潜孔钻+冲击钻在孤石桩基施工中的适用性研究

潜孔钻+冲击钻在孤石桩基施工中的适用性研究

吴明绍

保利长大工程有限公司   广东  广州   510000

摘要：城市道路建设中，道路形成四通八达的网状，不乏有上跨主线桥、下为辅道的道路情况，以保证交通便利。在部分地区，城市建设不可避免的会存在大量挖填方，在挖填方路基中进行桩基钻进架设桥梁亦为经常发生的事。孤石桩基施工中，合理应用潜孔钻+冲击钻可以显著提高施工效果。

关键词：潜孔钻+冲击钻；孤石桩基；应用

1. 潜孔钻与冲击钻

1.1潜孔钻

潜孔钻在工程中的应用主要涉及钻孔灌注桩岩性地层成孔，斜岩地质情况下的辅助成孔等，在钢板桩围堰引孔作业中应用较少，但都是应用了该设备冲破岩质地层的能力。针对工期紧，任务重的钢板桩围堰工程，在岩性地层中采用潜孔钻设备预先引孔，相对于其他引孔方案，能有效节约工期，再加上护管内换填粘性土技术的应用，拔除护管后避免塌孔，保证了后续钢板桩的顺利插打。

1.2冲击钻

机械式冲击钻井工具通过螺杆动力机构实现旋转动力的输出，通过高频冲击机构将周向旋转运动转换成轴向高频、均匀稳定的机械冲击振动，直接传递给钻头，在钻进过程中，为钻头提供额外的高频冲击，辅助钻头破岩，提高破岩效率，以达到提高机械钻速的目的。如图1所示，机械式冲击工具包括：动力机构和冲击机构。该工具采用螺杆作为动力机构，利用螺杆心轴和外壳的转速差带动冲击机构工作，实现旋转运动到轴向冲击的转换。该方案冲击机构采用纯机械结构，由于螺杆提供的扭矩较大，能够克服相对运动的凸轮体间的摩擦阻力，完成运动的转换。

图1 机械式冲击钻井工具结构

2. 潜孔钻+冲击钻在孤石桩基施工中的应用

兴汕高速海丰至红海湾开发区段二期工程项目是省高速公路网规划“三纵梅州平远至汕尾红海湾”的最南段。二期工程路线总长15.4Km。采用双向四车道，路基宽度为26m，设计速度为100km/h。

2.1现场孤石地质情况

由于大部分桥址桩基地质勘察钻孔位较少，且分散孤立分布难以准确探明，桩基施工较难处理。在本项目K34+730中桥、K36+211中桥桩基施工初期，覆盖层较浅，目前覆盖层内已出现孤石较多情况，同时多处有砂垫层，在这种地质情况下桩基护筒埋设的难度较大，同时孤石存在时旋挖钻钻杆极易偏移，钻进难度较大。由于设计地质勘探不详、施工经验不足，尝试过采用几种常用方法钻进，效果均不理想。严重处每小时钻进不超过2cm，且桩锤锤牙磨损严重，脱落较多，并有斜孔现象，经常出现跳转和斜孔，影响了成孔速度。

2.2潜孔钻施工

第一，潜孔钻定位及角度调整

将冲击钻移出施工场地，继续循环泥浆，确保孔壁稳定。用人工或机械把潜孔钻施工的区域场地平整好，以便潜孔钻机可直接移动到钻孔定位的地方方便操作，钻具钻杆的起落安装，将风管和机器水空压机连接好，保持畅通，司机到位，钻机焊机钻具钻杆试机无故障，备好各种料具，备件。

钻机对位：钻杆及钻塔定位完毕，根据测量放样孔位，严格认真进行孔位调整，尤其注意钻杆垂直度控制，要求经由现场技术员检测合格后方可允许进入下道工序。

经多次试验，为保证桩基冲击破碎效果，现场桩基按桩基周围、护筒内引孔12个φ110mm小孔进行布设（引孔贴紧设计桩孔位置进行布设），桩基内再布设2圈小孔，往内圈引孔孔眼数减半，形成“蜂窝煤状”。出现孤石桩基主要为Ф120cm和Ф140cm钻孔灌注桩，具体引孔示意如下所示。

