岩溶地区钻孔桩全套管嵌岩施工技术

岩溶地区钻孔桩全套管嵌岩施工技术

汪占龙

中铁上海工程局集团华海工程有限公司上海市201101

摘要：目前随着我国高速铁路和城市轨道交通的发展，桥梁的应用日益广泛，而在桥梁的下部基础施工中钻孔桩施工尤为重要，针对不同的地质，选择适合地质的钻孔设备和施工工艺来保证钻孔桩的施工进度和成桩质量成为整个施工的重点。本文针对岩溶地区钻孔桩地质特点采用全套管嵌岩施工技术进行整理总结。

关键词：潜孔锤旋挖钻控制钻进。

1引言

目前世界上钻孔灌注桩施工主要有贝诺特、反循环法、阿司特利法三大工法。其中贝诺特施工法就是利用液压全套管钻机施工成孔灌注的一种施工方法，这种成桩工艺是目前国际上最为流行的钻孔灌注桩施工技术，也是最为先进的一种。中建六局土木工程公司于八十年代中后期在承建国外大型桥梁工程中，曾采用这种技术成功地进行了大直径钻孔灌注桩的施工，近年已将此设备引进国内，并在北京阜城门立交桥等工地投入实际应用，同条件下施工速度是其它施工方法的8～10倍，成桩质量高于国家现行施工验收规范标准，应用前景十分广阔。全套管嵌岩施工法顾名思义就是成孔过程套管持续跟进到岩层，套管给孔壁支护作用，防止塌孔。由于岩溶地区溶洞分布广、层数多、单层高度大造成施工难度大，冲击钻、旋挖钻钻孔施工成孔率低、成孔质量差。因此要有效的解决岩溶地区钻孔易塌孔、成孔效率低、混凝土超方等问题，采用全套管嵌岩钻施工是一种较为合理的方案。

2工程概况

昌赣客运专线站前工程CGZQ-5标吴家特大桥吴家特大桥位于江西省吉安市境内，里程为DK163+046.67-DK167+599.58，中心里程为DK165+323.13，全长4552.91m，桥址区下伏基岩为二叠系栖霞组灰岩，属隐伏岩溶区，桥址全场区均有分布。溶洞为半填充、全填充以及空洞，填充物主要为褐黄色粉质粘土及角砾土。其特点为溶洞较多，埋深较深，规模大，且连通性较好。桥梁桩基桩径为1.25m和1m，其中桩径1.25m，桩长6～23.5m。其他桩径1.0m，桩长8～35.5m。嵌岩端承桩，最小嵌岩深度为1m。桩基环境等级为H1，混凝土采用C35水下混凝土。本工程主要重难点为岩溶分布广泛，溶洞层数多，单层高度大，钻进过程容易造成偏孔、塌孔、漏浆、混凝土超方严重等问题影响成桩质量和存在安全隐患。

根据吴家特大桥的地质情况我们利用全套管护壁解决溶洞规模大易塌孔的问题，利用潜孔锤的柱齿或球齿硬质合金钻头，在破碎坚硬岩石中，既有利于破岩，又有比金刚石钻头寿命高的适应性的特点解决在岩溶地区岩层面落差大造成易偏孔的问题。因此结合各自的优点，形成一种全套管跟进潜孔锤引孔旋挖钻捞渣清孔的混合施工法，有效的解决了岩溶地区成孔难的问题，提高了桩基施工效率，保证桩基施工质量。

3施工工艺流程及操作要点

3.1施工工艺流程图

施工工艺流程图具体参见图1所示。

3.2主要工序操作要点

3.2.1施工准备

场地具备“三通一平”条件，满足施工要求。施工场地坚实宽敞满足施工设备及配套设备布置，满足机械自重承载需求。

现场套管、引拔机、汽车吊、挖机、翻斗车、砼浇注导管、潜孔锤及配套设备、旋挖钻机等设备齐全，按规定进行保养，性能良好，满足施工需求。

3.2.2测量桩位放线

根据设计图纸及设计院提供的桩号及桩位坐标，利用GPS现场进行桩位精确放样，放出钻孔桩的轴线位置，在桩中心位置钉设木桩，放线后由专业监理工程师复核验收无误后，并设护桩，施工中护桩应妥善看管，不得位移和丢失，并在放线时测好地面标高。

3.2.3潜孔锤钻机就位

钻机移位至对应的位置，调整桅杆，有专人指挥慢慢调整对准所放桩位并保证钻杆中心同桩孔中心在同一铅垂线上。钻机就位误差水平高差不得超过3mm；中心偏差不大于15mm。

3.2.4潜孔锤钻机钻进

对准桩位后开启空压机，待压强达到相关参数要求后开始钻进，钻进采用潜孔锤套管同步跟进钻孔方式，即潜孔锤一边钻进，套管一边随钻头下入孔内。跟进的套管具有稳定孔壁和保护孔口作用，而且钻进、排渣和护壁3个工序同时进行，使钻孔工作得以顺利进行。由于潜孔锤是高频气动竖直向下震碎岩层，能够有效的防止斜岩造成的偏孔，提高碎岩效率，钻渣在气动的作用下在套管孔壁预留孔排出（如图2所示）。

