施工工艺介绍

2.1施工工艺选择

K15+206.5分离立交桥4#墩4棵桩，桩长12m，根据施工图设计、地质情况及以往施工经验，我公司采用冲击钻成孔施工工艺。因当地社会环境复杂，进场12个月才开始该桥钻孔作业，工期非常紧张。我公司施工的1#桩2011年9月5日开钻，2011年10月20日成孔。根据桩基原始记录，自2011年9月9日6时锤头进入中风化花岗岩后，入岩速度极其缓慢，最快进尺20cm/台班，锤头磨损严重，每天都需对锤头进行焊接修补，渣样表现为：颗粒呈米粒状，几乎无针、片状，表面鲜艳，且渣样中夹杂大量铁屑。因岩石极硬，锤头损毁严重，6m中风化花岗岩层历时41天（含雨天停工4天），无法满足工期要求。

为加快桩基施工速度，我公司采用社会上广泛使用的水井钻探设备--KQD165型潜孔钻机进行孔内预钻芯试验，其技术参数如下所示：

钻孔直径 90～165mm

钻孔深度 ≥50m

耗气量 ≥15 m3/min

工作气压 0.7～1.4MPa

公称容积流量 15M3

额定排气压力 1.3MPa

配套：LGCY-15/13型螺杆压缩机一台

为了保证冲击钻锤头底面受力均衡，避免锤头底面偏心影响桩的竖直度，桩基预钻芯按照如图所示进行施工。

沿桩基外缘布置16个直径为16.5cm的钻孔，桩中心布置1个，钻孔深度至设计桩底下约5~10cm；“预钻芯”为下一步的冲击钻冲锤施工创造临空面，以加速成孔。

2.2“预钻芯”施工

平整施工场地，对桩基施工放样，精确定位孔芯位置。钻机就位，开始钻芯施工，及时记录施工状态、岩石渣样情况。

钻芯一定要按照方案确定的位置沿桩外缘施工，否则将会影响冲击钻冲锤的偏心度，进而影响桩孔的竖直度。

2.3冲击钻施工

“预钻芯”施工完成后，埋设护筒，冲击钻就位，按常规的施工方案开始钻孔，及时记录施工状态、岩石渣样情况，并与设计地质资料对比。

3、“预钻芯”后钻孔效果及原理

采用KQD165型潜孔钻机预钻芯施工工艺后，桩基成孔施工效率大大提高，根据现场桩基成孔原始记录整理如下：

综上所述，采用“预钻芯”施工工艺后，单桩成孔周期由41天缩短至15天，为后续施工工序提供了宝贵的时间。试验成功后，我公司认为采用“预钻芯”施工工艺，首先岩层有了临空面，破坏了岩层的整体性，岩石以冲击剪切方式被破碎，水平方向减少了约束，岩石破碎时颗粒增大，现场渣样呈黄豆粒状，表面鲜艳也验证了这一观点；其次在冲击钻同级冲击能作用下，单位面积冲击能增加，提高了岩石破碎效果。

4、施工总结

“预钻芯”桩基成孔施工工艺操作简便，安全可靠，加速了成孔速度，为山岭区硬质岩地质条件下桩基施工开拓了新途径，具有一定的推广价值。