山区河流砂卵石地层

第三工程有限责任公司40山区河流砂卵石地层钻孔灌注桩施工技术总结铁五局三处孙永清一、前言随着铁路施工技术的发展，钻孔灌注桩基础已广泛应用于铁路桥梁的基础工程。

我处自八十年代初以后在沿海软土地层上进行了大量的钻孔桩基础施工，但在山区河床砂卵石地层进行较大孔径钻孔灌注桩施工尚缺乏比较成熟的经验，为此，我们在西康铁路钻孔灌注桩的施工中作了比较充分的准备和比较详细的研究，取得了一些经验。

二、工程概况我处承担西康铁路十一、十二标段火石梁等四座大桥及鹰嘴岩、赵湾旬河两座特大桥的施工。

以上桥梁均跨越旬河，除个别墩台采用挖井基础外，其余全部采用钻孔灌注桩基础，钻孔直径为1．25m和1．50 m两种，钻孔深为20~30m，其中Φ1．25m孔桩共172根计3900延长米，Φ1．50m孔桩共185根计4500延长米。

三、地质状况及钻孔设备的选择旬河北起秦岭，流经陕南重山峻岭之中，属季节性河流，有常年流水，流量随季节不同有较大变化。

在这种季节性较强的河流中沉积下来的地层具有以下一些基本特征：①沉积物以卵石土和园砾土为主，并伴有漂右、细砂层及淤泥层；②沉积物的分速性、磨园度及成层性较好，且具有一定的规律性。

根据钻机选择的四条原则：①设备性能应首先满足钻孔的地质条件、钻孔主要指标的要求；②优先考虑利用本单位现有钻机的可能性；③考虑外购时，设备应先进和实用，兼顾本工程要求；④选择钻机力求普通、实用、重量轻、分解性好。

结合以往经验，我们选择了太原宝峰C2一28型冲击钻机进场施工。

C2一28型冲击钻机性能参数如下：钻孔最大直径Φ1000 m m钻孔深度500 m m冲程50~100cm冲击频率50、45、40次／min钻具最大质量2500kg电机功率45kW为适应钻机性能，我们对原有的Φ1.0m和Φ1.2m十字型钻头进行了改型，即根据第三工程有限责任公司41 设计孔径要求在弧形付刃外侧邦焊钢轨以满足钻孔直径的要求，主刃下焊上短轨成齿状（见下图1）。

改进后的钻头既扩大了钻头直径，又增加了单位刃长上的钻具重量，使单位刃长上的钻具重量接近20kg／cm。

实践证明，改进后的钻头更有利于砂卵石地层岩土的破碎。

利用钢轨的耐磨性，较好地保护了钻头母体，延长了钻头的使用寿命，成孔四、护筒及泥浆护壁护筒主要起着下列作用：固定桩位、导向钻头、隔离地面水、保护孔口地面、提高孔内水位等。

护筒埋设的好坏对成孔质量、甚致对钻孔的成败有很大影响。

不同的地质及施工条件可采用不同类型的护筒。

经过多方比较，在不同的地段我们分别采用了砼护壁和钢护筒两种类型,即在河漫滩或河流阶地上地下水位在地面下大于1．5m地段采用人工挖孔到地下水位（但以不超过5m为宜），同时浇注砼护壁（厚10～15cm）；对于河床水中墩采用筑岛埋设钢护筒的办法，钢护筒厚6～8 m m,埋深3m。

护筒内径较钻头直径大10～15cm，比其他资料或规范中提供的冲抓钻施工时护筒内径应大于钻头直径30～40 cm小。

之所以采用这样的护筒内径，主要从两个方面考虑：虽然护筒内径过小，会给钻头提放产生困难，钻头碰撞护筒的概率大为增加，容易引起护筒底地层的坍孔；但护筒内径过大，容易在护筒与成孔之间产生台阶，不利于钻头抽渣筒的下落，一第三工程有限责任公司42 旦破坏护筒下面已成孔的泥浆护壁，容易引起坍孔。

从我们施工的情况看，在砂卵石地层中采用上述护筒是成功的。

首先，护筒内径较钻头大5cm，可以更好地导向钻头，固定桩位，基本上杜绝了因护筒原因所造成的坍孔。

第二，钢护筒坚固耐用，重复使用次数多，但由于种种因素的影响，例如提拔困难、碰撞变形等，钢护筒实际倒用次数平均为3次，使用砼护壁代替钢护筒不仅可以利用当地廉价的劳动力资源加快进度，而且可以降低成本（见下表1）。

