砂卵石层中钻孔桩成孔工艺研究

1、砂卵石层中钻孔桩成孔工艺研究第 1 章 工程概况北京地铁9号线第1合同段工程位于北京市丰台区，线路呈南北走向。 本合同段工程项目包括丰台科技园站、 郭公庄站丰台科技园站区间。丰台科技 园车站包括2个风道、5个出入口（含1个安全出口） 。1号风道位于车站东南 端3号出入口以南，2号风道位于车站东北端4号出入口以北；1、2号出入口位 于车站西侧，3、4号出入口位于车站东侧，5号出入口（安全出入口）位于车站 东侧4号出入口及2号风道之间。车站主体结构设计为地下双层双柱岛式车站， 明挖法施工。车站主体总长170.15m,标准段宽度20.9m,车站顶板覆土厚度4.6m, 底板埋深18.2m,盾构井位置为

2、19.7m。车站主体围护桩采用1000钻孔灌注桩223根，4160 m,桩端深度：25.6m。车站附属围护桩采用 1000钻孔灌注桩336根,5376m。1号风道为单层箱形框架结构, 风道口及风道与主体接口位置宽12.87m, 斜长17.42m,南北向长34.2m,基坑深13.8m,钻孔桩65根，东侧距离新改移 马草河3.64.1m,围护结构采用围护桩+钢支撑体系。2号风道为双层局部单层箱形框架结构，与主体接口位置宽15.35m,风道口宽15.1m,东西向长38.3m,南北向长32.65m,钻孔桩68根，双层段基坑 深18.8m,单层段基坑深14.3m,周围场地开阔，风道施工范围内没有控制性管

3、 线,采用围护桩+钢支撑体系。3号出入口与主体接口位置宽7.1m,出口位置宽6.7m,东西向长29.55m,南北向长39.6m,钻孔桩59根。 基坑最深处为地面向下16.16m,宽11.4m； 东 侧距离新改移马草河约2.53m,4号出入口南侧为旧马草河, 施工期间将废弃。 为了减少对新改移马草河影响出入口围护结构主要采用围护桩+钢支撑支护体系,出入口地面位置采用土钉墙支护体系。4号出入口与主体接口位置宽7.1m,出口位置宽6.7m,东西向长37.32m,南北向长37.76m,钻孔桩42根。 基坑最深处为地面向下14.06m,宽11.4m； 横 向通道位置采用围护桩+钢支撑支护体系, 出入口地

4、面位置采用土钉墙支护体系。车站附属结构采用明挖法施工。 车站南侧为明挖区间, 北侧为盾构区间, 车站北端设盾构始发（左线）/接收（右线）井,左线盾构机始发时,后配套设 施可放置于车站内。基坑部份采用上部土方放坡开挖、挂钢筋网片喷射砼支护，下部钻孔灌 注桩挂钢筋网片喷砼钢支撑复合支护措施。部分采用土钉墙支护体系。1号出入口与主体接口位置宽 南北向长38.16m。钻孔桩48根。7.1m,出口位置宽6.7m,东西向长34.52m,2号出入口与主体接口位置宽 南北向长41.64m。钻孔桩54根。7.1m,出口位置宽6.7m,东西向长31.72m,第 2 章 工程地质情况及周边情况调查2.1 工程地质情

5、况丰台科技园站位于永定河冲洪积扇的中上部，地层根据地勘报告，依次 为粉土填土层、杂填土层、粉土层、粉细砂层、砂砾卵石层，砂砾卵石层大部分 粒径在30cm以下，最大粒径超过30cm从探孔挖出卵石看，大粒径呈扁平细长 型。91#桩98#桩2.2 周边情况调查丰台科技园车站主体结构位于基地中环路（五圈路）与规划万寿路南延路交叉路口下,呈南北向布置,现状基地中环路路宽约40m,至站位西侧30m止。站位西侧为大片荒地，东侧为少量树木。站位西侧5m为现状南北向马草河，宽约6m深约2m至站位中心处折向东行。马草河需要在车站第二期施工前改移至 站位东侧。车站周边多为荒地，基本无影响车站及附属设施施工的地面建筑

6、物、 地下构筑物。 有一条排污用的马草河穿越车站及出入口； 西侧地面现有一处雨水 泵站。为了解该车站施工区域是否存在地下空洞现象，给施工提供参考资料， 保障工程顺利安全地进行。 项目部将空洞探测方案报监理工程师批准后， 并委托 北京雅友通路政管网技术有限公司对指定区域地下20m范围内进行空洞探测，及 对周边的地下管线进行调查和探测， 测区内探测结果为： 侧线布置的范围内， 排 除地下管线的异常、地面现场干扰的异常，没有发现明显的空洞异常。地下空洞探测探井分布：丰台科技园1号探井：结论：1、地层：卵石颗粒对成孔影响较小；据调查塌孔现象严重；2、环境：周边环境简单，环境因素对施工影响小；3、水位：

