摘 要：本文结合施工实际经验介绍特大桥冲击钻机灌注桩施工中遇特殊地质的及特殊情况的处理。

关键词：冲击钻；优势；特殊情况；处理

本桥桥质地质条件复杂，选用的桩基施工机具有多种，如旋挖钻、反循环钻机和冲击钻，但冲击钻在本桥桩基施工中表现出良好的适应性，在总数1678根桩基础中，冲击钻机施工1345根，旋挖钻机施工182根，反循环钻机施工151根。之所以冲击钻机在本桥桩基础施工中占主导地位，这得益于其良好的综合性能。本文针对冲击钻的综合性能以及在施工过程中易产生的特殊情况及解决办法作出总结。

1 冲击钻机适用的条件

1.1 基岩强度高的地质

基岩强度高，也就是通常所说的岩层较硬。通常来说，基岩强度超过600kpa时冲击钻机就显示出其强大的优势了。以本桥180#-182#墩台桩基施工为例，桩底基岩强度σ0﹥600kpa，曾用旋挖钻机以及反循环钻机等利用钻头回转破碎岩土的机具钻进，在粘粒土以及细圆粒土中钻进较冲击钻机快，但遇基岩时无法有效的破碎岩石，达不到钻进效果。即使能缓慢钻进，但施工进度过慢且极易磨损钻头耗费成本较高。后来选用冲击钻机，以其反复冲击作用能轻易破碎基岩达到理想的施工效果。

本桥153#墩台桩位在前期勘探取样时发现，地下存在大块铁矿石，初步估计基岩强度大于2000kpa，旋挖钻、反循环钻机无法施工，采用冲击钻施工成孔，平均每个桩成孔时间约为10天。

1.2 厚砂层和地下水丰富的地质

在砂层较厚和地下水丰富的地质条件在钻孔时，如果不能有效的加固孔壁会很容易造成塌孔，这是桩基础施工中的最大难点。本桥130#-151#墩台桩基施工过程中即遇到此类问题。由于此区间内地势低洼、地下水位较高，且经初步勘探砂层较厚，砾砂和细圆粒土厚度普遍大于6.0m，给桩基施工造成巨大难题。以131#墩台为例，设计图纸上标明自原地面以下4.1m-7.1m为细圆砾土层，7.1m-10.4m为砾砂层，砂层厚度6.3m，自原地面以下10.4m以下为混合岩。前期曾用旋挖钻机进行钻孔，但是由于流沙严重而经常造成塌孔，最后经过冲击钻机进行试打，顺利成孔且成功灌注混凝土，本桥130#-151#墩台桩基均采用冲击钻机施工。

在这种地质情况下，冲击钻钻进采取的方法有两种：第一种方法是长护筒法，即钻孔前在确定桩位后用挖掘机埋设长护筒，护筒长度超过砂层打入岩层，但鉴于埋设护筒较为困难，且成本上不划算，故此种方法有其局限性；第二种方法为泥浆护壁法，即在钻孔过程中向孔内注入粘土、火碱或膨胀剂调节过的泥浆，泥浆的作用为保持水头高度控制和平衡地层压力，形成泥皮防止孔壁坍塌并冷却和润滑钻具钻头，达到钻进效果。基于长护筒的制作成本较高、埋设长护筒需额外增加人工费及专业机械使用费和基于护筒周转使用次数的考虑，以及比较于泥浆护壁的经济成本，本段施工均采用泥浆护壁法。

2 泥浆池选定与泥浆指标

公路上桩基多为单排桩，用冲击钻施工可设较小泥浆池。本桥为高速铁路特大桥梁，墩台桩基设计为多排群桩，桩基个数分8根、10根、12根、21根等多种。墩台8根桩基钻渣方量约为100方以上，21根桩钻渣方量约为850方以上，如此巨大的钻渣方量对泥浆池的位置选择及泥浆质量提出很高要求。

2.1 泥浆池位置的选择及防护

本桥桩基用泥浆池位置因考虑节省成本一般选择在相邻的两个墩台之间，开挖时不靠近将来承台开挖的基坑以及施工便道，否则在承台开挖时会造成基及便道塌方，在工程进度、安全和经济上均不为划算。泥浆池分为沉淀池和循环池，中间设过滤措施，泥浆池周围设围挡以及安全警示牌，防止作业人员与其他人员或动物误入泥浆池。桩基础施工完成后应将泥浆与钻渣运走，将泥浆池回填。

