十字冲击钻成孔施工技术

唐建波

摘 要：以石棉大岗山水电站右高线I标永久大桥桩基础施工为实例，阐述桥梁冲击钻孔施工方法和施工技术，并详尽介绍了施工中遇到的问题及处理对策。

关键词：十字冲击钻；成孔；施工技术

一、工程概况

永久大桥为主垮（60.5+110+60.5）m连续刚构桥，主墩为1#、2#墩，基础为高承台桩基础，孔桩数量均为6根，桩径为φ2000mm，桩长分别为59.5m、49.5m；0#、3#台基础各由4根、桩径为φ1500mm桩基组成，桩长分别为40m、30m。0#、1#、2#孔桩位于大渡河河道中，常水位时水深3～6m，采取围堰筑岛架设钻机平台施工。

二、地质条件

施钻区域内基岩主要为灰绿色显晶质辉绿岩、灰白粗粒花岗岩，覆盖层为α1Q砂卵砾石层8Fg1Q砾碎石夹砂粉土层、γ2块砾碎石夹砂粉土层，厚度约为30～40m。

三、施工方案及其实施

（一）围堰施工及筑岛方案选择。筑岛顶面标高控制为950m，采用沙卵石填筑，外层用大卵石护脚。施工步骤：测量放出筑岛边线及填筑位置，一边填，一边碾压；填筑分层施工至水面标高以上一米左右。测量订出各墩孔桩位置，进行钻孔桩施工。该方案的优点是： （1）围堰施工完成后开始筑岛，可有效杜绝筑岛内土污染河流，可就地取材，施工工艺简单方便。（2）孔桩基础以及墩身结构的各个施工均在陆地上操作，施工面开阔，施工难度低。（3）所有作业都在陆地上，清理河道非常方便。当然本方案也有缺点就是河床会被变窄，对河床的冲刷可能加大。

（二）钻孔及桩基成型。（1）护筒的制作与埋置：因桩基处有较厚的卵石层，且其承载力较小，初期钻孔时容易造成塌孔，决定采用5mm厚钢护筒对桩孔进行支护。护筒长度根据桩位下的实际地质层情况及现场施工情况确定。①钢护筒的制作：为增加护筒刚度防止变形，钢护筒采用5mm厚钢板卷制作而成，护筒内径为2.40cm，长度为1.5m。②护筒的埋置：在埋置护筒之前，测量先定出桩中心的位置，用挖掘机开挖孔位，然后吊装护筒到位。护筒埋设要竖直、定位准确其平面位置偏差不大于5厘米，倾斜度不大于5‰。（2）泥浆制作：泥浆的性能指标见下表：

设置泥浆池，泥浆池设置在墩位附近，以便泥浆循环。泥浆池的设置以泥浆的流动路径长、沉碴池大为原则。粘土总的备料数量主要由河床下的土质情况决定，考虑到本桥位处河床以下部分既有砂质层，又有卵石层，粘土的总的备料量考虑为钻孔体积的110%～120%。为了增强泥浆的胶体悬浮能力，可在泥浆中掺人适量的锯末和水泥，粘土和水泥的配和比取l ：0.3，掺入10%的锯末。（3）施工的技术要点。由于岩层标高变化起伏较大，裂隙较发肓，容易引成偏钻或坍孔，所以应及时回填片石，使用低速短距冲程反复冲砸，使孔底形成一个相对稳定的平台后，再转为正常冲击施工。在通过裂隙的填充层时，采用泥浆护壁，以确保孔内水头的高度，向孔内投入泥土及片石，使用低速短距冲程将回填的泥块及片石挤入洞壁空隙，以达到加固孔壁目的。（4）施工机具。采用十字冲击钻机，主机的功率为75千瓦，附机功率为22千瓦，正转及反转36米/分，频率每分钟7次，冲锤重9.5吨。（5）钻孔。先安放道木和钢轨，然后吊装钻机就位，中心偏差控制在2cm以内。钻机在安装到位后，底座和顶端应安置平衡稳定，以免在施工中发生位移，将钻机底盘调成水平状态，钻机顶部起吊的滑轮缘、轮盘重心和孔桩中心均需在同一条竖直线上，其最大容许偏差≯2cm，开机试钻，小心使钻头中心对准桩中心，试转数圈，监控钻杆垂直度，满足要求后，正式开钻，钻进过程中，随时检测钻杆倾斜度，保证小于1‰。① 钻孔作业分班连续进行，经常对钻孔泥浆进行试验，不符合要求时，随时改正，注意土层变化，捞取渣样，判明岩层，并记入记录表，以便与地质剖面图核对。② 开钻时，先启动泥浆泵和转盘，待泥浆进入钻孔一定数量后，方进行钻进，先用低钻速，低钻压慢钻进，当钻头完全进入地层后，方进行正常钻进速度，防止坍孔、斜孔。③ 在钻孔的过程中，应始终采用减压的方式钻进，钻机的主吊钩应始终承受部分钻机的重量，使钻杆始终处于受拉的状态下工作，钻头压力最大值不大于钻机减去浮力后总重量的80%，以避免斜孔、弯孔及扩孔情况发生。④ 在钻进的过程中，应采取有效的措施以确保钻机轨道稳定牢固，位置准确无误，避免钻机因振动发生移位，确保钻孔不偏离孔位。（6）清孔。清孔前进行终孔检查，检查内容包括孔深，孔径和孔位。（7）钻孔桩质量验收标准。

