徐寿政

摘要 文章以京秦高速公路遵秦段青龙河大桥上部无砂填充富水砂卵石地层中嵌岩钻孔灌注桩施工为探讨主题，针对上部无砂填充砂卵石地层嵌岩钻孔灌注桩易塌孔、缩孔、地下水透析、钻进困难等难点，通过采用加长护筒、改良泥浆指标、合理选用钻进设备的措施优化施工工艺，有效地解决了上述难题，保证施工进度及工程质量，降低了施工成本。

关键词 钻孔灌注桩;砂卵石地层;花岗岩;旋挖钻;冲击钻;钻孔;泥浆护壁;长护筒

中图分类号 TU433 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）02-0150-04

0 引言

桩基工程是桥梁工程基础施工的要点内容，不同地质条件下钻孔灌注桩施工的设备选型及施工工艺选择是施工组织的关键所在。上部无砂填充富水砂卵石地层中嵌岩钻孔灌注桩施工不仅要保证施工质量，同时要满足工期要求[1]。因此该文开展相关技术分析探讨，对施工过程中的重难点进行详细介绍，并对其采取有效措施，保证施工的有序进行。

1 工程概况

1.1 工程简述

京秦高速公路遵秦段B5标起讫里程为K79+362～K101

+950，起点位于河北省唐山市遷安市，终点位于秦皇岛市卢龙县，全长22.588 km。标段含青龙河大桥、S363省道分离立交等桥梁27座，主线桥梁累计长度2.4 km。

项目控制性工程青龙河大桥设计桥长927 m，下部结构采用墩配桩基础，设计桩径1.5～1.8 m，设计桩长19～28 m，0～24#台为摩擦桩，25～29#台卵石覆盖层较薄处为端承桩，数量148根，设计强度等级C30。

1.2 工程地质

拟建桥址为河流冲洪积平原，地面高程53.57～71 m，根据地面调查及钻探揭露，场区内表层覆盖第四系全新统地层，下伏基岩为中太古代。根据工程性质的差异，桥址区地层分为7层，各层的主要工程地质特征分述见表1。

主河槽中由于前期采砂，表层卵石层缺少砂填充，粘聚力差，深度约2～5 m，各层层厚分部不均匀，局部基岩岩面倾斜，工程地质见图1。

2 施工难点及应对措施

2.1 施工难点

根据地质资料及现场调查可知青龙河大桥钻孔灌注桩施工主要难点为：

（1）青龙河大桥桩基虽多为摩擦桩，均已进入基岩，花岗岩抗压强度高，饱和抗压强度达到100 MPa以上，钻进困难，进入岩层后钻孔振动大，易造成上层砂卵石层失稳塌孔;

（2）部分桩基位于岩面倾斜的基岩上，冲击钻在倾斜岩面钻进由于底面软硬不均钻进过程易偏孔;

（3）主河槽由于前期采砂影响，顶面覆盖层为卵石堆积层，无砂填充，粘聚力差;

（4）施工区域地表及地下水丰富，砂卵石地层空隙大，受到水压力侵蚀渗透，确保孔壁稳定的护壁泥浆要求高。

2.2 应对措施

针对上述难点，总结前期在该地层常规旋挖试桩塌孔的失败经验，主要采取如下措施解决上述问题。

（1）综合进度、成本及质量等因素，现场采用旋挖施工为主、冲击钻辅助施工的机械组合，旋挖机主要用于摩擦桩及进入基岩长度短的端承桩，冲击钻主要用于基岩岩面倾斜部位及进入基岩长度较长的端承桩;

（2）针对主河槽表层卵石堆积层无砂填充，稳定性差，现场采用6 m长护筒穿过堆积层进行孔壁加固，选用70 t汽车吊配合120振动锤打拔钢护筒;

（3）冲击钻钻进至倾斜岩面后，采用回填等强度材质石块进行处理，小冲程冲击法施工;

（4）加大泥浆比重，采用高塑性优质粘土造浆并加入膨润土与火碱进行改良泥浆，使之pH值及静切力适当、失水率小能有形成效护壁，防止孔内泥浆与外部地下水相互渗透。

3 施工工艺

钻孔灌注桩施工工艺流程见图2。

3.1 测量放样

采用GPS对桩位进行放样。沿桩中心呈“十”字型引出四个桩位点用来控制桩位，作为单桩护桩，护桩距桩心为2倍桩径。四个护桩因桩机驻位及护筒埋设设易发生碰撞变形，护筒埋设完成后，及时进行复测桩位。

3.2 护筒埋设

护筒选用厚10 mm厚钢板制作，直径比桩径大0.2 m，为防止打拔过程变形，护筒上端采用加厚设计。河岸1～9#、25～29#墩桩基采用1.5～3 m长护筒，主河槽内10～24#墩桩基采用6 m长护筒。

1.3～3 m护筒采用挖机或旋挖机挖埋，6.0 m长钢护筒埋设首先利用旋挖机开孔，孔深1 m，孔径略大于护筒直径，然后采用120液压振动锤进行施打埋设，液压振动锤由70 t汽车吊起吊，护筒入土1.0 m后复测桩位及垂直度严格控制护筒垂直度及平面位置，如图3所示。

3.3 泥浆制备及循环

根据地质情况、施工条件、施工工艺及钻进参数等多方面因素综合考虑，采用优质黄粘土造浆并加入膨润土与纯碱进行改良泥浆，材料配比见表2。泥浆制备采用泥浆泵在泥浆池中高速搅拌，将泥浆泵悬吊在泥浆池上方，在池中注入清水，开启泥浆泵，边搅拌边投入粘土，泥浆泵转速大于200 r/min，将泥浆搅拌均匀。

