河道内卵砾石及硬岩地质深埋承台桩基快速施工技术

马占飞　郭若男

摘 要：以太行山高速公路邯郸段漳河大桥河道内桩基为例，重点阐述河道内卵砾石及硬岩地质深埋承台桩基快速施工技术。该技术采用大功率旋挖钻机岩石牙轮筒钻头分级钻进和螺旋钻头破坏岩芯相结合的施工方法，不仅达了到稳定孔壁的效果，提高了工程质量，还能使桩成孔更快，节约了大量的时间，为以后河道、河湖范围桩基础或类似地质情况下的各类桩基础施工提供借鉴。

关键词：深埋承台桩；旋挖钻机；桩基础施工

中图分类号：U443.15+9                            文献标识码：A                              文章编号：2096-6903（2023）12-0001-03

1 工程概况

太行山高速公路作为唯一省网项目，列入了京津冀协同发展交通一体化国家专项规划，自北向南贯穿太行山区全境，规划全长680 km。太行山高速邯郸段起于武安市矿山镇上焦寺村西北的邢台、邯郸市界，起点桩号K1+160.773，止于合漳乡邰家口村东的漳河冀豫省界，终点桩号K69+846.18，路线全长68.685 km。

漳河大桥河北段由中国水利水电第十四工程局有限公司负责承建，漳河大桥施工里程左幅K69+490.081～K70+309.081，左幅桥梁全长819.0 m；施工里程右幅K69+410.081～K70+309.081，右幅桥梁全长899.0 m。

漳河大桥在清漳河、浊漳河汇合口下游约200 m处跨越漳河，漳河桥面宽80～200 m，水深2～5 m，河道内地下水位埋深3～8 m，桥址区为卵砾石、中风化砂岩，工程地质条件较为复杂。考虑到河道清理及冲刷等，承台埋深约13 m，河道范围内上部卵砾石覆盖层为6～8 m，下部为中风化石英砂岩，岩石抗压强度约80 MPa。

2 施工工艺原理及特点

目前，国内公路桩基施工方法通常采用螺旋钻孔、正循环回转钻孔、反循环回转钻孔、潜水钻机钻孔、冲抓钻孔、冲击钻孔、旋挖钻机钻孔、人工挖孔等施工方法。考虑地层地质条件复杂，地面以下6.8～8 m为卵砾石层，以下地层为中风化砂岩，中风化砂岩内部含部分石英，适用于岩层地质成孔方法有旋挖钻机钻孔、冲击钻孔和人工挖孔。

根据施工现场水文情况，地表有常年流水，地下水位较高，人工挖孔不适用带水作业，属于国家限制使用工艺，能用于岩层地质成孔方法只有旋挖钻机钻孔、冲击钻孔两种工艺可以使用。由于冲击钻孔需用泥浆量较大，污染环境，不环保，成孔速度慢，适应能力差，且自动化程度低，操作工人劳动强度大。考虑到地质限制和施工工期要求，现场采用旋挖钻机施工。

为了解决河道内卵砾石及硬岩地质桩基施工成孔困难问题，保证桩基施工进度和施工质量，漳河大桥河道内桩基采用了旋挖钻施工。这种桩基成孔形式主要是依靠旋挖钻机强大的扭矩和压力使硬岩破碎[1]，通过旋挖钻机钻头前端截齿子弹头冲击、切削硬岩。

冲击、切削破岩是破碎坚硬岩石的有效方法，主要原理是组成岩石的晶粒软硬不一而导致钻头高低起伏和产生冲击荷载使岩体破碎。破碎岩体通过捞砂斗进行清渣，局部碎块通过泥浆悬浮排出孔外。对局部难以钻进位置采用筒钻开槽后使用螺旋钻破坏岩芯的钻进方式，这种方法可以有效减小钻齿侵入岩石时所需要压力，具体效果与开槽深度和钻齿压入岩石点与开槽的距离有关。当钻齿压入岩石点与开槽的距离过大时，此效应的效果就不明显[2，3]。采用筒钻开槽后螺旋钻破坏岩芯的施工方法一次成孔时，根据经验，螺旋钻中心齿侵入岩石所需压强为孔内边界条件的0.6倍。

