旋挖钻湿法施工扩孔系数影响因素分析

黄娇

摘要：桩基旋挖钻孔施工广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等基础工程。文章结合在建的田阳县东江一桥、东江二桥工程项目实例，论述了在不稳定地质情况下影响旋挖钻孔湿法施工桩基扩孔系数的三个主要因素：地质成分、土压力（与桩长、钻孔深度有关）、泥浆材料及稠度。

关键词：桩基;旋挖钻湿法施工;扩孔系数;影响因素

Pile foundation rotary drilling construction is widely used in municipal construction，highway bridges，highrise buildings and other foundation projects.Based on the project example of Dongjiang No.1 Bridge and Dongjiang No.2 Bridge engineering under construction in Tianyang County，this article discusses three main factors affecting the pile foundation reaming coefficient of wet rotary drilling method construction under the unstable geological conditions： geological composition，earth pressure （related to pile length and drilling depth），mud material and consistency.

Pile foundation;Wet rotary drilling construction;Reaming coefficient;Influencing factors

0 引言

扩孔系数，指灌注桩施工时混凝土浇筑实际体积与理论体积（即按设计桩径计算的体积）的比值。不同桩径计算出的扩孔系数不同。在一根桩灌注混凝土的施工过程中记录混凝土的消耗量并及时测量对应混凝土顶面标高，即可反算出桩身从下到上各浇筑段的扩孔系数。

在正常的施工工艺及操作情况下，为便于钻孔机械钻孔施工并保证桩基质量，施工时一般将桩基孔口护筒直径增大20～40 cm，因此一般成孔桩径会增大5～10 cm。

在不稳定地质情况下，除去桩径大小及成孔直径扩大误差外，影响旋挖钻孔湿法施工桩基扩孔系数的因素主要还有地质成分、土压力、泥浆材料及稠度控制。地质越不稳定（如泥质粉砂岩、节理裂隙砂岩），土压力越大（即桩越长、钻孔越深），泥浆材料不好及稠度控制不合理（达不到护壁效果），越容易塌孔，则扩孔系数越大。

本文以广西路建工程集团[JP1]有限公司施工在建项目田阳县东江一桥、东江二桥工程的桩基施工为实例，对以上三个因素进行详细分析。

1 工程简要介绍

田阳县东江一桥、东江二桥工程于2018-06-21正式开工。该项目桥梁桩基设计为钻孔灌注摩擦桩，施工单位结合进度等方面原因综合考虑后拟采用先进、高效、适用性强的旋挖钻成孔工艺施工。东江一桥、东江二桥均跨越右江，地下水位较高。根据地质详细勘察报告，桥区地层主要为新近堆积的素填土、耕土及第四系晚更新统河流冲洪积形成的粉质黏土、粉土、圆砾，下伏基岩为泥质粉砂岩（局部为节理裂隙砂岩）与泥岩。粉土层局部夹粉砂，圆砾层透水性强，泥质粉砂岩泡水易软化，部分桩位存在节理裂隙砂岩，为易塌地层。即该项目桩基地质为不稳定地质，桩基钻孔过程质量控制尤为重要，因此拟采用湿法施工。

该项目地质存在圆砾层，圆砾层位于原地面以下12 m以内厚10 m左右，所有桩基均需穿过圆砾层。虽采用湿法施工，但泥浆稠度再大也护不住纯卵石层，因此项目采用加长钢护筒直至穿透圆砾层，以减少施工中质量事故发生的风险。

2 三个扩孔系数影响因素分析

2.1 地质成分

根据地层性质不同扩孔系数会有所不同，经验范围为1.0～1.3;一般土质可为1.1;软土可为1.2～1.3，应≥1;卵漂石较大，一般为1.1～1.2;黏土层、粉土层、砂层较小，一般在1.1左右。在保证设计桩长与桩径的情况下，扩孔系数控制越合理，混凝土浪费越少，经济效益也就越高。淤泥质黏土、粉砂、细砂、砾砂等为软弱地质，受河流水位影响，在钻孔桩施工时极易产生缩径、塌孔等质量事故。

该项目地质成分由上至下为素填土、粉质黏土、粉土、圆砾、泥质粉砂岩（局部为节理裂隙砂岩）和泥岩，因使用了钢护筒穿透圆砾层，故不考虑圆砾层以上地质对桩身扩孔的影响。而泥质粉砂岩泡水易软化，节理裂隙砂岩为易塌地层，影响桩身扩孔。从已完成的桩基浇筑混凝土记录统计来看，在泥质粉砂巖层及节理裂隙砂岩处扩孔率较大。主要表现为在成孔、清孔过程中该处桩身塌孔、漏浆，从而使泥浆护壁达不到效果。