在砂卵石地层中钻孔施工，必须采用泥浆护壁，泥浆的质量、护壁的好坏是钻孔成败的关键。

由于冲击钻孔一般是在孔内直接造浆，因此，应按有关施工技术标准选用优质粘土。

在一些缺乏合适粘土的地区河掺入一些外加剂如膨润土以改善泥浆性能，增强护壁效果。

施工中采用了掺入粘土重量5一10％的水泥与粘土一道共同造浆，使泥浆比重控制在1．3~1．4 范围内，取得了满意的效果。

这种泥浆不仅较好地悬浮泥碴,钻进速度快,而且由于水泥的掺入,使孔壁附近的砂卵石层被掺入的泥浆固结成具有一定强度的护壁,使孔壁更加稳定。

根据我们的统计表明，由于水泥的掺人，减少了粘土的需用量，粘土的实际需用量约为钻孔体积的50～70％，较经验数据100~120%少。

以一个典型的Φ1．25m孔深20．3m 孔桩为例，钻孔体积为26.4共投土16m3，水泥1300kg（380元／t），粘土体积为钻孔体积的61％，较120%节约粘土15 m3，粘土单价按25元／m3计，仅增加成本119元，即5．86元／rn。

从以上可以看出，采用掺入水泥的方法并未增加大多的成本，即可以获得满意的护壁效果，是可取的，特适用于缺少适宜粘土的地区。

五、冲击钻进工艺及成孔过程中常见事故的预防和处理1、钻进参数①钻头重量：冲击钻进是利用钻具在井中自由下落冲击而破碎岩石，因此钻具重量直接影响钻进效率。

钻具过轻则钻进速度较慢，钻具过重，虽然钻进速度较快，但冲第三工程有限责任公司43 击过程对周围岩土的振动过大，易引起坍孔。

陕西某工程公司在平沟口大桥Φ1．5 m孔桩施工中采用4.0吨十字型钻头施工，虽然钻进速度较快，但经常造成坍孔，最后被迫放弃该工程的施工，笔者认为，在Φ1．25 mΦ1．5 0m砂卵石地层钻孔桩施工中，采用重2．5吨的十字型钻头是适合的。

既满足钻机的技术性能要求，又适应该地层对钻具的要求，最后对钻头适当改进，使每单位刃长的钻具重量达15~20Kg/cm，即可取得满意的钻进效果。

②冲程与冲击频率：增加冲程与冲击频率可以提高钻进效率，但这两个因素互相制约不能同时增加。

不同钻深及穿越不同地层时宜采用不同的冲程，以减少坍孔事故的发生，在钻孔开始阶段及穿越细砂层或流砂层时我们采用小冲程50cm，并控制钻进速度，在穿越砂卵石层进入岩层后，我们采用冲程70cm。

③悬距：在实际工作中，常采用控制放绳和留悬距的办法来解决钢丝绳在受力后弹性伸长和不断延伸的井深问题，以提高钻进效率。

钢丝绳的放绳量应做到“勤放少放”。

悬距应根据不同地层预留，砂卵石地层中为0，进入岩层后为2.m，避免“打空锤”现象的发生。

④孔内泥浆：在冲击钻进过程中，井内泥浆的密度直接影响着钻进效率。

密度低，悬浮钻碴的能力差。

增加钻碴重复破碎的次数。

井内岩粉浆密度高，增加钻头下落阻力，降低钻头冲击效果。

因此，应严格控制岩粉浆密度，做到“勤掏少掏”，利用抽碴筒抽碴时，应使抽碴筒在最高“岩粉柱”范围内活动，提动距离控制在20~50 cm、活动次数有4~5次即可。

2、常见事故及处理（1）坍孔：坍孔是砂卵石地层中较常见的现象，主要发生在护壁下7～10米地段及钻孔穿越细砂层或砂层的地层，因此在钻通过这些地层时，应控制钻进速度采用小冲程进行钻进，适当增加水泥造浆，稳定护壁。