7、位于桩底以下，对成孔没有影响；4、成孔机械：丰台科技园站采用旋挖钻机存在漏浆和塌孔等严重 问题。第 3 章 各种成孔工艺分析各种工艺对比:工艺特点优点缺点咼频液压振 动取土成孔通过高频液压振动锤将外 套管下沉至设计标咼，然后 用取土仓或人工取出套管 内的土石，待下入钢筋笼、 灌注混凝土后拔出外管。无泥浆污染，外套管 穿透能力强，速度较 快。桩位附近有振感；遇 大块卵石时，存在安 全隐患。冲抓成孔通过冲抓型的抓斗将槽内 的土石块抓出，配合重凿使 用，在卵石地层中具有很强 的成孔能力。适合於复杂地 层如沙卵石、嵌岩及含有较 大漂石的地层。垂直偏差小、成孔精 度高， 墙体表面平整 光滑，桩的施工质量

8、 有保证。适用地层 广，能确保在含有大 粒径的卵石地层中 成孔。湿作业，如处理不当 有可能造成环境污 染。旋挖钻机成孔适用于填土、淤泥、粘土、 粉土、砂土、砂砾等地层， 当采用圆锥钻头时可进入 软岩，并且钻挖速度快。适 合上部第四纪全新世冲洪 积层施工。成孔能力强，适用范 围广。遇到较大粒径的卵 石层或漂石较难适 用。Super Top工法通过一台液压装置转动外 套管，使之达到设计标高， 配合冲抓工具或短螺旋或 人工将套管内的土取出。成孔能力强，无污 染。移动孔位较困难。各工艺问题评价:问题钻进安全设备工效塌孔漏浆噪 音泥浆成本工艺困难风险资源污染旋挖钻机 法乌卡斯冲 击法冲抓法冲击反循 环法

9、高频液压振动取土成孔 全套管全 回转法人工挖孔法评价方法，采用5分级评价，其中：备注1个表示没有问题;2个表示问题一般;3个表示问题较严重；4个表示问题严5个表示工法不可行第 4 章 成孔工艺的选定针对丰台科技园车站各种工法问题评价， 确定成孔方法。 钻孔桩施工常 规施工方案基本上只有两种， 旋挖钻成孔和冲击钻成孔， 其它方案如高频液压振 动取土成孔、全套管全回转法等施工方法， 由于施工机具较少， 施工成本太高， 、 不考虑。施工前北京市轨道公司多次组织论证会， 我标段内部也多次就施工方案 展开研究， 并对周边地质情况多方面进行调查。 通过对两种施工方法的比较： 冲 击钻机施工进度慢、成本高、

10、对周边环境污染较大，但对地层的适应性较强。旋 挖钻机施工进度快，对周边环境污染较小，但对地层的适应性较差，粒径超过0.3米卵石钻进困难。根据我们对周边地层的调查，及对地质资料的分析，丰台 科技园站大粒径较少，超过0.3米卵石每根桩不超过10块，而且大粒径呈扁平 细长型，由于存在两个面尺寸较小，旋挖钻机可以克服。通过比选，最终确定旋 挖钻为丰台科技园站的主要施工方案，冲击钻施工方案为替补施工方案。第 5 章 旋挖成孔工艺的难点及对策5.1 难点旋挖钻机施工对地层的适应性较差，粒径超过0.3米卵石钻进困难，遇 到较大粒径的卵石层或漂石较难适用。工程特点主要是砂卵石层中机械成孔较为困难，机械成孔特别

11、是旋挖成 孔难度较大，主要存在以下影响：1、砂卵石层对钻头磨损较大;2、大粒径漂石影响旋转钻机施工，桩径为1米的旋挖钻施工，漂石粒 径超过0.25米施工极为困难，粒径超过0. 3米时必须将石块破碎方可钻进；3、砂卵石层漏浆现象严重。4、砂卵石层中成孔容易塌孔。5.2 对策针对旋挖钻成孔的几个困难因素拟采用以下措施克服：1、采用增加钻头储备；2、采用增加泥浆浓度，除采用膨胀土泥浆外，储备一定量的黄泥， 必要时加入泥浆内，加大泥浆粘度，加大泥浆池体积，增加泥浆储备；3、漂石粒径较大时普通钻头更换为螺旋钻头。4、增加泥浆浓度，增加护筒长度，采用双护筒。增加泥浆浓度后的双护筒第 6 章施工准备6.1