因此桩位地质成分越不稳定越易塌孔，是导致扩孔系数增大的主要原因之一。

2.2 土压力

桩基钻孔施工过程中，孔壁会受到径向土压力的作用，钻进越深该径向土压力越大，在不稳定地质情况下孔壁越容易失稳坍塌。因此，在不稳定地质情况下旋挖钻孔干法施工受桩长及钻孔深度的限制，而湿法可以解决这一难题。旋挖钻孔湿法施工由于利用了泥浆护壁，在孔内设置有一定高度的水头，能形成对孔壁的静水压力，加之孔壁土的抗剪强度和抵抗径向土压力的环形作用，可使孔壁在钻孔施工中保持稳定而不坍塌。

该项目东江一桥、东江二桥的主墩桩长均达55 m以上，再加之采用筑岛施工平台方案增加了空桩部分，累计钻孔深度达68 m以上。因此该主墩桩基旋挖钻孔属深长桩钻孔施工，根据土的力学特性，越钻到下面土压力越大。从已完成的一桥主墩桩基各浇筑段混凝土记录统计来看，主墩桩基孔底处扩孔系数增大率略大于不稳定地层，即其对扩孔系数的影响程度与不稳定地层的影响相当。

因此桩越长、钻孔越深，孔底土压力越大，孔底越易失稳坍塌，会加大整根桩基的扩孔系数。可见土压力也是影响扩孔系数的主要因素之一。

2.3 泥浆材料及稠度

旋挖钻孔施工，一般在地下水位相对较低地段多采用干钻施工，但在特殊地层及地下水位相对较高地段需要泥浆护壁。静态泥浆旋挖钻孔施工是通过旋挖钻机的液压系统及自重给筒式钻头施加压力，钻头在负载条件下通过钻杆的旋挖使其旋挖钻孔，当筒式钻头盛满钻渣后，钻杆收缩，将筒式钻头提出孔外，打开钻头底部封盖清除钻头内的钻渣。同时用泥浆泵向孔内注入泥浆，在孔壁快速形成一层薄膜以减小失水率，保持孔内水头高度。

该项目尽管采用钢护筒穿透过圆砾层，但下伏泥质粉砂岩泡水易软化，局部为节理裂隙砂岩，仍为易塌地层，因此采用湿钻施工。泥浆在该项目旋挖钻孔施工过程中的作用有：（1）浮悬钻渣;（2）冷却钻头;（3）润滑钻具;（4）增大静水压力;（5）在孔壁形成泥皮，隔断孔内外渗流，防止塌孔。泥浆的性能对钻孔过程中孔壁的稳定性有着重要作用，采用优质的泥浆材料，控制合适的泥浆浓度，能够有效防止塌孔，降低桩身扩孔。

该项目第一次使用的造浆材料泥岩含量大，造浆能力差，黏度小，经检测泥浆黏度为17 s，远小于方案要求用于钻孔施工的泥浆黏度22～30 s，且泥浆静置沉淀速度快，泥浆质量不满足方案要求，泥浆性能差不能有效护壁。后经过现场重新调查、试验比对改用造浆能力强、黏度大且含砂率小的黏土或膨润土，造浆试验制造出的泥浆各项指标满足目标要求。

泥浆稠度偏稀会使护壁泥皮偏薄，达不到护壁效果。为达到快速清渣的效果，泥浆稠度又不能太大。泥浆稠度的控制指标有泥浆相对密度和黏度，分别用比重计和黏度仪检测。项目经过现场地质钻孔试验，确定了该类地质最佳泥浆控制标准。在施工过程中，从泥浆制备到整个成孔过程中加强对泥浆稠度指标进行随时检测监控，确保泥浆相对密度为1.20～1.40、黏度为22～30、胶体率≥95%。经该项目工程实践证明，合理控制泥浆稠度能有效降低桩基扩孔系数。

3 结语

为控制不稳定地质情况下旋挖钻孔湿法施工桩基扩孔系数，需结合桩位实际地质成分及钻孔深度，提前做好试验桩，采用优质泥浆材料，确定好最佳泥浆稠度，对后续该类地层桩基质量及混凝土损耗扩孔系数的控制能起到非常重要的指导性作用。

参考文献：

[1]解 鹏.软弱地质层桩基旋挖钻机钻孔施工工法[J].科技创新与应用，2014（17）：26-27.

[2]全国一级建造师执业资格考试用书编写委员会.全国一级建造师执业资格考试用书（2017年版）——公路工程管理与实务[M].北京：中国建筑工业出版社，2017.

[3]闵成辉.旋挖钻机钻孔灌注桩的孔壁稳定分析[J/OL].城市建设理论研究（电子版），2014（24）：633.

[4]翁国协.浅谈冲击钻孔灌注樁扩孔的影响因素[J/OL].工程科技，2011（27）.