谈在上覆玄武岩地层中桩基成孔的施工方法

王广杰 朱成斌

(中国一冶集团有限公司交通工程公司，湖北 武汉 430081)

谈在上覆玄武岩地层中桩基成孔的施工方法

王广杰 朱成斌

(中国一冶集团有限公司交通工程公司，湖北 武汉 430081)

以海秀快速路一期工程为例，通过分析工程上覆玄武岩的地质情况，研究了玄武岩对施工造成的影响，提出了冲击钻与旋挖钻联合施工的桩基成孔方案，并对主要的施工技术及操作要点进行了阐述，有效提高了施工效率。

玄武岩，泥浆，冲击钻，旋挖钻，钻孔

1 工程概况

海口市海秀快速路一期工程，总线路为长滨路K0+786.095～海榆西线K4+081段，全长约为3.295 km，近一半地层中存在不同厚度的玄武岩。全线桩基工程有φ1.0 m，φ1.2 m，φ1.5 m三种桩径的钻孔灌注桩，桩长52 m～58 m，共913根。其中为上覆玄武岩地质情况的有272根，约占总桩数的30%。

本项目沿线场地主要通过的地貌单元为：海积Ⅱ级阶地、海积Ⅲ级阶地、火山熔岩低台地等，其地表多为火山岩，即玄武岩。根据此地质情况，取较为典型的Pm27处柱状图为例，如表1所示。

表1 工程地质特征

2 玄武岩对施工造成的影响

玄武岩，是由火山喷发出的岩浆冷却后凝固而成的一种致密状或泡沫状结构的岩石，属于基性喷出岩。其主要成分为SiO2,占到总量的45%～52%，其结构呈斑状，气孔构造和杏仁构造较普遍，其体积密度为2.8 g/cm3～3.3 g/cm3，致密者压缩强度很大，可高达300 MPa，有时甚至更高。

正是其结构和高硬度的特点，给成孔施工造成了诸多难点：

1)成孔过程中对机具的磨损破坏很大，养护成本较高；

2)成孔速度缓慢，施工工期较长；

3)其气孔构造，使钻头在冲进或者挖进的过程中，存在很多不确定性，容易发生偏孔。

3 施工方案的确定

针对此种地质特点，有三种施工方案可供选择。方案A:采用冲击钻，一冲到底；方案B：采用大型旋挖钻机，一次性旋挖成孔；方案C：采用冲击钻+旋挖钻，联合施工。为了最终确定一种最佳的方案，现选择Pm27承台位中1号桩为例，其桩的设计直径为1.5 m，桩长60 m，分别采用A，B，C三种方案施工，汇总其机械台班和施工周期信息，如表2所示。

对比分析，大型旋挖机在岩层的掘进速度快于冲击钻，但对机具的磨损和破坏太大，且成本过高，不予考虑；而冲击钻无论在岩层还是土层中施工，均效率太低，造成工期紧张。综合考虑施工成本和工作效率，项目部最后选择了方案C，使用冲击钻与旋挖钻联合施工的方法挖孔。

表2 三种方案的施工要素对比

4 施工技术

4.1 主要的施工工艺流程

根据火山岩层厚度的不同，其施工方式也有所不同。当岩层顶面标高高于承台底标高时，先将整个承台范围内的岩石破除开挖完成，再将承台基坑分层回填并压实，后测量放样、埋设护筒、使用旋挖机完成挖孔即可。当岩层顶面标高低于承台底标高时，如Pm27承台位地层的情况，其工艺流程如图1所示。

此处之所以要先将承台范围的岩层破除后分层换填压实，再开始钻孔是有其根据的。如果一开始直接钻孔，等桩浇筑完成后，再进行承台范围岩石的破除，极易导致桩头的破坏，甚至造成桩身开裂、断桩等严重后果。

