大粒径卵石地层石梁群落中大直径钻孔桩成孔技术池雁彬摘 要 介绍在隆纳铁路长江大桥大直径钻孔桩施工中，针对在大粒径卵石地层石梁群落中不同 类型钻 机的成孔问题、大直径钻孔桩施工问题，采用吸泥回灌混凝土、反复回填粘土片石。互层冲击开孔、小 护筒跟进等有效的技术措施。关键词 砂卵石 石梁 钻孔桩 成孔1、工程概况隆纳铁路泸州长江大桥1#3#墩位于主河槽，采用双壁钢围堰防水结构施工，1#墩基础为18根 2.0m大直径嵌岩钻孔桩，桩长23m； 2#、3#墩基础均有10根2.5m大直径嵌岩钻孔桩，桩长分别 为19m、28m1 #墩枯水期距岸边50m，水深较浅，从岸边修筑便道筑岛后进行钻孔桩作业，桩基施工 完后，挖除筑岛土石方，下沉钢围堰；2#、3#墩则先下沉钢围堰浇筑封底砼，然后在钢围堰顶用万能杆 件组拼4m高的空间桁架作为钻孔工作平台。桥址处覆盖层主要为第四系河流中洪积相的砂卵石，卵石粒径一般为820cm，最大可达40cm， 卵石之间填充细砂，覆盖层厚018m,桥位下伏出露基岩全部呈鱼背型石梁，石梁在桩径范围高差可 达4m，其中3#墩围堰范围内岩面倾斜高达13m，岩性以长石砂岩为主，强度达5080Mpa,设计要求 桩基嵌入长石砂岩深度不小于 4m。2、钻孔桩成孔1#墩采用1台C70全套管钻机，4台CHZ-7型冲击钻，2#、3#墩原计划通过大管径吸泥机将围堰 内的砂卵石覆盖层清除干净，而后采用反循环旋转钻机成孔，但随着钢围堰的吸泥下沉，墩位处地质情 况与设计相比发生了很大变化，在覆盖层底部出现大量的鱼背型石梁，致使围堰一点已经着岩，而其它 部位砂卵石层仍较厚的被动局面，此时旋转钻机已按计划全部进场，在此情况下，我们一边采用 QJ250 型旋转钻机钻孔，一边进行工艺调整，组织冲击钻机进场。2.1 旋转钻机成孔2.1.1 钻机就位钻机由浮吊吊装就位前要对护筒进行校核检测，根据护筒的实际偏差，在钻机就位后适当调 整钻 机就位位置，即钻具中心不一定与护筒中心吻合，而是最接近设计桩位中心，以保证钻孔桩 的准确位 置。2.1.2 钻孔采用反循环清水旋转钻机钻进砂卵石层时，可以将粒径20cm以下的卵石吸出，大于20cm的卵石随着钻头旋转，不易钻碎，再加以护筒内岩面倾斜较大，高差最大达4m,桩孔内一边为岩层，一边为 卵石层，致使旋转钻进尺缓慢，而且在钻进1.5 m以上时，各桩位均出现不同程度的坍孔。初期我们 曾采用潜水员潜水打捞直径约20cm的卵石，后因进度缓慢，改用管径427mm的吸泥机在孔内吸泥， 将砂卵石吸出，吸深12m时，此时的孔径约为34m，然后按水下混凝土灌注法回填C20混凝土， 待混凝土强度达到30%时用旋转钻机钻进，所成的孔壁是个完整的混凝土圈，这样就能避免坍孔，钻完 混凝土时，再利用吸泥机吸深11.5m，回填C20混凝土，这 样反复进行，直至全部钻进至基岩后， 就可发挥旋转钻机的特长，加快施工进度，每天可钻岩 2m。但由于卵石层较厚反复回填混凝土，特别费时费事，但在冲击钻未进场的情况下，根据统计， 旋转钻在岩层中用此方法成孔，也争取了工期。