陇南卵石层地层冲击钻孔灌注桩施工技术要点讨论

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摘 要：桩基础以其承载力大，施工简单，造价低等特点，被广泛用于各种桥梁和高层建筑的基础中。中铁十三局集团有限公司承建的沙坝特大桥，桥址地层岩性变化较大，地质构造十分复杂，尤其在卵石层中钻进更是困难重重。在现场的桩基础钻孔施工中，克服了地质条件不好，等客观因素，精心组织施工，总结出了切实可行的施工经验。

关键词：卵石层 冲击钻孔 施工技术

中图分类号：TU472 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（b）-0037-02

桩基础以其承载力大，施工简单，造价低等特点，被广泛用于各种桥梁和高层建筑的基础中。我中铁十三局集团有限公司承建的沙坝特大桥，全长2424.46 m，桥台采用T型桥台，圆端型桥墩，基础采用直径1.25 m钻孔桩基础。由于甘肃陇南地区区域特殊，在现场的桩基础施工中，需要克服地质条件不好，交通条件不利等种种客观因素，为确保工程施工质量，保证工程按计划顺利完成，结合该工程的施工，总结施工经验，以企对类似工程的施工由一定的借鉴意义。

1 工程概况

我集团承建的沙坝特大桥位于甘肃省陇南市境内，全长2424.46 m。该桥桥台采用T型桥台，圆端型桥墩，基础采用直径1.25 m钻孔桩基础和挖井基础。其中0#台～5#墩为挖井基础，7墩#～74#台为钻孔桩基础，钻孔桩桩长为17～45 m。桩基础地质上部为薄层砂质黄土、细角砾土、粗、细圆砾土，桩基大部分位于卵石土层中。

2 桩孔桩施工整体方案

2.1 钻机的选用

桩基钻孔施工主要选用钢绳冲击钻机。其主要优点是在坚硬的地质中进尺速度较快、机动灵活、经济效益良好。其原理为钢丝绳系结带合金钻头，在动力系统的牵引下，提升至一定高度处，松开刹车，让钻头做自由落体冲击钻孔，将孔内大颗粒挤压进周壁或将卵石舂碎成细颗粒，用泥浆泵注入优质泥浆将细颗粒冲出孔外，然后注入泥浆进行护壁和钻孔，如此循环直至完成钻孔。

2.2 冲击钻机施工方法

2.2.1 泥浆池的设置

为尽量减少泥浆的排放污染，同时又要满足桩基施工生产的需要。泥浆池的设置采取集中布置的方式，即每个墩的钻孔桩共用一个长×宽×高=7×4×2.5 m的泥浆池（挖掘机成型），远离便道一侧靠近红线边。泥浆池挖出的土一部分堆在周围做成土埂，土埂宽1.5 m，高1 m距泥浆池边1 m，土埂在两端留1 m左右的缺口。泥浆池周围需要设置围护装置，采用Φ40钢管刷红白相间的油漆做成1.2 m高的围栏，挂上醒目的警示标志，围栏采用周围一圈挂彩色三角旗。

2.2.2 测量定位

根据已布设线路导线坐标，计算钻孔桩桩位坐标，使用全站仪放出桩位并设置护桩，护桩的设置，必须设在比较稳固地点，距离中心桩2～4 m，呈十字形。

2.2.3 护筒加工与埋设

护筒长度为2.0 m以上，采用6～10 mm厚钢板制作，并保证坚实、不漏水。护筒内径大于设计桩径不少于20 cm且大于钻头直径40 cm，在护筒口下40 cm处设一30 cm×30 cm出浆孔。钢护筒的焊缝密实，无孔洞不漏水，钢护筒在浇筑混凝土后拔出，重复利用。护筒埋设前先在桩位处挖设探坑，探明确认无地下管线后方可埋设护筒。因地质原因，钢护筒采用人工埋设，四周用粘土夯填密实。护筒顶高出地面0.5 m，护筒的埋设深度不小于1.5 m，筒顶高出地下水位1.5～2.0 m。钢护筒埋设中心的平面误差≤50 mm，倾斜度≤1%。护筒埋设完成后，由护桩拉出十字线核定桩中心位置。