4.2 泥浆的制备和应用管理

泥浆质量，是成孔过程中一个十分重要的因素，它直接影响到挖孔和灌注过程的顺利与否。施工时，要根据地质情况和施工需要，随时调整泥浆的比重、粘度、含砂率三大性能指标。

4.2.1 制备方法

在支架范围外离桩位较近的地方，挖建足够体积的泥浆池和沉淀池，向泥浆池中注入清水，然后根据孔位的地质情况，按照一定的泥浆配合比投入膨润土、CMC(羧甲基纤维素)、纯碱等材料，最后用泥浆泵搅拌均匀，随时检测泥浆的比重、粘度，补加材料，直至达到理想状态即可。

4.2.2 技术要点

1)泥浆三大指标的确定。在成孔过程中，泥浆的比重一般控制在1.15～1.20[1]，遇到桩长范围内砂层厚度大于10 m，或者砂层较浅的地质情况，比重可调至1.25，粘度控制在16 s～22 s，含砂率控制在4%以内。本工程初始为冲击钻，对孔壁扰动较大，且过程中碎石粗砂较多，为使泥浆能很好的包裹砂粒带出孔外，泥浆的比重需调高至1.20～1.30，保证其粘度在16 s～22 s左右。

2)泥浆稠度的调整。从制备初期到挖孔、清孔、灌注阶段，其性能指标不是固定不变的，需要根据不同施工阶段的需要进行补加材料，调制达标后方可继续使用。如本工程前期使用冲击钻孔，所需泥浆比重较高，达1.20～1.30，突破9.1 m玄武岩后，地下10.5 m以下多为粘性土，细砂、粗砂层厚较小，因此需要调低比重至1.1～1.15，换用旋挖钻施工。

具体操作如下：向泥浆池内注入清水搅拌，均匀后检测其指标，根据结果的偏大或者偏小，向池内继续添加清水或者膨润土等材料，后搅拌均匀检测，不断重复此操作，直至各指标达到施工要求即可。其中，可用以下工程实验总结的计算公式，估算用以调整泥浆比重的膨润土量：

其中，m为需要添加的膨润土量；ρ1为冲击钻钻孔过程中需要的泥浆相对密度；ρ2为旋挖钻钻孔过程中需要的泥浆相对密度；γw为水的密度。

3)泥浆的管理。经过数根桩的灌注施工后，泥浆池底部会沉积一定厚度经清孔带出的渣子，使泥浆面抬高，因此，需要间歇性的清底除渣，或者挖沉淀池配合施工。注意，泥浆池宜低于沉淀池，泥浆经过沉淀后流入泥浆池，可循环使用。

4)突发状况的处理。海南多台风，台风必伴随着大雨，而大雨天气会直接改变泥浆池内的水量，从而造成泥浆性能指标的改变，遇到此类情况，需要抽排表层清水，后用泥浆泵，或者挖机铲，搅拌均匀，再投入比例的适量配料重新调制泥浆，以保证其三大性能指标在施工需求的范围之内。

4.3 操作要点

1)测量放样。根据复测的导线点、水准点成果，用全站仪进行桩基中心位置放样。用细木桩大致标记该点，周围呈四方形打木桩，采用拉线十字交叉控制中心位置，并复测校准。

2)埋设护筒。护筒在桩基施工中具有固定桩位、保护孔口不坍塌、隔离地面水、维护孔壁和钻孔导向等作用，因而，其尺寸和埋设都十分关键。根据设计图纸，实际地质情况，以及相关规范要求，本桩孔的开挖采用钢护筒，护筒内径180 cm，护筒长度延伸至岩层顶面。护筒埋设时应严格控制其垂直度，确保桩位准确。护筒坑采用人工开挖，将十字中心沉入坑底，吊车吊放护筒，使护筒平面中心位置与桩中心一致，平面位置的偏差控制在50 mm以内，竖直线倾斜不大于1%。护筒底部用粘性土予以分层夯实。

注意，护筒顶要高出地面0.30 m，护筒周围0.5 m范围，使用粘性土加筑一圈保护壁，保证护筒内泥浆有一定水位，使孔内护壁压力不小于壁的主动土压力，以达到护壁效果。

