浅谈砂岩地层深水桩基旋挖钻施工方法

【摘要】

文章将深水跟不良地质条件下的桩基施工作为一项施工难度大、质量要求高的工程，结合石长铁路增建第二线沅江特大桥工程介绍了砂岩层深水桩基础施工技术和经验。

【关键词】桩基;深水;砂岩层;施工技术

【中图分类号】U445.551文献标识码：A文章编号：1006-8937(2012)05-0119-02

随着近几年铁路和公路的快速发展，钻孔灌注桩运用于桥梁基础工程中日益增加，在大中桥梁中的作用越来越重要，同时也促进了桥梁钻孔灌注桩的施工技术的快速发展。深水跟不良地质条件下的桩基施工更是一项施工难度大、质量要求高的工程，而旋挖钻是钻孔灌注桩施工中的较为先进的施工方法，该方法主要特点是施工效率高。另外由于其成桩质量好、尘土泥浆污染少，被誉为“绿色施工工艺”得以广泛运用。在石长铁路增建第二线沅江特大桥砂岩层深水桩基础施工中，采用亚洲最大的旋挖钻施工，圆满地完成了全部砂岩地层深水桩基施工，缩短了施工工期，保证了工程质量。

1、工程概况及特点

石长铁路沅江特大桥全长3.737 km，共有桩基础567根，桩径分别为φ1.00 m、φ1.25 m、φ1.50 m、φ1.80 m和φ2.50 m。其中跨沅江段66#~69#墩φ2.50 m的桩基有36根，从上至下的地质为：细砂、淤泥质粘土、细圆砾土、强分化泥质粉砂岩、弱分化泥质粉砂岩。针对桩基桩径小于2.5 m，岩层强度小于20 MPa的特点，为了加快施工进度并提高成桩质量，本工程采用具有电子对中性能，能保证桩位中心，保证桩基垂直度，同时钻进过程中在孔壁上形成较明显的螺旋线，有助于提高桩的摩阻力的TR400D旋挖钻机，且旋挖钻机环保特点突出，泥浆可以多次反复使用，可以降低排污费用，提高文明施工水平。

2、工艺原理

因TR400D旋挖钻机自重约130 t，水上施工平台需进行加固处理，首先采用浮吊搭建钢管桩和贝雷梁的栈桥和水上施工平台，然后插打钢护筒，基础采用1 020 mm，壁厚10 mm的钢管桩，在平台上使用TR400D旋挖钻机进行钻孔桩成孔，成孔速度快，减小了成孔偏差，下放钢筋笼用导管法进行水下混凝土灌注。

3、施工工艺流程及操作要点

3.1施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

图1 施工工艺流程

3.2施工操作要点

砂岩地层深水桩基施工其难度主要体现在钢护筒埋设及工作平台的搭设。

3.2.1施工平台加固

水上施工平台搭建采用24根直径1 020 mm钢管桩为基础，321贝雷梁和25工字钢做横纵向分配梁，8 mm压花钢板作平台面板。考虑到TR400D旋挖钻机自重超过130 t，以及在钻进过程中的行走和旋转，平台需重新设计，在原有的设计基础上增加贝雷梁片数及钢管桩之间焊接剪刀撑的进行加固，使水上施工平台和栈桥连接在一起，增强整体稳定性，减小TR400D旋挖钻机在施工过程中发生晃动。

3.2.2测量放样

在桩位放样之前，先采用全站仪复核沿线各控制点、导线点，通过复核准确后才进行桩位放样。

3.2.3护筒埋设

护筒采用16mm钢板卷制而成，由于设计桩径为2.5 m，现场使用直径为2 800mm的钢护筒。根据施工最高水位、流速、冲刷及地质条件等因素确定埋深不小于5 m，倾斜度小于1%。由于本工程临近既有线，既有桥施工时遗留的桩头，型钢材料等，导致钢护筒入土深度不够，当出现钢护筒入土不够时，旋挖钻机就位后掏空底部2～3m，然后护筒接长再振动下沉，直到钢护筒打入要求的深度，才能保证水上桩基础施工的正常。

