大直徑深長變徑樁成孔施工技術及入巖效率的研究與應用

付連紅 巫曉林 徐新戰 沈海姣 杜 鵬

（浙江易通基礎工程有限公司，浙江 寧波315800）

做為基礎主要承載力的鉆孔灌注樁，其樁徑向大、樁長向深、結構向多樣化發展，這對樁基的成孔施工要求越來越高，如何保證孔壁穩定、成孔垂直度[2]，以及提高入巖效率和加快施工進度，是大直徑深長樁急需解決的技術難點。

1 工程概況

魚山大橋位于浙江省舟山市岱山島上，項目全長8.815Km，樁基為鉆孔灌注變徑樁，樁徑φ5.0-3.8，樁長110m，具體設計參數如下表。

2 地質條件

場地范圍內地基土自上而下分布大概為：

①淤泥質黏土（Q43m）：灰色、黃灰色，流塑，厚層狀，土質較為均勻，局部為薄層狀粉砂或粉土，干強度高，韌性高，無搖震反應，局部頂部有淤泥，分布于海積平原區、潮間帶和濱海區域。頂板埋深0.00～7.90m。層厚1.20～19.30m。

②淤泥質粉質黏土（Q41m）：灰色，流塑，鱗片狀，土質較均勻，局部夾有少量粉砂團塊，局部為軟塑狀黏土，干強度高，韌性高，無搖震反應。分布于濱海區域。頂板埋深15.00～33.60m。層厚2.50～15.80m。頂板埋深15.00～33.60m。層厚2.50～15.80m。

③粉砂（Q32a1+m）：灰綠色、灰黃色、灰色、淺灰蘭色，中密～密實，飽和，厚層狀，砂質較均勻，干強度低，韌性低，搖震反應迅速，局部夾礫砂、砂卵石和可塑狀黏性土。分布于潮間帶和濱海區域。頂板埋深46.80～8.30m。層厚0.70～42.60m。

④黏土（Q3la1+m）：灰色，可塑，厚層狀，土質均勻，干強度高，韌性高，無搖震反應，局部為粉質黏土。分布于濱海區域。頂板埋深73.30～7.50m。層厚7.80～16.60m。

⑤礫砂（Q31a1）：灰色，飽和，中密一密實，厚層狀，土質不均勻，多為黏性土及粉細砂填充，局部黏性土長度可達10～30cm，碎石最大粒徑可達5cm 以上。分布于濱海區域。頂板埋深85.30～124.50m。層厚0.60～12.10m。

樁基參數 鋼護筒 混凝土 樁端巖層分析 墩號 樁徑 （m） 樁頂 標高 （m） 樁底 標高 （m） 樁長 （m） 頂標 高 （m） 底標 高 （m） 長度 （m） 單樁 鋼護 筒（t） 單樁 C 40 入巖標高（m） 入巖 深度 （m） 持力層、 飽和抗壓 強度 56# 2 -92 94 2.0 -60.0 62.0 297.1 1580.3 -80.77 11.23 83MPa 57# 2 -100 102 2.0 -60.0 62.0 297.1 1671 -90.01 9.99 8 9.80MPa 58# 2 -106 108 2.0 -60.0 62.0 297.1 1739.1 -97.13 8.87 9 2.30MPa φ5.0-3.8 59# 2 -108 110 2.0 -60.0 62.0 297.1 1761.7 -99.93 8.07 1 00.08MPa 60# 2 -108 110 2.0 -60.0 62.0 297.1 1761.7 -99.93 8.07 1 00.08MPa

圖1 多功能拼裝式刮刀鉆頭結構設計圖

⑥全風化凝灰巖（Klc）：淺黃色、灰白色，巖石風化劇烈，原巖結構基本遭破壞，巖芯呈砂土狀，手捏易碎成砂土，遇水易軟化、崩解。分布于潮間帶和濱海區域。頂板埋深71.00～109.10m。層厚1.40～1.70m。

⑦強風化凝灰巖（Klc）：青灰色、淺黃色、灰色，淺灰綠色，紫紅色，凝灰結構，塊狀構造，巖石風化強烈，節理裂隙發育，巖芯多以3～7cm 的碎塊狀為主，巖石強度中等，錘擊可碎，錘擊聲較清脆。分布于潮間帶和濱海區域。頂板埋深53.20～110.80m。層厚0.50～2.50m。

⑧中風化凝灰巖（Klc）：淺灰色、紫紅色、淺黃色，凝灰結構，塊狀構造，巖石中等風化，節理裂隙較發育，巖芯多以柱狀或碎塊狀為主，節理裂隙較發育，巖質較硬，用力錘擊可碎，錘擊聲較脆。分布于潮間帶和濱海區域。頂板埋深54.00～112.50m。層厚4.40～14.30m。

