冲击钻机与旋挖钻机联合成孔在水下大漂石河床桩基施工中的应用

周 宇， 周 勇， 唐海平

(成都建工雅安建设有限责任公司，四川雅安 625100)

钻孔灌注桩因具有承载力高、造价低、施工无振动、无噪音污染、无挤土效应、对各种土层的适应性强等优点，故在各类工程中受到了广泛应用[1]。目前，钻孔灌注桩常用的成孔方法有：长螺旋钻机成孔法、冲击钻机成孔法、旋挖钻机成孔法和人工挖孔成孔法等。因长螺旋钻机成孔法和人工挖孔成孔法具有明显的施工局限性，而旋挖钻机成孔法和冲击钻机成孔法相对具有众多优点，因而是当下灌注桩最主要的2种成孔方式[2-4]。对于存在大漂石及地下暗流的河床中进行的桩基工程，选择正确的施工方法是确保施工顺利开展的关键。如采用单一的旋挖钻机成孔法或冲击钻机成孔法，大漂石将成为旋挖钻机成孔的一大障碍，而地下暗流的存在将导致冲击钻机成孔无法正常推进。冲击钻机与旋挖钻机联合成孔的成功探索[4-7]，为解决前述问题指明了方向。

1 工程概况

四川雅安熊猫绿岛公园位于雨城区新老城之间的水中坝岛上，占地面积为20.36 hm2，整体规划为“一轴、一环、一带、六片区”的空间结构。女娲补天雕塑是该公园的一个重要景观节点，雕塑屹立于青衣江与周公河相汇处的江中，距水中坝岛头最前端堤岸约30 m。

女娲补天雕塑的高度约28.6 m，重约100 t。雕塑基础采用9根直径1 500 mm的冲孔灌注桩，桩长约20 m，桩端持力层为中风化泥岩，单桩竖向承载力设计值为2 500 kN，桩顶承台尺寸12 m×12 m×2.5 m。

2 工程地质条件及水文地质条件

2.1 工程地质条件

根据本工程岩土详勘报告，场地地层自上而下的情况为：

①层(粉砂)：黄褐色、青灰色，饱和，呈松散状态。以长石、石英、角闪石矿物颗粒为主，含少量云母碎片。该层由于处于河床冲积，局部含泥量稍大。该层在该河段均有分布，厚度4.90～5.50 m，平均厚度5.13 m。层底埋深：4.90～5.50 m，平均5.13 m。

②层(块石)：杂色。母岩成分以花岗岩、闪长岩为主，砂岩、白云岩次之，中—微风化。磨圆度好，呈亚圆形。粒间由粉土及砂土充填。按骨架颗粒含量、排列方式、接触关系及N120超重型动力触探试验锤击数，划分为松散、稍密2个亚层：②-1层松散块石：粒径在20～80 mm之间，大者150 mm以上，含量约占总重的50%～55%。骨架颗粒绝大部分不接触，排列十分混乱。该层在该河段均有分布，厚度1.30～3.30 m，平均厚度2.43 m。层底埋深：6.20～8.30 m，平均7.57 m;②-2层稍密块石：粒径在20～100 mm之间，大者400 mm以上，含量约占总重的55%～60%。骨架颗粒大部分不接触，排列混乱。该层在该河段均有分布，厚度2.20～3.60 m，平均厚度2.83 m。层底埋深：9.80～10.90 m，平均10.40 m。

③层(泥岩)：棕红色，泥质结构，层理构造，以黏土矿物为主，含次生石膏矿物晶体，局部夹薄层泥质砂岩。根据岩石工程性质及风化程度分为2个亚层：③-1层强风化泥岩：节理、裂隙很发育，结构面不清晰，含次生石膏矿物。岩芯破碎，呈碎块状。遇水易软化，锤击无回弹。RQD值一般不大于50%，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。该层在该河段均有分布，厚度2.00～3.00 m，平均厚度2.53 m。层底埋深：12.50～13.50 m，平均12.93 m；③-2层中风化泥岩：风化裂隙较发育，结构面清晰，含次生石膏矿物。岩芯多呈中长柱状，锤击声哑，暴晒后可见裂纹，RQD值在75%～85%，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。该层未揭穿，最大揭露厚度17.5m。

2.2 水文地质条件

勘察期间测得江水水位标高568.40 m，钻孔位置江水水深2.00～2.90 m。由于受场地下游大兴电站的影响，水位跌涨频率高，涨落幅度约1.00～2.00 m。场地地下水类型为基岩中的裂隙水，基岩裂隙水赋存于白垩系上统灌口组(K2g)泥岩节理裂隙中，受青衣江江水补给。

3 工艺流程及操作要点

本工程灌注桩施工前，已从江岸向基础施工区域搭设了钢栈桥，并沿基础四周搭设了栈桥平台，沿桩基承台四周布设了拉森钢板桩围堰，桩基施工作业主要在栈桥平台面上完成。本工程采用冲击钻机与旋挖钻孔相结合的成孔方法，其工艺原理为：旋挖钻机成孔过程中遭遇大漂石时，利用冲击钻机将大漂石击碎成小块，再用旋挖钻机继续旋挖成孔。若再次遭遇大漂石，则再利用冲击钻机击碎大漂石，如此反复进行，直至达到设计要求深度。在成孔过程中，同时使用3台150 mm口径大功率的抽水泵往孔内注水，减少失水率，保持孔内水位高度，降低塌孔风险。

