复杂岩层地质冲击成孔质量控制

刘若展 张慧玲

【摘要】本文主要介绍琅岐闽江大桥桩基冲击成孔施工的特点及经验，总结了一套复杂岩层地质冲击钻孔施工组织方法，对高强度、复杂岩层地质冲击钻孔施工工艺及其事故处理等进行了分析总结，以供参考。

【关键词】复杂岩层；冲击；钻孔桩；施工

1、概述

1.1工程概况

琅岐闽江大桥及接线工程Ⅰ合同段主桥边辅墩及引桥桩基桩径为180cm；钻孔桩均按柱桩设计，要求桩底进入微风化岩不小于1.5倍桩径，且沉渣厚度不得大于5cm。

通过方案比选，主桥边辅墩及引桥φ1.8m桩基采用成本较低、破碎高强度岩层效果较好的冲击钻机冲击成孔施工工艺。

1.2水文、气象条件

1.2.1水文条件

场地地下水类型主要为浅部填土中的上层滞水，中部中砂层中的孔隙承压水，以及基底不同风化程度岩层中的孔隙-裂隙承压水。

地下水埋深0.50～3.10米，赋存于基地不同风化程度花岗岩构造系中的岩层空隙-裂隙承压水，各含水层存在直接水力联系，由于风化程度不同，风化孔隙裂隙率和连通性差异较大，总体透水性较弱，富水性也较弱。

1.3地质条件

1.3.1地层地质情况

本区段位于大桥亭江侧陆域，地势较平坦，主要为道路和农田，，地面高程4.66～6.17m。土体层厚度11.3～55.7m，岩体为花岗岩。

土体层主要为：表层为厚1.7～3.1m松散素填土、杂填土，其下主要为流塑状淤泥②2（局部夹薄层卵石②6），淤泥②2层厚9.6～43.3m，N3～N1墩下部为可塑性为主的粉质黏土（③1）厚度为7.4～17.1m、局部有中密的中砂透镜体（③4），厚度为2.2～2.5m。

岩体整体上埋藏较浅，岩面起伏大，风化厚度相差较大。强风化层厚薄不均，厚0.5～8.6m，多为密实砂砾状，底部夹少量碎块状；中风化层整体较薄，一般不超过一米，有些部位缺失；部分强风化岩中夹有1.5～2.0m微风化残余体，微风化面起伏很大，埋深11.8～66.6m，高程-6.51～-60.63m。

由于本段强风化层、中风化层整体厚度薄且不连续，微风化岩埋藏浅，采用端承桩基础，桩端置于微风化基岩中。

1.3.2岩土体设计参数建议值

根据钻探、原位测试和室内土工试验结果，并结合钻进情况和现场野外鉴定，综合确定场地岩土体设计参数建议值如下表所示。

岩土设计参数建议值表

1.3.3不良地质作用

不良地质现象主要为沙土液化。桥址地震设防裂度为7度区，工程场地在埋深20米以内分布有饱和的粉砂、细砂层，为可液化土，场地液化等级为严重。

特殊岩土主要为软土（淤泥、淤泥质土）和风化岩，其中软土分布十分普遍，厚度达50m，水平层理明显，局部呈千层饼状，局部层理面附粉砂，具有高灵敏度和触变性。桩基施工时须特别注意淤泥塑性变形的问题。

2、钻孔施工

2.1钻机选型

根据钻孔桩桩径、桩长及地质条件，选用CK2000型及CK2200型两种冲击钻机配备泥浆净化器等配套机具进行成孔作业。该机为大口径冲击钻机，适用于各种地层，特别是卵、砾石层和坚硬岩层，比其他类型钻机有较高的钻进效率和成孔质量。钻机性能参数见下表。

冲击钻机性能表

2.2冲击成孔

采用冲锤冲击成孔，泥浆沉淀除渣，正循环钻进、清孔施工工艺。开钻前向孔内注入泥浆，以冲击锥小冲程反复冲击造浆。在通过护筒底口及底口以下2～4米时，采用浓泥浆、低冲程，高频率反复冲砸，使孔壁坚实不塌不漏。

①开孔及整个钻进过程中，孔内水位要求保持1.5m～2.0m水头高度，并低于护筒顶面0.3m以防溢出泥浆，掏渣后及时补水。每钻进2m和在地层变化处及时捞取渣样，以便与勘察设计时的地质剖面图进行核对，同时也为泥浆、钻锤及钻进速度的选择提供更为直接的资料。

②在钻孔施工过程中，冲程要根据土层情况而异：在通过坚硬密实岩层或漂石之类的土层中采用中冲程，冲程过高，对孔底振动大，易引起塌孔。在通过高液限黏土、低塑形淤泥土层时，采用高冲程。在易坍塌或流砂地段用小冲程，并提高泥浆的粘度和相对密度。

钻进成孔过程中各类地层中的冲程及泥浆比重选用值见下表。

各类地层钻进中的冲程及泥浆比重选用表

③在通过岩石或漂石，如孔内岩层表面不平整或倾斜，先投入粘土、片石，将表面垫平，再进行冲击钻进，防止发生斜孔、卡钻或掉钻事故。

④钢丝绳的长度要均匀地松放，一般在松软土层每次松绳5cm～8cm，在密实坚硬土层每次松绳3cm～5cm。为正确提升钻锤的冲程，在钢丝绳上采用油漆做出长度标志，防止松绳过少，形成“打空锤”；松绳过多，则会减少冲程，降低钻进速度，严重时使钢丝绳纠缠发生事故。

⑤采取泵吸正循环沉淀除渣，通过粘土造浆悬浮岩屑，再将钻渣循环至孔口，采用筛网将泥浆中的岩屑除去。

⑥在掏渣后或因其它原因停钻，再次开钻时先由低冲程逐渐加大到正常冲程，以免卡钻。

2.3冲击成孔注意事项

1）防渗漏技术措施

若遇岩石破碎，裂隙发育地层，泥浆渗漏的可能性极大，必须采取预防措施，防止孔内水头突然下降导致孔口护筒被水压压坏或引起局部破碎岩塌孔。始终保持护筒内泥浆面高出护筒外水面1.5m以上，一旦发生渗漏，及时采取增大泥浆比重和粘度、回填粘土等措施进行处理。

2）在钻进过程中，发生故障或突然停电，设法尽快将钻头提起，以免埋钻。

3）在钻进过程中，定时检查钻头直径，当冲锤磨损到比原尺寸小2～3cm或刃口磨钝时，及时补焊。

4）冲击钻一般采用正循环清渣，清孔速度慢，清孔效果差，很難达到柱桩沉渣指标要求，需采用泵吸反循环清孔工艺，确保清孔质量。

5）复杂岩层地质冲击钻孔常见事故预防和处理见下表。

复杂岩层地质冲击成孔常见问题、原因和处理方法

3、总结

通过在超厚淤泥层及高强度岩层地质冲击钻孔施工过程控制，总结出一些在该类地层冲击成孔的经验和教训，包括在各种地层钻进的冲程、进尺、泥浆指标过程控制，以及钻进中钻孔倾斜、卡钻和掉钻等钻孔事故预防和处理方法，给以后类似地层冲击钻孔施工提供了经验和参考。