3 工程重點、難點

3.1大直徑變徑樁的結構型式，需要采取不同直徑的鉆具來完成，鉆具的頻繁更換，增加了作業的勞動強度，對現場的起重設備、工作面提出更高要求。

3.2地層中存在的硬塑黏土層極易發生糊鉆現象；粉砂和礫石層，因其搖振反應迅速，極易發生孔壁失穩，從而引起漏漿、塌孔事故[4]。

3.3下臥基巖巖面傾斜，巖石強度高，且部分孔位直接入巖，其成孔垂直度控制難度大，入巖鉆進效率低。

4 技術研究與應用

針對以上工程重點、難點，經對首輪樁基施工情況的分析和總結，制定了如下技術措施：

4.1 采用“一體多用”的多功能拼裝式刮刀鉆頭，實現變徑樁的分級成孔

鉆頭母體為φ3.8m 雙擋圈六翼刮刀鉆頭，雙層擋圈外側配置不同直徑的擴徑塊，以滿足不同變截面的鉆孔樁施工，同時鉆頭母體亦是拼裝式的結構，解決了超大、超高、超寬鉆頭運輸難題。

圖2 多功能拼裝式刮刀鉆頭結構示意圖

4.2 優化入巖鉆頭底部結構，大幅提升入巖效率

常規滾刀鉆頭[5]為平底結構，能夠保證鉆頭底部受力均勻，但當基樁樁徑超過φ3.5m 后，其刀盤底部過水路徑增大，排渣能力受到影響，在影響鉆進效率的同時，鉆具磨損加重。經研究決定，將滾刀鉆頭底部平底設計調整為錐底結構，利于孔底泥漿的循環流轉，加速鉆渣進入吸渣口，避免重復破碎，從而加快鉆進效率。根據本項目鉆孔實際數據分析，錐底鉆頭鉆進工效比平底鉆頭鉆進工效高18%。

4.3 優化刮刀鉆頭結構，控制鉆進參數和泥漿性能，解決硬質黏土糊鉆問題

首輪樁施工過程中，發生一次硬塑黏土層鉆進糊鉆問題，如圖4 所示，針對實際情況，采取如下技術措施，成功能決了糊鉆問題：

（1）將鉆頭的排渣口寬度由35CM 增大到45CM，保證排渣效果。

（2）降低風包鉆桿位置，將沉沒比由原來的0.65 調整為0.7～0.75，即在滿足空壓機壓力的前提下，盡量降低風包鉆桿位置，保證泥漿循環流速。

圖3 入巖滾刀鉆頭底部結構示意圖

（3）控制進尺速度，確保切削后的泥塊排出孔底后再鉆進。

（4）控制泥漿比重，黏土層控制在1.15 以內。

圖4 硬塑黏土層糊鉆示意圖

4.4 分階段控制泥漿性能指標，確保孔壁穩定和鉆進效率

（1）護筒內采用清水鉆進，將砂層直接過濾排放，可最大限度提高鉆孔效率。

（2）土層鉆進，高轉速、慢進尺，制備充足合格的泥漿，確保后續地層泥漿的正常消耗。

（3）進入砂層前5m，將泥漿性能指標調整至：比重不小于1.1KG/M3，粘度18～21S，砂率不大于4%，PH 值8～10。

4.5 孔底加壓、全程減壓鉆機，保證成孔垂直度

（1）進入全風化層、強風化層時，需嚴格控制孔底壓力，杜絕盲目鉆進，當進尺小于20cm/h 時，必須提鉆更換滾刀鉆頭。

（2）控制鉆進速度，在強風化與中風化層交界處，每小時進尺≤5cm，每進尺50cm 后必須提鉆進行復鉆掃孔一遍。

（3）控制鉆進壓力，在進入中風化層前每個滾刀壓力控制值為2t，直到鉆頭完全進入中風化層后，調整每個滾刀壓力控制值為3t。

（4）增設配重扶正器一道。

5 結論

5.1隨著鉆孔灌注樁樁型多樣性的發展，采用拼裝式鉆具結構，可實現單一鉆具、分級擴徑的目的，特別對于大直徑樁來講，不但節約了投資，而且施工方便、操作簡單、節能降耗。

5.2對于中、硬巖石的大直徑嵌巖樁施工，將入巖平底鉆頭改為圓底鉆頭，利于鉆渣及時排除，同時先導部分可提前創造臨空面，大幅提高入巖鉆進效率，入巖功效提高率在18%以上。

5.3鉆孔垂直度的控制是一個系統工程問題，對于全液壓回轉鉆機施工來講，扶正器[5]的增設和減壓鉆進的控制，是垂直度控制的關鍵。