淺議復雜卵石地層下鉆孔灌注樁施工工藝及控制要點

馬利永 閆璽文 王川東

摘 要 舊河道卵石地層是一種典型的不穩定地質層，其主要組成為光圓卵石顆粒，自身無黏結，具有穩定性較差，滲透系數較大等特點，本文結合在無水舊河道復雜卵石地層內大直徑鉆孔灌注樁施工作業，針對該地質層的水文地質條件及鉆孔灌注樁施工特點，總結了復雜卵石地層下鉆孔灌注樁施工工藝及控制要點，以便對后續類似地層施工提供一定的參考價值。

關鍵詞 卵石地層;鉆孔灌注樁;控制要點

1工程概況

某上跨舊河道市政橋梁工程，大橋全長597m，橋梁總寬44m，跨河主景觀區采用整體式花瓶墩，其他次景觀區采用分離式矩形墩，基礎形式為鉆孔灌注樁+承臺，樁基直徑存在1.6m、2.0m兩種規格。

2水文地質情況

本工程勘探探測地層最大深度為65m，勘察期間未見地下水，將勘探深度范圍內的地層按地質時代、物理力學性質差異劃分為5 個工程地質單元，從上到下描述如下：①粉土（Q4al）：黃褐色，稍濕，中密，平均厚12.04m，平均埋深12.04m。（1-1）卵石層（Q4al）：雜色，稍濕，中密，主要成分為石英、長石和云母等礦物，平均厚3.50m，層底埋深4.50-6.40m。②卵石（Q4al）：雜色，稍濕，中密-密實。主要成分為長石、石英和云母等礦物;平均厚10.30m，平均埋深22.96m。③粉質黏土（Q3al）：黃褐-褐黃色，硬塑。含少量鈣質結核和黑褐色鐵錳質結核，混有白色鈣絲，平均厚3.49m，平均埋深26.46m。④卵石（Q3al）：雜色，稍濕，密實。主要成分為長石、石英和云母等礦物。級配差，分選好，磨圓好，部分區域存在較大飄石、孤石，平均厚25.39m;平均埋深51.85m。⑤粉質黏土（Q3al）：褐-棕褐色，硬塑。含少量小姜石和蝸牛殼碎片，局部有鈣質膠結層，平均厚9.25m，平均埋深65m。由上述地層可知，本樁基工程穿越地質主要為多層卵石層，地質結構復雜。

3施工機械選擇

根據地質報告結合、各類型樁基性能、試驗樁情況經濟合理選擇鉆機，各類型樁基性能如下：①沖擊鉆使用于各類地質情況，造價高，進度慢。②正反循環鉆機適用于一般層，砂類土，粉質黏土，砂礫土，風化巖等，但是砂礫直徑大于鉆桿的時候不適宜反循環鉆機。③旋挖鉆機適用于黏性土、小粒徑卵石土、人工填土、砂土等土質。在樁基設計直徑大，深度較大的時候所需鉆機較大，其成孔速度較快，工期易于保證。

考慮到本項目橋位區覆蓋層主要為粉土、粉質黏土、細砂、卵石層，且卵石層較厚，絕大部分樁位卵石層都在20多米，并伴隨有大量孤石存在，地質條件復雜，同時為保證施工進度，綜合初步選擇采用旋挖鉆進行施工，如遇較大孤石無法鉆進，采用筒鉆進行分解鉆進[1]。

4施工工藝

4.1 施工工藝選擇

本工程卵石層含泥量較少，水中穩定性較差，滲透性較強，漏漿嚴重，且本工程地質條件下未見無地下水。故采用干成孔工藝，并配合黏性土二次回填護壁，降低塌孔風險，具體施工工藝流程如下：

4.2 施工控制要點

（1）測量定位

①根據橋梁墩柱樁基所處位置，進行清表作業并整平樁基施工區別，便于安放機械。②根據設計圖紙中樁位平面布置圖，采用GPS或全站儀進行樁位放線定位，確定樁心位置并采用“十字線”法布設護樁，護樁沿樁孔四周布設，采用φ12鋼筋頭制作，并設置明顯標志進行保護。