2.2 冲击钻机成孔2.2.1 护筒的埋设及开孔加固护筒埋设是 1#墩筑岛冲击钻孔的一道重要工序，首先在护筒四周用黄泥逐层填充夯实，避免在钻 孔过程中可能发生孔口坍塌、护筒下沉等问题，使钻孔无法进行。2#、3#护筒则直接埋在封底混凝土内。针对护筒底口砂卵层松散，再加以作业面多台钻机同时作业，容易坍孔的弊病，在开钻进尺1m后， 反复回填粘土片石互层至少 3次，冲击回填次数，以保证孔内水位高于河面水位为宜，使 孔口得以加 固。2.2.2 钻孔泥浆选择用优质粘土向孔内投泥造浆，保证钻孔内的泥浆面始终高于外部水位或地下水位 1.5 2.0m， 使泥浆的压力超过外部水压力，在孔壁上形成一层泥皮，阻止孔外渗流，保护孔壁免于坍塌，在钻进过 程中，纯泥浆比重宜在 1.51.6之间，以便护壁和悬碴，从直观看，冲锤出水应被一层稠和的泥浆包 裹。冲击成孔1#墩采用冲击钻机施工的11根2.0m直径的钻孔桩，无出现过坍孔现象。但在2#、3#墩的2.5m 直径桩的冲击过程中多次出现坍孔现象，特别是在钻岩层时，孔深加深，上部泥浆比重相对减小，再加 以冲击岩层时震动力大，更易坍孔，这除了孔壁的自稳力差和墩位处水流急、冲刷严重有关外，还因为 3#墩在钢围堰就位前对裸露石梁进行爆破，覆盖层的原始胶结结构受到了破坏，比较松散。出现坍孔后， 我们采用了内套小护筒的施工方法，小护筒采用6 10mm钢板制成，外径2.65m，长度根据大护筒底口 距离整个孔径进入岩层的距离确定，两护筒考虑2m搭接长度，除下口外，每隔1.8m设一道加劲肋板（6=10mm,宽0.1m，外径2.67m,长7.5m），加工完成后，在护筒内设8cm杉木杆撑成“米”字 型，保证护筒外径偏差在1cm之内，运至现场后由浮吊起吊下至孔中，在小护筒上口焊接4根20 钢筋作为导向提升之用。采用小护筒跟进的钻孔桩，冲击卵石覆盖层所用的钻头直径要由标准的 2.48m 加大到2.55m，确保卵石层中成孔孔径不小于2.65m，以便小护筒下设到基岩面上。当小护筒跟进受阻 时，可采用型钢制作“替打架”，再用锤击“替打架”传力至小护筒，使其下落，而后按照常规的施工 方法冲击钻进。注意事项 冲击钻进中要时刻观察水头，如孔内水头下降，要查明原因，采用抛填片石粘泥 反复冲挤， 加固护壁或再在小护筒内套一层护筒。 松散卵石层段钻孔时要保持泥浆浓度在1.41.6之间。孔内泥浆随着入岩深度的增加，其 上部松散卵石层段泥浆浓度会相对减小，需加大投泥量，随时上下搅动泥浆，保证松散卵石层 段泥浆 浓度。 日进尺过快时，说明该地段地质松软，孔壁冲挤密度不够，应抛片石粘土回填再次冲击挤密。 掌握锤头的磨损规律，及时补焊，补焊前后直径之差不得大于3cm，否则就可能造成缩孔、 卡钻等现象。 及时检查锤头和钢丝绳，预防锤头断裂或掉钻现象，并在锤头上配置方便打捞的安全圈及 安 全绳套。