河流裸露岩层地区桩基施工技术研究

河流裸露岩层地区桩基施工技术研究

曹广银

铁五局集团机械化工程有限责任公司，湖南省 衡阳市 421002

摘要 常德经益阳至长沙高速铁路三标资水特大桥全长9619m，主跨为90+180+90m连续梁拱桥，跨越资水河，主墩桩基础为20根φ2.5m桩基，最长桩长48米，桩顶位于河床底以下6.5米左右；通过现场实际地质情况、钻孔方案对比研究，采用了冲击钻引孔结合旋挖钻钻进成孔的施工技术，不仅解决了本工程单一成孔方法不能完成施工的难题，还有保证成桩速度，缩短作业工期。

关键词 冲击钻；旋挖钻；桩基；河流

中图分类号 XXX 文献标识码 XX

Research on Pile Foundation Construction Technology in River Bare Rock AreaTitle

Cao Guangyin

(China Railway Fifth Bureau Group Mechanization Engineering Co., Ltd.Hengyang City,Hunan Province,421002,China)

Abstract Changde via Yiyang-Changsha High-speed Railway Third Standard Zishui Extra Large Bridge with a total length of 9619 meter, The main span is 90+180+90 meter continuous beam arch bridge, Across the Zishui River, The pile foundation of the main pier is 20 φ2.5m pile foundations, The longest pile length is 48 meters, The top of the pile is about 6.5 meters below the bottom of the river bed. Through the comparative study of the actual geological conditions on site and the drilling plan, the construction technology of percussion drilling combined with rotary drilling to form the hole is adopted; It not only solves the problem that the single hole forming method of this project cannot complete the construction, but also ensures the pile forming speed and shortens the construction period.

Key words Impact Drill; Rotary Drill; Pile Foundation; River

当前我国基础建设飞速发展，一般采用大跨度桥梁工程进行跨越河流，桥梁基础通常设计为桩基础，其成桩施工方式主要为旋挖钻成孔、冲击钻成孔及反循环钻成孔等^[1]。

旋挖钻成孔适用于土层、中等密实以上的砂土、风化岩层及中等硬度的岩石等地质，其成孔速度快、精度高、清渣彻底^[2] ，缺点是机械费高；冲击钻基本上能用于所有地层，具有较强的适用性，缺点是速度慢；回旋钻对卵石、泥岩石层不易钻进、耗电大^[3]。

对于本工程的裸露岩层桩基施工为了保证护筒的稳定性及防止漏浆现象可以采用混凝土封底稳桩或人工基床稳桩^[4]，混凝土封底稳桩需要先进行钢围堰封底施工，与本工程采用的先桩后堰不匹配；人工基床稳桩水上抛填工程量较大，阻塞河道，污染严重，且不利于后期钢围堰封底施工，故都不适合本工程。

本文以工程实例为对象、工艺为核心，采用冲击钻引孔结合旋挖钻钻进的成孔技术，对河流裸露岩层地区桩基施工进行探索^[1]。

1 工程概况

本桥梁工程起于湖南省益阳市资阳区新桥河镇，终于湖南省益阳市桃江县桃花江镇，主跨（100-103#）采用90+180+90m连续梁拱桥跨越资水河，其中101#主墩采用20根φ2.5m桩基，桩长48米，102#主墩采用20根φ2.5m桩基，桩长43米，桩基混凝土强度为C40水下混凝土，桩基按方形布置成4排（5+5+5+5）；主墩承台尺寸长×宽×厚为19×28×6米，位于河床底以下0.5米左右。

桥位处河床地质情况从上向下为：厚0.5-1米砂砾石覆盖层，厚20-29米强风化泥质板岩，厚30米以上弱风化泥质板岩；为满足通航要求，承台底部嵌入强风化泥质板岩层5.5米左右，一般水位水深5米。

本桥梁基础采用先桩后堰的方法施工，由于承台嵌入强风化泥质板岩层，故首先需要进行水下爆破，爆破深度控制到承台底以下3米处（保证钢围堰水下封底厚度），分层爆破开挖基坑，基坑开挖到位后搭设栈桥及平台施工桩基。

2 钻孔工艺对比

2.1 冲击钻成孔

采用冲击钻成孔，通过在103#墩冲击钻施工结果测算每根桩成桩时间在40天左右，其中成孔34天、一次清孔4天、下钢筋笼及二次清孔1.5天、灌注混凝土0.5天；考虑多台冲击钻跳孔进行施工，在平台上最多布置8台冲击钻，故每根桩平均至少5天时间；同时由于地质为泥质板岩，冲击钻施工极易出现黏锤现象，将会大大增加施工的不确定性，不能满足施工要求。

2.2 旋挖钻成孔

采用旋挖钻成孔，经测算每根桩成桩时间在3.5天左右，成孔2天、一次清孔0.5天、下钢筋笼及二次清孔0.5天、灌注混凝土0.5天；考虑流水作业及旋挖钻机检修时间，每根桩为2.5天，满足进度需求；由于前期进行水下爆破，将河床开挖至承台底部以下3米处，同时为保证水下灌注混凝土桩头质量需要超灌1米以上，故灌注完成时护筒内混凝土面将高于已开挖河床4米以上，在实际灌注过程当护筒内混凝土面高过河床2米以上时会发生混凝土泄露，致使混凝土难以灌注至设计标高，同时泄露的混凝土将会导致后期钢围堰封底厚度不足，对后续施工造成影响。

2.3 冲击钻机配合旋挖钻机成孔

经过多方考虑采用旋挖钻成孔为主，辅以冲击钻引孔下钢护筒保证钢护筒与河床有足够的嵌入深度和密贴性，使得灌注施工时混凝土不会发生泄漏，既能保证了快速成桩，又不影响后期施工。