3 主要施工方案和施工工艺

河道内上覆卵砾石下，覆中风化硬质砂岩地质桩基成孔，卵砾石层采用捞砂斗钻头进行钻进成孔，全护筒跟进直至嵌入硬岩[4，5]，局部容易塌孔的桩位采用混凝土锁口+埋设嵌岩护筒方法保护孔口。中风化硬质砂岩采用大功率旋挖钻机岩石牙轮筒钻头分级钻进和螺旋钻头破坏岩芯相结合的施工方法，岩石牙轮筒钻分3次成孔。钢筋笼平面定位采用浮球进行轴线偏位控制。

3.1 施工工艺流程

施工过程一般包括：施工准备、测量放样、钢护筒制作安装、钻机就位、牙轮筒钻分级钻进、螺旋钻头破坏岩芯、捞砂斗钻头取渣（钻渣外运）、成孔检测、清孔、沉渣厚度检测、移机、钢筋笼制作吊装、灌注水下混凝土等。

3.2 测量放样

根据现场平面坐标系统，施工前做好导线控制网的布设，所有控制桩点设在施工作业范围之外。控制点保证两个点以上的通视，控制点位置选定后，用GPS经过实测并计算分析确定各控制坐标，高程控制网点经水准仪引测到桥位附近，控制网成果表报监理复核。

桩位放样采用坐标法放样，桩位中心是用木桩及圆钉打入，便于护筒埋设校核工作。根据桩位中心点布设十字护桩，方便护筒埋设检查及施工过程对桩位的检查。护筒埋设完成开孔前对桩位中心坐标再次确认，满足要求后再开始施工。开孔前采用水准仪测设护筒顶面高程及地面高程，计算钻孔深度。

3.3 护筒埋设及钻机就位

根据地质调查确定卵石层深度，确定护筒埋设深度为6～8 m（护筒埋设嵌入岩层）。钢护筒为15 mm厚，內径大于桩径至少200 mm。钢护筒节段高度2～4 m，施工过程中采用现场焊接埋设，钢护筒顶高出地面0.3 m。护筒埋设精度确认无误后，四周分层回填黏土并夯实，对易塌孔桩基增加混凝土锁口。

钢护筒埋设一般采用钻孔埋入方法，通过旋挖钻引孔，全护筒跟进直至穿过卵砾石层并嵌入硬岩。局部无法直接插入的采用插拔机配合施工。

护筒埋设精度确认无误后，四周分层回填黏土并夯实，局部容易塌孔的桩位采用混凝土锁口+埋设嵌岩护筒方法保护孔口，钻机导杆中心线、回旋盘中心线、钢护筒中心线需保持在同一轴线。钢护筒中心与设计桩位中心的偏差不得大于50 mm，钢护筒垂直度偏差不允许大于1%，保证钻机沿着桩位竖直方向顺利钻进。

护筒就位后，通过十字护桩中心挂吊一线锤来检验护筒中心是否与桩中心重合，然后在其外侧开挖缝分层回填沙砾并捣密。

钻机使用前，需要对其主要机具设备进行检查和维修。钻机就位时，保证机械底座和顶端平稳，避免产生位移或沉陷。

3.4 泥浆制备

泥浆造浆材料选用优质膨润土，必要时再掺入适量CMC羧基纤维素或Na2CO3纯碱等外加剂，保证泥浆自始至终达到性能稳定、沉淀极少、护壁效果好和成孔质量高的要求。在钻孔桩施工过程中，对沉淀池中沉渣及浇筑混凝土时溢出的废弃泥浆随时清理，严防泥浆溢流，并用汽车弃运至指定地点倾泄，禁止就地弃渣，污染周围环境。

3.5 钻进成孔

钻进过程中，应保证泥浆面始终不低于护筒底部50 cm，根据地质层情况合理控制钻进速度，避免进尺过快造成坍孔埋钻事故。钻斗的升降速度宜控制在0.75～0.80 m/s，在卵砾石层或岩层中，升降速度应随地质变化调整。泥浆初次注入时，应垂直向桩孔中间进行注浆。

钻孔达到设计深度，且孔深、孔径符合要求后，再进行清孔。钻进过程中，钻头选用捞砂斗钻头、岩石牙轮筒钻头、双锥双旋螺旋钻头，根据地质情况交替使用达到钻孔要求。采用岩石牙轮筒钻、直径1.0 m、1.5 m、1.8 m钻头分级扩孔钻进与螺旋钻头破坏岩芯相结合的方式成孔。

