深水嵌岩桩冲击钻施工技术

钱华伟

(中交二航局福州分公司，福建福州 350011)

深水嵌岩桩冲击钻施工技术

钱华伟

(中交二航局福州分公司，福建福州 350011)

针对深水桩基施工中回旋钻在卵石层中容易发生卡管、在淤泥层容易发生塌孔等问题，以某跨江大桥深水桩基冲击钻施工为例，对其施工工艺进行了介绍。结合工程所处的水文、气象、地质等环境条件，明确冲击钻施工的特点及难点，给出详细的施工方案和工艺流程，并重点对钻孔施工的步骤进行描述，最后分析了钻孔功效。实践证明:冲击钻有效地克服了回旋钻施工中的问题，可为类似深水嵌岩桩冲击钻施工提供可借鉴的经验。

深水;嵌岩桩;冲击钻;施工技术

0 引 言

随着中国经济的快速发展，城市间的距离不断缩短，跨江跨河的公路桥梁越来越多，在这些工程中，水深一般比较大。为了确保施工安全，使基础施工方便易行，减少施工干扰，降低工程成本，一般采用取钻孔灌注进行桩基施工。采用回旋钻钻孔，在卵石层中易发生卡管，在淤泥层易发生塌孔，针对这些问题，本文结合工程实例介绍深水嵌岩桩冲击钻施工技术。

1 工程概况

某跨江大桥桩基础分为端承桩和摩擦桩2类，端承桩桩底进入微风化岩层且不小于3倍桩基直径;采用2.2 m桩236根、1．8 m桩26根，其中摩擦桩48根，端承桩214根;单桩长度为65～80 m;桩基永久钢护筒和施工钢护筒总质量8872.35 t;全桥桩基钢筋笼总质量约为6734 t，声测管总长59568 m;桩基采用 C35水下混凝土，设计方量为 68626.4m3。桩基构造见图 1、2。

图1 大桥主墩桩基

图2 副墩桩基

本河段处于径流和潮流的过渡段，既受径流的作用，又受潮流的影响。该大桥桥址处设计水位见表1。

表1 大桥设计水位

桥址区域处于中亚热带，气温北低南高，多年平均气温为17℃～21℃;流域内年平均降雨量为1710 mm，变幅在1200～2200 mm之间;桥址附近的风向以东南为主，其次为北风及西北风，风力一般为5～6级，在6～9月份受太平洋台风的影响，风力可达9～12级。

桥位区河床底面地势起伏较大，第四系地层主要为冲积形成的砂土;从现场钻探揭露的地层来看

2 施工难点

影响桩基施工质量的因素较多，本工程有以下难点。

(1)6～9月桥址附近受台风以及气候的影响，桩基混凝土浇注出现问题，对桩基施工进度有一定的影响。

(2)主桥基础施工长度最长达到90 m，端承桩要求桩底进入微风化岩层深度不小于6 m，施工难度大、风险高，对钻机的性能及钻孔操作提出了很高的要求。

(3)钻孔过程中影响较大的有淤泥层、卵石层以及孤石层，发生漏浆、坍孔几率较大，成孔风险较高。

(4)高潮位与低潮位水位落差达到5 m左右，在钻孔施工过程中极易发生塌孔。

3 桩基施工方案

由于当地卵石层和淤泥层较厚，回旋钻施工在卵石层容易发生卡管、在淤泥层容易发生塌孔等［1］，且设计要求嵌岩深度不小于6 m，回旋钻进入岩层进度较慢，并且护壁效果不好［2］，所以采用冲击钻成孔，二次清孔采用气举反循环［3-4］。

主墩配置钻机14台，副墩配置钻机15台，分3轮施工完成。第 1 轮施工墩号为 1#、2#、3#、4#、14#、15#、16#，第 2 轮施工墩号为 7#、8#、9#、10#、12#、13#、17#，第 3 轮施工墩号为 5#、6#、0#、11#、18#。跨江大桥桩基施工顺序见图3。

按照年龄分层研究发现男性冠心病患者的FH检出率随年龄增加有逐渐减低的趋势(χ2=25.69，P<0.01)。见表3。

图3 大桥桩基总体施工顺序

3．1 主墩桩基施工

2个主墩同时开始施工，钻机按“同时作业、隔孔开钻”原则进行布设［5-6］，单个主墩的28根桩布设7台钻机，分4轮完成钻孔施工，桩基按照1～28进行编号，具体钻孔顺序见图4。

