复合地层套管咬合桩施工技术研究

郭东生

摘要：针对徐州市鼓楼区区域性地质条件。以徐州市城市轨道交通地铁车站套管咬合桩围护结构施工为背景，通过对九里山站围护结构工程特点、地质特点的综合分析。确定了不同地层套管咬合桩施工技术。总结了套管咬合桩在土岩结合位置防止管涌的相关措施。

关键词：成孔 土岩结合 管涌 垂直度

引言

基于徐州市城市轨道交通九里山站地质水文条件特点，围护结构套管咬合桩需在杂填土、淤泥质黏土、黏土、全风化泥岩、中风化灰岩高水位地层中成孔，这对成孔的效率提出更高的要求。采用传统的冲抓取土的成孔方套管咬合桩在式难以满足入岩部分的成孔要求，为保证顺利完成九里山站咬合桩围护结构施工任务，解决咬合桩在复合高水位地层成孔问题，对复合地层套管咬合桩施工技术进行研究并为以后咬合桩施工提供经验。

一、工程概况

九里山车站基坑长206m，围护结构采用φ1000@800（750）的套管咬合桩（一荤一素）+内支撑体系；桩长为23.79m～20.31m。

二、地质水文特点分析

咬合桩施工地层分布主要为填筑土、淤泥质黏土、5-3-4层黏土夹砂礓、全风化泥岩、中风化灰岩。混合水位埋深约1.10～3.60m，其中于5-3-4层黏土夹砂礓层中赋存弱承压水，渗透系数为K=2.02m，d（2.33×10t-3cm/s）且水文補给较为及时；灰岩溶洞和裂隙中赋存基岩裂隙水，12-5N-3层承压水位渗透系数为K=0.333m，d（3.8×10-4cm/s）；12-5H-3层承压水渗透系数为K=3.430m，d（3.97×10-3cm/s）。匹配不同地层成孔钻具组合、土岩结合地层中预防管涌及成孔垂直度控制为本工程关键技术。

三、匹配不同地层成孔钻具组合关键技术

（一）钻机的选择

结合本项目地层特点选用捷程MZ-2型摇动式全套管钻机+旋挖钻完成本标段生产任务。

（二）主机（磨桩机）（1]配备

主机是整套机组中的工作机，由机架、提升油缸、锁定油缸、摇动油缸、调节油缸及定位油缸等组成。

（三）成孔设备配备

1.杂填土层、黏土层采用锤式抓斗。锤式抓斗的作用和工作过程是：当套管压入土中，抓斗程打开状态，卷扬筒突然放松，抓斗以（自由落体）方式向套筒内冲入切土；此后闭合抓斗片，提起抓斗移出孔位；打开抓斗片弃土。

2.土岩结合段及入岩部分采用旋挖桩成孔，其钻头的选配如下：

临近土岩结合层面的5-3-4黏土层粘度较大不易卸土，所以采用两瓣斗取土可提高钻进速率；完全钻进至土岩结合面后卸除两瓣斗，采用适用含水量较高的砂土层、淤泥质粘土、致密粘土、砂砾石层、卵砾石层、贝壳层、铁板砂、高强度冻土、强～中风化岩层等硬地层和复杂地层的双底双开门截齿钻斗，采用此型钻斗完成土岩结合层及全风化泥岩层的钻进成孔施工；进入中风化灰岩后采用牙轮钻筒套取岩石或形成自由面，牙轮取芯钻头主要用于硬岩钻进，且钻取的环状面积大，还可在钻头部分加装反循环钻进，提高钻进效率。

四、土岩结合地层中预防管涌关键技术

（一）成因分析

因本工程中5-3-4地层中夹少量钙质结合及砂礓内含承压水，并属于弱透水地层所以在A（荤）桩入岩成孔过程中，由于岩面起伏不能与套管底口无缝衔接，因此B（素）桩砼受承压水作用可能由A桩套管与土岩结合面处涌入A（荤）桩孔内发生管涌。

由于土岩结合层软硬不均所以下压套管至土岩结合层时可能会导致套管偏斜，因而导致孔位垂直度超过允许值。

（二）预防管涌关键技术

1.A（荤）型桩成孔临近土岩结合面时降低冲抓斗提升高度减小对套管内土体的冲击，以此减弱对两侧B（素）型桩混凝土的扰动。

2.施工过程中向A（荤）桩套管内注入一定量的泥浆，反压平衡B（素）桩砼的压力，防止管涌的发生。

3.强力下压套管加大套管入岩深度，缩短套管穿越土岩结合面时间。

五、结论

本文以徐州市九里山站为工程背景，对套管咬合桩在复合地层成孔设备及土岩结合层预防管涌措施展开研究，分析得到以下结论：

1.针对九里山地层特点采用履带吊锤式冲抓斗配合旋挖钻变换钻头型号成孔有效提高成孔效率，降低设备闲置率。

2.确定土岩结合层为“管涌”事故、以上措施可有效减少“管涌”发生概率，保证成桩质量。