钻孔步骤为：直径1 m牙轮筒式钻头钻孔形成第一个临空面→直径1.5 m牙轮筒式钻头钻孔形成第二个临空面→直径1.8 m牙轮筒式钻头钻孔形成第三个临空面→螺旋钻头破坏岩芯→采用捞砂斗捞取破碎岩石→分级钻进为1 m，钻进循环进行直至成孔。牙轮筒分级钻进如图1所示。

3.6 成孔验收

钻孔完成后，检测桩基的各项指标，待孔深、孔径、孔形、孔位、竖直度检查合格后，方可进行清空，否则需重新进行扫孔。清孔的目的是清除孔底沉渣、控制泥浆相对密度和泥浆中含钻渣量等。浇筑水下混凝土前沉渣厚度不大于30 cm。严禁采用加深钻孔深度方法代替清孔。

清孔需达到以下4点标准：①桩孔深度符合设计要求。②清孔满足设计及施工规范要求。③孔内沉淀厚度不大于设计规定或规范要求。④孔后泥浆相对密度≤1.10，含砂率＜2%，孔底沉淀厚度≤30 cm。

3.7 钢筋笼制作与吊装

钢筋笼在钢筋加工场集中分节制作，现场吊放钢筋笼入孔时对准孔径，保持垂直、轻放、慢放入孔，采用浮球进行钢筋笼轴线偏位控制[6]，在钢筋笼中心位置，利用钢筋笼十字撑栓绳固定浮球位置，通过观测浮球在桩孔的平面位置来确定桩基钢筋笼轴线偏位，如图2所示。导管使用前进行水密承压试验和接头抗拉试验，下设导管时为防止碰撞钢筋笼，导管支撑架用型钢制作，将支撑架支垫在钻孔平台上（中心位置），用于支撑悬吊导管，最后进行水下混凝土灌注。混凝土灌注期间使用起重机吊放拆卸导管。图3为湿作业旋挖钻孔灌注桩施工示意图。

4 施工注意事项

具体有以下5点注意事项：①施工现场护筒埋设后，需要使用全站仪核验护筒中心同桩位中心是否一致。②埋设护筒采用护筒内径上下两端十字交叉法定心，通过两中心点，确保护筒垂直。钻进时要及时测定孔斜，防止孔斜过大。③灌注桩桩长需要严格把控，施工中对包括护筒顶在内的各项高程记录都要准确，正确进行换算。在岩层中钻进时，钻头的起始点要準确无误，并根据不同地质情况进行调整。机具长度丈量要准确，发现错误应及时更正。④截齿子弹头磨损比较严重时要及时更换。现场配置专业焊工，子弹头底座有破损时要及时更换底座。⑤桩底沉渣控制是灌注桩质量控制的重点，泥浆性能指标和孔底淤积厚度应严格按清孔标准执行。

5 结束语

本文以河道内卵砾石及中风化硬质砂岩地质深埋承台桩基施工为背景，对上覆卵砾石下覆盖硬岩地质深埋承台桩基旋挖钻机施工技术进行了阐述。钻机施工采用旋挖钻机岩石牙轮筒钻头分级钻进和螺旋钻头破坏岩芯相结合的施工方法，对护筒埋设及钻机就位、泥浆制作、钻进成孔和成孔验收等环节进行施工控制控制和管理。采用旋挖钻机施工方法，桩基施工成孔效率高、桩基检测均为I类桩，工期质量得到有效保障。

参考文献

[1] 刘娜.北方股份NR2203型旋挖钻机[J].工程机械与维修，2006 （3）：137.

[2] 武恒，王士国，王飞翔.山前古河道地质条件下桩基施工组合工艺应用[J].绿色科技，2021，23（24）：202-205，209.

[3] 杨瀚翔，杨杰，文新华.复杂地层旋挖机钻进成孔施工工艺探析[C].//第二十一届全国桥梁学术会议文集， 2014：747-751.

[4] 孙强，赵大鹏.卵砾石地层条件下的钻孔灌注桩施工[J].建筑技术，2005，36（3）：195-196.

[5] 张盛.大直径全护筒嵌岩式桩基础成孔施工技术[J].工程建设与设计，2021（17）：158-160.

[6] 中交路桥华东工程有限公司，中交路桥建设有限公司.一种深埋桩顶的钢筋笼定位装置：CN202120599512.X[P].2021 -11-02.

收稿日期：2023-08-09

作者简介：马占飞（1981—），男，山西运城人，本科，工程师，研究方向：公路工程技术管理。