（2）護筒埋設

①因地表覆土層較薄，地表存在3m左右卵石層，穩定性較差，為保證護筒穩定性，需加深護筒埋設深度穿越地表卵石層，故護筒用厚20mm的鋼板制作，護筒內徑大于鉆孔直徑20cm，高6m;鋼護筒在外加工完成后運至施工現場，確保其橢圓度不大于2cm，鋼護筒卷制及拼接焊接均采用雙面焊，并確保所有焊縫應連續、均勻，以保證護筒不漏水、不漏漿。②根據測量放線樁位進行護筒埋設，首先經測量人員核對樁位無誤后，根據護樁拉線確定護筒開挖位置，鋼護筒埋設時，利用旋挖鉆鉆頭加裝專用擴孔工具后進行埋設坑開挖，使其稍大于護筒直徑，最后由人工配合汽車吊進行埋設，護筒埋設后應微調護筒位置使護筒中心與樁心重合，并使護筒頂高出地面約30cm，護筒四周分層采用黃土、紅土等黏性土回填夯實，以保證護筒穩固性。

（3）鉆機就位

①根據樁位確定鉆機位置，在鉆機位置四周灑白灰線進行標記。②將旋挖鉆機移動至白灰線標記處，禁止移動。③通過張拉十字線，調整鉆頭中心點對準十字線中心點，通過旋挖鉆機自身油電控制系統調整好鉆桿、桅桿的豎直度、回旋角度等參數并鎖定。

（4）鉆孔作業

①開鉆前應做好鉆孔準備工作，鉆孔開始后，確保連續作業至成孔，無特殊情況不得無故停鉆，鉆孔過程中應做好相應的鉆進記錄及地質情況記錄。②旋挖鉆進是一個短進尺、多回轉的重復循環作業過程，依靠旋挖鉆頭內鉆斗進行取土，其鉆頭為旋轉開合裝置，其正鉆回旋取土，反轉關閉鉆頭，在鉆頭內空間全部充滿渣土后，通過旋挖鉆控制儀器，停止向下壓力輸送及正轉，反轉鉆頭并下壓，關閉鉆頭底部倉蓋，通過鉆機后部鋼絲繩牽引裝置，上提鉆頭及鉆桿，并保持鉆機角度不動，避免觸碰孔壁，待鉆頭提出地面后，緩慢旋轉機身至棄渣土位置，繼續提升鉆頭，使其觸碰鉆頭開合觸動裝置，打開底蓋，傾倒鉆渣，繼而下放鉆頭至地面，正轉鉆頭，關閉底蓋，繼續進行鉆孔作業，重復上述步驟，進行成孔作業，施工中出現鉆桿抖動，無法鉆進等特殊情況，應及時提鉆停機檢查，復核地質情況并查明機械原因后再行鉆進。鉆機控制系統可實時顯示鉆孔深度，達到設計孔深后停止鉆進，報項目管理人員復核孔深[2]。③旋挖鉆鉆進速度隨著地層不同進行變動，旋挖鉆在卵石地層進尺時，具有回轉時間較長，鉆機的負載和轉速波動范圍大的特點。當鉆進至進尺困難的卵石層時，在負荷增大到一定程度后，操縱加壓液壓缸，對鉆桿柱短時間加壓，加壓操作可視進尺情況重復進行1、2次，當加壓后鉆頭進尺量很小時，應立即提鉆，所以在鉆進過程中，鉆機操作人員應密切關注回轉鉆速、鉆頭壓力以及鉆進負載變化情況，做到適時加壓，適時提鉆。④成孔作業應連續進行，并根據鉆進情況填寫相關記錄。在鉆進過程中應隨時檢查成孔的垂直度情況。控制鉆孔的垂直度小于1%，如發現孔內垂直度偏斜應立即停鉆，重新校正垂直度并修正。對于地層變化處處和易發生偏斜的部位，應采取低速循進的辦法穿過，以保持孔形良好。

（5）黏性土回填、二次鉆進

本工程地質層包含較深較厚卵石地層，在施工過程中，黏性土與卵石層交接部分、砂卵地質層鉆進過程中宜發生塌孔現象，常規泥漿護壁無法于卵石層保持水頭，且砂卵層水下穩定性較差，根據施工前期試樁情況，鉆進過程中，若出現輕微塌孔、擴孔現象，采用如下方法解決：