一旦发生坍孔，尽快查明坍孔位置、范围大小以便采取相应处理措施，如打入木桩、钢管桩加固孔壁周围地层，回填密实后重新钻进。

不论采取哪种方法：尽量做到一次治理成功，不留后患。

（2）缩孔：由于山区河流中沉积下来的地层常有淤泥质地层，钻孔穿越这些地层时，因孔壁稳定性差造成缩孔。

发现缩孔后，及时向孔内投入小片石，减少钻头冲程，控制钻进速度，使投入的片石挤入周围地层，稳定孔壁。

（3）钻孔偏斜：在山区河流沉积的地层常伴有大漂石，当钻孔内有探头石、漂石、基岩面非水平、钻塔移位等情况下易引起钻孔编斜。

当发现探头石、漂石时应及时回填片石或将钻塔移向探头石一则，采用长冲程；遇基岩时采用短冲程、高冲频，进入基岩后采用长冲程；经常检查是否发生移位并及时调整，特别是场地比较松软时更应注意钻塔移位。

第三工程有限责任公司44 （4）卡钻：卡钻是由于钻孔不圆，钻头被狭窄部位卡住或者是上部坍落物卡住钻头以及在穿越淤泥层时因缩孔或泥浆粘度过大钻头被吸住。

遇卡钻时可放下钻头转动到孔径较大的方向提起；用打捞勾或打捞活套助提；清除坍落物等。

总之，要先查清卡钻原因再采取相应的处理方法。

若坍方规模较大掩埋钻头使打捞发生困难时，应及时与业主和设计单位取得联系，变更设计，重新钻孔，这样既可以节约成本，又可以加快施工进度，在西康线的一些孔桩采用变更桩位及承台结构形式，取得了较好的效果。

六、清孔及成桩质量的控制1、清孔钻孔达到设计标高，经终孔检查后应立即进行清孔，清孔的目的如下：①清除孔底沉碴，提高桩端承载力，使孔底沉碴满足施工规范要求；②减少孔内泥浆相对密度，便于导管法灌注砼时保证质量，不出故障。

根据经验清孔后的泥浆相对密度应控制在1．15～1.25之间，含砂率控制在10%左右是比较理想的。

沉碴厚度或顶面高度的量测采用圆柱形或园锥形测锤，关于测锤的规格，许多规范、资料上都采用直径13～15cm，高18～20cm的钢板焊制的园锥体，内灌砂配重，容重为15～20KN／M3。

该测锤在泥浆比重较小时量测是适宜的，随着泥浆比重的增大，用该测锤量测将产生较大误差。

经过使用比较，采用下表制作测锤进行量测，获得了满清孔后应尽快下放钢筋笼、导管等工作，使请孔完毕到开始灌注砼的时间控制在2H内。

在灌注砼前应重新探测孔底沉碴厚度，若因为泥浆比重控制不好，清孔后沉淀过快；或清孔后到灌注砼的间隔时间太长，使沉碴厚度超过标准需重新清孔，这时，由于钢筋笼的影响，抽碴筒清孔困难，宜采用压风机清孔或潜水泵排碴法清孔。

为减少工作环节，我们自制了一套简易的内风管吸碴设备（见下图2），该设备主要包括空压机一台，风量6～9 m3／min，风压0.7MPa，清碴时，出水管（导管）距沉碴300~400 mm,风管下入深度以混合器到水位高度与孔深之比0.55~0.65来确定,该设备由于利用导管来作出水管，施工简单，清碴时间短，效果好。

无该设备也可将潜水泵放置距孔底0.3~0.5 m处,开动潜水泵连同钻碴一起排除。

第三工程有限责任公司 452、成桩质量的控制（1）钢筋笼制作安放应严格按设计图及有关的施工规范要求进行，同时应特别注意在钢筋笼就位后采用相应措施牢固定位，并使钢筋笼底部处于悬吊状态下灌注水下混凝土。

（2）灌注工艺灌注水下硷是钻孔灌注桩施工的重要工序，必须做好混凝土灌注前的准备工作：①复测孔底沉碴；②连接导管下孔；③灌注平台就位；④检查砼坍落度。

鉴于第一次灌注量对于保证水下混凝土质量特别重要，应按下列公式对第一次灌注量进行计算：确保混凝土初次灌入后能有效地埋住导管。

K 一一经验系数，取1．15一1．25；V －－第一次灌注量m 3 D －一桩孔直径，m ； H 一一桩孔深度，m ；H 首——第一次灌注后的孔深，m ； d γ一一导管内径，m ；γ1一——清孔后泥浆密度，t m 3 ; γ2 ――硷密度，t m 3 。