冲击钻破除障碍确保桩基施工质量

叶圣宏，闵振寰

（1.宁波新亚建设有限公司 ，浙江宁波 315040；2.天津城建集团有限公司，天津 300050）

1 工程概况与课题介绍

宁波市北环快速路工程VII标段工程项目总地面面积为184715 m2，合同工期为670日历天，总工程造价为4.34亿元。工程范围西起329国道，东交世纪大道，全长约1790 m，主线采用高架+地面道路结构，与世纪大道相交采用四层“全定向+迂回半定向匝道”组合式全互通立交方式。

该工程下部结构桩基均为桩径1 m的钻孔灌注桩，部分桩基桩位下有一条已废除污水管障碍，与设计桩位冲突（见图1）。为确保工程顺利开展，计划需对污水管进行破除。

图1 障碍污水管与桩基位置示意图（单位：cm）

2 新老工法对比

经过咨询相关专家及集中各方意见后，结合宁波新亚建设有限公司多年来的施工经验，该工程项目部准备了人工挖孔破除、拉森钢板桩围护开挖破除两种传统施工工法及冲击钻新工法破除共三个备选方案。针对以上三个方案进行了多次讨论研究，对其是否符合该工程实际情况进行判别。

2.1 人工挖孔桩

人工挖孔桩采用人工挖孔至管道位置，对障碍管道进行人工破除，并对破除后管道进行封堵，完成后采用回旋钻机完成剩余部分桩基施工。

2.1.1 安全控制

由于管道埋深在5 m以上，且部分管段埋深在10 m，人工挖孔开挖深度较大，存在危险性。且所需破除的管道为污水管线，内含大量有毒有害气体，人工挖孔、凿除管道存在大量不安全因素。

2.1.2 质量控制

人工挖孔桩，存在质量隐患。且管道位置封堵质量将直接影响整体桩基的质量，封堵不完全或后续回旋钻机施工中对封堵造成破坏后，均会造成后续成桩在封堵位置存在扩径现象。

2.1.3 进度控制

人工挖孔桩施工进度慢，且挖孔桩外侧采用混凝土护壁，那么施工时间长，稳定性难以保证，如果采用钢护筒护壁，那么费用将比拉森钢板桩围护开挖破除及冲击钻破除法更高。

2.2 拉森钢板桩围护开挖

传统方法对障碍桩基位置采用拉森钢板桩进行围护，进行大开挖施工，施工开挖至污水管管底后对障碍污水管进行凿除，凿除完成后回填土至现状路面高度待回填土稳定后采用回旋钻机进行灌注桩施工。此施工方法在安全控制、质量控制、进度控制上均存在隐患。

2.2.1 安全控制

由于深基坑作为一个危险性较大的分部分项工程，不但要做好围护的设置，而且在施工中要加强监控管理，开挖后人员要下到基坑内进行两端管线封堵，较为危险。

2.2.2 质量控制

回填土稳定性会对桩基造成一定影响，而且开挖施工会导致两侧道路开裂位移，影响后续上部结构支架搭设。

2.2.3 进度控制

每个基坑开挖回填须15 d，沉降期约7 d，且先要进行基坑开挖，后进行整个承台桩基的施工，施工周期较长。

2.3 冲击钻新工法

冲击钻新工法施工在障碍桩基位置先采用冲击钻从原地面向下施工直至污水管处理完成，然后采用回旋钻机进行以下部分施工至设计桩底。此施工方法在安全控制、质量控制、进度控制上均优于传统施工方法。

2.3.1 安全控制

施工人员均在地面进行施工，较为安全。

2.3.2 质量控制

在封堵完备的情况下，桩基施工质量能有效控制。

2.3.3 进度控制

可先进行同一承台内无障碍桩基施工，中间存在障碍桩基在相邻三个承台之间轮换作业，施工周期较适宜。

在施工成本控制上，针对该工程实际，传统施工方法成本约为587万元，而冲击钻新工法成本约为594万元，在经济性上新老工法不存在明显差异。

因此，冲击钻新工法是值得提倡推荐在类似施工条件工程中，优先考虑使用的。

3 冲击钻法施工工艺

3.1 现状管道封堵、泥浆满灌

桩基施工采用泥浆护壁，如果不对现有管道泥浆满灌，冲击钻冲破污水管道泥浆将瞬间泄空，导致钻孔坍塌，因此确定对现状管道进行封堵，并灌满泥浆。

管道封堵的方法有很多，该工程采用拉森桩进行封堵。采用冲击钻在封堵位置垂直障碍污水管方向进行冲击，冲击长度需大于管道直径，冲击钻冲击至污水管管道基础底以下2 m，形成长条形基坑。冲击完成后，在基坑内填土并夯实。填土完成后，在基坑内打设12 m拉森IV型钢板桩，形成完整封堵，防止泥浆灌满后流失。

对于管道满灌所需泥浆，可采用现场其他桩位钻孔桩施工产生泥浆，也可根据现场实际自制泥浆。

3.2 测量放样、钢护筒埋设

钻孔桩直径均为1.0 m，因此采用内径1.1 m的钢护筒（壁厚10 mm）作为现状管道封闭用，防止塌孔及混凝土灌注时从废弃管道外流。护筒顶面高出地面30 cm以上，以防止杂物、地面水流入井孔内。

