全套筒潜孔锤跟管灌注桩基施工技术应用

向 帅,邓正定,高战祥,田卫明,吴秉其

(1.深圳市勘察测绘院有限公司，广东 深圳，518000；2.江西理工大学 建筑与测绘工程学院，江西 赣州,341000；3.重庆电讯职业学院，重庆，402247；4.无锡地铁集团有限公司，江苏 无锡,214000)

在进行钻探施工作业过程中，遇到情况复杂的地层，会出现钻孔漏失、缩径、涌水、掉块、坍塌、超径等不同程度的复杂情况。有多方面的因素可以造成这一情况，如地质构造、水文地质的影响、以及地层岩性的固有因素，此外钻进的技术与钻进工艺也会造成影响，比如钻进速度高、深孔裸眼时间太长、提下钻速度过快与压力过大、环空间隙太小、泵压较大，在不稳定的地层中冲孔的时间长等。这些现场工艺因素与地层情况均能使钻探的孔内产生各种各样的复杂现象，使得钻进不能正常进行，甚至造成孔内事故。

而潜孔锤跟管钻进技术可以较好地解决此类问题，它在松散、漏失、破碎等复杂的地层中钻进是有效的方法。

1 工程实例背景

1.1 场地岩土层

拟建项目为佛山市顺德区顺控环投热电项目，位于佛山市顺德区右滩村，场地北侧为象山，西侧为已建发电厂房。依据建筑总平面图，其中厂区总建筑面积85536m2，厂区建、构筑物用地面积51083m2，拟建建(构)筑物包括：主厂房、辅助与附属建筑、烟囱。根据钻探揭露，场地内埋藏地层自上而下依次描述如表1所示：

表1 项目岩土层一览表

Table 1 List of rock and soil layer of project

岩土层层厚/m层顶埋深/m杂填土0.7～7.50 淤泥0.8～20.00 0.00～15.60含淤泥粉细砂1.90～13.50 3.50～7.00全新统冲～洪积层粘土0.5～18.40 0.00～20.50卵石0.80～6.50 3.00～21.00淤泥质土1.00～6.00 11.20～22.00晚更新统冲～洪积层粘土0.50～6.30 8.00～21.50强风化粉砂岩1.00～36.50 0.00～30.60中风化粉砂岩1.10～6.60(揭露层厚)25.50～35.50强风化炭质页岩0.80～47.10 2.80～39.80中风化炭质页岩3.00～13.30(揭露层厚)15.30～52.10

其中风化粉砂岩饱和单轴抗压强度平均值经实验测得为18.26MPa，中风化炭质页岩饱和单轴抗压强度平均值经实验测得为24.0MPa。

1.2 拟建建(构)筑物情况

拟建建(构)筑物设计参数如下表2：

表2 拟建建(构)筑物设计参数一览表

Table 2 List of design parameters for proposed buildings

建筑总高结构类型拟采用基础型式主厂房建筑高度约40～50m钢筋砼框架结构桩基础辅助与附属建筑3～4F,建筑高度约15m钢筋砼框架结构桩基础烟囱高度约120m钢筋砼结构桩基础

拟建主厂房、辅助与附属建筑的地基变形允许值：相邻柱基的沉降差不大于0.002L(L为相邻柱基的中心距离)，拟建烟囱(高耸结构)的地基变形允许值为400mm。拟建(构)筑物对差异沉降敏感程度属敏感。

场地为海陆混合沉积地貌单元。场地现状主要为鱼塘、树林、空地及现状水泥道路，地势较为平坦，孔口高程在0.40～5.30m之间。

场地为海陆混合沉积地貌单元。岩土种类多，性质差异大，属复杂地基。各岩土层分布厚度及范围不一，工程特性差异显著；基岩面起伏变化很大，风化岩空间分布及风化程度不均。本场地地基均匀性为不均匀。

1.3 基础类型分析与选型

场地±0.00的黄海高程为5.20m，拟建场地现状地面标高约4.6m，垃圾池顶板标高约为-6.0m，渗滤液处理站顶板标高约为-8.0m。场地整平后主厂房的基底地层主要为人工填土、垃圾池与渗滤液处理站基底主要为第四系海积层。杂填土层松散状态为主，工程力学性质差，且下卧较为深厚的软弱土层淤泥，拟建主厂房单柱最大荷载特征值约8000kN，拟建其他建筑单柱最大荷载特征值约2000kN，拟建烟囱对地基沉降要求高，人工填土层不可直接作为天然基础持力层。

根据场地地层结构及拟建物规模特点及荷载情况，建议采用桩基础方案。本场地广泛分布深厚的软弱土层淤泥及可液化饱和砂层含淤泥粉细砂，为软弱土层，较多地段揭示其下为强风化岩层。综上所述，考虑场地地层条件及建(构)筑物的工程特点，认为对于主厂房、烟囱等高大建(构)筑物，以及其他辅助或附属建筑物，其桩基础的施工工艺宜采用全套筒潜孔锤跟管灌注桩基施工技术，可采用场地下部的中风化粉砂岩、中～微风化炭质页岩作为桩基持力层，且应保证一定的嵌岩深度。