12、旋挖机械选型根据工程施工实际进展情况， 并及时总结了施工中出现的问题， 本项目 使用了三种旋挖机械，2008年1月17日FR622C型号钻机进场，2008年6月22日SR15CS号钻机进场、 工作质量45t、 上车体回转角度360度、主卷扬单绳 拉力16t，2008年9月18日NSR220C型号钻机进场。旋挖钻机作业6.2 吊车选型据工程施工实际进展情况， 并及时总结了施工中出现的问题， 本项目使 用了三种吊车，2007年7月18日XZJ5240JQZ1饉号吊车进场、最大起重量16t、 起升高度29.5m、幅度30m 2007年11月5日XZJ264JQZ25E型号吊车进场、最 大起重量25t

13、、起升高度39m幅度30m 2008年6月3日QZ25E型号吊车进场、 最大起重量25t、起升高度31.5m、幅度328m吊车作业6.3 泥浆池1、 由测量组放出泥浆池位置后，进行泥浆池施工。2、 泥浆池设在车站东北角场地开阔位置，顺车站方向放置。3、 泥浆池规格尺寸为平均长x宽x高-6mx 3mx 2m边坡坡度为1：1, 采用厚塑料布铺底防止漏浆及边坡防漏。4、 形状如下图所示5、泥浆池周边防护栏设置形式如图所示6.4 泥浆旋挖钻机对地层扰动较小，只用护壁稳定液即可施工。在孔口一定距离 内挖设6X 3X 1.5米的泥浆池及循环水沟,并采用清水加膨润土制备护壁稳定 液，加强试验，择优选择配合比

14、，加强质量控制。泥浆比重控制在1.11.3。当钻入砂层等易坍地段时，可视情况往稳定液内加入粘土，增大泥浆稠度，提高 泥浆护壁能力。泥浆配合比:膨胀土： /碱：黄土：水=100kg:20kg:50:2000kg;黄泥:约5立方米；泥浆检验报告表如下:检测项目单位技术指标检测结果单项判定水分%9596.1合格吸蓝量g/100g2024.0合格湿态抗压强度Kpa2024.0合格热湿拉强度Kpa0.40.80合格膨胀ml/g土30合格胶质ml/15g土100合格6.5 钻头根据施工需要，增加普通钻头和螺旋钻头的储备。当采用普通钻头成孔 中遇到漂石密度较大时，换螺旋钻头会破碎部份扁平漂石，破碎后在用普通

15、钻头 取出。普通钻头螺旋钻头第 7 章施工情况介绍7.1 不同深度的钻进情况2008年1月18日,上午10点正式开始第一根桩施工,到20日下午， 共施工围护桩四根 （编号分别是91、94、98、104,位于主体车站的西北角，其 中91、94与98、104成90度角），桩长20.12米，位于地面下23.323.5米。 通过现场记录分析：钻孔过程中，前10米钻进速度较快，地层为砂层及砂砾石层，分层高度 约在地面下5米处，施工过程中无明显漏浆现象。 进入10米后，钻进较为困难， 缓慢钻进，从出料看，地层应为砂卵石层，卵石最大粒径约为14厘米（每次出 料后表面有27块）。进入16米后，钻进较为困难，卵

16、石最大粒径大于22厘米（每次出料后 表面有15块）。进入18米后，普通钻头很难钻进，换为螺旋钻头，目前发现的该卵层最 大完整粒径为40厘米（91号桩18米深处）。其中98号桩钻至17米深处时，泥浆用量太大，用铲车往钻孔内投入一 次粘土（约0.5方）。完成这四根桩螺旋钻头6次，检修钻具3次，换齿4个从混凝土浇筑来看，98号桩，超设计数量较为严重，设计数量为15.8立方，实际浇筑18.5立方，扩孔系数约为1.17，扣除桩底超深0.3米，桩顶超 灌0.5米，扩孔系数约为1.13，其中下面6米，扩孔系数略大。其它桩位扩孔 系数均在1.15以内。从混凝土浇筑看，四根桩基本无塌孔现象。但是在后续施 工中部分钻孔桩在地面以下10m范围内遇到了严重塌孔现象，对于地面下10m范围内塌孔可以采用双护筒及增大泥浆比重来克服。7.2 结论砂卵石土层自2008年1月18日,上午10点正式开始第一根桩施工,到20日下午， 共施工围护桩四根。 从钻孔桩施工出料情况看， 虽然有部份超过0.3米，甚至有 超过0.4米的大块漂石，但漂石普遍存扁平、细长状，而且含量较小，包括超过0.1米的漂石含量应该都不会超过20%，在这种地层中，旋挖钻机能够成功进行 钻进，部份超过0.3米，甚至有超过0.4米的扁