图2 桩基引孔示意图

第三，钻进引孔

钻孔自上而下逐层施工深入，钻孔的速度，风压，推进根据钻机的性施开结合底层实际情况严格控制，防止钻孔扭曲和变径、造成塌孔或其他事故。

空压机启动后，开启潜孔钻机，根据地形及地质情况调整好钻机的钻机角度方可开钻。潜孔钻主要由传扭结构和气动冲击机构组成。其中，传扭结构连接钻杆和潜孔钻头装置，传递回转切削及回拉拉力；气动冲击机构产生冲击作用，给冲击钻头提供轴向动力。潜孔钻成孔主要分四个基本动作：

冲击动作：能使钻头凿进岩石。

推进动作：使钻头与岩石保持紧密接触。

回转动作：在下一个冲击动作之前使钻头转动到新的位置。

洗孔排渣：清除钻孔中的岩硝同时给钻具降温。冲击器冲击活塞产生的冲击能量通过钻头传递到岩石上。

第四，验孔

钻孔过程要安排专人负责，对地质情况及开孔成孔、孔深进行详细记录，在钻孔的过程中，对每个孔的地层变化高钻进状态、地下水及一些特殊情况要及时反馈、采取措施。如果钻进施工相邻孔过程中出现高压风穿孔情况则必须将相邻孔用长螺旋钻机钻孔成桩后再二次进入邻孔引孔施工。要求现场负责人对地层中块石的含量、埋深及时准确的掌握，以便在钻进过程中更快、更有效、更合乎设计要求的完成每一个钻孔。

钻孔过程中确保钻孔孔位纵横误差不得超过50mm，高程误差严格控制超过大径块石埋藏深度，确保钻机安放支架牢固稳定，在引孔过程中不得出现晃动。开钻后要注意孔深的控制，一定要超过孤石层的底层0.5～1.0m。避免二次对位钻进，满足引孔要求。

一个引孔钻好后，要及时组织验孔，要对孔深、和垂直度进行检验，各项指标符合设计要求。孔深需超过大量块孤石层的底层0.5～1.0m，不符合要求需重新下放钻杆，原位补孔，直至深度满足要求。垂直度不符合要求，在检测偏位方向后，在偏位方向另一侧不超过10cm位置处重新补孔钻进。

第五，潜孔钻移机、冲击钻就位

按要求完成潜孔钻所有孔位钻孔后，验收无误后将潜孔钻机移出施工区域。移动冲击钻进行孤石处理施工。

在冲机就位时，务必严格按测量结果对中，施工过程中，应使冲机固定良好，尽量避免移动冲机，如必须移动冲机后，重新就位时必须严格按测量结果对中，以避免斜孔的出现。

第六，破碎孤石层、冲进成孔

采用冲击钻冲击孤石层，加大桩锤冲程，增大对孤石的冲击力。斜岩处可采用回填片石或混凝土形式填平受力顶面，由于硬岩和坚硬岩层的脆性大，在较大冲击载荷作用下，桩孔岩石局部直接粉碎，桩孔内分割岩石将产生破裂，从而与周边岩体分开，同时将冲进泥浆指标相比原要求适当加大，增加泥浆对钻渣的悬浮效果，及时清除岩渣，冲击钻不断冲击破碎，钻进成孔。

3.结束语

由于石方路基的垂直钻进稳定性较低，尽可能选取保护侧壁效果好的措施进行处理；对于卡钻处理，应选取较为安全的方式进行，准确核算施工成本，必要时，采用反开挖的方式进行处理。

参考文献：

[1]孙超.闽南某铁路工程花岗岩孤石判别方法[J].工程技术研究,2021,6(18):251-252.

[2]张盛.大直径全护筒嵌岩式桩基础成孔施工技术[J].工程建设与设计,2021(17):158-160.

[3]汪洋,杨知.冲击成孔在河道砂砾石地层桩基施工中的应用[J].四川建材,2021,47(01):75-76.