沖擊鉆施工優勢及特殊情況處理

摘 要：本文結合施工實際經驗介紹特大橋沖擊鉆機灌注樁施工中遇特殊地質的及特殊情況的處理。

關鍵詞：沖擊鉆；優勢；特殊情況；處理

本橋橋質地質條件復雜，選用的樁基施工機具有多種，如旋挖鉆、反循環鉆機和沖擊鉆，但沖擊鉆在本橋樁基施工中表現出良好的適應性，在總數1678根樁基礎中，沖擊鉆機施工1345根，旋挖鉆機施工182根，反循環鉆機施工151根。之所以沖擊鉆機在本橋樁基礎施工中占主導地位，這得益于其良好的綜合性能。本文針對沖擊鉆的綜合性能以及在施工過程中易產生的特殊情況及解決辦法作出總結。

1 沖擊鉆機適用的條件

1.1 基巖強度高的地質

基巖強度高，也就是通常所說的巖層較硬。通常來說，基巖強度超過600kpa時沖擊鉆機就顯示出其強大的優勢了。以本橋180#-182#墩臺樁基施工為例，樁底基巖強度σ0﹥600kpa，曾用旋挖鉆機以及反循環鉆機等利用鉆頭回轉破碎巖土的機具鉆進，在粘粒土以及細圓粒土中鉆進較沖擊鉆機快，但遇基巖時無法有效的破碎巖石，達不到鉆進效果。即使能緩慢鉆進，但施工進度過慢且極易磨損鉆頭耗費成本較高。后來選用沖擊鉆機，以其反復沖擊作用能輕易破碎基巖達到理想的施工效果。

本橋153#墩臺樁位在前期勘探取樣時發現，地下存在大塊鐵礦石，初步估計基巖強度大于2000kpa，旋挖鉆、反循環鉆機無法施工，采用沖擊鉆施工成孔，平均每個樁成孔時間約為10天。

1.2 厚砂層和地下水豐富的地質

在砂層較厚和地下水豐富的地質條件在鉆孔時，如果不能有效的加固孔壁會很容易造成塌孔，這是樁基礎施工中的最大難點。本橋130#-151#墩臺樁基施工過程中即遇到此類問題。由于此區間內地勢低洼、地下水位較高，且經初步勘探砂層較厚，礫砂和細圓粒土厚度普遍大于6.0m，給樁基施工造成巨大難題。以131#墩臺為例，設計圖紙上標明自原地面以下4.1m-7.1m為細圓礫土層，7.1m-10.4m為礫砂層，砂層厚度6.3m，自原地面以下10.4m以下為混合巖。前期曾用旋挖鉆機進行鉆孔，但是由于流沙嚴重而經常造成塌孔，最后經過沖擊鉆機進行試打，順利成孔且成功灌注混凝土，本橋130#-151#墩臺樁基均采用沖擊鉆機施工。

在這種地質情況下，沖擊鉆鉆進采取的方法有兩種：第一種方法是長護筒法，即鉆孔前在確定樁位后用挖掘機埋設長護筒，護筒長度超過砂層打入巖層，但鑒于埋設護筒較為困難，且成本上不劃算，故此種方法有其局限性；第二種方法為泥漿護壁法，即在鉆孔過程中向孔內注入粘土、火堿或膨脹劑調節過的泥漿，泥漿的作用為保持水頭高度控制和平衡地層壓力，形成泥皮防止孔壁坍塌并冷卻和潤滑鉆具鉆頭，達到鉆進效果。基于長護筒的制作成本較高、埋設長護筒需額外增加人工費及專業機械使用費和基于護筒周轉使用次數的考慮，以及比較于泥漿護壁的經濟成本，本段施工均采用泥漿護壁法。

2 泥漿池選定與泥漿指標

公路上樁基多為單排樁，用沖擊鉆施工可設較小泥漿池。本橋為高速鐵路特大橋梁，墩臺樁基設計為多排群樁，樁基個數分8根、10根、12根、21根等多種。墩臺8根樁基鉆渣方量約為100方以上，21根樁鉆渣方量約為850方以上，如此巨大的鉆渣方量對泥漿池的位置選擇及泥漿質量提出很高要求。

2.1 泥漿池位置的選擇及防護

本橋樁基用泥漿池位置因考慮節省成本一般選擇在相鄰的兩個墩臺之間，開挖時不靠近將來承臺開挖的基坑以及施工便道，否則在承臺開挖時會造成基及便道塌方，在工程進度、安全和經濟上均不為劃算。泥漿池分為沉淀池和循環池，中間設過濾措施，泥漿池周圍設圍擋以及安全警示牌，防止作業人員與其他人員或動物誤入泥漿池。樁基礎施工完成后應將泥漿與鉆渣運走，將泥漿池回填。

