深厚淤泥质土钻孔灌注桩成孔工艺比选

赖永青

(英德市地方公路管理站， 广东 清远 513000)

深厚淤泥质土钻孔灌注桩成孔工艺比选

赖永青

(英德市地方公路管理站， 广东 清远 513000)

介绍了银英公路英德大蓝至清新县交界段扩建工程一期桥梁工程钻孔灌注桩在深厚淤泥地质土层成孔施工技术，综合考虑了各种成孔工艺的施工工效、施工质量、施工成本及施工工作面需求，通过比选分析，为类似工程提供参考。

钻孔灌注桩； 淤泥地质； 成孔工艺; 比选分析

钻孔灌注桩的施工效果主要取决于其成孔效果。随着钻孔灌注桩技术在土建工程中的大范围应用，其成孔工艺日趋成熟并呈多样性，在不同施工环境下选择合适的成孔工艺，这样有利于达到预期的施工效果。特别是遇到深厚淤泥地质时，桩基塌孔非常普遍，扩孔系数偏高，如何降低类似现象带来的风险则成为重点考虑的问题。

1 工程概况

S253线银英公路英德大蓝至清新县交界段扩建工程(以下简称银英公路)，双向四车道二级公路技术标准，设计时速60 km/h，共有大桥9177 m/21座，其中一期桥梁工程共5座，项目位于粤北英德市辖区北江沿岸及周边支流与北江交汇区，沿线原始地貌单元为在大的丘陵地貌基础上发育多种小的地貌类型：如河口小平原地貌、河谷地貌、冲洪地貌、侵蚀 — 溶蚀地貌等。沿线两侧原为水田、耕地、鱼塘、水产养殖场地等，线路跨越翁江、小北江、铁溪河、鸡坑河等多条支流，受飞来峡水利枢纽工程截流后河床水位升高，线路周边田地均被大面积淹没，桥址淤泥及淤泥质土层厚度较大，根据地质钻探资料显示，淤泥厚度平均在8～13 m范围，在场区分布较连续，呈流塑性，承载力极低，工程性质差。

一期桥梁工程共有5座，其中菠罗坑大桥、大樟大桥、铁溪大桥、鸡坑大桥共4座桥梁采用钻孔灌注桩施工工艺，桩长为19～29.5 m，桩径为1.2 m。见表1。

表1 钻孔灌注桩及淤泥参数统计表 m

由于银英公路为英德市连接粤北和珠三角地区水泥货运重型车辆的必经之路，扩建工程需边施工边维护通车，受重型货车通行和项目工期影响，施工工期相当紧迫，钻孔灌注桩平均每天须完成6～8根桩。

2 成孔工艺选择

从上述概况看，本工程钻孔灌注桩施工主要面临三大难题： ①淤泥质土层厚度大，地质软弱不均，成孔难度大； ②工期紧凑，施工效率要求高； ③施工工作面有限，统筹安排要求合理。根据以上三点，本工程的成孔工艺选择优先考虑成孔速度，重点考虑开孔工作面，全力保障开孔成功率。

根据试桩情况和既有资源，针对各桥的实际情况，采用了多种成孔工艺，其中菠罗坑大桥、大樟大桥采用了旋挖钻机成孔及冲击钻机成孔2种方式，铁溪大桥采用了回旋钻机及冲击钻机2种成孔方式，鸡坑大桥采用了冲击钻机成孔方式。见表2。

表2 几座桥梁成孔方式比选条件

2.1 旋挖钻机成孔

旋挖钻机成孔原理是通过桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入底部带有活门的钻斗内，然后再由钻机提升装置和伸缩钻杆将钻斗提出孔外卸土，循环往复该工作，直至设计深度。

旋挖钻机对不同地质成孔适应性较强，成孔速度很快，灵活性较好，自动化程度高，桩身外观漂亮，但旋挖钻机成孔孔身抗扰动能力差，塌孔几率高，开孔废弃岩土及浆液较多，对场地要求较高。在软弱土层中，受旋挖桩机自身重量影响，一定深度范围内土层受到挤压，软弱土层从受力点往薄弱点流动，造成桩身倾斜。

菠罗坑大桥施工过程中，由于工期紧迫，该段钻孔灌注桩基本采用旋挖钻机成孔。桩基平均长度为23 m，成孔钻进所需时间平均为1.5～2 h。根据前期试桩情况看，桩基开孔至8～12 m左右开始出现塌孔、严重缩颈现象，即使调大泥浆比重而效果并不理想，该难题在采用18 m长度钢护筒护壁才得以解决。大樟大桥施工情况与其相似，采用24 m护筒跟进至粘土层后才顺利成孔。两个桥梁成孔过程中埋设钢护筒所占用时间较多，埋设时间与钻进时间基本持平。旋挖钻机工作辐射半径达15 m，同时废弃泥土、浆液清理须及时清理，为后续施工提供工作面。

2.2 冲击钻机成孔

冲击钻机成孔原理是利用卷扬机提升一定重量的冲击钻头，然后突然放松致使钻头在重力作用下垂直下落，冲击荷载使土体往周边挤密或破碎岩层形成桩孔。

冲击钻机对不同地质成孔适应性很强，桩机轻便，操作简单，孔身抗扰动能力强，对护筒要求低，但冲击钻冲在软弱土层中冲进速度相对较慢，扩孔系数高，经常出现“鼓肚子”现象。

