复杂地质条件下大直径钻孔灌注桩快速施工技术

王兴

【摘要】针对双洎河大桥水中墩长大直径钻孔桩基础穿越复杂地质的实际情况，经比选后采用旋挖钻配合冲击钻方案，成功解决了钻孔灌注桩的快速施工的难题，可为类似工程提供借鉴和参考。

【关键词】复杂地质条件；大直径；钻孔灌注桩；快速施工

1.工程概况

双洎河大桥位于新郑市南区移民大道跨越双洎河桥处，是一座跨河、跨铁路桥梁。桥梁中心桩号K0+597.000，桥梁所在道路范围内为直线段，桥梁设计为正交桥形式。桥梁结构形式采用七跨装配式预应力混凝土箱形连续梁桥，桥梁主体长度为280m，桥梁主梁分为两联（3992+2×4000+3992；3992+4000+3992）。梁桥梁总宽度为40m，桥面横断面布置为40m=5.5（人行道、栏杆）+29m（车行道）+5.5（人行道栏杆）。车行道设2%向外横坡，人行道设1%单向向内横坡。双洎河北侧有登杞地方铁路通过，铁路为单线铁路，桥梁北侧跨越此铁路。下部结构桥台为钢筋混凝土肋板式桥台，桥墩为桩柱桥墩形式，基础采用钻孔灌注桩。桥台下设置承台，承台高3m，每个桥台下设12根直径2m的钻孔灌注桩，单根桩长40m。桥墩墩柱直径为1.6m，桩径2m，桩长为59m。该桩基工程的特点是地质条件复杂，一方面上层为淤泥质粘土，土质承载力低，容易塌孔。另一方面中间夹有的卵石层，需要采用冲击钻施工，钻进困难。最后下面一层为红色粘土，含有部分粒径较小的砂砾，承载力较大，摩阻力大。

2.钻机选择

进场前由于对地质情况了解的不够，同时在考虑成本的情况下，选择2台反循环钻机配合4台冲击钻进行施工，由于机器性能不足，特别是反循环钻机在施工红色粘土层的时候，容易遇到大直径砾石造成泥浆泵阻塞甚至破损，而且由于砂砾较多的原因，造成钻孔直径大小不一，导致成孔后钢筋笼下不去，需要重新钻孔。冲击钻由于机器功率较小，钻头质量为5T左右，钻头质量较小，冲击钻进速度较慢。针对这种情况，项目部分析后决定改變施工方法，采用1台三一SR280旋挖钻配合4台冲击钻（钻头质量7T左右）进行施工，施工上部淤泥和粘土层时，采用旋挖钻配直径2m钻头施工，中部卵石层采用冲击钻，由于钻头质量较大，钻进速度较快，施工下部红色粘土层时，由于砂砾含量较大，直接采用2m直径钻头，钻进困难，项目部最后决定采用先用1.5m直径钻头钻进至设计标高，然后再采用直径2m钻头将桩径扩至设计要求。采用反循环钻机配合冲击钻的施工工艺时，上部淤泥与粘土层施工时间为2天，冲击钻施工时间为7-10天，下部红色粘土层施工时间为3天，总时间为12-15天。采用旋挖钻配合冲击钻的施工工艺时，上部淤泥与粘土层施工时间为1天，冲击钻施工时间为3-5天，下部红色粘土层施工时间为1天，总时间为5-7天。相较于反循环钻机配合冲击钻的施工工艺，施工效率提高了1倍多。

3.施工方法

3.1施工工艺流程

埋设护筒→旋挖钻就位→钻挖至卵石层→冲击钻就位→冲击钻进至红色粘土层→旋挖钻机就位→旋挖钻配直径1.5m钻头钻至设计深度→更换为2m直径钻头后扩孔至设计深度→清孔→灌注水下混凝土→拔护筒。

3.2施工过程中的质量控制措施

3.2.1桩基偏位控制措施

在护筒埋设、机械设备调换及下钢筋笼前都必须重新放样，以重新校正护筒的位置，保证最后桩基的偏位在规范的要求之内。

3.2.2成孔的质量控制措施

成孔后及时下探笼，以保证下道工序的顺利进行。如遇到探笼无法顺利下去，及时安排旋挖钻重钻。清孔时采用大功率泥浆泵将清水压入桩基底部，以尽量缩短清孔时间，防止坍孔等情况发生。

3.2.3钢筋笼质量控制措施

钢筋笼的加工制作严格按照规范要求进行，下钢筋笼的过程中尤其注意焊接的质量，最后一节焊完后，严格控制钢筋笼的标高，整个过程由技术员全程旁站监督。

3.2.4水下混凝土灌注质量控制措施

成孔后及时清孔，在泥浆相对密度及沉渣厚度达到规范要求后，方可进行混凝土灌注。为了保证灌注质量，采取了增大首盘混凝土的用量，灌注过程中保证导管的埋深等措施。

3.3施工过程中需要注意的事项

3.3.1护筒偏位的控制

由于在河中的围堰上施工，河中的淤泥层较软，需要埋设长护筒（4-6m）进行施工，埋设时需要精心定位，在工序转换过程中需要重新定位校正护筒的位置，在下钢筋笼之前仍需要校正一次。