2.2 泥漿的制備

在鉆孔灌注樁施工中，泥漿質量控制的好壞直接影響鉆進速度、成孔質量和樁底沉渣厚度等。

鉆孔用泥漿相對比重宜控制在1.2-1.4，粘度22～30s，含沙率<4%，針對不同的地質情況選擇適宜指標的泥漿。泥漿比重過小，不利于穩固孔壁和浮渣。泥漿比重過大，會增加鉆孔阻力磨損鉆頭，鉆渣上浮慢。泥漿配置用土宜選擇專業膨脹土，如果受條件限制也可選用粘土，特殊情況下也可像泥漿池內添加水泥調節。

基于節約成本考慮，本橋樁基用泥漿大部分采用黃土加水調制而成，黃土取自沈丹項目征地紅線內、土質較粘且砂性顆粒含量少的黃土，配置出來的泥漿滿足施工要求。在本橋137#墩臺樁基施工時，由于地下砂層較厚，在泥漿循環過程中，用黃土配置的泥漿粘度稍有不足，鉆渣不能很好的循環出來，后向泥漿內摻入適量水泥以調節，效果較好。

清孔后泥漿相對比重一般宜控制在1.03-1.10 ，粘度17～20s，含砂率<2% 。但在特殊地質（如砂層較厚）可略增大泥漿比重保證孔壁內外壓力，減小塌孔的可能性。清孔時間不能過長，本橋樁基清孔時間大約為成孔后泥漿循環4-6小時，檢測孔深、含沙率和孔底沉渣厚度合格后立即灌注混凝土，長時間清孔易造成孔壁坍塌。如果因其他原因暫時不能灌注混凝土，應保持鉆孔時泥漿指標。

3 鉆孔過程中特殊情況處理

沖擊鉆在本橋各種特殊地質情況下鉆進會遇到多種特殊情況，下面針對各種狀況分析發生原因，通過現場施工實踐，總結處理經驗。

3.1 遇巖層強度大地質

遇到硬巖地質，沖擊鉆宜調大錘頭行程，利用錘頭自身重力加大作用功，打孔時隨時注意鉆頭進尺情況調節鋼絲繩放繩長度，以鉆機平穩的情況下鋼絲繩緊繃為宜。鋼絲繩過緊，易造成鉆機不平穩（嚴重時鉆機的電機出現故障），出現孔位不正發生偏孔；鋼絲繩過松，達不到鉆進的最大效果。

3.2 遇到偏巖地層

偏巖地層是由于地殼地質變遷地層擠壓形成，在此種地層打樁時，沖擊鉆機鋼絲繩會發生左右搖擺，提錘落錘鋼絲繩不同心的情況。此時，宜調小錘頭行程，慢慢鉆進，偏巖嚴重時可向孔內鋼絲繩偏向一側投放石頭，然后慢慢鉆進校正。

本橋樁基127-3樁位鉆孔至距地表18.5m左右處，從連接錘頭的鋼絲繩左右搖擺幅度過大、量測提錘與落錘鋼絲繩軸線水平偏差13cm，判斷出遇到偏巖，樁位即將偏孔。現場及時停止鉆進，向偏巖一側投放毛石且用小行程落錘鉆進，經過反復幾次填筑毛石糾偏后，偏孔現象得到解決。

后來，經過項目部技術人員與工人一起想辦法，初步擬定以下辦法：1、控制沖擊鉆落錘行程，減小沖擊力；2、加強泥漿護壁及調大泥漿比重。具體施工方法為向樁孔內添加大量黃土，調大泥漿稠度及比重，利用鉆頭沖擊作用將泥漿擠入砂土層從而加大泥漿護壁，穩定孔壁內外壓力，達到控制擴孔效果。以本橋與131#墩臺相似地質162#臺樁基驗證此方法，162#臺樁基數量12根，樁徑1m，樁長22.5米，總設計樁基混凝土方量為211.95方，實際灌注總方量為233方，刨除樁頭方量6方（0.5方×12個），超方7%，達到較理想控制效果。

4 結束語

本文通過對沖擊鉆機在特大橋的施工，重點分析了可能出現的多種特殊情況并對其發生原因以及處理方法作出總結，希望可以給予從事樁基施工的工作人員提供參考。

參考文獻

[1]中交第一公路工程局有限公司，2011.《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T F50-2011）. 北京.人民交通出版社

[2]中華人民共和國鐵道部，2010.《高速鐵路橋涵工程施工質量驗收標準》（TB 10752-2010）.北京.中國鐵道出版社

作者簡介

李亮（1987-），學士學位，助理工程師。