2.2.4 钻机就位

钻机就位前，应对主要机具及配套设备进行检查、维修，底架应平整，保持稳定，不得产生位移和沉陷。钻孔前，按施工设计所提供的地质、水文资料绘制地质剖面图，挂在钻台上。针对不同地质层选用不同的钻头、钻进压力、钻进速度及适当的泥浆比重。

2.2.5 钻孔施工

钻机安装及钻孔，安装钻机时，底架垫平，保持稳定，使不产生位移和沉陷，钻机顶端用缆风绳对称拴牢拉紧。钻孔过程中，起落钻头速度均匀，不过猛或骤然变速，以免碰撞孔壁或护筒。孔内出碴，不能堆积在钻孔周围。开钻前，在护筒内多加一些粘土。地表土层疏松时，还要混和加入一定数量的小片石，然后注入泥浆和清水，借助钻头的冲击把泥膏、石块挤向孔壁，以加固护筒脚。为防止冲击振动使邻孔坍塌或影响邻孔已灌注混凝土的凝固，必须等邻孔混凝土灌注完毕并达到一定的强度后方可开始钻孔。冲击钻孔开始时宜用小冲程，当孔底在护筒脚下3～4 m后，可根据实际情况适当加大冲程。钻机安装处先整平夯实，以免在钻孔过程中钻机发生倾斜和下陷而影响成孔的质量。钻机必须固定牢固，严禁在钻孔过程中钻机移位。钻孔时，随时察看钢丝绳的回弹情况，耳听钻锥的冲击声，以判别孔底情况，掌握勤松动，少量松绳的原则；孔内泥浆水平面须高出护筒脚至少0.5 m以上，以免泥浆面荡漾损坏护筒脚孔壁，但比护筒顶面低0.3 m，防止泥浆溢出；冲击过程中勤抽碴，勤检查钢丝绳和钻头的磨损情况，预防安全质量事故的发生。钻孔作业应分班连续进行，填写钻孔施工记录，交接班时应交待钻进情况及下一班应注意事项。应经常对钻孔泥浆及钻机对位进行检测，不符合要求时，应及时改正。应经常注意地层变化，在地层变化处捞取样渣保存。因故停钻时，钻机应将钻头提离孔底5 m以上。钻孔过程中应经常检查并记录土层变化情况，并与地质剖面图核对。桩外土体随时用装载机清离孔口，防止土体压力过大造成孔壁坍塌，然后再用自卸汽车运至弃土场。

2.2.6 检孔与清孔

钻孔至设计标高后，用探孔器检查孔径、孔深、孔位、竖直度，待检测合格后，及时清孔。清孔应达到以下标准：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2～3 mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20 s，浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于30 cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。

3 技术难题与解决措施

由于沙坝特大桥地质情况复杂，地层岩性变化较大，钻机在钻进过程中困难较多，尤其是在卵石层中，经常发生钻孔进度慢，钻孔偏斜、卡钻、塌孔等一系列钻孔病因。

3.1 钻孔偏斜

钻孔桩开工前期时，发生过几例钻孔偏斜的问题，虽然斜率在技术指南要求范围之内，但在实际施工中造成了钢筋笼难以吊放到孔内指定标高，或导管被钢筋笼卡住，无法下放。对于这些情况，我们认真观察，仔细分析，其原因主要有与下两点因素有关。

3.1.1 钻机定位与支撑

钻机定位不精确，支撑不稳定，钢绳中心、钻头中心、护筒中心未在同一竖直线上，以致发生了钻孔偏斜，不但浪费了人力物力，还不能保证优良的工程质量。所以，钻机安装前，应控制钻机和钻架的稳固可靠、位置准确。钻机安装完成后，应进行试运转，并检查下列各项：（1）钻机平台、钻机及钻架稳定牢固，不产生位移及沉降。（2）钻架垂直及机身水平，钻架上的起吊滑轮组与转盘中心应在同一铅垂线上。（3）钻头、钢绳中心与护筒中心的偏差不得大于5 cm。（4）电力及机械系统运转正常。

