基于风化球孤石识别与旋挖钻进影响的技术研究

基于风化球孤石识别与旋挖钻进影响的技术研究

曾秋环

珠海香海大桥有限公司（ 519070）

摘要:本文从桩基础入手，旋挖机钻入孤石时的影响进行识别与分析。

关键词：公路桥梁；桩基础；风化球；技术

一、开工前的准备工作

施工前根据工程水文地质数据，结合设计图纸，制定详细的施工计划，编写施工方案及临时用电计划。根据相关规定制定安全生产、文明施工措施、环境保护和处理应急预案等。施工前应对测量仪器进行检验和校正，做好环保措施及交通维护，设置相应的安全警示标志、标牌等。泥浆应有专用灌车储存或按方案的指定地点排放，准备好搅拌机及泥浆料和安全防护用品，安装好临时用电的二级、三级开关箱并有防漏电保护装置，检查机械设备是否可以正常操作等等。

根据地质地貌特征及结合桥梁桩基础施工的特点、难点、类型进行技术研究。首先技术员要熟悉一下施工路段的地壳岩层岩石的种类及选择钻进设备的合理性、可靠性、成本控制性等致关重要。桩基施工工程技术人员虽然有全路段的详勘资料，建设方或投资方为节省投资成本，往往不能做到每孔一钻的地勘密度。桩基不是地勘原位孔的情况下，孔底岩层渣样类型会有不少差异，特别是岩层裂隙发育、溶洞、孤石密集的环境中进行桩基施工，极大的考验了工程技术人员的业务水平。

二、施工与技术

1、钢护筒制作及埋设

为加强护筒的整体刚度，在焊接接头焊缝处加设厚10mm宽20cm的钢带。护筒底脚处加设厚10mm宽30cm的钢带作为刃脚。钢护筒按现场实际情况分节加工，焊接采用坡口双面焊，所有焊接必须连续，以保证不漏水。钢护筒在加工场进行分节制作，经检查合格后由汽车运至现场。在钻孔桩位置处填筑施工场地。根据每个墩台中各桩位的坐标，用全站仪对其进行精确定位，并在桩的前后左右距中心2m处分别设置十字护桩，供随时校核桩位中心。在埋设好的护筒四周回填黏土，并分层夯实，顶部高出地面0.4m为宜。长度不小于3m。用护桩复核护筒平面位置．保证其平面中心偏差不大于5cm，倾斜度小于1％。

2、桩机就位

旋挖钻机通过自身履带爬行至需钻桩位，由机械自身电脑进行钻机桅杆与机身水平与垂直调整。液压功能旋挖桩机就位时与平面最大倾角不超过4°，现场地面或桥面承载力必须大于250KN/m³，所以钻机平台处必须碾压密实。

3、泥浆制备

表3.1旋挖桩泥浆性能指标表（成孔过程中）

1）泥浆池设置

泥浆池设置应在钻孔附近位置，避免泥浆外流，影响环境。泥浆池设置造浆池、储浆池、沉渣池，泥浆池的体积不小于桩基容积的70%，泥浆池的具体尺寸根据桩径、桩长计算确定，泥浆池的深度按2.0m控制。

2）配备一辆泥浆运输车，钻孔或灌注砼时产生的多余泥浆用泥浆泵抽至泥浆运输车运送至指定场地，待泥浆沉淀后再将其运至指定弃土场。

4、钻进施工：岩层旋挖成孔

根据不同硬度的岩层及桩径选择不同的钻具和成孔方法。

1）一般硬度岩层

对于20~30MPa以下的一般硬度岩层，旋挖桩机的钻具采用“截齿筒式钻头”和“岩层双底截齿钻斗”交替配合。对于一般硬度岩层，分以下几个步骤进行钻进：

a、 先采用“截齿筒式钻头”钻进，对孔内岩芯圆周进行松动，形成与设计桩径相同的一圈凌空面。b、“岩层双底截齿钻斗”钻进取渣。c、重复上述步骤，每次钻孔进尺约1.0m~2.0m，直至钻进至设计标高。