①根據鉆機所取鉆渣情況，在進入卵石層后及時更換小一號鉆頭，先行鉆進，通過卵石層等易塌孔地層后，重新更換適合樁徑鉆頭，采用擴孔方式二次進行成孔作業，減少大鉆頭對成孔孔壁擾動較大的風險。例如：本工程2.0m直徑樁成孔時，遇卵石層后更換1.6m直徑鉆頭進行初步鉆進，后續再更換2.0鉆頭采用擴孔方式完成成孔作業。②鉆進過程中出現塌孔、擴孔、不進尺等情況，采用紅土、黃土等黏性土摻少量水進行孔壁回填并高于塌孔位置。③采用旋挖鉆機反向旋轉，將回填土攪拌成泥狀，并沿孔壁反轉進行擠密作業，將泥狀回填土擠密至卵石層及塌孔位置，使其表皮形成泥狀護壁膜，防止卵石層塌孔。④旋挖機進行正轉操作，二次鉆進，取出多余回填土，并反復上述操作，直至穿越卵石易塌孔層。

若成孔后出現塌孔現象，則應將該樁孔全部采用黏性土或泥卵土進行回填，并沉淀30天后再進行鉆孔作業。

（6）孤石、飄石層鉆進

第（4）地質層內存在大量孤石、飄石，旋挖鉆頭無法鉆進，無法取出孤石，且旋挖鉆機為多次回轉取土，對孤石、飄石處理會造成孔壁擾動，形成塌孔風險，鉆進過程中遇孤石后，將旋挖鉆頭更換為筒鉆鉆頭，筒鉆鉆頭為圓柱形鉆具，但無底蓋，鉆頭側壁下方布滿耐磨合金子彈頭，利用耐磨合金子彈頭截齒旋轉加壓可以將孤石、飄石進行切割，碾碎成可進入鉆斗的較小粒徑或與將其與周邊孔壁膠結密實，并可利用筒鉆鉆頭的筒內空間及子彈頭將粒徑較大的卵石卡住并提升至地面取出，隨后再更換旋挖鉆斗繼續鉆進施工。

（7）鋼筋籠制作安放

鉆孔灌注樁鋼筋籠采用鋼筋加工場分段制作，現場焊接的方式施工。鋼筋籠制安放過程中，主要檢查鋼筋籠直徑是否滿足設計要求、主筋間距是否均勻并滿足設計、鋼筋籠順直度、各焊點焊接質量等，并嚴格控制聲測管的順直度及密閉性，通常采用灌水法進行試驗并封堵聲測管上口，避免澆筑混凝土時堵塞聲測管，聲測管注水可保持聲測管內部壓力，可在一定程度上避免混凝土澆筑過程中擠扁聲測管[4]。

（8）澆筑混凝土

①采用導管進行灌注混凝土施工。導管用內徑300mm的導管，每節長3m，并配0.5m、1.0m和2.0m各一節短導管，由管端粗絲扣連接，接頭處采用雙密封膠圈防水。導管使用前，應進行拉力和水密試驗。下導管時應防止碰撞鋼筋籠，導管距孔底要保持在500mm，導管支撐架用型鋼制作，支撐架支墊在鉆孔平臺上。導管安拆均采用汽車吊進行。②混凝土施工采用混凝土攪拌車運輸，到達孔位后直接放入導管頂部的漏斗內。混凝土坍落度應滿足灌注要求，一般為180～220mm，并確保其有良好的和易性。灌注混凝土的初凝時間應大于整根樁灌注時間，確保樁混凝土強度。

5結束語

本工程通過采用上述施工方案對60根鉆孔灌注樁現場施工并進行鉆進、灌樁數據跟蹤，施工成孔質量良好，且施工過程中未出現塌孔、縮孔等不良現象，灌注樁充盈系數穩定于1.1左右，未出現大量超方現象，經濟效益良好。因此，在復雜卵石層下采用旋挖鉆機成孔并于過程中采用黏性土回填施工具備可行性及經濟性。當然施工過程中要嚴格控制回填質量及反轉回旋操作，避免孔壁未擠密實造成不必要的質量問題。

參考文獻

[1] 叢欣江，梁宇，曲儼卿.旋挖鉆機在無水砂卵石地層圍護樁施工中的應用[J].鐵道建筑技術，2011（2）：85-88.

[2] 徐隨安，馬友利.旋挖鉆在卵石、泥巖地質條件下鉆孔灌注樁施工[J].科技創新導報，2007（7）：82.

[3] 梁芝軍.砂卵石地層鉆孔灌注樁施工質量控制[J].四川水泥，2018：271.