为保证混凝土灌注时混凝土不会外漏至两侧废弃管道内，部分管道基础距离③2层粉质粘土混粉细砂层距离较大，因此将钢护筒埋设深度设定至现状污水管道基础底以下2 m位置，冲击钻冲击至管道底以下6 m可将障碍完全清除；部分管道基础底部3 m左右为③2层粉质粘土混粉细砂层，冲击钻施工时基本可以利用此层将管道碎块冲碎，但需要多次冲击，这样就容易造成钢护筒底部外侧及钢护筒底至砂层顶的一圈土层坍塌，因此加深钢护筒应埋设至粉质粘土混粉细砂层内50 cm。

3.3 冲击钻就位、施工（泥浆护壁）

钻孔桩直径均为1.0 m，因此采用1.07 m的3 t冲锥将管道破碎。

冲击钻初钻时进程适当控制，采用1 m小冲程进行施工，使最初成孔竖直、圆顺，防止孔位偏心、孔口坍塌。进入正常钻进后，采用2 m左右冲程。由于管道中心位置与桩中心布置不是正对，冲击管道时可能发生倾斜，因此在冲击至障碍管道位置时，采取低冲程钻进。

钻机钻进时及时排渣，并保持泥浆的密度和粘度，在冲击至管道位置时，加大泥浆比重。泥浆作用在井孔壁形成一层泥皮，阻隔孔隙水渗流，保护孔壁免于坍塌。同时，泥浆还起悬浮钻渣的作用，使冲击钻施工正常进行（见图2、图3）。在适当位置开挖沉淀池、泥浆池，以及各孔位的泥浆槽，钻碴在沉淀池沉淀后挖出并弃运，防止泥浆流入农田、水渠和河道。钻孔作业要连续进行，不得间断，因故必须停钻时，孔口应加盖，并严禁把冲击锥留在孔内，以防埋钻。

图2 护筒检查实景

图3 冲击钻施工实景

3.4 护筒加高

完成一个钢护筒高度的冲击钻施工后，暂停钻进，将下节钢护筒吊至桩位上与已埋设好的钢护筒满焊连接。

3.5 护筒压入

完成钢护筒满焊连接后，在护筒上方放置5 cm厚钢垫板，用冲击锤将钢护筒压入，护筒埋设完成后，继续钻进一个钢护筒高度的冲击钻施工，吊另一护筒放置于已埋设的护筒上，进行焊接后，在护筒上方放置5 cm厚钢垫板，用冲击锤将钢护筒压入，依次循环施工。

由于采用钢护筒进行封闭，这样也造成钢护筒段桩直径变为1.1 m且钢护筒无法拔除。

3.6 冲击钻完全清除障碍

根据该工程试桩结果及后续施工经验，一般冲击至管道基础以下6 m可以完全清除障碍物。对于冲击施工中碰到③2层粉质粘土混粉细砂层，冲击钻施工时基本可以利用此层将管道碎块冲碎，但需要多次冲击。

3.7 桩机移位，回旋钻机完成施工

完成对障碍的破除施工后，冲击钻移至下一个承台施工，回旋钻机就位，完成剩余部分桩基施工。

4 施工质量控制

施工中实行工程质量目标管理，明确各部门的工作岗位职责，落实质量责任制，形成一个有效的质量保证体系。

（1）钻机安装就位后，底座和顶端要平稳，不得产生位移和沉陷。

（2）冲击前，需进行技术交底，选用不同的冲程及适当的泥浆比重。

（3）冲击过程中，要经常注意冲击声音及冲击进尺的变化，以判断是否冲击完成。

（4）钻孔作业要连续进行，不得间断，因故必须停钻时，孔口应加盖，并严禁把冲击锥留在孔内，以防埋钻。

（5）经常检查泥浆的浓度及排渣情况。泥浆太浓，将吸收大量的冲击能，并妨碍冲击锥的转动，使冲击进尺明显下降，或形成梅花孔、偏孔。

（6）冲击锥起吊时要平稳，避免冲撞护筒和孔壁，进出孔口时，严禁孔口附近站人，防止发生撞人事故。

（7）处理情况，要根据冲击声音及冲击锥进尺速度判断，当冲击声音明显变化且进尺速度明显加快时，可判定管道已经处理完成，此时须做好施工记录工作。完成后移机，后续部分由回旋钻机进行施工。

5 结语

通过各参建单位的共同努力，宁波市北环快速路工程Ⅶ标段桩基施工顺利完成，后续检测结果均符合设计与规范要求，为以后同类工程积累了丰富的施工经验。同时，宁波市北环快速路工程其他标段施工单位借鉴该标段工程的成功经验，圆满地完成各标段相同位置障碍的破除，为整条宁波市北环快速路顺利完工通车打下了坚实基础。

[1]中国市政工程中南研究院.宁波市北环快速路（前洋立交-世纪大道）工程施工图设计图集[Z].

[2]《宁波市北环快速路工程施工VII标段现状污水管破除试验方案》[Z].

[3]《宁波市北环快速路工程施工VII标段现状污水管破除及钻孔桩施工试验总结》[Z].

[4]JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].

[5]JTG F80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].