高强度岩层钻孔灌注桩快速成孔技术与经济探讨

李新周 郑培明 黄 江

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100070）

随着城市化建设进程的不断加快，城市交通系统发展迅速，地铁工程建设数量不断增多。地铁枢纽工程一般处于市区繁华地段，施工区域环境条件比较复杂，对基础结构施工要求比较高，通过应用钻孔灌注桩施工技术，并加强钻孔过程技术控制，有效提升施工效率。

1 钻孔灌注桩快速成孔技术类型

1.1 回旋钻机成孔技术

在钻孔灌注桩施工中应用回旋钻机成孔技术，无须更换钻机，通过改造钻头，选择大扭矩回旋钻机，即可有效处理钻进过程中的砂石、大粒径土层等，进而提升钻进施工效率，加快施工进度。如果地层中含砂石、卵石等，则可应用回旋钻机成孔技术进行钻孔施工，另外，在钻孔过程中，如果岩层厚度比较大，则应注意及时更换冲击钻，促进钻进施工效率的提升[1]。

1.2 冲击钻机成孔技术

在灌注桩施工中应用冲击钻机成孔技术，泥浆处于正循环状态，在冲击钻钻进过程中，泥浆可被压入至孔底区域，即可产生大量钻渣，然后再将钻渣输送至沉淀池中，当泥浆进入预设泥浆池后，钻渣即可发生沉淀。在岩土工程基础结构施工中，冲击钻的应用比较常见，冲击钻是由泥浆泵、卷扬机以及钻头所组成的，在冲击钻机的实际应用中，卷扬机能够将导管、钻头以及泥浆胶管提升至一定高度，即可有效输出作用力，进而发挥动力提升功能[2]。

1.3 旋挖钻机成孔技术

在黏土、淤泥质土、粉土、卵石、碎石等地层施工中，均可应用旋挖钻机成孔技术，在实际施工中，可采用大扭矩动力钻机以及自动内锁式伸缩钻杆，即可适用于微风化岩石施工中。根据施工实践分析，旋挖钻机的最大钻孔直径为3m，最大钻进深度为120m，通过联合应用护筒和钻杆，即可根据施工实际需要，将护筒旋沉至一定位置，因此，在厚淤泥层施工中也可应用旋挖钻机成孔技术。在旋挖钻机成孔过程中，动力系统可有效带动钻斗的钻头进行旋切，土体可旋入至钻头中，在钻机提升装置以及伸缩式钻杆的作用下，即可提起钻头，然后再排出土壤，据此完成成孔施工[3]。旋挖钻机结构如图1所示。

1.4 人工挖孔技术

在岩土工程钻孔灌注桩施工中，人工挖孔技术属于基础钻孔类型，施工效率高，对于各类地质环境的适应性比较强，同时在成孔过程中，可对地质条件变化情况进行密切观察。在构建人工挖孔桩前，首先需确认施工场地，对施工场地进行全面清理，准确定位桩基位置，再选择适宜的机械设备。在人工挖孔施工完成后，及时清理孔壁，对钻入角度进行调整，最后再进行混凝土浇筑施工[4]。

2 工程概述

选择某地铁枢纽工程作为研究对象，在地铁枢纽工程基础结构施工中，联合应用明挖施工技术和盖挖施工技术。在车站施工中，将地下连续墙作为围护结构，将型钢中立柱以及桩基础结构作为竖向荷载传力结构。在本工程桩基施工中，采用直径为2.0m的钻孔灌注桩，共设置107根，钻孔深度为50m。在地铁枢纽工程立柱施工中，工程量大，施工工序复杂，并且工期比较短，对于型钢中立柱桩，不仅可作为盖挖法施工中的竖向荷载传力结构，同时也可作为永久结构抗拔桩，通过对工程设计方案进行分析，单桩抗拔力的特征值为8920kN。通过对地铁枢纽工程基坑施工范围进行地质勘查，在桩基础结构施工中，需嵌入微风化花岗岩岩层中，施工场地花岗岩单轴抗压强度在120MPa以上。