3.2.4钻机就位

TR400D旋挖钻机具有电子对中性能，根据测量放样拉十字丝定出桩中心，旋挖钻机对其中点，锁定角度，一般角度设置为0°，在以后钻进过程中按其角度旋转到0就是对准桩位中心。就位时保证钻头中心、桩孔中心在同一铅垂线上，其偏差不得大于5cm。钻机就位时，底坐应平稳、牢固，在钻进过程中钻机不得产生位移或沉陷。在开孔前对钻机就位情况进行复测，以确保桩位的准确。

3.2.5泥浆配置

泥浆的性能指标对钻孔中的护壁效果和成孔质量有很大影响，在施工中应严格控制泥浆性能指标。选用优质膨润土等配制优质泥浆。根据地层情况及时调整泥浆性能，泥浆性能指标如下：

①泥浆比重：一般地层为1.05～1.1。

②粘度：一般地层18～20s，开孔时不小于22s。

③含砂率：新制泥浆不大于4%。

④胶体率：不小于95%。

⑤pH值：7~9。

制浆前，应先把粘土块尽量打碎，使其搅拌时易于成浆，缩短搅拌时间，提高泥浆质量。开孔泥浆比重控制在1.26~1.35，pH为7~9，粘度为19~28s。

3.2.6 钻进成孔

待护筒内泥浆指标满足要求后方可向下钻进，钻进至接近护筒底口部位时使用小气量、轻压、慢转钻进成孔。

①细圆砾土层内钻进。钻头钻出护筒后，要小气量、轻压、慢转钻进2m后再正常钻进。钻进过程中要经常检测和调节泥浆性能，观察孔内泥浆面高度。当出渣量明显增多而无进尺时，是塌孔迹象需接长钢护筒。

②砂岩层内钻进。旋挖钻机钻进过程中，上部砂层、卵砾石层采用斗齿钻头钻进，钻进泥岩时，换用截齿钻头，钻进下部弱风化岩层时，因钻机打滑，采用1.5 m小钻头钻先导孔，再用2.5m直径钻头扩孔，钻进效率较高。钻进过程中时刻注意孔内泥浆液面，维持护筒内的水头高度比护筒外江面高2m左右，保证孔壁的安全。同时钻进过程中特别注意地质情况，在地层变化处捞取渣样，判断岩性，将渣样用小塑料袋封存放入留样盒，并贴上标签。钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度，由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度;当软地层变为硬地层时，要减速慢进;在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径;对硬塑层采用快转速钻进，以提高钻进效率;砂层则采用慢转速慢钻进并适当增加泥浆比重和粘度。当钻进至设计深度后，使钻具提起5cm回转循环几分钟，清除孔底钻渣，并调试泥浆达到规定要求后，测量孔深。成孔后使用检孔器检查孔深、孔径、孔型是否符合要求。

4、质量控制

①保护好测量所放桩位，随时对钻孔中心尽心复核;钻进时，将设计地质柱状图挂置于机车上，并按技术交底要求抽取钻渣。随时验证设计与实际是否相符，及时调整钻孔过程中的各项指标;合理选用钻具，确保成孔完好，减小扩孔系数。

②钻孔桩质量标准

5、效益分析

①成孔质量有保证，孔位偏差小，扩孔系数小，减少了混凝土的浪费。

②旋挖钻施工，可加快工程进度、提高工效。砂岩深水桩一般需要2~3 d即可成孔，同样桩基气举反循环钻机需要12~15 d成孔，沅江特大桥每年的汛期为5月～8月，采用旋挖钻机施工68#、69#墩后刚好进入了枯水期，而承台施工采用双壁钢套箱围堰，由于施工水位处于一年中最低，故在设计基础上减少了一层钢套箱，顺利地完成了承台和墩身施工，共节约成本约300万元，创造了较高的经济效益。

中车北京重工旋挖钻机

6、结语

深水不良地质条件下的桥梁钻孔灌注桩施工属于隐蔽工程，施工方案采取不当，将会影响到桥梁施工质量和整体工期，给整个工程造成巨大的经济损失，因此成熟的在深水砂岩地层采用选用旋挖钻施工的工艺是保证钻孔灌注桩质量和安全的重要措施，是确保工程质量与经济效益的双赢举措。

（文章来自中车北京重工）

责任编辑：Keyi