3.2.5潜孔锤钻机退出回填

当钻进至设计桩底标高时，停止钻进慢慢提钻，提出钻头后潜孔锤钻机退出移至下一根桩施工，然后对孔进行回填至地面。

3.2.6桩位复测

复核测量桩位，在确认桩位后，看是否护桩因机械施工振动移位，若有移位及时调整，并经专业监理工程师复核无误后，妥善看管，进行下一步施工。

3.2.7旋挖钻机就位捞渣及套管跟进

旋挖钻钻机进场，对中桩位进行套管跟进，旋挖钻机动力头处进行改装，连接套管带动套管旋转跟进（套管刃脚安装旋挖钻截齿钻头），每跟进一节然后加节，采用螺丝连接。在套管跟进时，为了保证套管跟进的顺利和垂直度的要求，严格控制套管垂直度，及时检测套管跟进的垂直度，若有倾斜时及时纠正。在钻捞钻渣时套管同时跟进直至嵌入岩层，旋挖钻捞钻渣至到设计桩底标高时，停止钻进，进行清理孔底钻渣，确保孔底干净，沉渣厚度达到验收标准要求，经自检合格后报请监理工程师验收合格通过后进行下一步施工（如图3、图4所示）。

3.2.8钢筋笼、导管吊放施工

钢筋笼在钢筋笼制作场地，流水作业加工，经验收合格后标明长度、对应桩号等相关参数铭牌后运输至施工现场。由于运输和吊装的限制长度大于12m的钢筋笼，分节制作安装，在连接钢筋笼时，按照相关规范及交底要求，焊接牢固，不得发生弯曲。为了保证钢筋笼中心与孔中心的重合，在主筋外侧安装圆形预制混凝土定位块，一道4块，2m一道。

为了控制钢筋笼笼底标高位置在吊放钢筋笼前测得实际孔深，根据实际测得孔深推算孔底标高与钢筋笼的笼底标高之差，在钢筋笼笼底焊接支脚的方式控制钢筋笼位置。并检查记录钢筋笼的安装高度与相应的套管长度，这一数据可用于判断钢筋笼是否与套管一起被提上来。吊放完毕后采用反复夹紧与放松的办法让套管摇动，用在相同方向转动套管l～2次的办法消除套管与钢筋笼之间可能出现的摩阻力，防止钢筋笼与套管发生卡滞。

在钢筋笼吊放完成后，安放水下混凝土浇筑导管，导管在使用前通过水密性试验合格，密封性满足要求。在导管安装时记录导管节数及每节长度，用于测算浇筑混凝土时导管埋深。

3.2.9水下混凝土灌注、套管拔除

在准备工作就绪后通知拌和站开始混凝土的拌和（以书面形式提供包括数量、标号、质量、供应时间在内的要求给拌和站）。混凝土在拌和过程中，实验组派专人值班，按规定频率检查混凝土的塌落度以及和易性，并根据前场的要求进行混凝土各项指标的试验，确保混凝土灌注的顺利进行，如发现不合格应将其及时处理或废弃。

灌注混凝土时，漏斗的掉具、漏斗、吊环均要稳固可靠。混凝土灌注过程中，现场技术员勤测量孔深、套管拔出高度及时掌握导管埋深情况，确定继续进行混凝土灌注或是导管拆除。

边浇注砼边利用引拔机提升套管，注意提升套管时混凝土面的变化，但应保证套管埋入砼内的深度为1～2m，砼浇筑完成后将套管全部拨出。在灌注过程中记录套管拔升高度，推算基准面及套管埋深情况。

导管拆除前要准确测量混凝土顶面至基准面的高度，计算导管埋深，

确定拆除导管长度，并通过导管总长减去已拆除的导管长度复核拆除导管后埋深是否符合技术规范要求。导管拆除时全体操作人员必须听从现场技术员的指挥，吊装工人严格按照要求指挥吊机提升导管，拆管工人须在确定导管固定好后方能进行导管拆除。混凝土灌注完成时孔内混凝土全截面应高出桩顶设计标高0.5～1m左右（如图5所示）。

4现场应用效果

通过现场实际应用相对比其他施工方法，采用全套管嵌岩施工方法施工成桩效率高，塌孔、偏孔等现象明显减少，孔径规则，混凝土灌注超方量大大的减少，有效的提高了施工效率和节省成本。

桩基施工完毕到达龄期后通过桩基检测验证桩基完整性良好，质量安全可靠，大大地降低了废桩风险，同时也为后期施工进度得以保障。

5结论

此施工方法可适用于几乎所有土质，在风化岩层、卵石层及砂土层及卵石层及砂土层中能有效地解决塌孔、扩孔等问题能顺利成孔；采用了通长套管，能有效解决泥浆流失、使用量大，减少污染等问题，封堵溶洞填充物，保证孔底的干净无沉渣。在岩溶分布较广，单层高度大，岩层分布不均的地域可有效的提高成桩效率，节省混凝土超灌量，节省成本。

参考文献：

[1]《高速铁路桥涵工程施工技术规程》（Q∕CR9603-2015）

[2]《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10752-2010）

[3]吴建明、朱忠宁，空气潜孔锤灌注桩施工工艺及方法.山西建筑，2010，36（9）：89-90