顾 卿

（贵州桥梁建设集团有限责任公司,贵州 贵阳 550001）

旋挖钻孔灌注桩简称旋挖桩。其作为一种重要的桩基施工方法，因具有施工技术成熟、易于控制、造价经济等优点，得到了广泛应用，并取得较好的社会效益和经济效益。旋挖钻孔虽然施工过程不复杂，但要达到预期效果，必须严格管控施工的每一关键环节[1]。某桥梁项目桩基施工现场地质为花岗岩孤石群地层，采用常规施工方法，会导致施工速度慢、施工效率低、易出现偏孔、孔倾等质量难点[2-3]。结合工程实践，该文从可靠性、施工便利性、施工进度等几个方面，确定了采用大直径旋挖钻孔成孔的施工方案，成功地解决了球形花岗岩孤石群桩基础钻孔难题。

某公路大桥工程桩基为混凝土灌注桩，总计34根，采用中度—微风化花岗岩作为持力层的端承桩。桩直径分别为0.80 m，1.0 m，1.20 m，1.50 m，桩身设计长为36.0～37.0 m。根据前期的地质资料，在桩位附近的孤石占33%以上，基岩的强度在5.40～154.0 MPa之间。通过钻探揭示，按成因类型、物质成分由上往下划分，可将现场岩土层划分为人工充填上部、第四系沉积层、第四系残积层以及燕山期辉绿岩。以下是各地质层的具体资料：

（1）人工填充层（Qml）：黄褐～红色，疏松，由粉质黏附、砂质黏性土近期堆积，均匀度中等，部分含有碎石、块石。

（2）第四系沉积物（Qal）：粉质淤泥，灰黑色、流塑、有机质含量高、干强度低、初性低。

（3）第四系残积层：砂性土，浅黄、浅红、原岩在原位风化作用下形成，原岩构造已经彻底损坏，在水中容易软化、崩解，干强度和初性中等[4]。

（4）燕山期花岗岩（r）：黄褐色，岩心为硬土型，原岩结构基本被破坏，含大量的未风化石英微粒；
岩石在水中容易软化、崩解，是一种非常软弱的岩体，岩体破坏程度很高，其基本质量等级是Ⅴ级。

（5）强风化花岗岩：青灰色、浅黄色，岩体风化作用强烈，裂缝发育，岩心为半土状半岩，上夹碎块状碎石，属超软岩，岩体破裂，岩体基本质量为Ⅴ级[5]。

（6）中风化花岗岩：青灰色，裂缝发育，岩心为饼形、短柱；
节理面上有次生矿物，属于软岩，岩体破碎，岩石基本质量等级为W。

（7）微风化花岗岩：青灰色，只有少量的风化裂缝，岩体为短柱状、柱状，节长20～50 cm，锤击脆响，岩体完整，岩石基本质量是Ⅱ级。

（8）燕山辉绿岩：一种强烈的风化辉绿岩，灰黑色，岩心破碎，软岩短柱，岩体已破裂，基本质量等级为Ⅴ。

该项目区域中的孤石占很大比重，大部分是由花岗岩组成的硬质孤石，分布不均匀，大小不一，没有规律。施工场区的球形花岗岩孤石具有高强度、高耐磨特性，容易对施工设备造成严重磨损，难以进行钻进。

项目场区地处亚热带季风气候地区，具有明显的海洋性气候特点，并具有丰富的降雨资源。该项目的总工期为120 d，由于正值雨季，所以工期十分紧迫。

该工程采用混凝土灌注桩，共计桩基344根，采用中度—微风化花岗岩作为持力层的端承桩结构，桩直径按顺序为0.80 m、1.0 m、1.20 m、1.50 m，每根桩长度介于36.0～37.0 m之间。

3.1 施工组合工艺原理

传统的冲孔桩机在处理孤石障碍、进入桩端持力层的环节，往往在与岩体接触的过程中产生抖动，通常需要施作6～10 d的时间，不仅进度慢、造价高、成孔质量难保证，而且容易出现塌孔等问题[6]。根据施工经验，在遇到球形花岗岩孤石和斜面硬基岩的情况下，采用单一的成孔技术难以取得良好的施工效果。根据目前的地质情况，提出了利用大直径旋转钻具进行钻孔的方案。针对不同的地质条件，分别选用了圆锥切削钻头、环切滚刀钻头和球齿滚刀钻头的组合施工工艺。

