大孔徑鉆孔樁在黃河漂石層中的成孔淺析

【摘 要】結合沙坡頭黃河特大橋11＃墩樁基鉆孔灌注樁施工實例，著重介紹了大孔徑鉆孔樁在黃河漂石地層采用沖擊鉆十字沖錐成孔的方法。工程實踐表明，采取傳統的沖擊式鉆機鉆進破碎漂石層是一種非常有效的方法，這為該類地層的順利成孔積累了成功經驗。

【關鍵詞】黃河； 漂石層；沖擊鉆孔

Analysis the big bore path drill hole stake in the yellow river stone layer of become the bore 

Hou Jian-sheng

(Ningxia highway construction administration quality safety place Yinchuan Ningxia 750000)

【Abstract】Combine a sand ascent a head yellow river big bridge 11# Ji to drill a hole to infuse to note a stake a construction especially solid example， emphasize introduction the big bore path drill a hole a stake an adoption at the yellow river Piao stone geologic strata pound at drill ten words blunt awl become the method of bore.The engineering practice enunciation and adopt tradition of pound at the type drill machine to drill into broken up Piao stone the layer be very 1 kind valid of method， this for should type geologic strata of smooth became a bore backlog success experience.

【Key words】Yellow river; Stone layer;Pound at to drill a hole

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根據《寧夏地質志》中描述，寧夏境內的黃河從中衛黑山峽一直流經石嘴山出境總長約370公里，河床堆積的大顆粒物質（漂卵礫石）主要分布在黑山峽－中衛－中寧－葉盛，成分以石英砂巖、硅質巖為主，巖質堅硬，地層密實，是目前大直徑鉆孔工程施工中要解決的難題之一。本文結合沙坡頭黃河特大橋11＃墩樁基鉆孔灌注樁施工實例，著重介紹了漂石地層采用沖擊鉆成孔的方法。

1. 工程概況及地質構造

沙坡頭黃河特大橋位于寧夏中衛市常樂鎮小灣村西側，是上海至武威公路中寧至營盤水高速公路跨越黃河的一座特大橋，橋址區處于黃河黑山峽峽口地帶，黃河河谷呈不對稱的“U”形寬谷地貌，橋位處河面寬為200m～250m，水深7m。主橋上部為65m+2×120m +65m預應力混凝土連續剛構箱梁，下部構造為矩形薄壁空心墩、基礎采用2.0m鉆孔灌注多排樁，樁長64m，樁基持力層為弱風化泥灰巖層。

根據設計文件的地勘報告，11＃墩樁基位置地質情況從河床頂以下依次為：

①細砂亞砂土層厚0.4m，深灰色、飽和、流塑。

②漂石層厚8.7m，灰色、粒徑一般25～40cm，最大可達50cm，填充物以礫石為主，漂石成分以石英砂巖、硅質巖及灰巖為主，巖質堅硬、密實。

③強風化礫巖層厚4.0m。

④弱風化粉砂質泥巖層厚28.0m。

⑤微風化泥灰巖層厚7.6 m。

⑥微風化石英砂巖層厚17m。

樁基成孔時要穿過厚度達7～20m含粒徑20～50cm不等的漂石層，屬樁孔難鉆進地層。如何有效地成功鉆進此段地層是本橋樁基施工的重點和難點。

2. 鉆機選型

目前鉆孔樁施工采用的大都是大口徑鉆機，常見的有3種類型。第1類是沖擊鉆機，如沖擊鉆、沖抓鉆機等。根據沖錘的不同，沖擊鉆又分為實心錘和空心錘；第2類是回轉鉆機，包括正循環鉆機和反循環鉆機，依據配備的鉆頭的不同，又分為合金鉆、牙輪鉆和滾刀鉆等；第3類就是目前市場上應用比較廣泛的旋挖鉆機。

