港口工程长护筒跟进冲击钻成孔技术实践

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摘要：本文结合工程实例，针对港口工程具有的特殊地质状况，介绍了长护筒跟进冲击钻成孔工艺在解决较厚软弱层坍孔的情况中的运用。为类似工程施工提供了一种参考方法。

关键词：长护筒跟进；较厚淤泥质层；冲击钻成孔

Abstract: in this paper, combined with the engineering example, for Port Engineering with special geological condition, introduced a long casing to follow up the impact drill hole technology in solving with thick soft layer of hole collapse in use. For the construction of similar projects provides a reference method.

Key words: long casing to follow； thicker silt layer； the impact drill hole

中图分类号： U65文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

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前言

钻孔灌注桩是灌注桩根据其成孔方法不同而定义的一种桩型，由于其地质条件适应能力强、施工噪音较小、操作简单等优点，在铁路、桥梁、房屋建筑等工程中得到了广泛地应用。钻孔灌注桩施工中成孔过程是其关键环节，而钻孔灌注桩成孔与工程地质、选用机械、技术措施等因素有相应的关系，本文结合工程实际，对于港口工程所处的特殊地质状况钻孔灌注桩成孔的施工方法及技术措施进行介绍。

二、工程概况

设计条件

烟大铁路轮渡北港侯船综合楼地处辽东半岛南端的大连市旅顺口区羊头洼，建筑面积5590.6m2，工程建筑高度23.1 米，框架结构，基础处理采用钢筋混凝土灌注桩，受力形式为摩擦端承桩，持力层为中风化千枚岩层，共有51根灌注桩，桩基采用四种桩径（800mm、1000mm、1200mm、1400mm），其中有6根桩径800mm的桩长为22m，桩径为1400mm的桩长为28m，其余灌注桩桩径为25m三种，采用C25混凝土浇注。

地质条件

据地质勘查报告，侯船综合楼地层层位及分布自上而下为：

①卵石混砂，层底平均深度4.78m稍密-中密。以石英岩卵石为主，亚圆形，直径为2-10cm，最大约13cm，含较多粗砂砾及粘性土。分布较连续。

②淤泥、淤泥质土，层底平均深度11.1m，流塑~软塑。含少量贝壳碎，局部含少量腐木。底部局部含少量角砾及碎石，块径约1~3cm。

③粉质粘土，层底平均深度13.65m，饱和，可塑。含少量细砂及贝壳碎，局部含少量腐木及碎石，直径约1~2cm。

④碎(卵)石，层底平均深度14.55m灰黄色，饱和，中密~密实，级配较差，含较多粗砾和少量粘粒，局部混较多粘粒，或偶尔夹粉质粘土薄层。

⑤碎石混粘性土，层底平均深度16.63m，中密~密实。主要以碎石为主，粘性土含量不均，约30%，局部呈粘性土混碎石，碎石直径约2-5cm。

⑥强风化千枚岩，层底平均深度18.37m，坚硬，岩芯呈半岩半土状，千枚状构造，含较多千枚岩碎片，可见锈斑，主要成分为绢云母、石英、长石。

⑦中风化千枚岩，岩芯呈碎片状，圆饼状，千枚状结构，含较多千枚岩碎片，可见锈斑，主要成分为绢云母、石英、长石。为探区主要基岩层。

水文条件

场地内地下水位第四系孔隙潜水，地下水位受海平面的控制，水位蝙蝠不大，埋深1.4~2.83m。卵石及角砾为主要含水层。主要靠大气降水及海水补给。

施工工艺选择

由于地下水位埋深较浅，因此本工程采用泥浆护壁法成桩工艺。在施工机械的选择上，考虑到回转钻机适用于以上地质条件，护壁效果好，成孔质量可靠，设备简单、费用低等优势，首先采用了回转钻成孔灌注桩施工工艺进行试桩施工。

回转钻成孔施工过程中顺利穿过卵石混砂层，进入淤泥、淤泥质层后发现孔内浆面下降，出现了漏浆情况，经分析是卵石混砂层密实度不足造成漏浆状况，经采取加大大泥浆密度的技术措施使漏浆状况得以解决。穿越其它各层进入强风化千枚岩层后，施工进程明显降低，进入中风化千枚岩层时，进尺困难，将原采用的三翼式钻头改为牙轮合金钻头后，钻进速度无显著增加，施工中间出现坍孔情况，经探测分析，坍塌部位为第二层淤泥、淤泥质层软弱层，该层平均厚度达到6.32m，由于钻孔施工时间过长，淤泥层过厚、泥浆密度不足等原因造成了坍孔现象。回填钻孔重新钻孔，在穿越淤泥层时控制进尺速度，采取加大泥浆密度的措施，但效果不明显，仍出现了坍孔情况。

鉴于试桩过程中，回转钻成孔速度慢，特别是进入强风化层及中风化层施工进度过慢，无法保证工期的要求。因此选择对有砾石层、坚硬土层、岩层有较强适用能力的冲击钻成孔灌注桩工艺，加快施工进度，保证工期要求。但冲击钻钻孔工艺与回转钻钻孔工艺相比较，冲击钻成孔工艺护壁效果低于回转钻钻孔工艺，不能很好有效的解决较厚淤泥层坍塌现象，仅靠控制进尺速度、加大泥浆密度、保证浆面高度，只能维持较短时间不坍孔，无法保证钻孔完成时间段内孔壁的稳定性。解决较厚淤泥层坍孔问题是本工程桩基施工需要解决的技术关键。

借鉴沉管灌注桩套管护壁的原理，采用钢护筒进行护壁，可以有效解决较厚淤泥、淤泥质土层坍孔、缩孔情况。由于本工程灌注桩为摩擦端承桩，若采用长护筒护壁会降低桩身摩擦力，但桩基承载力设计中并未考虑软弱层以上土层的摩擦力，灌注桩主要是端承受力为主，因此钢护筒护壁不会降低灌注桩设计的承载力，可以在本工程中使用。

经过上述对比分析，本工程采用了长钢护筒护壁、冲击钻成孔灌注桩施工工艺进行桩基施工。

材料机具准备

机具：钻机选用ZZ-5型冲击钻机，依据桩径配备相应规格十字型钻头、掏渣筒。

钢护筒：直径1.2m以下灌注桩钢护筒采用6mm钢板卷制，直径1.4m灌注桩钢护筒采用8mm钢板卷制，护筒直径分别是950mm、1100mm、1350mm、1500mm，标准节长度为1.5m。

泥浆制备：根据地质条件，泥浆采用膨润土进行现场调配。其性能设计指标为：比重1.10-1.40（根据不同土层调增），粘度10-25S，失水量小于30ml/30min，泥皮厚度1-3mm/30min，含砂量小于6% ，胶体率大于95%。

钢护筒跟进冲击钻成孔施工工艺

工艺流程

场地平整桩位放线开挖泥浆池、泥浆护筒埋设钻机就位、孔位校正冲击造孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣长护筒焊接贯入跟进冲击造孔、泥浆循环、清除废浆、泥渣清孔换浆终孔验收

埋设护筒

场地平整完成后，根据桩位定位，利用拉十字线的方法将桩位引测到桩径之外便于护筒定位。在桩位处开挖比护筒底深0.5m，直径比护筒大0.5m的圆坑，然后在坑底回填粘土至护筒底，护筒周边粘土分层对称夯实。护筒顶面中心与桩中心线重合，护筒顶面应高出地面30~40cm，以便于护筒施焊。