针对结构疏松的地层，如填土、粉质黏土层和花岗岩风化层，使用圆锥切削钻头进行钻孔；
针对风化基岩和花岗岩地层，应用环切滚刀钻头，针对一般强度大于40.0 MPa、孤石岩面倾斜角度大的构造地层，选用了改进型球齿滚刀钻头，尤其是当岩面倾斜大、钻孔抖动等情况下，应及时纠偏，将高强度混凝土浇筑至与岩石倾角水平平行，达到一定强度后，再使用改进型的“8”齿滚刀钻头进行整体钻进。

采用多种措施相结合的钻孔施工技术，解决了球形花岗岩孤石、斜面硬基岩地质中的钻孔桩施工的安全问题。同时，项目实践阶段，可以根据前期的地质调查数据，对不同地质条件进行正确分析和选择。

3.2 组合工艺流程

花岗岩地质旋挖桩施作工艺流程见图1所示：

图1 施工工艺流程图

3.3.1 施工准备

施工前的施工准备工作，主要包括以下几个方面：一是施工场区范围的平整、临建用地的整体规划布局。二是各类结构部位的测量定点、放线定位。三是按顺序组织旋挖钻机、钢筋加工焊接设备、吊装设备、水下混凝土浇筑设备进场。四是完成供水接口，确保供水充足，以及架设好配电线路，完成电力、配电设施的安装[7]。

3.3.2 定位放线

重新测量设计单位提供的桩基位置或用地红线标桩。复测时使用经核准标定的全站仪，测角中的偏差值确保在2""范围之内，确保测量控制点满足要求。测量控制点进行复核后，采用全站仪对桩基进行标定，以交叉线对桩基中点进行控制。在护筒埋设完成后，应对护筒中心位置、护筒内径、护筒高度等进行校验。

3.3.3 成孔施工

旋挖钻孔灌注桩施工环节，通常采用干钻、无循环泥浆钻进、全套管钻孔方案之一。先要勘探地质条件，为钻进工艺参数取值而进行超前地质预报，然后根据不同地质条件选用不同钻头。在遇到有基岩的情况下，其工序施作展开的基本方法包括：一是旋挖钻机启动后，利用液压缸的压力，将钻杆底部的钻头旋转到基岩中，并将其直接嵌入到钻斗内，再利用钻具、伸缩钻杆将钻头顶出孔外，完成钻孔取心施工操作。二是由于该项目的基岩为球形花岗岩或斜面岩，所以选用具有高转速、高扭矩、高效率优势的三一重工SR360Ⅲ类大型旋挖钻机进行钻孔。三是钻孔工序施作之前要对钻头直径、钻头磨损进行检测，施工期间对磨损超过标准值的钻头应及时进行更换[8]。现就该项目在施工中，根据不同基岩特征所采取的主要成孔技术进行分析。

（1）针对风化基岩、花岗岩的钻孔措施：一是当遇到具有较高强度的基岩地层或较大体积的孤石时，旋挖钻具难以钻入，常规钻头不能在此岩地层内钻孔，必须更换环切滚刀钻头。环切滚刀钻头在圆筒底部焊接有一个弹头截齿，在圆筒内壁上安装了用于支撑岩心的合页片，因为此类岩层具有较高耐磨性能，因此，钻头斗齿损失会比较大。二是为达到冲击岩体的目的，操作者应控制加压设备对钻杆进行加压、减压、浮动而循环作业，合理配置钻头斗齿，并针对同一地层不同岩性，选用不同的刀片前角，以提高进尺效。三是在钻孔岩层强度较低的情况下，斗齿刀头的前角要稍微大一些，选择450～650较为适宜。在钻孔岩层强度较高的情况下，斗齿刀头的刃角要稍微小一些，选择250～450较为适宜。

（2）球形花岗岩和斜面硬基岩的钻孔措施：一是由于其岩体一般具有40.0 MPa以上的强度，而且岩体倾角大、分布不规则，甚至需在半坡处进行，钻进环节因钻头的受力不均匀，很容易出现偏孔和抖孔现象。在此类地质中施作，通常采用低速慢进的原则，采用短进尺、循环钻进。二是依据地层岩性的强弱及特征，在高强度岩层中需采用改进型“8”齿球滚刀钻头而进行岩层的全面钻进。球齿滚刀钻头是一种用于高强度岩层整体碾压钻削的钻头，采用进口高强度合金钢球齿，合理排列齿数和间距，采用碾碎剪切的方法对岩石进行破碎。其工作原理是旋转阻力随钻头向岩石中钻进而增大，当旋转阻力增加时，钻头旋转速度下降，这时受压油缸对钻杆进行加压，从而将压力传递给钻头，通过“8”形的球形齿轮在钻孔底部滚动，并对岩石进行碾压和切割，可以有效地将岩石分离开来，并将周围的岩石打碎，形成一个完整的岩心。钻头每次钻进基岩的嵌入深度最好是0.80～1.0 m，太深或太浅都不利于取心[9]。三是斜面硬质基岩钻进阶段出现抖动时，会造成钻孔垂直度不易校正的情况，可采用导管将高强混凝土注入到抖孔区地层，待混凝土达到强度后，将利用改进型“8”齿球滚刀钻头钻进成孔。

