钻孔桩在较坚硬地层中的预成孔法施工技术

赵怀亮

(中铁十九局集团有限公司，北京 100176)

当用旋挖钻机在较坚硬的地层中施工时功效会大大降低，使用冲击钻机成孔不但施工进度慢、劳动强度大，而且污染环境。在赤峰至京沈高铁喀左站铁路工程跨油库专用线特大桥等几座大桥钻孔桩基施工中，在较坚硬的地层中采用了“预成孔法”使用旋挖钻机进行施工，使旋挖桩的施工速度大大提高，有效地解决了旋挖钻机在较坚硬地层中不能施工的难题。

1 工程概况

新建赤峰至京沈高铁喀左站铁路正线为双线客运专线，设计速度目标值采用250 km/h，铺设无缝线路，有碴轨道。跨油库专用线特大桥位于内蒙古自治区境内，全长1 183.81 m，线间距为4.6 m，本桥中心里程为DK58+795.18，起始里程DK58+203.27，终止里程DK59+387.08。桥梁采用钻孔桩基础，钢筋混凝土承台，桥台为双线一字形桥台，共2个。1#～22#墩、25#～37#墩为双线圆端形实体桥墩，共35个；23#～24#墩墩身类型为框架墩，共2个。简支预应力钢筋混凝土箱梁，采用预制架设方法施工。孔跨布置形式为双线孔跨布置3×32 m+3×24 m+16×32 m+5×24 m+11×32 m简支预应力钢筋混凝土箱梁。

工程地质条件：地表多为第四系人工堆积层(Q4ml)杂填土，填筑土。第四系全新统冲洪积层(Q4ol+pl)粉质黏土，粉土，粉砂，细砂，中砂，粗砂，砾砂，细圆砾土，粗圆砾土，下伏侏罗纪上统吐呼噜组(J3t)砂岩，泥岩。地下水类型为第四系空隙潜水及基岩裂隙水，地下水埋深16.0～16.8 m，地下水靠大气降水补给。

全桥基础全部为钻孔桩基础，共有桩基350根：赤峰方台、23#～24#墩、35#～37#墩钻孔桩基础为柱桩，合计62根；喀左方台、1#～22#墩、25#～34#墩钻孔桩基础为摩擦桩，合计288根。桩长28.5～41.0 m。地基基本承载力为400～800 kPa。受地层承载力的影响，普通的回转旋挖钻机对部分桩基无法施工，工程采用了“预成孔法”旋挖桩施工技术，取得了较好的成果。

2 预成孔法旋挖桩施工技术

预成孔法旋挖桩施工技术是先用多功能履带式水井钻机在即将开挖的桩体上预先进行钻孔，再用旋挖钻机进行二次成孔的施工方法。以直径100 cm的钻孔桩为例，当桩的位置确定以后，先用多功能履带式水井钻机在即将开挖的桩体上钻3个(或多个)直径15 cm的圆孔，圆孔位置如图1所示。圆孔圆心距钻孔桩的圆心35 cm，圆孔的深度为钻孔桩的设计深度。随后再用旋挖钻机进行开挖，钻头旋转、挤压岩土层，3个(或多个)圆孔形成类似爆破作业中的临空面，使岩土层比较容易地被破碎，进而加快了旋挖钻机的开挖速度，使不能使用变为可以使用。它具有以下技术特点：

(1)施工速度快，施工造价低。若使用大功率的旋挖钻机虽然可以在较坚硬的岩土层中成孔，但钻机昂贵，耗电量大，钻头磨损较快。在较坚硬的地层中用预成孔法施工，成孔速度是冲击式钻机的4～6

图1 预先钻孔孔位布置(单位：cm)