（三）方案优劣评价。本方案的优点：可对河床保持稳定，防止孔壁发生坍塌，成孔概率高，操作面大。本方案的缺点：不易控制孔装位置，而且一旦发生偏位后不易纠正，机具投入造价较高。

四、钻孔过程中的常见施工事故防治

（1）漏浆、塌孔。岩层表面的溶孔、裂缝互相贯通，再与地下水形成暗流通过透水性较强的砾砂层、卵石层渗流、反复冲刷，使得泥浆不断流失。当钻机钻头冲穿没有填充物或仅有少量的填充物的溶洞顶面时，泥浆不断流失，孔内水头不断急速下降，孔壁的外部地下水渗透压力过高便产生动压力，引起孔壁发生坍塌。操作人员应仔细核对地质勘察资料，认真检查孔内外水位变化以及泥浆稠度，每日加大碴样观察，一旦发现异常情况及时处理。以漏浆的程度不断填入泥块、片石及水泥混合物，每次的填入高度不低于1～3m，直到稳定为止。若漏浆的速度过快，则迅速集中填入大量粘土、片石和成袋水泥。（2）歪钻。歪钻情况通常发生于岩面起伏较大的地层中，其主要原因为孔中在同一水平面中存在有强度不一的岩层。通过查看钻头上的钢绳情况和测量孔底不同深度，来判断是否出现歪钻情况。当出现歪钻时，可不断回填大于基岩强度的块石及片石在0.5米以上，反复冲钻，直到能正常钻进，为防止歪钻可在钻进倾斜岩面时，使用短冲程，不断回填大于基岩强度的块石及片石，反复冲砸，直到将岩层面冲平，当进入岩层面深度达到1米以上时，方可正常钻进作业。（3）埋钻。沉渣埋钻：产生沉渣埋钻的主要原因是钻头长时间停留在孔底不动，若确实不能避免，比如停电或机械故障等情况发生时，应不停向孔底注水，让孔内的泥浆和水的混合物继续循环以确保钻头不被埋住。若沉渣埋钻情况不算严重，可不停地将钻头一提一松，逐渐松动钻头，直至拔出。也可采用泥浆泵逐步将沉渣层层清除，再用钻机慢慢提拉，若仍没能拔出，可使用微量爆破，先查明四个刃脚的大概位置，在刃脚处放入少量炸药和电雷管，爆破后将刃脚区域的沉渣震松散，再用钻机将钻头慢慢提出孔底。塌孔埋钻：为预防塌孔埋钻的发生，必须防止塌孔。若发生塌孔埋钻时，关键必须保住主钢绳不至断裂，使主钢绳上端露于地面以上。塌孔后，首先检查护筒是否倾斜及偏位，应将护筒拨正或拔出后重新安设护筒。（4）卡钻。卡钻一般发生在软弱地层的缩孔而导致卡钻，还有就是在较硬的岩层中因钻头不垂直或钻头卡入较硬的岩石中而产生卡钻，一般通过不断地上下来回提动钻头即可消除。采用爆破和“反冲法”相结合的方法处理。为预防卡钻发生，在快要进入岩层时，对钻头应进行彻底检查，对损坏部位必须修复完整方可使用。（5）脱钻。脱钻事故一般多由钢绳断裂引起的。故需经常检查钢绳的损坏情况，及时更换已损坏的钢绳。一旦发生钻头不能提起来时，不得强行提拉，先分析原因，制定相应措施。安装在钻头上的保险绳必须牢固可靠。