山区高速公路冲积圆砾层旋挖钻孔质量控制

孙世达

（中交路桥建设有限公司，北京 100027）

由于旋挖钻钻孔具有安全、环保、经济、高效和适用性广泛的优点，在高速公路建设中应用越来越广泛。但因旋挖钻成孔速度快、施工人员缺乏经验、地质水文情况千差万别、工艺标准不健全等方面原因，致使质量管理不到位，质量问题频发。经过调查，旋挖钻出现的质量问题以孔桩偏位、塌孔、沉渣厚度超标为主。施工中应加强过程控制，预防盲目赶工引起质量问题。

1 工程概况

该互通为单喇叭互通，互通主线长度1.3km，桥梁6座。互通沿斜坡坡脚展布，多次跨越溪流沟谷，主线及匝道设置为20m跨桥梁，桥梁桩基础以长25m、直径1.5m的摩擦桩为主，桩基共计369根。主线最小平曲线半径1000m，最大纵坡3%，竖曲线最小半径34000m；匝道最小平曲线半径50m，最大纵坡4%，竖曲线最小半径723m。因该工程工期紧，桩基工程量大，采用旋挖钻（工作重量105t）钻孔施工。

2 工程水文地质条件

该互通区属于构造侵蚀中低山河谷地貌，斜坡冲沟地形，冲沟纵向呈S型，宽呈U型，宽约40～50m。互通区内无崩塌、滑坡、断层构造。互通区内覆盖层主要为第四系全新统冲积成因的圆砾，厚度4～7m，圆砾主要成分为变余砂岩，一般粒径20～30mm，最大粒径50mm，含量约占65%，次圆砾状，磨圆度较好，充填少量角砾及细砂。圆砾层下伏寒武系页岩和远古界变余凝灰岩。局部少量地段覆盖层厚度0.8～2m耕植土、粉质黏土。互通范围地表水发育，主要为小溪径流，水位随季节变化，地下水埋深0.1～4.5m。

3 旋挖钻施工质量管理

3.1 场地准备控制

旋挖钻孔场地应平整、坚实，施工作业面坡度不得大于2°。地面不平和场地松软易造成钻机在加压钻机中桅杆偏斜，进而导致钻孔倾斜。钻机就位场地承载力不得低于150kPa，应根据实际设备工作重量和履带着地面积，计算相应地基承载力要求。施工现场根据实际情况采用换填压实、硬化地面、铺设钢板等方法进行场地处理，确保场地地基承载力满足要求，防止因施工荷载影响钻孔护筒偏位、塌孔、垂直度超标等质量问题。

3.2 孔口护筒埋设控制

护筒能够稳定孔壁、防止塌孔，隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置，起到钻头导向作用。施工中常出现因回填不密实、地表水冲刷、孔内泥浆长时间浸泡，导致护筒底部坍塌、护筒悬空，以致护筒不均匀沉陷，钻杆无法找准桩基中心点，施工中不及时纠偏调整，进而导致钻孔偏位，钻孔垂直度超标，后续钢筋笼安装定位不准确等质量问题。因此护筒埋设质量控制是钻孔桩偏位、垂直度控制的重中之重。

（1）护筒埋设基本要求：钢护筒壁直径大于桩径20～30cm，护筒中心与桩中心平面位置偏差不大于5cm，护筒在竖直方向的倾斜度不大于1%，护筒顶高于地面30cm。

（2）钢护筒壁厚、长度选用：旋挖钻机自重大，孔口土层承受设备自重产生的压力大，为防止护筒受挤压变形，选用12mm厚钢板卷制。综合考虑施工现场圆砾地层厚度较厚，地下水埋深浅，方便起拔钢护筒的因素及类似施工经验，采用2.5m长钢护筒。

（3）护筒埋设：使用钻具边缘压护筒，不仅会造成钻杆方头断裂，还会出现护筒偏位歪斜，斜度大的护筒会引导钻杆钻打斜孔，因此护筒埋设采用挖掘机挖坑埋设。《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）要求护筒的底部和外侧四周应采用黏质土回填并分层夯实。根据施工现场周边地质情况无可用回填黏土且受机械设备、人员操作等因素影响，施工中采用分层夯实回填难以落实，因此采用C20混凝土进行回填，确保护筒周边土体稳定牢固。在回填混凝土顶面预埋护桩，可长期保存，及时校正钻杆位置，既保证了钻孔精度，也保证了钢筋笼吊筋定位准确。护筒埋设方法如图1所示。

