张继勇

（山西路桥集团忻州国道项目建设管理有限公司,山西 忻州 034104 ）

0 引言

一般地区的桥梁河道中硬岩桩基施工技术通常都是根据岩层的具体情况采用冲击钻等施工技术，桩基施工中斜断面硬质岩层常用的方法为人工挖孔桩和冲击钻法。人工挖孔桩施工周期长，技术落后，且需爆破作业，危险隐患大，逐渐被淘汰。采用传统桩基施工工艺已无法满足施工需求。该工程中对桩基范围内不同位置岩层多次取样检测，得出120 MPa 单轴岩层抗压强度，属于硬质岩层。

1 传统的旋挖钻成孔施工技术的缺点

当前国内外硬岩桩基工程施工普遍采用冲击钻施工技术或床常规旋挖钻成孔施工技术，然而冲击钻技术存在以下缺点：

（1）需要造浆以及泥浆处理，在环保要求较高的河道等地点施工难度大。

（2）成孔过程震动以及噪声大，对周边影响较大，在居民居住区施工较为受限。

（3）成孔速度慢，桩基偏位严重，混凝土消耗高。桩基质量、经济效益以及环保效益均较差。

2 新型旋挖钻成孔施工技术原理分析

旋挖钻成孔施工技术就是依靠小钻头先行掘进，小筒钻取芯破坏岩层的初始应力状态，大筒钻进行扩孔后钻进成孔。采用大钻头以慢速钻进方式直接进行钻孔作业，先钻进砂砾层、软岩层等覆盖层，旋挖钻钻至硬岩层时，很难控制桩基垂直度以及桩位，所以采用小钻取芯后将孔中间硬岩层应力状态破坏后再用大钻扩孔进尺，确保进尺速度、垂直入岩。小筒钻与大筒钻每0.7～1 m循环进尺，交替钻进，最大化地减少桩基偏位严重、成孔速度慢、稳定性较差等问题的出现，且在钻进过程中无需造浆，从而使桩基在满足安全、环保条件下实施钻进，并保证桩基质量与进度满足施工需求[1]。

3 技术先进性分析

（1）采用小钻换大钻“取芯法”施工，以“1.0 m 小筒钻”取芯然后换“1.5 m 大筒钻”扩孔钻进的方法进行成孔，小筒钻先行钻进破坏岩层的初始应力状态，降低大筒钻钻进难度，极大地提升了旋挖成孔的速度[2]。

（2）“取芯法”旋挖钻成孔施工技术施工中小钻头钻进时因小钻头直径远小于桩径，因此小钻头有较大的桩位允许偏差值，大钻头钻进时因岩层已被小钻头破坏而更容易钻进，因此更能够准确地保持桩位，整体有效地确保了桩基桩位的准确性[3]。

（3）“取芯法”施工技术施工速度快，投入机械少，避免在河道内大面积开挖、长时间施工，边取渣边转运，有效地避免了河道污染的情况发生，环保效益显著，相比于冲击钻噪声小，无震动，对周边居民生活以及居民住所影响小。

（4）针对跨河段桥梁桩基工期紧的问题，此技术可缩短桩基施工工期，减少了人员和机械的投入，极大地降低了成本，经济效益显著。

4 技术应用分析

某高速公路项目路线起点位于长治市沁源县尚义村，终点位于沁源县李元镇马森村。2021—2023 年分3 个工区进行建设施工，工程内容详见表1。具体施工工法为使用1.0 m 小钻头先行掘进，小钻头破坏岩层的初始应力状态后，1.5 m 大钻头进行扩孔钻进成孔，然后使用1.6 m捞砂斗清渣。首先，采用1.5 m 大钻头以慢速钻进方式直接进行钻孔作业，先钻进砂砾层、破碎岩层等覆盖层，当旋挖钻钻至硬质岩层时，更换为1.0 m 小钻头进行钻进，钻进深度1~1.5 m 后，再更换1.5 m 大钻头进行扩孔钻进，1.0 m 小钻头与1.5 m 大钻头每1~1.5 m 循环进尺，交替钻进，1.6 m 捞砂斗清渣，最大化地减小桩基偏位严重、成孔速度慢、稳定性较差等问题。