3 中立柱桩桩基础成孔方案比选

在地铁枢纽工程钻孔灌注桩施工中，成孔技术类型比较多，通过对地铁枢纽工程施工范围地质条件进行分析，在本工程施工中，可选择多种成孔技术类型，分析不同成孔技术类型以及地层适应性，中立柱桩成孔最大深度为25m以上，通过对施工区域地质条件进行分析，综合考虑工程项目建设要求，无法应用人工挖孔成孔技术。

通过对施工现场进行勘查分析，地铁枢纽工程处于城市繁华地段，交通量比较大，并且施工场地面积较小，在施工现场需设置临时设备用房、材料堆放区域等，因此很难应用大型钻进设备。

4 成孔工艺的优化设计

在花岗岩钻进施工中，可选择适宜的钻进技术，破坏花岗岩整体性，然后再选择适宜的成孔设备，提升钻进施工效果，提高施工效率。

4.1 潜孔钻钻孔+微差爆破+旋挖钻成孔

首先应用潜孔钻进技术进行地面钻孔，钻孔数量为41个，钻孔直径为110mm，钻进深度和桩体结构长度相同。然后再应用微差爆破施工技术，对花岗岩进行破碎处理，使其能够形成破碎状岩石，最后再联合应用旋挖钻进施工技术。

4.2 旋挖钻机械成孔

在微风化花岗岩岩层钻进成孔施工中，可应用旋挖钻机钻进施工技术。首先应用钻机自桩中间钻去岩芯，岩芯直径为1.2m，然后再选择直径为1.5m的岩芯，最后再钻取直径为2.0m的岩芯。在本工程施工中，通过多次钻取岩芯，并进行分层扩孔，能够有效提升成孔施工质量。

5 旋挖钻机成孔施工技术要点

5.1 护筒埋设

在旋挖钻机成孔施工中，首先需做好施工前准备工作，旋挖钻机中自带护筒驱动器，可自行埋设护筒，根据施工现场地质条件调整护筒埋设深度，同时检查护筒埋设垂直度，在护筒埋设完成后，其顶部应在原始地面以上30cm左右，不仅能够对桩孔起到保护作用，同时还可对钻头进行准确定位，保证护筒稳定性。

5.2 泥浆制备

在施工现场规划使用两个泥浆池，同时还需安装泥浆循环系统，全面清理泥浆池中的废弃物。在泥浆护壁成孔施工中，会产生大量泥浆，在泥浆制备中，需有效控制泥浆相对密度。在钻进施工前制备泥浆，同时，检测泥浆密度和稳定性。

5.3 钻孔操作

在施工现场准备钻机，钻机就位后，对桅杆以及钻杆倾斜度进行有效控制，同时根据地质条件及时调整。在钻进施工前已完成泥浆制备，但是施工环节地质条件比较复杂，随着钻进深度的不断增加，地质结构会发生较大变化，因此，需及时调整泥浆参数，同时对泥浆含砂率、比重等进行调整，提高成孔质量。

5.4 检孔

在钻孔过程中，采用监控器对钻孔质量进行检查，每钻进10m后，即要求更换钻头。如果地质状况发生变化，也需对成孔情况进行检查，避免在钻进过程中出现弯孔、斜孔等质量问题。

5.5 验孔

在旋挖钻孔达到设计深度后，根据工程设计图纸检查钻孔质量，判断是否已达到持力层，验收合格后，清理孔内垃圾。

6 结语

综上所述，本文选择某地铁枢纽工程作为研究对象，在该工程项目建设中，采用钻孔灌注桩施工技术，钻孔技术类型比较多，在该项目建设中选择多种钻孔技术类型进行对比分析。根据现场勘查情况，该项目施工区域含有花岗岩，钻孔难度较大，同时项目工期紧张，因此，综合考虑各项影响因素，选用旋挖钻进施工技术，不仅施工便捷，同时还可提高项目经济效益。