钻孔过程中泥浆的性能参数见表3，储浆池要经常循环搅动，防止泥浆沉淀和离析，施工过程中加强对泥浆指标的检测，每班不少于2次。

3.4 钻进

针对该桥位处复杂地层，我部施工组织设备选型以大扭矩旋挖机为主，冲击钻辅助，旋挖机主要用于嵌岩长度短的摩擦桩，冲击钻主要用于基岩岩面倾斜部位及嵌岩石深度度较长的端承桩，部分旋挖进入强度较高基岩后采用冲击钻接力施工。

3.4.1 旋挖钻成孔

现场使用三一SR420旋挖机及中联ZR360L旋挖机各一台，配置1.2 m、1.5 m、1.8 m不同直径的斗式钻头与嵌岩筒钻。旋挖钻在钻卵石层时，采用6.0 m的钢护筒，穿过采砂区，采砂区下层采用泥浆护壁。卵石层则采用斗式钻头慢转速慢钻进并适当加大泥浆比重和粘度。入岩后，先采用1.2 m直径嵌岩筒钻钻进，对孔内岩芯圆周进行松动，增加岩层自由面，斗式钻头配合钻进至设计标高后更换1.5 m直径钻头扩孔，最后采用1.8 m直径钻头钻进至设计标高。

3.4.2 冲击钻成孔

（1）机具布置。现场选用冲击钻8台，用于基岩岩面倾斜及嵌岩深度较长桩基施工，直径分别为1.5 m和1.8 m，由于基岩地质坚硬，选用大吨位钻头，1.5 m直径钻头重量为6 t，1.8 m直径钻头重量9 t。

护筒埋设完毕后，由专职测量人员对桩位、护桩进行复测，检查护桩是否移动，然后根据钻机尺寸在孔口平整钻机平台，平台平整密实，铺设垫木，保证在钻进和运行中不产生位移和沉陷。设备就位后，采用护桩拉十字线用吊线锤法复核钻头位置，钻头、护桩中心在同一铅垂线上，偏差不得大于1 cm[2]。

钻头直径与桩径一致，以保证成孔直径不小于设计桩径，在钻进过程中观测锤头磨损状况，防止桩孔缩径。

（2）钻进。1）向护筒内泵送泥浆，约到护筒的2/3高处，开孔及整个钻进过程中，始终保持孔内水位高出地下水位1.5 m以上，并低于护筒顶面 0.3 m以防溢出，掏渣后应及时补浆。2）每钻进2 m或地层变化处，在泥浆中捞取钻渣样品，查明土质并记录，及时排除钻渣并置换泥浆。同时注意土层的变化，在岩、土层变化处均捞取渣样，判明土层并记入记录表中与地质剖面图核对。3）冲击钻钻进至倾斜岩面后，采用回填等强度材质石块进行处理，小冲程冲击法施工，随时检查成孔是否由偏斜情况。

3.5 钢筋笼安装与混凝土浇筑

成孔检查、清孔后及时下放钢筋笼并浇筑混凝土，灌注的桩顶高程高于设计桩顶高程0.8～1 m，浇筑完立即拔除护筒并检查灌注桩顶面高程。

3.6 施工方案优缺点及功效分析

由于中风化花岗岩层强度高，现场钻取岩芯饱和抗压强度100 MPa以上，在硬质花岗岩地层冲击钻施工进尺困难，且垂头磨损严重，单个台班平均进尺约0.5 m，综合钻头焊接加固时间长，一般嵌岩深度10～20 m桩基20～40天成孔，施工效率低下，施工成本较高。采用大扭矩旋挖鉆配置斗式钻头与嵌岩筒钻钻头结合施工，在岩层中先采取1.2 m直径钻头成孔，再逐级扩孔工艺，虽增加一道扩充工序，但施工效率高，一般嵌岩深度5～10 m桩基一般2～5天左右成孔，综合比较，施工费用相对较低。

4 结束语

该项目青龙河大桥桥位处地质情况复杂，砂卵石覆盖层较厚且主河槽内上部卵石层由于前期采砂粘聚力差，根据地勘资料下层基岩中裂隙较发育的中风化花岗岩层厚较厚，桥位25～29#墩处岩面倾斜，按照设计规范不能作为端承桩持力层，进而导致桩基入岩深度较大，该层裂隙饱和抗压强度大于100 MPa，各类设备钻进困难，施工成本高，我部对桥位25～29#墩逐桩补充地勘，优化了部分桩基桩长。

针对岩面倾斜部位桩基，采用回填等强度材质石块进行处理，小冲程冲击法施工，有效地穿透了该地层;针对主河槽桩位处表层卵石堆积层无砂填充，稳定性差，卵石覆盖层厚且桩底进入基岩的复杂地质，现场采用6 m长护筒穿过堆积层进行孔壁加固，适当加大泥浆比重，选用大功率旋挖钻机根据不同地层调整钻进工艺，有效的解决了该地层施工难点，顺利完成了该桥148根桩基施工，混凝土损耗系数为8.72%，经检测均为一类桩。

参考文献

[1]公路桥涵施工技术规范：JTG/T 3650—2020[S].北京：人民交通出版社，2020.

[2]公路工程质量检验评定标准：JTG F80/1—2017[S].北京：人民交通出版社，2017.