复杂地质条件下冲孔灌注桩成孔技术研究

赵 鹏 周 尚 郑雷娟

(中国长江三峡集团公司，湖北 宜昌 443000)

复杂地质条件下冲孔灌注桩成孔技术研究

赵 鹏 周 尚 郑雷娟

(中国长江三峡集团公司，湖北 宜昌 443000)

针对三峡工程弃渣场渣土粒径分布不均匀、持力层起伏较大，临库水位变化大等复杂地质特点，通过对塌孔原因分析和成孔机具选择，采取控制钻进速度、孔口支护、及时封堵渗漏通道等各项合理有效的控制措施，取得了预期目标，满足工程各项技术要求，效果良好。

复杂地质,塌孔,冲孔灌注桩,施工技术

随着我国基础建设的迅猛发展，钢筋混凝土灌注桩作为高铁、桥梁、高层建筑等主要基础形式被广泛应用。然而在应用中也存在不少问题，成桩前期主要表现在复杂地质条件下成孔困难。

本工程桩基在厚度约57 m人工回填渣土区施工，渣土粒径及强度分布极不均匀，且毗邻三峡大坝上游，水库水位年变幅达30 m，桩基施工过程中成孔十分困难。论文通过对地质条件、塌孔原因和成孔技术研究，将为类似地质条件桩基工程提供施工经验。

1 工程概况

本桩基工程位于湖北省宜昌市，规划面积4.5万 m2，建筑面积3.8万 m2，单层框架结构，建筑最大高度21.5 m，为上覆土建筑形式。该工程桩均采用直径1 000 mm冲孔灌注桩，总桩数238根，平均桩长45 m，最大桩长73 m，抗压桩桩端持力层为中风化花岗岩，桩端嵌入倾斜的完整和较完整岩石的全断面深度不宜小于1.0d且不小于1 m，单桩静载试验加载最大值11 000 kN，桩身混凝土强度等级C35。施工期受三峡大坝库区库水位影响，地下水位变幅为高程145 m～175 m。

2 地质条件及塌孔原因分析

2.1 地质条件

勘探深度范围内地基土按其成因和岩性自上而下依次可分为：

1)人工回填层。

该区域人工回填层一般厚15 m～35 m，沿某冲沟处厚达25 m～50 m，最大厚度达56.73 m。人工回填层主要由三峡工程开挖风化砂砾及碎块石杂填而成，以粗砂为主，夹块石。回填层结构稍密～中密状，风化砂一般为中粗砂，碎、块石分布不均一，粒径大小不一，其中碎石粒径2 cm～8 cm，小块石粒径0.2 m～0.6 m，大块石粒径1 m～3 m，中碎、块石总含量23%～34%左右。块石含量及空间分布不均匀，有架空、脱空现象。

2)坡积层。

分布于冲沟及地势低洼地带，厚0.5 m～4 m，局部在6 m以上。岩性为黄褐、灰褐色砾质砂壤土，其中所含砾为棱角状～次棱角状的岩石碎屑物，夹极少量岩质坚硬的碎块石，其含量为5%～10%，块径6 cm～30 cm不等，成分多为灰白色的闪云斜长花岗岩，其次为灰色闪长岩。

受上述地质条件影响，在松散风化砂回填区域，经常出现渗、漏浆现象，在大块石架空区，会出现瞬间漏浆、塌孔及卡钻具现象，成孔难度非常之大。

2.2 塌孔原因分析

通过对成孔过程数据分析，施工过程中突发漏浆、塌孔主要原因如下：

1)人工回填层区域块石无序堆积形成架空区，钻进架空区时发生反复数次孔内突发漏浆现象，尤其在50 m深度以下块石架空区突发漏失泥浆将导致孔壁坍塌失稳和掉石块卡埋钻具。

2)人工回填层与原始地形交界处多为大粒径块料自然滚落堆积，该区域孔隙较大，三峡大坝库区江水可直接渗入。由于孔口高程约187.5 m，水库水位在高程145 m～175 m变动，钻孔到回填区底部与原始地面交界处时，孔内泥浆表面与水库水位形成压力差，导致泥浆瞬间渗漏，若短时间内不能补充泥浆，很快出现塌孔现象，稍有操作不当，钻头将被埋于孔内。

3)人工回填地层因土质松散致使自上而下孔隙无规则贯通，泥浆损耗较大，若泥浆补充不及时，易造成塌孔。

3 成孔技术

3.1 成孔机具选择

回填区花岗岩抗压强度(湿)力学值为40 MPa～90 MPa，选择适宜的钻进设备是成孔的先决条件之一。在钻孔施工过程中选择了宏源系列CZ-6和CZ-9钻机，分别配置55 kW和75 kW动力，施工情况反馈CZ-6钻机在施工超过50 m深度石碴回填区时出现反冲动力不足，设备故障率高等现象，且孔内卡、埋钻头事故处理困难，最终无法成孔。经反复试验和分析，不大于50 m桩长的桩基采用CZ-6钻机进行钻孔，其余桩基采用CZ-9钻机进行钻孔。