2）坚硬岩层

对于30MPa以上的坚硬岩层，旋挖桩机的钻具采用“牙轮筒式钻头”和“岩层双底截齿钻斗”交替配合。分以下几个步骤进行钻进：a、 先采用“牙轮筒式钻头”钻进，对孔内岩芯圆周进行松动，形成与设计桩径相同的一圈凌空面。b、“岩层双底截齿钻斗”钻进取渣。

c、 重复上述步骤，每次钻孔进尺约0.2m~0.6m，直至钻进至设计标高。

3）大直径桩钻进坚硬岩层

考虑到旋挖桩机的功率、扭矩及钻杆强度，对大直径入坚硬岩层的桩基础，分以下几个步骤进行钻进：a、先采用小直径不取芯嵌岩筒钻（牙轮筒钻或截齿筒钻）钻进，对孔内岩芯圆周进行松动，增加岩层自由面，以降低其应力水平，使之有利于大直径筒钻进一步钻进，提高其工作效率。b、换用嵌岩短螺旋钻斗入岩，破碎岩芯以构造孔底自由面。c、换用大直径不取芯筒钻（牙轮筒钻）以进一步松动岩面，并使成孔直径满足设计要求。d、最后用双底截齿钻斗钻进取渣。e、重复上述步骤，挖钻进至设计标高。

5. 终孔芯样的判定规则

旋挖钻进过程中，遇到风化球或孤石会卡锤、偏孔等现象。这种情况应该降低钻进速率，提高泥浆比重，调整钻进液压力来处理产生的故障问题。全风化、强风化里面的微风化定名为风化球。残积土、全风化里面的中风化、微风化定名为孤石。从业三十多年的经验告诉我，风化球或孤石下面一般都有夹层，一个孔有时还不止一个，最多时能遇到7-8个孤石（珠海珠峰大道跨线桥），施工难度极大，有地勘孔的桩位还比较好判别，无地勘孔的桩位只能评经验来判定。遇到因岩层裂隙发育而不能形成一定长度的芯样时，只能从岩石的硬度和嵌岩深度来判定是否可以终孔，最难判定的是取上来的芯样比较完整，这时只能通过目测岩石颗粒的组成及颜色来判定，取上来的芯样用水冲洗干净，用手机拍下岩石图片并放大观察。

1. 较深地层的花岗岩孤石呈灰黑、绿黑、黑、辉绿等色，细中粒结构，中生代晚期的白垩纪时代（亿年前）花岗岩（火成岩）。

2. 较浅地层的花岗岩孤石呈浅灰、浅灰绿、灰、灰白、肉红等色，中粗粒结构，属燕山期（侏罗纪），属于三叠纪与白垩纪之间，即中生代第二个纪（γ43-1）花岗岩（沉积岩）。

3. 风化球是白云石和石英组成的凝结物，是亿万年前洪水瀑发搬运至某一处而沉积形成的个体。通过12000多根桩基终孔后的经验数据表明，绝大多数风化球孤石埋深都在地表以下45米以内。超过这个深度几乎没有风化球孤石。

第一种情况是：中粗粒结构的普通花冈岩，其斜长石（钙长石）呈梅花状、族状、粒状结构，斜长石白的如雪，黑云母黑的如墨，即可判断为孤石（沉积岩），孤石下还有夹层，必须继续钻进施工，反之则可终孔。

第二种情况是：细中粒结构的英云闪长岩（火成岩孤石），它主要由斜长石和石英、黑云母组成，斜长石常具环带构造，深色矿物除黑云母外，有时含角闪石、辉石、碱性长石、磷灰石、榍石、磁铁矿等。如果取上来的芯样长度2-3米间，则还需继续钻进，有待观察。如取上来的芯样长度为4-5米间，且比较完整的芯样，说明己钻进整体性岩脉，稳定性极好，则可判定可以终孔。正确识别风化球孤石，可以预知旋挖钻进界面的软弱地层结构，有助于作出正确判断持力层的好坏，指令继续钻进或终孔，提高生产效率，确保桩底的稳定性持续有效。

结语

综上所述，桩基础施工中，尤其是跨河大桥，桩基础具有非常重要的作用，一旦桩底孤石（风化球）不能有效识别而终了孔，虽然浇灌了混凝土，但时间一长，如果侧摩阻不能满足荷载承压的情况下，桩底还是会下沉，基础失稳，则会使桥梁上部结构受到影响。为确保桩基础的稳定性，应当保证钻孔灌注桩的施工质量，这就要求作业人员了解并掌握相关的施工技术及掌握地质构造相关知识和要点，并在实际工作中发挥学术型、技术型、专家型的作用，以保证桩基础的施工质量。未来应加大对桩基础施工技术的研究力度，通过技术优化，使现有的施工技术得到进一步完善，从而更好地为桥梁工程建设服务。

参考文献：

[1]冉斌．旋挖钻技术在桥梁桩基础中应用[J]．黑龙江交通科技，2017，40(1)：77+79．