图4 大桥主墩桩基钻孔顺序

3．2 副墩桩基施工

南、北岸副墩桩基按4个作业面同时开始施工，每个墩布设3台钻机，4轮完成钻孔施工，桩基按照1～12进行编号，具体钻孔顺序见图5。

图5 大桥副墩桩基钻孔顺序

钻孔灌注桩施工工艺流程［7］见图6。

4 设备选择

根据地质情况，主桥桩基均选用CK2200型冲

图6 钻孔灌注桩施工工艺流程

击钻进行成孔作业，钻机性能参数见表2，主要配套机具见表3。

表2 CK2200冲击钻机性能

5 钻孔施工步骤

(1)钻机通过履带吊吊装就位，钻锤中心与桩位中心位置偏差不得大于2 cm。钻进过程中钻进时间超过4 h或怀疑钻机有歪斜时，均要进行基座检测和调平，保证钻机在钻进过程中不产生位移或沉陷［8-9］。

表3 单台钻机主要配套机具

(2)钻机就位后要对钻机钻架进行调整，以保证钻架吊点中心与孔位中心在同一铅垂线上，开动卷扬机，检查卷扬机及导向滑轮系统是否正常。

(3)采用冲锤冲击成孔，泥浆沉淀池沉淀除渣，正循环钻进配合气举反循环清孔施工［10］。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 m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［11］。钻进成孔过程各类地层中的冲程及泥浆比重选用值［12-13］见表 4。

表4 各类地层钻进中的冲程及泥浆比重选用值

(4)根据工程地质勘察报告及现场渣样判断桩基是否全断面进入持力岩层，并通知设计代表及监理人员现场确认岩层标高。当钻头钻至设计标高、桩基全断面嵌入持力岩层的深度达到设计要求后，停止钻孔，捞取渣样，待监理、地质、设计、施工各方代表现场确认后方可进行下步施工［14-15］。

(5)当钻机成孔后，先用测绳进行孔深检查，检查前测绳必须经过钢尺校核，然后利用孔径检测仪进行孔径和孔垂直度检查［16-17］。成孔后对孔的质量进行自行检测，要求桩孔径不小于设计孔径，倾斜度不大于1%。

(6)清孔采用气举反循环工艺，所需设备为12 m3空压机、风管、ZX250泥浆净化器、振动筛。首次清孔在终孔检查后迅速进行，清孔后的泥浆指标见表5。钢筋笼和混凝土浇注导管安装下放完毕后，测定孔底沉渣和孔内泥浆指标，如超过规范及设计要求则进行第2次清孔。

表5 清孔后孔内泥浆指标

6 钻孔桩施工控制措施

控制护筒内钻进时基本处于制浆阶段，可将打碎的黏土直接投入护筒内，使用冲击锤冲击制浆，待黏土已冲搅成泥浆时，即可进行钻孔。护筒内钻进宜采用50 cm小冲程，直至穿过护筒底口1 m后逐步进入正常钻进施工。在通过高液限黏土、含砂低液限黏土层时，采用75 cm冲程冲击钻进。

当遇有流沙现象或较厚的松散砂层时，应按2∶1的比例向孔内投入黏土和粒径不超过15 cm的片石，并用锥钻头以50 cm的小冲程反复冲击，使黏土、片石挤入孔壁，此过程可以反复进行，力求孔壁稳定。

在通过坚硬密实的卵石层或基岩的岩层时，始终保持孔内充满泥浆悬浮钻渣，采用l00 cm高冲程冲击钻进。

钻头的钢丝绳与钢护筒中心位置偏差不大于2 cm，升降钻头时要平稳，不得碰撞护壁和孔壁。

每钻进1～2 m应检查钻孔直径和竖直度，在地层变化处捞取渣样并标识，与现场地质勘测队伍所出具的地质剖面图核对，根据实际地层变化采用相应的钻进方式。

深测管在每一节焊接完后，要向孔内灌水，如果灌水含泥量超过1%，则需经过较长时间的沉淀，故施工时用来灌深测管的水要经过净化处理后才能使用，以达到预防探测管底部堵塞、超声波检测不到位等问题的目的。

