复杂地质及周边环境条件下桩基成孔机械选择

在建筑物基础施工中，桩基成孔的质量直接决定整个桩基工程质量。然而桩基钻孔机械的选择对于桩基成孔的质量以及桩基的整体质量有着重要的影响，特别是在复杂地质和特殊施工周边环境中桩基成孔设备的选取就显得尤为重要。随着我国城镇化的进程不断的加快，在城镇棚户区改造工程中新建或改建基础设施的项目日趋增多，但在这些区域施工，对桩基成孔施工机械的选择却有众多的限制因素，因此对于此类条件下钻孔机械的分析和选择，具有重要的工程现实意义。

1 工程概况

贵州省某县城市棚户区改造配套基础设施建设项目（K0+320 桥）位于县城城区小河东路，县实验中学旁，项目距离附近的居民区及学校不足100m，施工周围环境较为复杂，对施工产生的震动和噪音要求严格。该桥梁工程，道路等级为城市支路，设计速度20km/h，桥面宽度为20m，桥梁基础设计采用机械成孔灌注桩，桩身为C30 钢筋混凝土，桩基分类为嵌岩端承桩，桩长30m，桩径为1.2m，桩基数量为24 根。

拟建场地起止点地貌共划分为5 个小地貌单元：①侵蚀堆积缓斜坡冲沟地貌；②为浸蚀堆积缓斜坡凹地形地貌；③为浸蚀堆积缓斜坡地貌；④为河流一级阶地地貌；⑤为河床地貌。根据地勘资料显示，由上至下各土层为：人工填土（Q4ml）、稍密卵石（Q4al+pl）、淤泥质粘土（Q4al+p）、强风化玄武岩（T1f）和中风化玄武岩（T1f）。结合钻孔中水位的观测，场地下伏基岩富水性较强，地下水丰富。综合地勘资料，该工程地质条件较为复杂对桩基成孔较为不利。

2 桩基钻孔机械选择

2.1 本项目钻孔机械的选择影响因素

钻孔灌注桩具有噪声小，对周边环境影响小，施工桩径大，承载能力高等特点，因此应用十分广泛。但是钻孔灌注桩的工程质量事故频率却远高于其他成桩方法。机械的选择要根据不同的地质条件，各个地区区域性的通用习惯来决定。

各种成孔机械有其各自的适用性[1]，不同的钻孔机械成孔直径不同，钻孔深度也不同，适应钻进的土层也各有所长，如表1 所示。本桩基工程项目离学校和民房较近，且民房结构性能较差，对振动敏感性强，不适宜采用振动过大的成孔机械，其次有较深的淤泥层和粒径较大的卵石层，地质条件较为复杂和特殊，桩基成孔条件较差容易发生垮孔、卡钻等钻孔事故，甚至会造成后续桩基产生断桩等严重桩基质量事故，造成巨大的经济损失。

表1 主要钻孔机械的特点

因此冲击钻孔机械不能使用。根据地勘资料钻孔区域卵石土层深度范围在5.6～27.7m，粒径范围在20～60mm，且卵石层上土层为碎石土，则旋挖钻机以及不能采用。淤泥质黏土层分布厚度为14.30～18.30m，地下水位较高，造成长螺旋钻机不能使用。钻孔区域存地下水位以上深度范围，故反循环钻机不能使用。结合施工经验以及地勘资料中卵石土层厚度及粒径和淤泥质土深度，综合考虑决定采用潜水电钻机械成孔。

2.2 采用潜水电钻成孔原理及特点

潜水电钻利用潜水电钻机构的密闭电动机带动钻头在泥浆中高速旋转切割土体，同时用泥浆泵输送高压泥浆，泥浆从钻头底部射出与切碎的土体颗粒混合，遵循正循环方式，泥浆从孔底自下而上携带切碎的土体颗粒从孔口溢出，将泥渣排出。

潜水电钻机设备整体体积较小，质量较轻，在施工场地移动灵活，故障率低且维修方便，同时具备钻孔深度大、成孔精度较高、钻进过程中扩孔率低，施工噪音低，无振动影响等优点，特别适用于地下水位较高的各类软硬土层。

2.3 成孔效果及桩基质量

采用潜水钻机进行钻孔避免了冲击钻机振动较大的缺点，同时也解决了旋挖钻机、反循环钻机，正循环钻机以及长螺旋钻机不能适用的土层。从潜水钻机成孔的效果来看，钻孔没有出现钻进困难，卡钻等事故，成孔精度高，钻进速度较快，成孔质量高。采用潜水钻机成孔，比较顺利完成桩基施工，经相关检测单位利用桩基超声波检测仪器进行检测，检测结果显示桩基质量较好，均为I 类桩，详细情况如表2 所示。

表2 部分桩基检测数值

3 结语

本文依据桩基成孔项目工程实例，以项目施工的周边特殊环境和桩基钻孔的土层地质情况为前提条件，通过分析对比各种成孔机械的性能指标和适用范围，结合限制性因素，最终确定采用潜水钻机进行桩基成孔施工。根据桩基施工的成孔效果以及桩基检测质量报告结果，选用潜水钻机成孔机械的方案是合理的。对于类似工程施工条件下的桩基成孔机械选择具有一定的参考意义。