沖擊鉆機適用于所有土層，空心沖擊錐用沖擊錐進行沖砸，提筒進行撈渣，鉆具上下速度快，成孔后清孔換漿時間短，適用于黏土層、密實的砂層、圓礫層施工，但用于含粒徑大于15cm的卵石層和堅硬巖石層鉆進時則進尺緩慢，而且沖擊錐易損壞。實心沖擊錐適用于卵石層、堅硬巖層的鉆進，錘頭重量大，沖程長，落距大，在卵石層和堅硬巖石中成孔效果較好。

回轉鉆機正循環回轉鉆機的特點是進尺速度比沖擊鉆略快，但由于清孔時間長，特別是在鉆進堅硬巖石層時必須配置滾刀鉆頭或牙輪鉆頭，所以成孔費用要比沖擊鉆機高。反循環鉆機適用于黏土層和密實砂層，進尺速度較快，不需要清孔，但在鉆進粒徑大于10cm的卵礫石層時常會因吸水管堵塞而很難鉆進；對于厚度較大的松散礫層，由于礫層所含泥漿比重小，護壁效果不好，經常造成塌孔；對于堅硬巖石，必須配置滾刀鉆頭或牙輪鉆頭，鉆進速度與正循環回轉鉆機相似。

旋挖鉆機適用于黏土層和密實砂層，進尺速度優勢明顯，不需要清孔，無需大量制造漿液。但其缺點是對于厚度較大的松散砂層在鉆進時易塌孔，在卵石含量較大的卵石層鉆進時速度慢，更不適用漂石及堅硬巖石。

需要指出的是，任何一種機械設備都不是萬能的，都有其適用范圍，關鍵是找到切入點。施工中不注意其施工質量和超過其適用范圍，就會出現質量問題，甚至造成重大事故及經濟損失。

在選擇鉆機類型時，根據沙坡頭黃河特大橋11＃墩樁基位置地質情況結合以上對鉆機的適用能力分析最終選擇了沖擊鉆機。在施工中鉆機的型號采用了兩種，一種是YCJF-25型鉆機，該鉆機是一種大口徑全液壓沖擊反循環鉆機，沖擊反循環破碎入巖工藝的破碎機理是利用沖擊鉆頭對巖石進行較高頻率的沖擊，使巖石產生破碎，然后利用反循環排渣方式及時將破碎巖屑第一時間排出孔外，沖擊錐頭如圖1；另一種是CZ系列實心十字沖錐，通過鋼絲繩帶動沖錘上下運動，通過沖錘自由下落的沖擊作用，將漂石或巖石破碎，鉆渣隨泥漿正循環排出，十字沖擊錐頭如圖2。

圖1沖擊反循環鉆機空心沖錐

3. 成孔的難點及解決的方法

橋梁樁基大孔徑鉆孔灌注樁在黃河水下漂石層成孔過程中難點是漏水嚴重，清渣慢，進尺慢，工效低。第四紀沖洪積卵漂石層是由于黃河剛出黑山峽峽谷，河水從上游攜帶來的大顆粒物質卵漂石在峽口區域經過千百萬年的沉積，形成厚度達7.0～20.0m的卵漂石層，顆粒直徑大，巖質堅硬。鉆進過程中，由于錘頭的擊打、擾動，在漂石層孔壁出現嚴重漏水現象。

在鉆孔進尺的過程中，保證順利進尺完成成孔主要有三個關鍵要解決的問題：第一就是要將漂石擊碎；第二是如何將擊碎的漂石碎渣清出孔外即清渣；第三是要解決鉆進過程中的漏漿問題，漏漿最終可能造成孔壁坍塌。當孔內水頭高度與河面水位標高基本一致時，首先會造成孔底泥漿和河床地下水的循環補充而造成孔底泥漿的稀釋，漂浮的碎卵石沉淀，無法將渣清除出來，最終無法進尺。

