浅谈冲击钻围堰引孔施工

刘云林 蔡亚春

摘要：本文结合实际工程案例，重点阐述冲击钻引孔措施在拉森钢板围堰施工中的一些施工经验。冲击钻引孔具有很好的钻孔性能，对较硬的地层都可以有效的进行钻孔作业，且效率十分的高，适用于硬度较高的岩层、风化的岩层以及各种硬脆的地质环境中。

Abstract： In this paper， combined with practical engineering cases， we will focus on the construction experience of lasing steel plate cofferdams with impact drilling and hole-introduction measures. The impact drilling hole has good drilling performance， and it can effectively perform drilling operations for harder formations， and the efficiency is very high. It is suitable for high hardness rock formations， weathered rock formations， and various hard and brittle geological environment.

关键词：冲击钻引孔；围堰；施工

Key words： impact drill holing；cofferdam；construction

中圖分类号：TU753.62 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）26-0157-02

1 项目概况

永州市城南大桥是永州市第一座大型斜拉桥，结构形式为三塔单索面矮塔斜拉桥，全长1183.56m，设计车速50km/h，为双向六车道，城市1级主干道。分为主桥工程、引桥工程、匝道桥工程、匝道道路工程。施工区域湘江宽530m，主桥位于湘江内，采用70m+2*120m+70m斜拉桥结构。设计承台115个，其中5#-11#承台位于水中，5-7#采用套箱围堰，8-10#承台采用拉森钢板桩围堰，11#承台采用锁扣钢板桩围堰。经实地拉森钢板桩插打试验，钢板桩难以在微风化粉砂质泥岩插打至设计标高。城南大桥项目水中钢栈桥的桥面标高为102.80m，9#承台底标高87.00m，设计引孔直径1200mm，相邻两个引孔的重叠区域为200mm，引孔深度为平台标高以下21.00m至标高81.80m。

根据岩土工程勘察报告9#承台地质情况如下：

孔深91.50-86.70m为卵石： 杂色，松散，饱和，为取砂弃卵堆积而成。

粉砂质泥岩：紫红色，薄一中厚层状，钙泥质胶结，零星见方解石细脉及钙质结核，沿方解石细脉细脉见轻微的溶蚀迹象，岩石日晒后开裂明显，在干湿交替作用下极易崩解，间夹薄层状泥质粉砂岩；孔深86.70-85.80m为全风化岩，岩质软，岩芯呈土柱状；孔深85.80-75.00m为强风化岩，岩石较破碎一较完整，岩质软，岩芯多呈短柱状、碎块状；孔深75.00-70.95m为中风化岩，岩体较完整，岩质软，岩芯多呈短柱状、碎块状；孔深70.95-59.15m为微风化岩，岩体较完整，局部较破碎，岩质软，岩芯呈柱状及薄饼状及少量碎块状。

2 冲击钻引孔施工工艺

近年来，随着经济的发展，基础建设中桥梁工程越来越多。而在桥梁建设中常常会使用到水中承台围堰施工工艺，但在硬度较高的岩层及复杂地质条件下存在钢板桩插打的难题。这时就需要采用桩基引孔技术措施来处理。

冲击钻引孔，即在拉森钢板桩施工前在桩位原位进行冲击钻孔施工孔至设计标高，引孔的孔径根据围堰的尺寸及拉森钢板桩的型号确定（引孔的直径过大不利于后续注浆止水，过小影响拉森钢板桩的施工）。引孔为防止发生塌孔、串孔设置Ⅰ序孔和Ⅱ序孔，先施工Ⅰ序孔和再施工Ⅱ序孔，Ⅰ序孔和Ⅱ序孔相互咬合。

注：9#墩钢围堰采用拉森IV型钢板桩（SP-IV型），钢板桩长度15.32m。围堰平面尺寸为28.336m*17.16m，钢板桩顶标高设为98.0m，钢板桩底标高为81.80m入承台底部5.20m孔直径1200mm，为方便施工采用Ⅰ序和Ⅱ序法施工。

冲击钻引孔施工流程如下：

测量放点→埋设护筒→铺设工作平台→安装钻机并定位→钻进成孔→检查成孔质量→回填黄土→拔出护筒→检查质量

施工要求及质量控制：

①采用冲击钻引孔施工时候，其桩位是由护筒的孔位置决定的。在施工前做好护筒的定位工作，护筒的平面偏差不大于20mm，倾斜度不大于1%。

②在成孔后用检孔器对孔径、孔深进行检查；用钢丝绳吊钻头测其倾斜度，具体办法是在孔口沿孔直径方向设一标尺，标尺中点与桩孔中心吻合，量出钻头中心到标尺中点的距离H，将钻头慢慢放入孔底，待钢丝绳静止不动后，读得钢丝绳在标尺上得偏距e，根据e/H求得倾斜度，小于1%者合格。检查合格后才可下一步施工，并做好记录。

③引孔经验收合格后，如引孔过程中未出现漏浆和垮孔，马上进行清孔作业，待泥浆比重降至1.05左右回填黄土至卵石层标高，拔出护筒进行下一个护筒施工，如引孔过程中未出现漏浆和垮孔，则马上回填黄土至卵石层标高，48小时后再拔护筒。