倍，施工造价约为大功率旋挖钻机的50%～60%。

(2)施工质量好、精度高。使用该技术由于先用多功能履带式水井钻机预成孔，可以减小桩基的定位误差，提高桩位的准确度。

(3)使用“预成孔法”旋挖桩施工技术在避免使用更大功率旋挖钻机的前提下，使普通旋挖钻机可使用于较坚硬的地层中，大大扩展了它的适用范围。

(4)预成孔法旋挖桩施工技术所用的多功能履带式水井钻机和旋挖钻机都是常用的施工设备，操作比较简单，没有技术难度。

(5)预成孔法旋挖桩施工技术已通过大量的施工应用，实践证明其施工工艺成熟，可操作性强，可直接应用于各种铁路、公路、房建工程的钻孔桩基施工中，特别适用于较坚硬地层中的旋挖钻机钻孔桩施工。

3 施工工艺

3.1 工艺流程

预成孔法旋挖桩施工工艺流程：施工准备→桩位放样→多功能钻机就位、校正→多功能钻机钻孔→埋设护筒→旋挖钻机钻孔→清孔、终孔→安装钢筋笼、灌注混凝土→转入下个桩施工。

3.2 关键施工技术

3.2.1 施工准备

桩基施工除了需要配备发电机、挖掘机、污水泵等常规机械以外，还需要根据工期和工程量的大小配置适量的多功能履带式水井钻机和旋挖钻机。本工程使用的是一台FY180型多功能地热水井钻机和一台德国宝峨BG25(BH70主机)旋挖钻机。

3.2.2 桩位放样

场地平整完成后使用GPS定位仪或全站仪测量放线，定出桩位，打入钢筋作为标志，由现场技术人员标出“预成孔”的位置，经现场质量控制人员复核。

3.2.3 多功能钻机进场施工

经过精确定位确定好钻孔位置后，多功能水井钻机进场就位，对准孔位开始钻进。钻进时机身应避免产生移动和摇晃，以确保钻孔的孔位和垂直度。3个(或多个)圆孔完成后无须清孔钻机即可转至下一个桩位进行钻孔。

3.2.4 埋设护筒

多功能水井钻机钻孔完成后埋设护筒。根据地质情况，钢护筒长度一般在1～4 m以内采用厚8～10 mm的钢板制作，长度大于4 m的钢护筒采用厚10～15 mm钢板制作。钢护筒埋置较深时可采用多节钢护筒连接使用。钢护筒的内径应比钻头直径大150～200 mm。当地平面标高低于桩顶标高时，钢护筒应高出桩顶标高0.2～0.3 m；当地平面高于桩顶标高时，钢护筒应高出地面0.2～0.3 m[1]。

3.2.5 旋挖钻机钻孔

旋挖钻机就位后钻进岩土时，利用已经完成的“预成钻孔”形成的临空面，通过钻头对岩土体进行切削、挤压、磨碎,再将岩土碎屑通过钻头提钻排至孔外,如此反复钻进、出渣等施工循环,最终完成桩基的造孔作业。岩土承载力<800 kPa时合理钻进参数为转速12～15 r/min、钻压100～150 bar；岩土承载力>800 kPa时应使用外荷载方式加压，且加压过程应是均匀的，合理的钻进参数为转速15～20 r/min、钻压150～250 bar[1]。

4 结束语

新建赤峰至京沈高铁喀左站铁路工程桥梁钻孔桩基施工中，使用普通旋挖钻机采用预成孔法进行钻孔桩基施工，大大提高了钻孔速度和施工质量，降低了工程造价。以跨油库专用线特大桥旋挖桩施工为例，跨油库专用线特大桥共计39个墩台，共有92根桩3 551延m使用预成孔法旋挖钻机进行施工，工程费用3 551延m×195元/延m=69.2万元，而使用传统的冲击钻施工工程费用3 551延m×540元/延m=191.7万元，共计节约工程费用122.5万元。使用预成孔法进行旋挖桩施工是在其不适宜施工的条件下开辟了新的施工方法，扩展了旋挖钻机的适用范围。施工经验可为同类工程借鉴。