3.1 工艺流程

本工程桩基成孔工艺流程为：①施工准备—②测量放样—③埋设护筒—④安装旋挖钻机—⑤旋挖钻机钻进—⑥安装冲击钻机(旋挖钻进受阻时)—⑦冲击钻机击碎大漂石—⑧安装旋挖钻机—⑨旋挖钻机钻进(若再次遇阻，则返回第⑥步)—⑩成孔。

3.2 操作要点

3.2.1 施工机具选择

施工机具的配置对桩基施工的顺利推进起着至关重要的作用，选择合适的施工机具是实现各项施工目标的前提。综合考虑本工程的场地条件及工期要求，配备了2台冲孔钻机、1台旋挖钻机、1台50 t吊车装载机，并按要求配备了泥浆泵、钢护筒、导管、储料料斗等设备。

3.2.2 桩位的测量放样

采用全站仪坐标法来进行桩的中心位置放样，放样后四周设护桩并复测，测量放样误差控制在5 mm以内。

3.2.3 护筒的埋设

护筒的作用为固定桩位，引导钻头方向，隔离施工层面水流入孔内，保证孔内水位高出地下水位或施工水位，增加水头高度，保护孔壁不坍塌，确保成孔质量。

护筒选用整体式钢制护筒，壁厚10 mm，高度11～18 m。为了增加护筒的刚度，防止周转使用中的变形，在护筒的上口和中部外侧各焊一道加劲肋。在埋设护筒时，护筒的顶端均高出地下水位2.0 m以上，以增加孔内水头压力。

护筒的埋设采用振动锤来完成。在护筒下埋施工过程中，振动锤必须平稳，并确保护筒顶面的平面位置居中，尽可能避免因偏心造成护筒产生偏斜。同时采用水平尺严格控制好护筒的垂直度，根据相关规范，灌注桩成孔的垂直度允许偏差为1%[8]，故应力求钢护筒垂直埋入。若一旦发现有偏斜的趋势，应马上进行纠正，将可能发生偏斜的不利因素消除在萌芽状态。由于钢护筒的埋设对成孔质量的影响极大，且规范要求护筒中心与桩位中心的偏差不得大于50 mm[8]，故钢护筒埋设作业应在白天进行，便于发现问题及时校正和处理。

3.2.4 旋挖钻机就位

旋挖钻机底盘为伸缩式自动整平装置，并在操作室内有仪表准确显示电子读数，当钻头对准桩位中心十字线时，各项数据即可锁定，勿需再作调整。钻机就位后，钻头要垂直、对中，钻头中心和桩中心应力求对正、重合，误差控制在20 mm以内。

3.2.5 冲击钻机就位

冲击钻机平整、稳固地架设在钻孔的一侧的钢栈桥平台上，钻机支承垫木不得压在桩基承台四周的钢板桩围堰之上。为防止施工过程中钻机移位，设置多个木楔子进行限位。

3.2.6 旋挖钻机钻进

钻孔施工过程中，必须如实填写钻孔施工记录，并注意地层变化，若发现地质情况与地勘报告不符，应及时通知监理单位和设计单位，以便做出相应处理。

控制初期钻进速度，在孔深4.0 m以内时不超过2 m/h，以后不超过3 m/h。随时检查钻孔的垂直度和护筒、钻机的位置，防止孔位偏斜。钻进过程中还要注意泥浆高度，缺浆时应及时补浆，防止孔壁坍塌。同时，应确保钻孔连续进行，因故停钻时，应将钻头及钻杆提出至孔外以防埋钻，并注意保持孔内泥浆比重。如发生塌孔等异常情况，应仔细观察，分析并查明原因，及时与监理、设计、地勘等单位取得联系，采取有效措施予以处理。

钻至设计深度时，要与监理工程师在现场共同判断是否停止继续钻进，并准确测定孔深，以此作为终孔标高的依据。

3.2.7 冲击钻机施工

本工程冲击钻机的主要作用为击碎旋挖钻机施工中可能遇到的大漂石，协助旋挖钻机顺利成孔。因此，在冲击钻机施工时应着重控制钻机的冲程，宜用小冲程，防止冲程过大引起孔底振动过大而塌孔，并适当提高泥浆的粘度。同样，因故停钻时，严禁钻锥留在孔内，以防埋钻。

3.2.8 清孔

钻孔的深度、直径、位置和孔形直接关系到成桩质量。为此，除了钻孔过程中密切观测、监督外，在钻孔达到设计要求深度后，应及时对孔深、孔位、孔形、孔径等进行检查。在终孔检查完全符合设计要求时，应立即进行孔底清理，避免隔时过长以致泥浆沉淀，引起钻孔坍塌。

4 结束语

本工程位于青衣江中，桩基施工面临大漂石及地下暗流等不良地质情况，采用冲击钻机与旋挖钻机联合成孔的施工工艺，顺利完成了桩基成孔作业，为后续桩基混凝土浇灌、承台及上部雕塑主体结构施工奠定了基础。桩基混凝土浇灌后，按规范要求进行了承载力和桩身完整性检测，所有基桩均达到了合格及以上标准。本工程冲击钻机与旋挖钻机联合成孔的施工工艺体现了特点：本施工工艺是结合了冲击钻 机成孔与旋挖钻机成孔工艺的优势得到的一种新型施工工艺。利用本施工工艺，成功地在河道中实施了存在大漂石及地下暗流的大直径钻孔灌注桩工程施工，既确保了施工安全，又保证了施工进度和质量，还节省了大量人工和材料，取得了良好的经济效益和社会效益。由于本施工工艺安全可靠，且施工速度快、施工质量好、土层适应性广，并具有良好的经济性，因此可供具有类似地质条件的房屋建筑工程、公路工程、铁路工程等各类钻孔灌注桩基施工时参考与借鉴。