高铁复杂地质条件下百米深孔桩施工综合技术

寇青

摘要：在江西吉安昌赣铁路白圻村特大桥桩基施工时，桥址区覆盖层为圆砾土，岩溶强发育，溶洞多，规模大，相互连通，且存在深长桩基，施工难度极大，施工质量及进度难以得到保障。本项目通过经验总结及施工工艺的创新，针对性地采取了全护筒套管跟进法、混凝土回填反压法施工及深长桩基的全护筒套管跟进+搓管机法等多种施工钻进措施，确保了本项目在复杂地质条件及深长桩基的顺利钻进，具有较强的推广应用价值。

Abstract： During the construction of the pile foundation of Baiqi Village Bridge in Changgan Railway of Ji'an， Jiangxi Province， the cover layer of the bridge site is round gravel soil， with strong karst development， large number of caves， large scale， interconnected and deep pile foundation， so the construction difficulty is large and the construction quality and progress are difficult to secure. Through the experience summary and the innovation of construction technology， the project has adopted the full casing casing follow-up method， the concrete backfill counter-pressure method construction and the deep-tube pile follow-up + pipe-cutting machine method， which ensures the smooth drilling of the project in complex geological conditions and deep and long pile foundations and has strong promotion and application value.

关键词：高铁桥梁;深长孔桩;护筒跟进法;施工技术

Key words： high-speed rail bridge;deep-long hole pile;casing follow-up method;construction technology

中圖分类号：[U24]                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）13-0140-03

0  引言

当桥梁桩基处地层较为稳定时，工程地质条件较好时，采用旋挖钻干钻，或是冲击钻施工，采用泥浆护壁，根据现场情况采用不同比重的泥浆，以与孔桩侧壁的土压力及地下水压力相平衡，以确保桩壁稳定不坍塌。但是，在相当情况下，地质条件非常差，不能采用泥浆护壁或是泥浆护壁也不能使孔壁保持稳定状态，则难以成功浇筑桩基，如果在地质条件差的情况下，深长桩的施工更是难上加难，为解决这一难题，则需要进行桩基钻孔机械设置、施工工艺和方法的改进及创新。

1  工程简介

昌赣铁路白圻村特大桥位于江西省吉安市境内，中心里程为DK233+356.595，桥梁总长度为4659.05m，梁型为24m和32m简支箱梁，共144个墩台位，群桩基础，直径1.25m，桩长基本在50～80m之间，最大设计桩长101-E为99.5m，有14颗桩基钻孔深度超过百米。

桥址区不良地质为岩溶，属浅覆盖型，覆盖层主要为圆砾土。岩溶发育强度分级属强发育，溶洞多，规模大，相互连通。基岩面附近土体黏结强度易受岩溶水破坏，土颗粒亦随地下水搬运而流失，形成土洞，当土洞发育至一定规模时，在机械震动和真空虹吸作用下，容易引发地面塌陷。

2  复杂条件的深孔桩基施工技术

白圻村特大桥桥址处岩溶极为发育，地质条件极其复杂，岩溶柱桩施工难度极大。根据前期施工经验，采用旋挖钻或是冲击钻，过程中塌孔复钻、埋锤卡钻、漏浆塌陷、周边下沉等异常事故时有发生，对成孔成桩质量影响极大，进度无法保证。采用常规的旋挖钻、冲击钻难以完成孔桩的施工，故需对孔桩成孔技术进行改进及创新，方可完成白圻村特大桥复杂地质条件下的深桩施工。

结合以往施工经验，经对类似桩基的成功施工工法进行总结、改进及优化，制定出适合本项目的桩基施工工法。根据地质情况及桩基深度的不同，采用了如下三种施工工艺及方法进行白圻村特大桥桩基的施工，有效地确保了复杂地质条件下百米深桩的顺利进行，达到规范及设计要求的施工质量。

2.1 全套管跟进法

全套管跟进施工工艺与一般的桩基施工方案对比，不同之处在于钻孔过程中，随钻进埋设特制套管，套管起到钢护筒的作用，钻孔是在套管的保护下进行施工的。跟进采用的套管内径较桩径大10cm，壁厚40mm。0～30m左右深的套管跟进采用旋挖钻直接钻进，30～80m左右深的套管跟进采用搓管机辅助跟进。如图1及图2（b）所示。