3.1.2 钻机冲程的控制

钻孔冲程的控制也关系到成桩质量的好坏，如果控制不好，则会导致钻孔倾斜的发生。开始钻孔时应采用小冲程开孔，待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常冲击钻孔，冲程应根据土层情况分别确定：一般在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中应采用大冲程。在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中应采用中冲程。在通过高液限粘土，含砾低液限粘土时，采用中冲程.在宜坍塌或流砂地段宜采用小冲程，并应提高泥浆的粘度和相对密度。钻进过程中，应勤松绳和适量松绳，不得打空锤，勤取碴，使钻头经常冲击新鲜地层。每次松绳量应按地质情况，钻头形式，钻头重量决定。

3.2 塌孔

因沙坝特大桥桥址地层岩性变化较大，地质构造十分复杂，经常发生塌孔事件，对此我们分析原因，对钻机的工作情况，性能，工序等一系列问题进行跟踪调查，主要原因就在于钻孔过程中的泥浆。而泥浆池的修建，孔内泥浆面高度的控制，泥浆的制备都与其有着密不可分的联系。

3.2.1 泥浆池的修建

泥浆的主要功能有两点：一是保持地层和孔壁相对的稳定，封闭土及砂层孔壁的空隙，使钻孔的整体性得到保证。二是在岩层施工中降低钻头温度，防止钻头过热熔化造成质量事故。所以泥浆的循环通畅是钻孔施工中质量保证的重要条件。如果泥浆池离钻孔距离远，循环不畅，将出现循环间歇的现象，导致钻孔中泥浆密度的降低，从而导致孔壁土剥离，严重的会出现塌方。如果灌注过程中剥离孔壁土掺入混凝土中势必降低混凝土的标号，甚至出现断桩，影响工程的进度和质量。所以泥浆池的修建一定要靠近钻孔，保证泥浆循环通畅。

3.2.2 孔内泥浆面高度的控制

孔内泥浆高度的控制是曾经忽略过的一个问题，施工进行中时，把注意力都集中在钻孔而忽略了孔内泥浆高度的控制。在钻孔中没有观察到泥浆面的突然下降，而继续钻进，这导致了塌孔。其原因是由于卵石层土质间隙比较大，渗水率也比较大，而在其渗水的过程中没有及时的补充泥浆，起不到泥浆护壁的作用，导致塌方。在施工中，加强孔内泥浆面高度的控制，由专人负责控制，在护筒内侧设立标尺，浆液面基本稳定在护筒溢流口下20 cm处，当水位下降时及时补充水，并加入一定量的粘土进行搅拌，如在较高的泥浆比重下，浆液依然流失，则在孔内充填粘土，不加水反复冲击，将粘土挤压进空壁周边空隙中，再加水形成浆液冲击通过不稳定层。

3.2.3 泥浆的制备

泥浆的制备直接关系着孔壁的稳定和钻孔质量的好坏，特别在卵石土地层中，更为重要。浆液比重过小，其粘滞力小，钻头在浆液中穿越的阻力小，其有效功大，相应钻孔速度大，但是卵石层中的空隙得不到填塞，起不到护壁的作用，容易塌孔。反之泥浆比重过大，又影响钻进速度。所以选用优质的泥浆性能指标极其重要。

泥浆的主要性能有：泥浆比重，粘度，静切力、含砂率、胶体率、失水率、酸碱度。制备泥浆的粘土应选择水化快、造浆能力强、粘度大的膨胀土或接近地表经过冻融的粘土为好。调制泥浆前，应先把粘土块打碎，使其搅拌时易于成浆，缩短搅拌时间，提高泥浆的质量。因沙坝特大桥桩基均为钻孔较浅，且为易坍地层，所以要求泥浆的稳定性能要高。真对此项内容，我们选用优质的泥浆性能指标，见表1所示。