表1 主要工程内容统计表

4.1 作业平台准备

因桥梁跨河施工，需填筑跨河便道并埋设两排直径1 m 水泥管涵，便道宽6 m，设计车速10 km/h。便道轴线与桥梁轴线平行，距离8 m，便道水泥管涵的设置根据桥梁设计的水中桩基情况而设置。因旋挖钻机施工时，占地面积较大，且成孔后需要25T 汽车吊安装钢筋笼及灌注混凝土，作业平台宽度不小于12 m，且要将河床顶部孤石清理换填黏土方便护筒埋设。

4.2 浅层旋挖钻进

护筒埋设完成后旋挖钻使用符合桩基直径的钻头进行钻孔，对浅层砂砾、软岩进行钻进，边钻孔边清渣，并及时完成转运以免产生污染，钻进成孔的过程中始终注意观察，通过观察钻渣以及钻进速度确定钻头钻进的地层。

4.3 小钻头取芯

当通过观察钻渣以及钻进速度得出钻头已处于硬质岩层时，将大钻头换为小钻头，使用小钻头继续进行钻进，使用小钻头钻进成孔时，依旧边钻孔边清渣，并及时进行转运。见图1。

图1 现场施工作业图

4.4 大钻头成孔

在小钻头钻进0.7~1 m 时，将小钻头更换为大钻头，使用大钻头进行钻进成孔，此时岩层经小钻头取芯后，岩层初始应力状态已被破坏，钻进难度大大降低。

4.5 循环钻进

小钻头与大钻头以进尺0.7~1 m 为循环进行交替钻进。

5 应用效果分析

（1）通过技术创新、实际操作以及经验、技术的总结和研究，针对桥梁地处山谷居民密集区硬质岩层桩基施工中，有效解决了桩基偏位严重等质量问题；针对跨河段桥梁桩基工期紧的问题，通过该技术缩短桩基施工工期，减少了人员和机械的投入，极大地降低了成本。桩基弃渣土根据设计图纸及现场选址共确定弃土场5 处，见表2。

表2 桩基旋挖弃渣场统计表

（2）通过在桩孔钻进时先使用小钻头钻进破坏岩层应力状态使之变为无侧限状态，降低大筒钻钻进难度之后使用大筒钻进行扩孔，直至桩孔成型，该施工技术的应用解决了硬岩地质条件下桩基工程成孔难度大、速度慢、桩基偏位严重以及施工成本投入大等一系列难题，采用取芯法施工成孔过程中桩位准确，扩孔系数小，节约混凝土，成孔速度快，机械以及人工投入少，经济效益显著，降本提质效果显著，同时，高效、轻便、快捷的施工方式有效节省了桩基成孔施工时间，加快了施工进度，节约了社会劳动力资源，施工段落划分及施工力量安排见表3。

表3 桥梁桩基施工段落划分及施工力量安排

6 结语

综上所述，得出以下结论：

（1）针对硬质岩层使用“小换大”取芯法旋挖钻成孔施工技术，首先使用直径1.0 m 小钻头取芯，再使用直径1.5 m 大钻头扩孔，最后以直径1.6 m 捞砂斗清渣，完成成孔施工。

（2）采用1.0 m 小钻头与1.5 m 大钻头以1~1.5 m为一个循环进尺钻进，降低钻进难度，提高钻进速度。

（3）采用“小换大”取芯法钻进，先采用1.0 m 小钻头钻进时，因钻头直径远小于桩径，因此有较大的桩基偏位允许值，1.5 m 大钻头钻进时，因初始应力被破坏，钻进难度降低，易保持桩基中心钻进，因此解决了硬岩条件下常规桩基施工中桩基偏位严重的情况。

（4）采用“小换大”取芯法旋挖钻成孔施工技术，相比于冲击钻施工，无需造浆及泥浆处理，环保效益显著。