钻头的选择决定成孔工效，可以减少泥浆维持孔壁稳定的时间，是成孔的又一先决条件。目前，冲孔灌注桩选用钻具主要为平底钻具和空心管钻钻具两种。平底钻具呈圆锥台形，实心结构，重量较大，韧角较厚，利于破碎较坚硬地层(如火成岩)，水口较小，稳定性较好，钻孔成形质量较好，成孔圆整度较高，孔内事故处理较易。空心管钻钻具一般分为两层冲击韧角，底圈先破碎岩层，第二层韧角修整孔形和进一步破碎岩石，钻具中间空心，利于钻渣排出和泥浆介质冷却冲击韧角。适用一般较稳定地层钻进效率高，钻具长度可延长至4 m～4.5 m，重量最大可加至5 t，钻进成孔较为圆整。

该工程采用上述钻机和钻具联合使用方式，在上部松散的覆盖层施工时，可采用空心管钻钻具钻进，遇大块石回填层换用平底钻具造孔，并适当控制钻孔进尺。成孔工效数据表明：风化砂及碎石覆盖层采用空心管钻工效为8 m/d～12 m/d，平底钻工效为5 m/d～6 m/d；孤石或中风化基岩地层采用空心管钻工效为0.3 m/d～1m/d，平底钻工效为1 m/d～1.6 m/d。由此可见，合理选择钻机和钻具有效的提高了成孔工效，对成孔具有决定意义。

3.2 成孔关键技术

针对上述不利地质条件和塌孔原因分析，除选择适宜的钻机和钻具外，还应做到如下方面才能保证顺利成孔。

1)控制钻进速度。由于风化砂回填区地质构造相对松散，钻进过快会导致不够密实的孔壁垮塌，因此，要严格控制钻孔进尺。在钻进过程中向孔内投放直径约50 mm碎石和粘土掺合物，利用钻具锤击和挤压而形成较为密实和稳固的孔壁，防止孔壁松散而垮塌。松散回填区混合料投放次数以3次/12 h～4次/12 h，2 m3/次为宜。

2)孔口支护。由于地质条件复杂，部分桩基孔口部位为风化砂和块石混合堆积，当瞬间漏浆时易发生孔口坍塌，此时，需将成孔部分用粘土或碎石料回填，支护或加固孔口后重新开孔。因此，为防止漏浆时孔口发生坍塌，需对孔口进行支护或加固。该工程采用下设钢套筒方式进行孔口支护，首先在孔口风化砂和块石混合堆积区采用直径1.2 m空心钻钻孔，其次采用直径1.2 m、壁厚8 mm～10 mm钢套筒进行支护，支护完成后，根据地质条件选用直径1.0 m的相应钻头继续钻孔。

3)及时封堵渗漏通道。由于块石回填区孔隙较大，在高水头泥浆压力下，极易发生泥浆瞬间渗漏。因此，在此区域钻孔时，除向孔内投放碎石和粘土混合物外，还应向孔内投放水泥，使水泥与碎石和粘土的混合物凝结而形成一定强度的粘结体，对钻孔周边较大的孔隙进行回填、固结，在水泥达到终凝时间后方可继续钻孔，以达到封堵渗漏通道的作用。投放混合料及水泥的次数以1次/12 h～2次/12 h、混合料3 m3/次～4 m3/次、水泥0.8 t/次～1.3 t/次为宜。该措施“以漏代灌”，具有很好封堵渗漏通道的作用。

3.3 施工技术效果

根据设计要求，抽取75根桩进行低应变法检测，抽取27根桩进行声波透射法检测，检测结果表明受检桩桩身完整，无缺陷，均为Ⅰ类桩；抽取3根桩进行单桩竖向抗压静载检测，桩长分别为60.8 m,45.0 m,50.6 m，最大沉降量8.1 mm，均满足设计要求。

4 结语

施工实践表明，在三峡大坝上游，受地下水位大变幅影响，在地质条件不均匀的人工回填渣土状况下，进行了合理的设备选型研究，提出了支护和堵漏的方法，施工过程中精细的质量控制，解决了施工过程中塌孔、漏浆等一系列成孔困难等技术难题，达到预期的成孔效果。

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[3] 赵 伟，吴旭君，王召磊,等.旋挖灌注桩在(深圳)沿海地区复杂地层中应用实例[J].岩土工程学报，2013(S2):1196-1199.

[4] 罗守权，刘仁涛.冲击成孔灌注桩施工技术[J].施工技术，2012，41(sup):21-23．

Studyofthekeytechnologyofboredpileconstructionundercomplicatedgeologicalconditions

ZhaoPengZhouShangZhengLeijuan

(ChinaThreeGorgesCorporation,Yichang443000,China)

In view of the complex geological characteristics of the Three Gorges project, such as uneven particle size distribution, large fluctuation of the bearing stratum and large variation of the reservoir water level, through the analysis of the causes of collapse and the selection of drilling machines and tools, various reasonable and effective control measures, such as controlling drilling speed, orifice support and plugging the leakage passage in time, were adopted, and the expected targets were achieved, which meet the technical requirements of the project.

complex geology, collapse hole, punched bored pile, construction technology

1009-6825(2017)23-0079-03

2017-06-07

赵 鹏(1982- )，男，工程师； 周 尚(1986- )，男，工程师； 郑雷娟(1980- )，女，工程师

P642

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