④严格控制引孔的深度，做好施工深度控制标志，严禁超深。

⑤Ⅱ序孔施工时，采用重锤加焊新牙施工，控制落锤的速度，注意孔斜的变化，严防窜孔。

⑥发现引孔倾斜马上修正。

⑦预埋护筒至最大深度。

3 常见问题浅析

3.1 引孔倾斜

引孔斜率过大是引孔很常见的问题，斜率过大会造成钢板桩插打困难甚至无法合拢，后期止水难度加大、对围堰的结构强度也产生不利的影响。

引孔倾斜的原因有以下几点：

①孔底土质不均，岩土层强度相差较大；②岩层面呈倾斜状分布；③土层中夹有大的孤石或其它硬物等情形均会造成钻孔偏斜；④成孔过程中桩锤遇到土洞，打空锤引起偏孔；⑤所用桩锤偏心大或掉齿；⑥桩机安装就位稳定性差，冲桩机架在施工中逐渐倾斜或枕木失衡，使桩锤中心偏离孔位；⑦护筒倾斜。

斜孔的处理措施：

在冲击钻引孔施工作业中，操作人员为了提高进尺，在冲孔过程中不管实际地质情况如何，都采用大冲程，这样就容易造成桩孔偏斜。若发生引孔偏斜，应及时采取有效的纠偏措施。根据城南大桥9#墩围堰引孔处理经验，总结出冲击钻引孔斜孔的一般处理措施如下：

①在地质条件复杂情况下进行冲孔桩施工时，开始时宜采用低锤间断冲击法，进入不均匀地层、倾斜状岩层或遇到孤石时，则宜采用高锤冲击；②发现桩孔偏斜超过规范要求时，及时向桩孔内回填块石和粘土块至偏孔位置以上至少0.5m，保持冲斗的作业面强度均匀，然后采用低锤密冲，反复校正，直到将偏孔校正好；③由于城南大橋9#墩引孔直径较小，对于斜孔位置较深，纠编困难的引孔，改用1400mm直径的较大直径桩锤进行纠偏，经实际施工检验处理效果非常好；④纠编前应修复已损坏的桩锤，补焊好桩锤齿头。

3.2 引孔漏浆

本工程引孔漏浆的主要存在于卵石层，要解决漏浆应提高泥浆的黏度，降低失水量与封堵卵石间缝隙相结合，降低引孔护筒内的水位与护筒外地表水水位的水头差。在本项目在实际施工中采取了以下几种方法：

①引孔施工前采用黄土造浆，根据施工经验，泥浆性能指标防为：泥浆比重1.20-1.25g/cm，黏度20-50s。因受工程特性限制，如出现漏浆情况立即回填黄土，回填黄土中不能夹杂块石。②如果单独某个引孔漏浆频繁，可设置水面泥浆箱，在引孔旁水面位置搭设二次平台，把泥浆箱放置到水面平台上，这样可以使引孔护筒内泥浆的水头与河面保持较少的水头差，如此可以有效避免引孔反复漏浆的情况。③引孔出现漏浆在回填黄土的过程中添加P.O 42.5水泥2包。④漏浆反复处理无效果时，孔内的泥浆浓度过高在施工进度进度变得缓慢可以，采取捞渣桶工艺施工。捞渣桶由800mm钢管桩改制长约1500mm，其底部设置一个活动合门，上部设置一个提环。捞渣桶的尺寸的选择需根据引孔的直径和钻机副卷扬机的功率，捞渣桶使用优先考虑吊车配合使用。捞渣桶施工对于漏浆引处理非常有效，使用过程需要专人指挥。

3.3 事故处理

在本项目中主要针对掉锤采用的硬钩打捞和软钩打捞这两种方法的一些施工经验和大家分享一下。

软钩打捞是在主钢丝绳上接上一个特制具有一定强度的铁钩，钩子根据现场的要求可以快速焊接制作，软钩由三个小钩呈120°夹角分布于同一平面或者不同平面。在出现掉锤事故时，首先需要控制泥浆的浓度、清渣，防止锤子被埋，接下来判断锤子的位置和状态（锤子是否倾倒或者翻转）。做好以上两步后马上用软钩进行打捞。软钩下到锤子位置后安排一个经验丰富的机长在孔口摆动钢丝绳使钩子能够有机会钩住锤子的保护绳，此过程需要多次尝试调整钢丝绳摆动的方向。使用钻机提升事故锤子要慢慢提升，以防锤子卡死拉翻钻机。

当软钩不能处理孔内掉锤或者沉渣太多造成锤体被埋，这时候需要硬钩来处理。硬钩有两种，第一种是在直径200mm长3000m铁柱上加焊一个铁钩，把硬钩接在钻机的钢丝绳，利用铁柱的重力作用使钩子能够到达被埋锤子位置，此种方法应注意下钩的角度，以防将锤头保护绳破坏。第二种是准备150mm钻杆2500-3000mm一个标准节，采用法兰接，在第一节钻干上焊接一个铁钩，在吊车的配合下将钻干用法兰法连接，在钻杆本身的重力及上部的压力作用下使铁钩能达到锤体位置，在钻杆的尾部焊接钢筋，工人能借助钢筋钻动钻杆调整钩子的方向。此方法操作起来十分繁琐还需要吊车的配合，但对于埋锤的处理十分有效。

4 结束语

在桥梁建设过程中，为解决钢板桩难以插入岩层的问题，在钢板桩插打以前采取引孔工艺，运用冲击钻引孔技术可以成功解决在硬度较高的岩层及复杂地质条件下钢板桩插打的难题，提供了可以借鉴的施工经验。

参考文献：

[1]李成伟.拉森钢板桩围堰施工中引孔技术的应用[J].铁道建筑技术，2014（s1）：35-37.

[2]王世双，黄宇.深水裸岩钢板桩围堰引孔施工技术[J].施工技术，2017（s1）：918-921.