2 全套筒潜孔锤跟管灌注工艺介绍

在钻探过程中，作业均是于孔下进行的，故将其俗称为潜孔锤，此工艺在我国的最初应用始于钻凿山区的基岩水井上部覆盖层。

此工艺的机具是由跟管钻具(偏心扩孔式或心式，还有三偏心、双偏心)、潜孔冲击器、套管柱和套管靴等组成。潜孔锤跟管钻进是结合空气潜孔锤相结合，扩底钻进并且同步跟进下套管的钻进技术。

全套筒潜孔锤跟管灌注成桩使用的范围并不广泛，主要针对软土地区，当成桩桩长较长，且容易导致桩内壁土坍塌时，可考虑采用该种工艺。它可以有效控制成桩的垂直度、防止超挖、防止欠挖。还可以避免缩径等桩身质量缺陷的出现，可解决复杂地层护壁难的问题，钻孔质量较好，具有机动灵活、施工效率高及多功能等特点。

3 工程项目成桩

3.1 成桩施工准备

①施工现场进行调整整平后，进行施工放样，随后复核控制点，并在现场设置本项目的水准点，对于测量的点位需要认真保护，避免破坏点位，也要防止对精度造成影响。

②根据提供的设计桩位图，将桩进行编号，根据桩号对应的轴线，按技术要求放桩位。

3.2 冲钻成孔

潜孔锤可以达到排队岩渣的技术要求。长螺旋钻杆的提升可以达到排渣的目的，渣通过潜孔锤的排渣孔排出。在钻探开始前，使套管与潜孔锤一起跟进，同时提升1～2次长螺旋钻杆排渣，使得钢套管发挥护壁作用，防止卡钻及提高钻探效率。特别是在本项目的含淤泥粉细砂层和卵石层很重要。需要注意的是套管的入岩深度，需严格控制，进入岩石最大值达到20cm，可以使得岩壁和套管的摩擦减少，同时也可以延长钻头的使用寿命。

首先是开启空气压缩机，当气压达到指定值时，潜孔锤随旋转振动，将钻内外动力开启，进行冲钻作业。开孔时采取慢速冲击可防止偏孔。钢套管可以解决塌孔、埋钻或卡钻等问题。潜孔锤进尺时，套管跟随进尺，当跟进至基岩面后，将外动力关闭，此时跟管停止，而内动力头带着潜孔锤继续冲钻，直至入岩至设计孔深。

在冲钻跟进过程中，速度需要慢速控制，阻力较大时，需将钻杆向上提升约0.30m～0.50m，随后继续随旋转振动跟进进尺，当冲钻至5m～8m时，将螺旋杆提升，排渣一次，当冲钻至10.00m时，将螺旋杆提升，排渣第二次，当孔深至设计要求。采用空气压缩机达到12MPa，压力清孔2min～3min，将螺旋杆提升，排渣。

钻进过程中禁止对钻机进行移动，机架需要保持稳定，为保证桩基的施工质量，潜孔锤进入岩层时，可以听到钻机的转动声音，故入岩孔深易于控制。孔底的沉渣经检验，符合要求后可终孔。图1为现场作业图。

图1 大直径全套筒潜孔锤跟管灌注桩有水施工现场Fig.1 Construction site of large diameter full sleeve DTH hammer to have water pipe piles

3.3 清孔

钻进达到设计深度后，孔底压力清孔2min～3min，将螺旋杆提升，排渣，经检测，沉渣厚度小于50mm并满足设计要求后才可以停止。潜孔锤的端部设计有通道以供排渣，可以利用压力风将渣进行排到长螺旋钻杆上，提升长螺旋钻杆，渣就可直接排出孔外，将钻孔清孔完成后，再利用高速的压力风清理干净孔底，使其无沉渣。当检验的沉渣厚度大于50mm，应将潜孔锤再次下至孔内进行第二次清孔，直到满足技术要求。

4 结语

文中对在桩基施工阶段的施工工艺进行了研究，全套筒潜孔锤跟管灌注桩基施工技术对于本项目的复杂地层是适用的，对于桩基的成孔的作用是显著的。对此类复杂地层的桩基成孔工艺可作为一个借鉴。

采用新型桩，可以准确判断入岩，及准确测量桩长，无需进行施工勘察。节约工程费用及节约工期。

全套筒潜孔锤跟管钻进技术与复杂地层潜孔锤跟管钻进技术研究有如下优势：全套筒潜孔锤跟管钻进技术钻进效率高，效率提高的原因是：单次冲击功大，排渣风速高，孔底干净，无二次破碎；由于无液柱压力，在无地下水的情况下，改善了孔底破条件。工作时单次冲击功在瞬间即可生产极大作用力，因而它可应用于软层冲击挤密不排土钻进，也可用于非开挖铺管的夯管技术。

这个新工艺的研究还存在着很多问题，如：因其需要从地表护筒开始就使用全套筒跟桩同步深入桩下，钢套筒的使用需要更多研究。

钻探工程技术发展至今，理论体系仍不够完善，对钻探经验有一定程度的依赖，需进一步提高钻探技术水平。

复杂地层的钻探是岩土钻探中的难题，解决好复杂地层的钻探问题有利于完善和发展钻探技术与理论水平，有利于提高工程的经济效益和社会效果。

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