填石路基桩基冲击钻成孔技术研究

杨昭庆 中交一公局第三工程有限公司

1 引言

在山区修建高速公路，高填方路基接桥台较为常见，而此类填方路基一般具有较大纵坡，填方体容易在由高到低方向形成侧向压力甚至产生滑移现象。为保证桥台稳定性，减少填方体对桥台桩基的推力和剪切作用，往往需要在路基回填到一定高度并稳定后施作桥台桩基，嵌岩桩需要穿透回填层进入基岩。在填石路基上施工桥台桩基时，如何采取有效的技术措施提高冲击钻成孔效率，减少塌孔、漏浆等处理费用意义非凡。

2 工程概况

某山区高速公路设计有高填方路基接桥台，如图1所示。桩基设计长度38m，其中上部14m位于填石路基内。地层由上至下依次为7m厚碎石土层（采用袖阀管注水泥浆加固），10m厚卵石土层，4m厚强风化泥岩，底端进入中风化泥岩。

路基填料主要为隧道洞渣，以志留系中上统韩家店群泥岩为主，局部含中风化灰岩，其泥岩单轴天然极限抗压强度为7.7MPa～13.4MPa，呈青灰色，泥质结构，层状构造。洞渣大块状较少，堆放于自然环境中风化速度极快，7～15天即呈劈裂状和发生崩解。填料如图1所示。

该段路基填筑前，挖除表土并对上部碎石土层采用袖阀管注水泥浆加固地层。路基分层填筑，每填高6m采取强夯补强，保障路基压实质量。路基填筑至桥台桩顶高度静置3个月，沉降观测稳定后再进行桩基施工。

图1

3 桩基成孔施工方案

该桥台桩基位于填石路基上，深度38m，地层复杂。可采用全护筒旋挖钻、人工挖孔、冲击钻成孔。由于该类型桥台桩基共10根，且位于偏远山区，交通不便，大型设备进出场成本过高，全护筒旋挖钻不具备经济优势，且下部中风化泥岩旋挖钻成孔困难。而桩基深度达38m，上部14m填石路基孔隙较多，自稳能力差，开孔后发生塌孔后果不堪设想。因此采用冲击钻进行桩基成孔。

4 桩基成孔不利因素

该桥台桩基采用冲击钻成孔时，控制不当容易产生塌孔、漏浆等现象。其影响因素包括。

4.1 路基结构稳定性

由于填料主要为块状和碎屑状强风化泥岩，自身不具备粘结性；路基压实和强夯补强将大块石渣压碎，由于粘结性差和空隙较多，路基成型后依然是松散结构，一旦成孔过程中形成临空面，容易产生渗漏点，漏浆导致孔壁失去泥浆静压力的作用产生坍塌。

4.2 护壁泥浆性能指标

泥浆的比重和粘度直接影响护壁效果。如果泥浆比重过大、粘度偏高，钻头冲击力减弱导致成孔效率低；如果泥浆比重过小、粘度偏低，护壁泥皮容易冲散或脱落，极易导致塌孔和漏浆。

4.3 护筒埋设深度

路基填筑和压实达到一定深度后，填料重力和嵌挤作用形成自稳能力，根据填料性质和冲击力不同，深度在3～7米之间，能够抵抗钻头冲击震动和扰动。采用常规工艺埋设护筒需对成型路基进行反开挖，埋设深度过深，开挖深度和范围大，增加工作量。埋深过浅，桩基开孔后冲程过高形成较大震动，路基自稳能力不足以抵抗钻头震动和扰动，容易产生塌孔。

5 桩基成孔技术措施

为探究路基结构稳定性、泥浆性能指标和护筒埋设深度对填石路基冲击钻成孔的影响，对这三个因素的作用效果进行对比分析。

5.1 填石路基结构稳定性

采用以强风化泥岩为主的洞渣进行路基填筑，分层填筑厚度30cm，每填高6m进行强夯补强。由于填料粘结性能差、孔隙较多，在桩基成孔临空面容易产生塌孔和漏浆，在相邻桥墩同类型桩基施工时设置一组注浆加固的对比措施，两根桩基长度均为30m，桩径2m，填石路基厚度10m。路基填筑过程中，在距桩顶6m深度内，沿桩基外沿2m范围内灌入稀水泥砂浆，每延米灌浆0.5m3。桩基成孔数据见表1。

表1

采取灌水泥砂浆增强桩基四周整体稳定性后，成孔速度在填石路基段较快，对防止塌孔和漏浆效果良好。桩基数量不多时相对于全护筒旋挖钻成孔具有一定经济优势。

5.2 护壁泥浆性能指标

泥浆护壁作用是冲击钻成孔的关键，通过施工试验桩研究泥浆比重对成孔的影响。选2根填石路基上的桩基，填石路基厚度10m。桩基开孔泥浆比重分别为1.4、1.3，以及先期施工注浆加固桩基进行数据分析。以钻进11m即穿透填石范围进入已注浆加固的碎石土层为统计节点。桩基成孔数据见表2。

表2

通过调整泥浆比重对应的桩基成孔数据显示，填石路基冲击钻成孔开孔泥浆比重宜控制在1.35左右，过高桩基成孔效率偏低，过低容易造成塌孔和漏浆。

5.3 护筒埋设深度

护筒埋设深度影响填石路基冲击钻成孔。埋设深度超4m开挖量巨大，护筒埋设、纠偏和拔出较难实现。埋设深度小于2m时，塌孔风险增高，护筒稳定性不够容易偏斜。护筒埋设深度宜控制在2.5m～3m，方便施工，桩基开孔时低锤密击，可减少护筒对成孔的影响。

5.4 桩基成孔控制效果

通过施工试验桩和对相关参数的分析比选，初步确定填石路基桥台施工参数。在确保路基压实质量的前提下对桩基外围适当加固，护筒埋设深度设置为3m，开孔泥浆比重1.35，填石深度范围内递减1.28，进行填石路基成孔施工。通过分析已施工的两根桥台桩基成孔数据，填石路基14m范围内平均耗时76h，漏浆量4.8m3，仅发生1次约1.5m3的塌孔。成孔过程控制效果较好。

5.5 塌孔漏浆防治措施

5.5.1 塌孔防治

群桩务必跳孔施工，成孔过程中随时关注泥浆液面的变化，如果出现泥浆液面突然升高，浆液大量溢出后随即降低，很可能已经塌孔。此时应立即将钻头提起，向孔内抛填小石块和粘土块，直至高出推断或实测塌孔位置以上1m～2m，静置10min后反复冲击使其形成护壁。

5.5.2 漏浆防治

护筒埋设过程中，上下孔口应选用粘结性较好的黄泥进行填塞。开孔时低锤密击，避免冲击震动和钻头扰动破坏护壁泥皮，及时投入粘土，泥浆没过钻头再加大冲程。加强成孔过程中垂直度的检测，发现偏斜立即停钻，回填厚度约20cm块石低锤快击找平孔底，然后正常钻进。

6 结语

通过分析影响填石路基上桩基冲击钻成孔因素，结合路基填料性质，提出采用稀水泥砂浆加固桩基上部、适当加大开孔泥浆比重和粘度、常规护筒埋设的填石路基桩基成孔技术。经实际应用，成孔速度、成孔质量得到提高，有效降低塌孔、漏浆的风险，在偏远山区高速公路建设时具有经济优势和借鉴意义。