套管采用旋挖机钻进埋设，套管起拔采用边灌混凝土边用拨管机（超过30m用搓管机）提拔方式施工至灌注完毕 ，优点是成孔有保障，垂直度高，成桩质量可靠，桩形规则，环保，功效高。缺点是施工工序复杂，配合设备多，施工成本高，桩深受限。

2.1.1 施工作业流程

桩心定位→安置钻机→连接驱动器下设护筒→正转取土→反转压土上提→接长护筒→入岩终孔→清碴→检查→移机→下放钢筋笼→浇砼→拔护筒。

全护筒套管跟进法关键工序施工顺序及说明如图1所示。

2.1.2 主要工序施工方法及关键技术

①桩心定位：全站仪定桩心，打下定位桩，置十字线让交点通过中心桩，设置半径确定4颗引桩位置，以便复核桩偏差;

②安置钻机：放线前平整场地，用挖机压实，确保旋挖钻机能平稳工作;表土中孤石含量小而少可用双底截齿钻头对准中心桩后直接开孔，否则应以桩半径画圆，用截齿筒钻开孔;

③下设套管：钻头开孔后下设套管，露出地表高度 500mm左右，第一节套管下好后，接长套管继续钻进，直至钻进有难度时，脱开驱动器，用钻机钻进取土至套管底口，根据地质情况，接长套管后继续下放套管至预设深度;

④钻进取土：钻机再次对中、效核垂直度后正转取土，反转压土后提土至终孔，采用慢进慢提以减少钻头对套管内壁的碰刮。

⑤清孔：根据地勘及设计图纸要求达到嵌岩深度后即可进行成孔质量检查，深度达要求后用清孔钻清孔后终孔;下钢筋笼前再次检查孔底沉碴厚度，端承桩小于50mm，摩擦桩小于200mm，如不能满足要求，重新清孔。

⑥拔套管：浇筑过程中套管底每埋深超过6-7m拔除一节套管，套管埋置不宜太深，用拔管机分节拔出套管，注意砼面下降情况，拔套管时，浇筑砼用的导管须固定好留在套管内，保持居中，以便在拔除套管后及时向孔内补充砼，连续灌注 。

封孔时，套管及混凝土封孔导管要根据混凝土埋深情况进行逐节拔除（套管4m/节，混凝土导管2m/节），为减少护筒壁外遇到较大溶洞造成断桩的风险，导管埋深一般保持在6～10m。封孔时要认真研究地质钻孔资料及钻进记录，遇有可疑非填充溶洞时，要把控好拔管标高，以免混凝土流进溶洞内混凝土导管露出混凝土面形成断桩。

拆套管时，首先要拆除套管顶面的封孔平台，采用吊机副钩提住混凝土灌注导管，然后采用拔管机缓慢顶升拔除套管，待一节套管顶升到位后，吊机主钩提住套管，拆除连接螺栓，将套管吊起。拆除节段的套管吊起1m左右，将活动式的混凝土浇筑平台安装至下节套管顶面用于支撑混凝土导管后，并摘除提住混凝土导管的副钩，最后即可拆除上节套管。

混凝土导管拆除与常规混凝土水下灌注导管拆除方法类似。

2.2 半跟进护筒成孔法

全套管跟进法施工桩基虽然质量好，但具有施工效率低，施工成本高，桩深受限等缺点。为了加快施工进度，对于普通回填土层、砂卵层，密实度差，坍塌、缩孔严重的地层。采用比桩径大100mm钻具钻进，遇塌孔地段采用回填混凝土反压凝固了再钻进至一定深度下全护筒钻进至设计深度，再下钢筋笼，灌注，如图2（a）所示。

2.2.1 施工流程

对于钢护筒下放至桩底时，施工流程为：桩心定位→安置钻机→正转取土→反转压土上提→回灌凝土→再次钻进—终孔→移机→下套管→下放钢筋籠→导管→浇砼→拔护筒。

如果护筒不是沉放至桩底，则在下放钢护筒后再进行孔桩钻进，直至桩底标高。

2.2.2 主要工序施工方法及关键技术

①护筒安装：钢护筒埋设：采用旋挖机配合反压法钻进至所需深度进行埋设，进入强风化层后使护筒口高出地面不小于300mm;