3.3.2泥浆的配制

泥浆采用优质粘土配制，在旋挖钻施工上部淤泥及粘土层时候，泥浆相对密度采用较大值，控制在1.1-1.2之间，冲击钻施工时重新进行调浆，控制在1.2-1.4之间，在旋挖钻施工下部红色粘土层的施工时，由于地质较好，无需进行泥浆调配。

3.3.3清孔

由于桩基上部的地质非常软弱，清孔必须在成孔后及时进行，另外泥浆比重较大，需要采用大功率的泥浆泵进行清孔，清孔完毕后立即灌注混凝土。如果时间间隔较长，容易造成桩基底部沉渣较厚甚至坍孔。

3.3.4水下混凝土灌注

灌桩必须在洗孔完成后立即进行，否则沉渣较厚会造成灌注困难，甚至灌注过程中坍孔，造成废桩。首盘混凝土的用量尽量比规范要求的大，保证将沉渣冲起，防止底部断桩。

3.3.5场地的平整与压实

由于旋挖钻为大型施工设备，本身自重大，容易失衡，如果场地坑坑洼洼加上压实度不够，很容易造成旋挖钻倾覆事故的发生。大部分的工地在这一点上往往容易忽视，因此施工前一定要做好场地的平整与压实工作，同时旋挖钻在移动过程中必须要有专人指挥，以保证机械和人员的安全。

3.4施工中出现问题处理

3.4.1护筒冒水。埋设护筒时周围土不密实，或护筒水位差太大，或钻头起落时碰撞都会引起护筒外冒水。因此，在埋护筒时坑底与四周要选用最佳含水量的粘土分层夯实，起落钻头时防止碰撞护筒。发现护筒冒水时可用粘土在四周填实加固，如护筒严重下沉或位移则应返工重埋。

3.4.2坍孔。造成坍孔的原因：（1）土质松散，加之泥浆护壁不好；护筒埋设不好，筒内水位不高；（2）提住钻头钻进；钻头钻速过快或空转时间太长都易引起钻孔下部坍塌；（3）成孔后待灌时间和灌注时间过长等。采取的措施：（1）在松散易坍土层中适当深埋护筒，密实回填土，使用优质泥浆，提高泥浆比重和粘度，升高护筒，终孔后补给泥浆，保持要求的水头高度；（2）保证钢筋笼制作质量，防止变形，吊设时要对准孔位，吊直扶稳，缓缓下沉，防止碰撞孔壁；（3）成孔后待灌时间一般不超过3h，并尽可能加快灌注速度、缩短灌注时间；在钢筋笼未下孔内的情况下，浆砂、粘土混合物回填至坍塌孔深以上1～2m，或全孔回填并密实后再用原钻头和优质泥浆扫孔；（4）在钢筋笼碰撞孔壁而引起轻微坍塌的情况下，用直径小于钢筋笼内径的钻头以优质泥浆扫孔或用导管清孔。

3.4.3沖击钻卡钻头。卡钻的原因：（1）用冲击钻施工时，出现梅花孔，冲击钻头被狭窄部位卡住；（2）坍孔、落石或工具掉进孔内，卡住钻头；（3）护筒倾斜，下端为钻头冲击变形，同钻头卡在一起；（4）未及时焊补钻头，钻孔直径逐渐减小，而焊补超限，又用高冲程猛击，发生卡钻；（5）伸入孔内不大的探头石未被打碎，卡住冲击锥顶或锥脚；（6）下钻太猛，大绳松放太多，钻头碰撞在孔内倾倒，顶住孔壁。

采取的措施：（1）当为梅花孔卡钻时，先松绳落钻然后再提钻，使钻头转一个角度（可用撬棍配合），有可能顺梅花孔提上来；（2）用小钻头冲击卡钻一边孔壁或钻头，使钻头松动后，再起吊；（3）探准障碍物的位置，收紧钻头大绳，用冲、吸的办法，将卡钻处松动后再提出；（4）在地质情况较好的情况下（防止坍孔后埋钻），用压缩空气管或高压水管下入孔内，对卡钻处适当冲射一段时间，使卡点松动后再提出；（5）用滑轮组或千斤顶强行提出。为避免拉断大绳，造成掉钻事故，另备安全绳（钢丝绳）下入孔内套住钻头；将枕木垛远离孔口，以免压力过大而坍塌。 （6）采用“辅助爆破法”，在钻头底部进行小药量松动爆破，同时用提升设备进行起吊将钻头捞出。

4、结束语

通过在复杂地质条件下钻孔灌注桩的施工，总结出了各种问题的处理措施。最重要的是取得了钻机设备选择的经验，钻机设备选择时候，首先应详细查阅地质勘探资料，充分了解各地层的物理及力学性能，其次根据地质情况选择在经济指标以及技术指标上相符合的钻机设备，只有这样，才能综合确定成本最低、机械配备合理和优质高效完成任务的钻机选择方案。

参考文献

[1]宋惠民.灌注桩施工中灌注水下混凝土的质量控制要点与措施[J].科技信息（科学教研），2008（24）.