（3）钻孔检测：钻孔完成后，需对灌注桩孔深、孔径、垂直度等质量指标进行检测，如果不符合要求，必须采取相应的改进措施。

（4）清孔：旋挖机成孔后的桩底沉积物比冲击成孔量大，可采用气举反循环清孔工艺。

3.3.4 钢筋笼吊装施工

钢筋笼加工制作的质量指标控制所允许偏差应符合规定。钢筋笼应分段制作、分段安装，分段长度以8.0～12.0 m为标准段。钢筋笼连接应采用单边焊接工艺。吊装施工环节，钢筋笼应该避免发生变形，注意对准孔位，严防与孔壁发生碰撞。为了克服灌注桩浇筑阶段的浮力影响，对钢筋笼进行了可靠定位、并加强固定。

3.3.5 水下混凝土灌注

灌注桩混凝土浇筑，经搅拌车运至工地后，利用提升导管的方法开展水下混凝土灌注施工。在进行混凝土灌注前，应按桩孔径、导管直径等因素计算第一批混凝土的工程量，确保第一批混凝土在浇筑时，至少能将导管埋入1.0 m以上。首批混凝土灌注，需使导管底部至孔底的间距达300.0～500.0 mm。当混凝土液面升高时，适当地将导道提起或拆卸，使导管底埋入混凝土的深度保持在2.0～6.0 m以内，不得将导道底部抬出混凝土基面，以免发生断桩病害。

3.3.6 环境保护措施

禁止清洗机械和施工设备产生的污水直接排入河流，保证污水处理达到排放标准。选用低污染的设备，配置空气污染防治体系，加强对大气污染物的处理与监控。严格遵守当地环境保护管理法规，加强噪声的控制，不得有噪声干扰居民。在项目完成后，应将临时场地内的建筑垃圾、生活垃圾清理干净，并将垃圾运往指定的地点进行处置。保证作业场地、周围环境的清洁卫生，并对废弃物料、污染物等，进行及时回收、处置[10]。结合工程项目的实际工况，制定合理的环保施工计划，灵活调整施工方案。施工管理人员需积极学习最新的环保法律法规，营造良好的环保施工氛围，将环保理念贯穿于施工管理全过程。

综上所述，以理论研究和实践为基础，依托某公路桥梁桩基施工，对花岗岩孤石群、斜面硬基岩地层的桩基成孔工艺进行了分析，并总结了旋挖钻机采用圆锥切削钻头、环切滚刀钻头、球齿滚刀钻头等多种组合方式的成孔方案。这一方案的应用，最终使该桥梁项目所有灌注桩都通过了质量检测，全部达到了合格标准。实践表明，花岗岩地质岩性变化剧烈地层，进行地质超前预报，对于指导钻孔桩施工，具有重要意义。花岗岩复杂地质，采取多种措施相结合的钻孔技术使用效果良好，可为同类工程提供有益借鉴。

猜你喜欢孤石滚刀基岩缺水基岩山区蓄水构造类型划分及其属性分析水文地质工程地质(2022年2期)2022-04-13珠海凤凰山东南角花岗岩孤石空间分布特征及其对步道工程的影响资源环境与工程(2022年1期)2022-03-12薄基岩工作面开采覆岩运移规律*陕西煤炭(2020年4期)2020-08-05花岗岩孤石分布特征及其对桥梁桩基的影响江西建材(2020年1期)2020-02-27超硬翅片滚刀加工在CNC磨床上的实现制造技术与机床(2019年10期)2019-10-26浅析地震波跨孔层析成像(CT)在地下连续墙孤石勘探的运用四川建筑(2019年2期)2019-09-03柴达木盆地东坪基岩气藏裂缝发育规律研究西南石油大学学报(自然科学版)(2019年1期)2019-01-28厦门岛花岗岩球状风化体分布规律统计分析福建建筑(2018年1期)2018-01-22不同地应力下TBM盘形滚刀破岩特性中南大学学报（自然科学版）(2016年2期)2017-01-19滚刀式剪草机传动方式的现状和发展前景时代农机(2016年6期)2016-12-01