复杂地质条件下冲击钻孔桩施工控制

1、复杂地质条件下冲击钻孔桩施工控制 黄 猛 【内容提要】由于桩基所处地质环境：粉砂土、粉质黏土、流砂层和硬岩层组成。钻孔成孔时极易护筒塌陷、缩径、塌孔，本文结合工程实际，通过及时采取填筑粘土层保护护筒、调整泥浆比重、不同地层采用不同钻进速度的技术措施和施工工艺，使后续钻孔施工顺利，钻孔桩质量符合要求，着重介绍钻孔过程中的一些做法和经验。【关键词】填筑粘土层 冲程 粉砂土 流砂层 硬岩层 钻孔 施工技术冲击钻机成孔灌注桩作为一种成熟的桩基施工工艺已被广泛采用，但在实际施工过程中，往往由于针对不同地质情况所采用的工艺及控制指标掌握不准，尤其在碰到粉砂土层、粉质黏土、流砂层及硬岩层地层，容易出现扩孔系

2、数大、缩径、塌孔等问题，造成一次性成孔率低、工效不高、成本增加，甚至出现二次钻孔。1.工程概述巴嘎吉林郭勒特大桥桥位处为锡林郭勒西乌旗西部，桥址区为冲湖积洼地，地势略低洼，地形平坦开阔，河槽呈“S”形弯曲。桥中心里程为DK5+968.20，桥式类型为19-32m预应力混凝土梁。全长636.8m。桥墩采用单线圆端形墩，基础为钻孔灌注桩，桩径1.0m ，设计平均桩长34m；桥台为单线T形桥台，全桥总计108根钻孔灌注桩。桥址区地层为第四系全新统冲湖积层(Q4al+l)，粉质黏土0=150kPa、粉土0=150kPa，第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl)中砂0=370kPa、粗砂0=430kPa、

3、砾砂0=430kPa、细圆砾土0=400kPa、粉土0=160kPa、粉质黏土0=160kPa，第三系上新统（N2）黏土0=200260kPa、粉质黏土0=210280kPa，黏土和粉质黏土具有弱膨胀性，二叠系下统（P1）砂岩（W4）0=300kPa、砂岩（W3）0=500kPa、砂岩（W2）0=800kPa，泥岩（W4）0=300kPa、泥岩（W3）0=400kPa、泥岩（W2）0=500kPa。地下水为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，地下水丰富且水位高。2.机械选型及配套设施根据本桥地质特点认为较适用冲击钻机成孔，考虑地层多为粉砂土层、粉质黏土、流砂层及硬岩层地层，上下地层强度变化较大，桩基岩

4、为强度较大泥岩，选用手动冲击钻机。实际施工中，经经济技术比较，确定选用SCZ5-1型手动冲击钻机,根据孔深度选用泥浆泵泵量满足泥浆在孔内上升34cm/S，同时地层复杂，为防止出现斜孔等问题，施工中控制钻头冲程。3.施工处理措施及工艺3.1施工准备鉴于内蒙地区河流的宽滩漫流特性，桥址虽为旱地，但地表土层为松软粉砂土，若直接埋置护筒钻孔，护筒底粉砂土遇水流失，护筒底悬空坍塌。为使护筒底不坍塌，经多方案比选，确定在桩基所处范围内填上1.8m高填筑粘土，并且碾压密实，搭建工作平台。同时也为灌桩施工创造了条件，并能使施工所使用机械提供场地。测量放样放出桩基中心桩，并打出中心桩的十字护桩。3.2护筒形式及

5、埋设要求为固定桩位，保护孔口不坍塌，隔离地表水和保持孔内水位高出地下水位，以维护孔壁及钻孔导向管等目的，我们采用长度1.5m的钢制护筒护筒沉入过程中严格控制中心位置。护筒埋设方法（如图1）图1 填筑粘土层护筒为护住护筒底土层不坍塌，悬空。护筒底面高度高出地表土层水位0.3m，护筒内径加大，要比桩径大0.6m。3.3泥浆护壁钻孔灌注桩在施工过程中，尤其在不良地质条件下极易发生缩径、塌孔等现象，因此要采取必要的泥浆护孔措施。泥浆主要由普通粘土和水拌和而成，并根据拌和后的泥浆粘性指标，若不能满足需要，可适量掺入膨润土、水泥及纯碱以改善泥浆的品质。泥浆的作用主要有以下几个方面：（1）所产生的液压力压制