3.3 钻机冲程的控制

钻孔冲程的控制也关系到成桩质量的好坏，如果控制不好，则会导致偏孔，卡钻，掉钻等一系列问题的发生。开始钻孔时应采用小冲程开孔，待钻进深度超过钻头全高加正常冲程后方可进行正常冲击钻孔，冲程应根据土层情况分别规定：（1）一般在通过坚硬密实卵石层或基岩漂石之类的土层中应采用大冲程。（2）在通过松散砂、砾类土或卵石夹土层中应采用中冲程。（3）在通过高液限粘土，含砾低液限粘土时，宜采用中冲程。（4）在宜坍塌或流砂地段宜采用小冲程，并应提高泥浆的年度和相对密度。（5）钻进过程中，应勤松绳和适量松绳，不得打空锤，勤取碴，使钻头经常冲击新鲜地层。（6）每次松绳量应按地质情况，钻头形式，钻头重量决定。

3.4 掉钻、卡钻

卵石层卡钻的主要原因为：卵石层中有孤石存在，在施工到该层时，判断不准，继续按原冲程施工，很容易造成偏孔卡钻，钻机钢丝绳是否坚固耐用也是比较容易忽视的一个事项，由于钢丝绳的断裂而导致掉钻甚至卡钻也很常见。卡钻和掉钻事故如果打捞失败，不但延误工期而且对施工队伍也是不小的经济损失。对于预防掉钻、卡钻应注意以下问题：提高钻机操作手的技术，准确判断地层变化情况，当遇到大孤石时，改为小冲程，适当填入片石保证不偏孔，不卡钻。吊钻头的钢丝绳必须选用同向捻制、柔软优质、无死弯和无断丝者，安全系数不小于1.2，钢丝绳与钻头间需设转向装置并连接牢固，钻孔过程中应经常检查其状态和运转是否正常、灵活。主绳与钻头的钢丝绳搭接时，两根绳径应相同，捻扭方向必须一致。钢丝绳要有足够的长度，即以卷扬及滚筒起到设计最深的桩底标高，滚筒上要留有7圈以上的富余量，绳尾必须锚固在滚筒上。

4 结语

冲击钻钻孔是一项传统的施工技术，但在富含卵石的地层中施工仍是一个存在挑战的工艺。施工前要认真核对地质资料，分析个各地层容易出现的事故。进入卵石层后尤其要控制好泥浆护壁的质量，这是卵石这种透水层地质钻孔的首要任务，也是桩基顺利钻进的关键。这就要求我们现场施工技术人员要掌握好控制要点，严格按照设计图纸和现行规范及施工技术指南指导施工。卵石层中冲击钻孔的成功是桩基成功的一半，只有成孔质量优良，后续的桩基混凝土灌注质量才能得到有效保障。其次要提高操作工人的操作水平，对钻进时渣样进行分析，底层变化时调整冲程，防止冲程过大，也要防止落空锤。交接班和雨后要及时进行验孔，对孔位、孔深、孔斜率及时进行校核，出现偏差及时纠正，同时要进行设备设施的检验，尤其是钻机钢丝绳，钢丝绳的质量是钻孔质量和钻头安全的要害。

参考文献

[1] 王广建，徐长春，刘玉宝.冲击钻孔灌注桩施工要点及问题处理[J].施工技术，2009，S1：119-122.

[2] 李敏.冲击钻孔灌注桩常见事故的预防及处理[J].科技资讯，2009，24：39-40.

[3] 黄翔，岳磊.复杂地质条件下大直径钻孔灌注桩冲击成孔技术[J].中外公路，2009，4：171-173.

[4] 马永辉.浅析冲击钻孔灌注桩的施工工艺及控制要点[J].科技资讯，2011，2：92，94.

[5] 马莉.冲击式钻孔灌注桩的施工及监理[J].科技信息，2011，3：276，305.

[6] 韩雪冬.冲击钻孔灌注桩施工技术[J].科技传播，2011，19：118-119.

[7] 陆甲华.冲击钻钻孔灌注桩施工技术探讨[J].西部交通科技，2012，7：72-74.

[8] 孟宪中，胡先法，王峰，等.冲击钻孔灌注桩施工实践与认识[J].科技资讯，2012，24：45-46.