图1 护筒埋设立面图（单位：cm）

3.3 钻机开孔

钻机就位时，将钻机粗略对中桩位，调平钻机机身，保证钻机基座平稳、水平，通过监控板（显示屏）调垂模式，进行桅杆垂直度校正，桅杆垂直度偏差不超高0.3%。

钻机就位后钻头中心和桩中心应对正准确，误差控制在1cm内。优先选用短螺旋钻头进行开孔，开孔时使螺旋钻头尖端正对桩位标注点；采用筒钻时，根据测量放样桩位中心点，用白灰画出桩基轮廓线，使筒钻正对外轮廓吻合。

开钻前采用全站仪在正交两个方向上对钻杆的垂直度进行检验，钻杆垂直度偏差在1%以内方可钻进。当钻头下放接近地面时，再次控制桩中心点位精度。钻进过程中，定时利用水平尺观察钻杆的垂直度，并利用十字护桩、护筒定时校验钻杆偏位情况，发生异常及时调整纠偏。

3.4 护壁选择

旋挖钻孔灌注桩按成孔、护壁方法有稳定液湿法作业钻孔法、套筒跟进作业钻孔法、干作业钻孔法。

（1）稳定液湿法作业钻孔法。稳定液性能要求高，加工和储运不便，场地安全文明施工管理难度大。旋挖钻成孔过程中护壁一直受钻斗刮擦，因不能形成泥皮，护壁性不好，圆砾层中稳定液在孔内容易流失。钻孔穿越圆砾层后进入岩层，不再需要护壁，而稳定液需要继续补充，造成稳定液浪费，另外，稳定液溢出造成环境污染。加之地下水位随降雨影响较大，孔内水位不能保证，塌孔隐患大。

（2）套筒跟进作业钻孔法。在混凝土灌筑的同时利用搓管机（或履带吊）起拔钢护筒，而混凝土灌注需连续快速灌注，增加护筒起拔工序，必将放慢灌注速度，起拔过程中易损伤混凝土，该工艺需配套混凝土泵车、履带吊等大型设备，对施工场地要求较高，技术工艺要求高，目前该工艺在山区公路桥梁桩基施工中尚不成熟。而采用永久钢护筒，施工费用很高。

（3）干作业钻孔法。旋挖钻在钻进圆砾层中，反复扫孔缓慢钻进的方法挖至岩层顶面，然后采用C20混凝土回填，待混凝土达到一定强度后重新钻孔，可有效防止塌孔事故。

根据经济性分析，采用泥浆护壁施工最为经济，套筒跟进次之，永久钢护筒和混凝土回填方式费用最高，费用出入不大。山区公路桥梁施工优先选用稳定液护壁施工，施工中合理布设沉淀池、泥浆池等加强稳定液指标控制及孔内水位控制，预防塌孔事故，并提高稳定液循环利用率，降低环境污染。

3.5 清孔

旋挖钻孔桩孔底沉渣主要原因有二：（1）孔内不稳定，钻具提放刮碰孔壁，钢筋笼下放刮碰孔壁，导致孔壁塌落掉渣形成；（2）捞渣钻具泄露，钻齿布置高度间距造成钻孔残留沉渣。因此钻孔过程中加强孔位垂直度控制，加强稳定液的密度、黏度、含砂率指标控制，钻具、钢筋笼应慢提慢放，防止刮碰，钻孔完成后应采用专用清孔钻头进行清孔。

二次清孔是确保桩底沉渣厚度满足要求的重要工序。采用正循环清孔设备简单，操作便利，原理是利用泥浆泵泵送稳定液通过密封导管送入孔底，利用稳定液将孔底沉渣悬浮至地面沉淀池中，再经泥浆池循环利用。采用正循环二次清孔工艺后，能够满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50—2011）“摩檫桩：对于直径≤1.5m的桩，≤200mm”的要求。正循环二次清孔示意图如图2所示。

图2 正循环二次清孔示意图

4 结语

旋挖钻施工在高速公路桥梁桩基的施工运用越来越广泛，施工前应细化施工方案，分析研讨地质水文资料，必要时进行试桩，总结成孔工艺参数，为后续顺利开展提供可靠依据。旋挖钻施工中桩位、垂直度、塌孔、沉渣控制是施工质量管理的重点，施工过程中应不断总结，提出可靠的通病治理措施，不断提高旋挖钻在公路建设中桥梁桩基施工的作用。