②安置钻机：放线前平整场地，用挖机压实，确保旋挖钻机能平稳工作;表土中孤石含量小而少可用双底截齿钻头对准中心桩后直接开孔，否则应以桩半径画圆，用截齿筒钻开孔;

③钻进取土，塌陷区回填混凝土反压凝固再钻进，反复进行;

④下钢护筒，或者再进行钻进（根据地质情况变动）至所需深度，验孔;

⑤砼浇筑完毕后，用吊车配合振动锤一次性拔钢护筒，如孔深钢护筒太长可分段焊拔。注意砼面下降情况，拔护筒时，及时向孔内补充砼。

2.3 混凝土回填反压法施工

对于回填土层，密实度差，易塌陷，有大块石间隙大，有空洞及溶蚀地层。还选用了混凝土回填反压法施工。其施工关键技术如下：

①用旋挖钻机钻进至塌陷段时回填混凝土，8～12小时再钻进，反复多次进行直至终孔。

②采用一次性多个桩位施工，间段隔开钻进。

③要有足够场地空间。

④成孔要求及时验孔，灌注，不可长时间停放。

3  复杂地质条件下超长桩基施工工艺

40、101、102、114#等墩位岩溶强发育，周边水系复杂，设计桩长均超过95m，最长桩101-E为99.5m，应钻孔深度达102m。

地勘地质描述为0-2.7m回填土;2.7-4.7m粉质粘土;4.7-46.5m细圆砾土;46.5-50.8m粉质粘土;50.8-71.2m溶槽（含砾粉质黏土填充）;71.2-73.6m灰岩;73.6-74.6m溶洞;74.6-75m灰岩;75-76.2m溶洞;76.2-76.5m灰岩;76.5-98.2m溶洞;98.2-柱底灰岩。灰岩硬度达90MPa。

由于地质条件差，为了确保成桩质量，在施工条件允许的情况下，采用全套管跟进法钻设桩基，为满足此设计，联合厂家对SH46A型旋挖钻机进行如下改进：①对钻杆进行定制，以达到施工要求;②对钻机桅杆进行加长，要求达到钻进要求;③对钻机配重进行改进，保护钻杆重心一致。

因桩长及地质条件需要继续跟进钢套管时，因摩擦力太大影响，旋挖钻无法直接钻进钢护筒，需要采用搓管钻机配合进行护筒下放，如图3所示。

搓管钻最深跟管深度为72m，大于72m孔深范围无法跟进，采用旋挖钻直接钻进。70m以下遇到溶洞时，采用抛填粘土、河卵石进行回填挤压密实。

由于地质条件复杂，假如由于其它人力不可控原因造成旋挖钻机无法完成钻进。将采用备用方案：使用冲击钻机打接力，由于上部一定深度内有全护筒不易塌孔，上部钻进速度快，桩形好，垂直度好，可以有助于冲击钻机更好施工。减少漏浆，在冲击钻击施工中，有可能会出现偏孔时，应选择15-30cm的石块回填校正桩孔垂直度。石块太大在回填层中会对旁边已浇注桩产生轻微破坏，因此尽量避免大块石回填。

4  结束语

①施工是要避免大力冲撞套管，特别是套管的接头处不能磕碰。在套管连接销的安卸操作时，须认真清理干净，以避免出现安装困难。

②在驱动套管钻进地层中，如遇到钻进困难时，在采用搓管机前可优先采用旋挖钻斗或是短螺旋钻头在套管内取土。

③套管法施工时，桩基浇筑时间要尽可能的缩短，避免耗时过长导致拔管困难，引起施工质量事故。

参考文献：

[1]黎中银.旋挖钻机与施工技术[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]刘世锋.旋挖钻机在大直径深孔钻孔桩中的应用 [J].山西建筑，2009（12）.

[3]肖瑞冬.砂卵石地层深孔桩基施工质量控制要点浅析[J].科技风，2017（17）.

[4]祝良红，程平阶.金沙江大桥大直径深孔桩基冲击法施工技术[J].市政技术，2012（6）.