3)一期冲击钻阶段。在中风化玄武岩层中冲孔，必须经常提钻，检查钻头和钢丝绳的磨损情况，查看转向装置的灵活性和连接的牢固性，发现问题及时处理，确保施工效率和施工安全。

经常检测成孔的垂直度，以防偏孔、扩孔，增加混凝土的成本。

坚持先慢后快的原则，过程中注意随时监测泥浆的指标，并及时调整，使泥浆与地质情况同步，保持在最佳功能的状态。

另外，在提钻快到护筒底部时，要慢慢提起，防止碰到护筒口，造成护筒底部塌孔或者护筒错位变形等事故。

4)二期旋挖钻阶段。玄武岩以下，多为粘性土，根据其土质特征同步调整泥浆比重、粘度，使其充分发挥润滑护壁、裹渣清孔的性能。

旋挖钻进过程中，随时注意孔内水压差，泥浆比重、粘度以防塌孔。同时，还要检测竖直度，避免发生斜孔、偏孔等问题。

如因故停钻，把钻头提至孔外，防止塌孔埋钻，并把孔口加盖或者张拉防护圈，防止工人不慎坠入。

5)交接阶段。前后两期施工，要相互照顾、紧密衔接，有条不紊的开展，如泥浆比重的调整、护筒位置在埋设时和交接时进行两次复测。

另外，过程中要做好钻孔起止时间、土质、深度等数据的记录，以方便回顾查阅。

4.4 偏孔问题的分析与处理

冲孔过程中，偏孔发生较频繁。主要是因为桩孔范围遇到非均质岩或探头石，使钻头向软质边倾斜。而随着深度的推进，由于软质边的方向不定，当软质边方向在同一个平面，一层一层叠加，可能造成“蛇形孔”；当软质边方向不在同一个平面内，甚至会出现“环状孔”，如图2所示。

偏孔造成最直接的后果就是卡钻，甚至还会影响后期钢筋笼的安装，造成钢筋笼无法入孔等。那么就这一问题应该如何处理，下面举例说明其解决方法。

以桩口范围遇到非均质岩而造成偏孔的情况为例：首先，及时回填片石及粘土，后采用小冲程钻进，将片石和粘土压密实，继续钻孔，若仍然偏孔，可采用C30以上混凝土灌注，重新钻进。通常，采用这种“修补均匀，重新钻进”的方法，即可顺利解决问题。

5 应用效果

海秀快速路项目一期工程，针对这种上覆玄武岩的桩位，利用冲击钻与旋挖钻联合施工的工艺技术，获得了很好的效果。到目前为止，共完成了252根桩，与单一使用冲击钻施工比较，缩短了近一半的工期，桩基质量检查均为Ⅰ类，得到了监理、业主及社会的一致好评。

6 结语

通过此次对上覆玄武岩地层中成孔施工技术的总结，凸显了在复杂地质情况中，冲击钻与旋挖钻联合施工的可取性，强调了泥浆在施工过程中的重要性。该方法突破了传统单一成孔工艺的理念，集中发挥了两者的优势，有效的提高了施工效率，降低了施工成本。另外，本文还浅谈了偏孔的成因和纠偏的方法。总体上，本方法改善了此类地质情况的成孔施工工艺和技术，实现了项目的增值。

[1] GB 50202—2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范[S].

Discussion on pile foundation hole-forming construction methods in basalt-overlying stratum

Wang Guangjie Zhu Chengbin

(China1stMetallurgyGroupCorporationTrafficEngineeringCompany,Wuhan430081,China)

Taking the Haixiu express highway phase I engineering as an example, through analyzing basalt-overlying stratum engineering geology conditions, studies the impact of basalt upon the construction, puts forward the pile foundation hole-forming scheme by combining percussion drilling with rotary drilling, and describes major construction technologies and operation points. As a result, it effectively improves construction efficiency.

basalt, slurry, percussion drilling, rotary drilling, drill hole

2015-01-19

王广杰(1989- )，男，助理工程师； 朱成斌(1966- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)10-0080-03

TU473

A