3 施工方法

3.1 施工工艺流程

在平台上合理布置冲击钻进行引孔并跟进护筒，待护筒嵌入深度达到要求后，将冲击钻机至其他孔位进行引孔，旋挖钻就位已引孔孔位进行钻孔；达到设计深度后进行清孔、下钢筋笼，完成混凝土灌注。

3.2 操作要点

3.2.1 搭设栈桥及施工平台

为保证洪水期栈桥栈桥稳定性，采用河堤顶标高为栈桥和平台桥面标高，栈桥平台尺寸为43.38米×45.6米，栈桥平台桥面距离承台底部25米。

3.2.2 下钢护筒

采用壁厚16mm钢板卷制成直径2.8米的护筒分节接长至9米左右运输至栈桥平台，使用吊车将护筒竖直吊至平台预留的孔位处，护筒预留1.5米左右于平台之上后将其固定在平台上，将另一节护筒吊至上方对接，采用码板焊接固定后焊接完成护筒接长并下放，循环施工直至护筒长度大于29米，采用打板机调整护筒垂直度，满足要求后将护筒振入岩层，要求护筒嵌入岩层不小于20cm，并将护筒上部与栈桥平台焊接固定牢靠。

3.2.3 冲击钻引孔、护筒跟进

冲击钻采用直径2.7米、重12T的钻头进行施工，冲钻机就位后采用低扬程密锤冲击，钻进2米后接长钢护筒，使用打板机继续下沉护筒，循环施工保证钢护筒嵌入岩层4米以上，然后向孔内注入泥浆加高孔内水头高度，若出现泥浆外漏现象则冲击钻继续钻进、跟进护筒直至护筒内水头高度高于钢平台。

3.2.4 旋挖钻钻孔

护筒跟进就位后将冲击钻转移至其他孔位引孔施工，旋挖钻就位钻进，旋挖钻先采用直径1.5米钻头钻进成孔至设计标高，再采用2.5米钻头进行扩孔；钻渣采用后八轮运输至弃渣场，钻进过程钻头提杆至护筒下端口时应降低速度，防止碰撞护筒。

3.2.5 清孔

成孔后采用气举反循环法进行清孔，出浆口设置除砂机，加快泥浆净化，直到孔内排出的泥浆手摸无2～3mm颗粒，泥浆比重不大于1.1，含砂率小于2%，粘度17～20s^[5]。

3.2.6 下钢筋笼

钢筋笼在钢筋厂加工完成后，经检验合格后运至现场，利用履带吊等设备下放钢筋笼，下放时必须检查钢筋笼的竖直度及直螺纹套筒连接安装质量，同时将声测管接到平台上，以便后期提前检桩。钢筋笼下放至设计深度后，经检查无误后采取可靠定位措施，防止后期施工中骨架上浮或下沉。

3.2.7 下导管

导管采用直径400mm，安装前要对导管进行密水试验，试验合格后方可使用，下放导管的长度经计算确定，导管第一节底管距孔底30～50cm。下导管必须有专人负责，导管必须居孔中心，下导管时避免导管与钢筋笼碰撞，遇导管下放困难应及时查明原因。

3.2.7 二次清孔

下放导管完成后再次检查沉渣厚度，沉渣厚度若超过设计要求，则进行二次清孔。二次清孔利用导管采用气举反循环法清孔，清孔至沉渣厚度满足要求后方可进行混凝土浇筑。

3.2.8 灌注混凝土

混凝土供采用拌合站集中拌合，用混凝土运输车运料至施工现场。灌注砼采用导管法，灌注前沉渣厚度不大于设计要求。料斗底部封闭前需在导管内放置气球对混凝土和泥浆进行隔离。初灌砼封底量要进行准确计算，以保证封底效果和导管埋入砼深度不小于1.0m。封底完成后，灌注砼必须连续进行，不得中断。灌注过程中要不断测量导管的埋深和砼面的高度。导管埋深控制在2～6m。为保证成桩质量，灌注的桩顶标高应比设计高出1m。

4 结论

（1）本文通过在资水特大桥主跨桩基施工中采用冲击钻引孔结合旋挖钻钻进成孔的作业方式，该方法的最终显示平均成桩时间为2.5天/根，浇筑过程护筒与岩层贴合严密，无混凝土泄露至河床底，对后续钢围堰封底施工无影响，桩基检测结果显示一类桩100%。

（2）本文提出了的冲击钻引孔结合旋挖钻钻进成孔的作业方式，保证了护筒的稳定性及防止漏浆现象的出现，与单一旋挖钻或冲击钻施工比对而言，充分利用了冲击钻挤土效应大，护壁效果好及旋挖钻成孔清孔速度快的优势，提高了施工效率，加快了施工进度，节省了施工成本，获得了很好的社会和经济效益。

参 考 文 献

[1] 周志彬，邹鹏等．旋挖钻结合冲击钻技术在复杂地质条件中的应用[J]．施工技术，2020年6月第49卷第3期:1183-1186.

[2] 董存虎，复杂地层中采用旋挖钻代替冲击钻的施工技术[J]．建筑安全，2019年第2期：39-41.

[3] 汪雨珍．复杂地质层桩基的旋挖钻与冲击钻施工技术研究[J]．工程与建设，2017年第31卷第1期:125-127.

[4] 柯杰，姚清涛等．裸岩或浅覆盖层条件下嵌岩桩基施工技术研究[J]，施工技术，2018年4月第47卷第7期：53-56. [5] 毛奎，王昌喜．嘉鱼长江公路大桥超长桩旋挖钻配合

冲击钻复合成孔技术[J]．中外公路，2018年6月第38卷第3期:199-203.