圖2實心十字沖錐

圖3十字型沖擊錐（mm）

在沙坡頭黃河特大橋11＃墩樁基施工中，施工單位根據地質和孔徑、樁長等情況決定采用底部錐形多點沖擊錐（如圖1）進行施工。施工在未到漂石層還比較正常，但進尺到達漂石層時，護筒內水位開始急速下降，孔底開始漏水。暫時停止進尺后，重新加一定量的片石、膠泥保持水頭高度后再進行施工，但到了漂石層又開始漏水，如此反復不能進尺。針對這種情況，監理和施工單位做了認真分析，此種沖擊錐雖能擊破漂石，但沖擊過程中只能擊碎片石、膠泥等，不能起到其沖擊力向四周擴散。膠泥、片石不能擠入孔內漂石層四周漂石的縫隙，只靠漿液護壁是不能滿足護壁的要求，抵擋不住地下潛流水的涌入，因此要解決漂石縫隙地下水潛流的涌入，就必須采取很有效的護壁。最后采用十字沖擊錐（錘）（如圖3）進行施工。

沖錐由錐身、刃腳和轉向裝置三部分組成。錐身重力越大，沖擊破碎能量越大，鉆進效率相應提高，但是總重不得超過卷揚機的起重能力。錐刃腳下的刃口要用優質焊條焊上耐磨層，特別加強。

十字沖擊錐（錘）的突出優點一是自身質量重（6～8T），沖擊量大，在一定的勢能下，能夠很有效的擊破漂石；二是和一般沖擊錐相比，用錘頭沖擊造孔過程中，它能夠將事先填入的膠泥、片石混合物沖擊擠壓擴散到孔壁四周的漂石縫隙內，成孔后，孔壁四周形成一層密實的土層，堵住孔內孔外水的流出流入，對穩定孔壁，起到很好護壁作用。它的缺點是由于沖擊式鉆機的鉆進是將巖石破碎成粉粒狀鉆渣，功率消耗很大，鉆進效率很低。因此，除在漂卵石層鉆孔時采用外，其它地層中已被其它型式的鉆機所取代。

在開鉆時，要慢速鉆進，待導向部位或鉆頭全部進入地層后，方可加速鉆進。在鉆進的過程中必須要加強泥漿護壁，對于通過漂石地層針對漏水問題采取的處理措施：按7：3或6：4比例先回填片石、粘土，再用錐錘大、小沖程交替沖擊，以將漂石沖碎成鉆渣一同擠進孔壁，防止滲漏，在此過程中，應防止斜孔和坍孔。當遇有鉆孔漏漿時，如護筒內水頭不能保持，應增加護筒埋深，適當減少水頭高度，或采取加稠泥漿，也可按一定比例填入水泥、鋸末、聚丙烯混合物，反復沖擊，以增強護壁。

施工注意的主要問題：

（1）十字錐（錘）頭的要求首先是要選擇一定重量的錐（錘）頭（6～8T），二是十字沖錐（錘）的底部應向外凸，即中間凸于其他四點，底部不能向內凹，否則將減小沖擊力。沖擊過程中被沖物向四周擴散能力小，嚴重時還有可能發生吸錐（錘）現象。

（2）十字錐（錘）底的中間部分要焊一定厚度的錳鋼，根據施工磨損情況及時補焊。

（3）護筒的埋設不易過淺。要經常按一定比例加膠泥和片石，特別是在護筒腳處上下部位造壁時要反復造壁，反復加膠泥塊和片石。

4．結論

在黃河漂石地層中采用沖擊法進行大孔徑鉆孔施工，即采取傳統的鋼繩簡易沖擊鉆配十字沖錐鉆進破碎漂石層是一種非常行之有效的施工方法，能夠有效地解決卵漂石層中其他類型鉆機不能攻克嚴重漏漿的難題，具有無可比擬的優越性。該方法工藝簡單、安全可行、成本較低，均能一次性成孔，更重要的是大大節省了工序時間，贏得了工期。

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參考文獻

［1］ 人民交通出版社《公路橋涵施工技術規范》（JTJ 041-2000）

［2］ 姚玲森主編《橋梁工程》北京：人民交通出版社，2000

［3］ 交通部第一公路工程局編制《公路施工手冊（橋涵）》 北京：人民交通出版社，2003年10月

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［文章編號］1619-2737（2010）11-12-229

［作者簡介］ 侯建生，工作單位：寧夏公路建設管理局質量安全處。