菠罗坑大桥、大樟大桥及铁溪大桥钻孔灌注桩施工过程中，均采用了冲击钻机成孔，成孔时间较长，23 m桩基成孔所需时间平均为36 h，成孔过程中没有发生塌孔现象。桩机摆放对场地条件要求低，不需要对基面进行硬化处理，占用工作面较少，可同时摆放多台桩机。从基坑开挖后成桩效果看，整体垂直度较好，鼓包现象较为突出，桩间间距较宽，相邻桩错位明显。

2.3 回旋钻机成孔

回旋钻机工作原理是由钻机回旋装置带动有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤成孔。回转钻机用于泥浆护壁成孔的灌注桩，成孔方式为旋转成孔。

回转钻机靠钻头旋转形成圆形孔壁，护壁效果好，在淤泥中成孔效果好，钻机轻便，施工过程中噪音小，无振动，造价较低，但回旋钻机成孔时间较长，效率较低。

铁溪大桥采用了回旋钻机成孔，23 m桩基成孔所需时间平均为24 h，成孔过程中没有发生塌孔现象。该桥东南侧为黎溪镇一地产楼盘，场地极其有限，为此采取了比冲击钻机更加轻简的回旋钻机，多台一起施工，既经济可行，又保证了施工进度。

3 方案优缺点分析

根据一期桥梁工程桩基实践情况，综合分析深厚淤泥中钻孔灌注桩采用旋挖桩机、冲击钻机及回旋钻机成孔时，在施工工效、成桩质量、施工成本及工作面需求方面的不同。

3.1 施工功效

从场地平整开始计算，各种成孔工艺施工工序时间表见表3。

从表中可以看出: 单根23 m钻孔灌注桩采取旋挖钻机、冲击钻机及回旋钻机施工时，所用时间分别是11.5、44及32 h。旋挖钻机对场地条件要求偏高，护筒埋设时间较长，钻进非常快，而冲击钻机在淤泥中成孔时间较长，回旋钻机比冲击钻机稍快。

3.2 施工质量

3种成孔工艺施工质量见表4。

表3 成孔工艺施工时间节点对比表

表4 各种成孔工艺施工质量对比表

在深厚淤泥中施工时，就施工质量而言，旋挖钻机在全护筒跟进的情况下，施工质量较为理想，冲击钻机扩孔系数较大，回旋钻机外观质量偏低。

3.3 施工成本

根据现场实际施工情况，以一个月为周期，各种成孔工艺成本统计如表5。

表5 各种成孔工艺施工成本对比表

从单台桩机每个月成桩情况分析，旋挖钻机、冲击钻机及回旋钻机单根桩资源投入分别为2.5万元、3.5万元及2.7万元。就经济性而言，总体方面旋挖钻机与回旋钻机成本较接近，相对费用较低，冲击钻机费用最高。旋挖钻机本身租赁费用较高，每天成桩数量较少的情况下，其优势相对回旋钻机而言并不明显。回旋钻机及冲击钻机由于成孔时间较长，总体成本中电费所占比例较高。冲击钻机成孔由于扩孔系数较大，混凝土费用居高这一缺点明显。

3.4 施工作业面需求

从作业面需求的角度看，3种成孔工艺见表6。

表6 各种成孔工艺施工作业面需求比较表

4 实施效果及小结

银英公路一期桥梁工程施工工期紧张，工作面窄狭，深厚淤泥地质条件突出，综合考虑各种成孔工艺的施工工效、施工质量、施工成本及施工工作面需求，旋挖钻机为主，回旋钻机、冲击钻机为辅成为最佳实施方案。旋挖钻机虽然成孔速度快，但受深厚淤泥地质影响，需要采用全护筒跟进，施工资源投入较大。但为确保工期，选择了冲击钻机、回旋钻机作为辅助措施，在有限工作面内同一时间段投入多台设备，既保证了施工工期，又节约了施工成本。

在主要地层为淤泥、粘土条件下，同时灌注桩桩长较短，为了保障开孔效率，可以采用护筒穿透淤泥地质1～2 m，选用旋挖钻机成孔。采用旋挖钻机工艺时，每天成桩至少3根以上其优势才比较明显。冲击钻机在淤泥地层中扩孔系数较大，可利用全护筒跟进淤泥层以降低混凝土用量；多台冲击钻机同时冲进，可有效降低吊车及挖掘机平摊至单根桩成本。

当浅层存在块石且经翻挖不能完全清除时，可用冲击钻机冲透块石层，再换旋挖钻机或回旋钻机钻进，可有效提高成孔速度。桩长较长时，回旋钻机和旋挖钻机稳定性及成孔效率明显下降，桩基垂直度难以保障，该情况下采用冲击钻机成孔则较为理想。遇到施工工作面较狭小或者工作面承载力较低的情况下，可选用回旋钻机、冲击钻机或回旋钻机与冲击钻机相结合方式成孔，通过增加桩机数量保证成桩效率。

5 结束语

由于每个工程都有其普遍性及其特殊性，钻孔灌注桩成孔工艺的选择往往需要系统考虑工期、质量、成本及其施工环境等多种因素方能求得最优方案。本文通过介绍银英公路一期桥梁工程所使用的3种成孔工艺的施工特点及现场实施情况，并对其施工工效、施工质量、施工成本和施工工作面需求进行了对比总结，可为后续类似工程提供一定的参考。

[1] JTG/T F50 — 2011,公路桥涵施工技术规范[S].

2017-04-20

赖永青(1977-)，男，工程师，主要从事公路与桥梁、隧道工程建设、施工、养护、管理工作。

1008-844X(2017)02-0244-04

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