6、平衡地下水位压力，并对孔壁有一定的侧压力，成为孔壁的液体支撑；（2）泥浆中胶体颗粒分子在泥浆的压力下渗入孔壁表层的孔隙中，形成泥皮，促使孔壁胶结，起到保护孔壁的作用；（3）在循环排渣时，起到携渣、润滑钻头、降低钻头温度、减少钻进阻力等作用。因为泥浆护壁与桩侧摩阻力是相互矛盾的，泥浆过稀能加快钻进速度，但对护壁不利，可能造成塌孔；泥浆过稠会增加摩擦力使钻进速度减慢，并使泥皮过厚，从而造成成桩承载力降低。所以为保证成桩质量及工期，合理控制泥浆质量及钻进速度至关重要。3.4钻进施工以9-3#桩基施工为例，设计桩长为34m，桩径1.0m，2009年10月2日开始施工，根据现场捞渣等相关钻孔施工记录，0

7、3m为粉砂土，313m为粉质黏土，1327m为砂砾，2734m为硬岩层。在开始钻孔至3m范围内主要柔软层，钻进时采用小冲程钻进，实际施工中泥浆比重控制为1.38，既能保证一定的钻进速度，又能使泥浆护壁良好不至于塌孔。在钻至313 m粉质黏土，粉质黏土具有弱膨胀性，具有吸水膨胀性质，此部分钻进时采取调高泥浆比重至1.46，保持较高的胶体率，胶体率控制在95%以上，同时维持中冲程钻进，以加快进尺。但应保持一致进尺速度，并在适当时提起钻头，减小钻压，切忌不可为加快进尺而大量注水。在先前其它桩施工时发现，膨胀土层中孔壁很稳定，但在成孔清孔后停留时间稍微长点，容易出现局部扩孔较大，并在检桩时造成在正常桩

8、径处常被误判为缩径。在本桩施工时，早成孔、早灌桩，有效的控制了成孔率。自1327 m 为流砂层，地下水丰富。采取小冲程、低速、大泵量、稠泥浆（泥浆比重控制为1.62）办法，并适量加入水泥，以提高泥浆粘度，使水泥颗粒与粉细砂结合，加快砂的沉淀。由于流砂的特殊性，当钻头钻入时，会因砂体流动造成塌孔、漏浆等现象，施工前要做好充分准备，有足够的袋装粘土、片石和卵石等材料，有足够的补水、补浆设施。一旦出现情况，立即提取钻头，补浆补水，保证孔内的水头，而后投入堵漏混合材料，用小冲程反复冲钻（冲砸过程中不断分层投放混合料），使其及时形成新造的孔壁，有效控制了塌孔、漏浆严重的出现。通过流砂层后其下剩余为硬岩层

9、，采取钻进时采用大冲程钻进，实际施工中泥浆比重控制为1.42，既能保证一定的钻进速度，又能使泥浆护壁良好不至于塌孔，尽快钻至设计标高成孔，防止长时间浸泡导致反复出现新情况，并及时灌注水下混凝土。4.效果巴嘎吉林郭勒特大桥桩基地质条件复杂，同时遇到粉砂土、粉质黏土、流砂层和硬岩层复杂地层，通过上述的方法处理，全桥108根桩基础施工顺利，未发生大的意外及事故。经施工单位自检、监理单位抽检及业主巡检（均为低应变法检测），全部为I类桩，桩身质量完整，受到业主和监理单位的全线通报表扬，大大增强了职工的积极性及提高企业的信誉。5.结束语5.1通过成桩质检报告，证明在施工过程中遇到粉砂土、粉质黏土、流砂层和硬岩层复杂地质条件，地下水丰富且地下水位高，采取的技术处理措施是合理的，施工工艺成功。在粉砂土、粉质黏土、流砂层及硬岩层地层钻进中，护筒保护采取措施，钻头冲程控制及投放混合料护壁的措施较为合理，但在施工中应加强清孔后灌桩过程各环节紧密进行，保证顺利灌注混凝土。5.2施工单位既要先对设计部门提供的地质资料仔细研究，选用较合适的钻机配置，又要在施工中采取捞渣等办法及时掌握地质资料记录地层的变化，及时采取合理技术措施、施工工艺或调换钻机及配置的办法，以保证成孔质量。【参考文献】1.公路、桥梁、隧道施工新技术、新工艺与验收规范务实