2.2 泥浆的制备

在钻孔灌注桩施工中，泥浆质量控制的好坏直接影响钻进速度、成孔质量和桩底沉渣厚度等。

钻孔用泥浆相对比重宜控制在1.2-1.4，粘度22～30s，含沙率<4%，针对不同的地质情况选择适宜指标的泥浆。泥浆比重过小，不利于稳固孔壁和浮渣。泥浆比重过大，会增加钻孔阻力磨损钻头，钻渣上浮慢。泥浆配置用土宜选择专业膨胀土，如果受条件限制也可选用粘土，特殊情况下也可像泥浆池内添加水泥调节。

基于节约成本考虑，本桥桩基用泥浆大部分采用黄土加水调制而成，黄土取自沈丹项目征地红线内、土质较粘且砂性颗粒含量少的黄土，配置出来的泥浆满足施工要求。在本桥137#墩台桩基施工时，由于地下砂层较厚，在泥浆循环过程中，用黄土配置的泥浆粘度稍有不足，钻渣不能很好的循环出来，后向泥浆内掺入适量水泥以调节，效果较好。

清孔后泥浆相对比重一般宜控制在1.03-1.10 ，粘度17～20s，含砂率<2% 。但在特殊地质（如砂层较厚）可略增大泥浆比重保证孔壁内外压力，减小塌孔的可能性。清孔时间不能过长，本桥桩基清孔时间大约为成孔后泥浆循环4-6小时，检测孔深、含沙率和孔底沉渣厚度合格后立即灌注混凝土，长时间清孔易造成孔壁坍塌。如果因其他原因暂时不能灌注混凝土，应保持钻孔时泥浆指标。

3 钻孔过程中特殊情况处理

冲击钻在本桥各种特殊地质情况下钻进会遇到多种特殊情况，下面针对各种状况分析发生原因，通过现场施工实践，总结处理经验。

3.1 遇岩层强度大地质

遇到硬岩地质，冲击钻宜调大锤头行程，利用锤头自身重力加大作用功，打孔时随时注意钻头进尺情况调节钢丝绳放绳长度，以钻机平稳的情况下钢丝绳紧绷为宜。钢丝绳过紧，易造成钻机不平稳（严重时钻机的电机出现故障），出现孔位不正发生偏孔；钢丝绳过松，达不到钻进的最大效果。

3.2 遇到偏岩地层

偏岩地层是由于地壳地质变迁地层挤压形成，在此种地层打桩时，冲击钻机钢丝绳会发生左右摇摆，提锤落锤钢丝绳不同心的情况。此时，宜调小锤头行程，慢慢钻进，偏岩严重时可向孔内钢丝绳偏向一侧投放石头，然后慢慢钻进校正。

本桥桩基127-3桩位钻孔至距地表18.5m左右处，从连接锤头的钢丝绳左右摇摆幅度过大、量测提锤与落锤钢丝绳轴线水平偏差13cm，判断出遇到偏岩，桩位即将偏孔。现场及时停止钻进，向偏岩一侧投放毛石且用小行程落锤钻进，经过反复几次填筑毛石纠偏后，偏孔现象得到解决。

后来，经过项目部技术人员与工人一起想办法，初步拟定以下办法：1、控制冲击钻落锤行程，减小冲击力；2、加强泥浆护壁及调大泥浆比重。具体施工方法为向桩孔内添加大量黄土，调大泥浆稠度及比重，利用钻头冲击作用将泥浆挤入砂土层从而加大泥浆护壁，稳定孔壁内外压力，达到控制扩孔效果。以本桥与131#墩台相似地质162#台桩基验证此方法，162#台桩基数量12根，桩径1m，桩长22.5米，总设计桩基混凝土方量为211.95方，实际灌注总方量为233方，刨除桩头方量6方（0.5方×12个），超方7%，达到较理想控制效果。

4 结束语

本文通过对冲击钻机在特大桥的施工，重点分析了可能出现的多种特殊情况并对其发生原因以及处理方法作出总结，希望可以给予从事桩基施工的工作人员提供参考。

参考文献

[1]中交第一公路工程局有限公司，2011.《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）. 北京.人民交通出版社

[2]中华人民共和国铁道部，2010.《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB 10752-2010）.北京.中国铁道出版社

作者简介

李亮（1987-），学士学位，助理工程师。