7 钻孔桩工效分析

对该跨径大桥钻孔桩施工原始记录进行整理、分析，按照地层对统计样本大于10个的地层进行工效汇总，结果见表6。

8 结语

本文以某跨江大桥深水嵌岩桩冲击钻施工为例，对冲击钻施工工艺进行了介绍，并对施工控制措施进行了总结，对施工工效进行了分析，为类似深水嵌岩桩冲击钻施工提供了可借鉴的经验。

表6 各地层钻进工效汇总

［1］ 单慧川．复杂地层冲击钻和反循环回旋钻桩基成孔工艺比较［J］．筑路机械与施工机械化，2014，31(9):86-89．

［2］ 左明福．公路桥梁深水桩基础施工［J］．土工基础，1999(2):1-5．

［3］ 张文庆．气举反循环钻进工艺选用原则及建议［J］．西部探矿工程，2014，26(2):46-48．

［4］ 倪 俊，原海霞．气举反循环清渣方法的应用［J］．探矿工程:岩土钻掘工程，2000(6):28-30．

［5］ 王 彦，苗 权，唐建林．超长、大口径、密集型钻孔灌注桩施工—哈尔滨松花江斜拉桥9#墩基础钻孔桩施工［J］．黑龙江交通科技，2003，26(9):6-7．

［6］ 柏万禄，韩洪亮．钻孔桩水下混凝土灌注工艺流程的比较［J］．煤炭科学技术，1997(7):32-35．

［7］ 祝靖华．桥梁深水桩基础钻孔灌注桩施工技术分析［J］．科技与企业，2014(15):274．

［8］ 刘刚亮，王中文．虎门大桥辅航道桥大直径深水桩基施工工艺［J］．桥梁建设，1998(4):38-40．

［9］ 刘忠友，王振红．冲击钻在斜孔嵌岩钻孔中的开发利用［J］．水运工程，2007(12):131-134．

［10］ 徐月松．冲击钻进工艺在复杂地层钻孔桩施工中的若干技术问题［J］．探矿工程:岩土钻掘工程，2001(2):10-11．

［11］ 胡建国．冲击钻嵌岩灌注桩沉渣厚度测量方法［J］．西部探矿工程，2003，15(3):130．

［12］ 张發杰．桥梁钻孔灌注桩孔径与倾斜度现场检测新方法［J］．山西建筑，2009，35(17):281-282．

［13］ 胡朝彬，王宝勋，罗冬华，等．钻孔灌注桩成孔质量检测技术开发应用研究［J］．探矿工程:岩土钻掘工程，2014(8):46-49．

［14］ 唐顶峰，刘学青，杨大伟．水中桩基础冲击钻施工清孔工艺研讨［J］．湖南交通科技，2017，43(1):141-144．

［15］ 李南平，邵海悦．松散卵石地层钻孔中冲击钻的应用［J］．筑路机械与施工机械化，1990，7(6):15-16．

［16］ 高玉良，谷诗洋，张萧牧．冲击钻进钻孔灌注桩卡钻、埋钻事故处理方法［J］．西部探矿工程，2012，24(8):43．

［17］ 肖光军．藏木水电站尾水渠防冲墙施工工艺及施工效果分析［J］．低碳世界，2015(1):77-78．

Construction Technology for Deepwater Socketed Piles with Hammer Drill

QIAN Hua-wei
(Fuzhou Branch Office of CCCC Second Harbor Engineering Co．，Ltd．，Fuzhou 350011，Fujian，China)

Given that the rotary drill is prone to be stuck in the pebble bed and the holes are easy to collapse in the mud and other problems occur during the construction of deepwater pile foundation，by taking the construction of the deepwater pile foundation of a cross-river bridge as an example，the construction technology of hammer drill was introduced．Combined with the hydrological，meteorological and geological conditions of the project，the characteristics and difficulties of the construction with hammer drill were pointed out．The detailed construction scheme and the process were put forward．The steps of the drilling construction were described．Finally，the drilling effect was evaluated．Practice has proved that the hammer drill effectively overcomes the problems emerging in the construction of deepwater socketed piles with the rotary drill，which can provide a reference for similar projects．

deepwater;socketed pile;hammer drill;construction technology

U443．15

B

1000-033X(2017)09-0093-05

2017-02-19

钱华伟(1969-)，男，江苏宜兴人，高级工程师，研究方向为路桥施工。

［责任编辑:杜卫华］