群桩冲孔问题 群桩冲孔，特别是在砂卵石层中，相邻孔能不能同时施工，根据施工规范 中要求，相邻 孔不能同时施工，但在 1#墩钻孔桩施工中，因工期紧迫，再加以钻孔顺序未按计划进 行，致使 1# 墩 13 桩和 17 桩必须同时冲击成桩，其桩净距仅为 2.0m ，在冲击过程中两孔相差最大 达 1.2m 时， 进尺快的钻机明显感到有卡钻感觉，说明两孔之间的土层已向进尺快的孔内稍微移动， 这时进尺 快的钻机马上停钻，待两孔一样深时才同步冲击，后来控制孔深相差在 0.5m 内，直到终孔 无坍 孔事故，保证了阶段性工期目标。2.3 C70 全套管钻机成孔2.3.1 就位C70钻机就位前首先使场地平整，并做一定的硬化处理，否则机械在作业时就因地基不均衡沉陷， 使机身不能保持水平，在灌注混凝土时造成套管上拔困难。而后由C70钻机操纵摆管装置，将摆管中 心精确对准设计桩位的中心，经复核无误后，将带刃脚的底节双壁护筒插入摆筒装置中，用夹环夹住护 筒，开动摆动油缸和调整油缸，使夹环前后、左右摆动并调整护筒垂直度，用水平尺检查确认符合要求 后，操纵摆动油缸和压拔油缸，将护筒压入地层一定深度。2.3.2 钻孔在护筒下沉初期，应派专人用水平尺随时检查护筒的垂直度，将信息反馈给摆管司机，由摆 管司 机操纵油缸调整护筒的垂直度，在下沉过程中，护筒刃脚要超前抓斗11.5m，以防涌砂或坍孔。当钻 到基岩时，因护筒不能跟进，而且护筒内岩面倾斜度大，使护筒刃脚不能全部和岩面吻合，一部分刃脚 悬空，致使护筒外侧有砂卵石涌入孔中，使冲锤不能冲击到岩面，进尺缓慢， 后采用投填粘土造浆护 壁，并随时向孔内补水，保证护筒内水头，才阻止涌砂，加快进尺。C70 全套管钻机采用全护筒施工，有效防止在砂卵石层中坍孔的通病，抓斗除土钻进速度快 （24 小时可钻进砂卵层25m），但钻岩速度比冲击钻或旋转钻慢，总的来讲成桩较快，成桩1根只需用7 天，而冲击钻需 15 天，不足之处是成本过高，与产生的效益不匹配。3、清孔3.1 旋转钻机利用注入清水，并配合高压风，通过空气吸泥机清孔。3.2 C70 钻机通过抓斗进行清孔，在下放钢筋笼前，用抓斗缓慢地进行二次出渣清孔。3.3 冲击钻机采用换浆法清孔，在砂卵石以及长石砂岩中钻成的孔内泥浆含砂率很高，如果使泥 浆含砂率达到规范要求，换浆工作量大，时间长，为了减小换浆量，但又能达到容易灌注水下混凝土的 要求，清孔后的泥浆比重不能太小，控制在 1.221.25 范围之内，这样的泥浆稠度 既不影响混凝土 下灌，还能使泥浆中的细砂始终处于悬浮状态，不会沉积于孔底，保证在灌注前 孔底无沉淀产生。4、结束语在隆纳铁路泸州长江大桥水中墩施工中，我们充分利用各种钻机的特长，克服其缺点；发扬 旋转 钻机钻岩特长，采用吸泥回灌混凝土的办法，克服其不适应钻松散卵石层的弱点；利用 C70 全套筒钻 机钻砂卵石安全快速的优点，采用孔内造浆护壁的办法克服其钻岩难题；冲击钻机采用 了反复回填粘 土片石互层冲击开孔，小护筒跟进等技术解决了坍孔难题，施工进度较快，工程质量优良，主桥 38根 钻孔桩通过超声波、小应变、钻蕊取样等多种手段的检测后，全部合格，优良率达 90%，保证钢围堰安 全渡洪，获得了较大的经济效益和社会效益，为类似工程提供了宝贵 经验。