张杰 杨德超
中建一局集团建设发展有限公司，北京市，100000
[摘要]由于钻孔灌注桩施工具有机械化、快速化、施工简单、工艺成熟等优点，因此在市政建设、公路桥梁建设等工程领域中已得到广泛应用。但在岩层地质下的大直径旋挖钻孔灌注桩施工中，如何更高效、环保的完成桩基成孔，成熟的经验和方法却相对欠缺。本文以某特大桥主墩桩基的成孔方法为例，对旋挖清水钻扩孔施工法在岩层地质下大直径钻孔灌注桩中的应用进行了介绍和探讨，为以后同类情况桩基更高效、环保地成孔提供了参考和指导。
[关键词]旋挖清水钻 钻孔灌注桩 扩孔施工 岩层地质 大直径桩
0 引言
钻孔灌注桩施工具有机械化、快速化、施工简单、工艺成熟等优点，因此在市政建设、公路桥梁建设等工程领域中得到广泛应用。大直径钻孔灌注桩成孔难度较大，主要因其桩孔截面大、钻进阻力大、桩身长等特点。本工程特大桥主墩大直径钻孔灌注桩位于砂岩中，钻进困难，因此采用扩孔的施工方法，分三次钻进成孔。另因其发生塌孔的可能较小而采用清水施工工艺，旋挖清水钻无需用泥浆进行护壁，具有环保、高效、节能、地层适应性较广等优点。结果表明，旋挖清水钻扩孔施工法是一种绿色的施工方法，该方法降低了人员、机械设备的投入，节约了成本，缩短了工期。
1 工程概况
本工程斜拉桥主墩位于成都沱江河床中，主墩基础为28根直径2.5m的钻孔灌注桩，采用4×7行列式布置，中心间距5.0m。其桩底标高为+397.847，设计桩长25m。主墩桩基处河床覆盖层由新至老分述如下：
(1)河床顶部为前期施工的约5m厚的土石方筑岛平台，实测压实度为91%。
(2)强风化粉砂岩，层厚约4.7～5.4m。浅灰色～灰绿色，矿物成分主要由长石、石英、云母等矿物组成，中细粒结构，中厚层状构造，泥钙质胶结。裂隙发育。属软岩，岩芯采取破碎，多呈碎块状～短柱状。土石开挖施工等级为Ⅳ级。
(3)中风化粉砂岩，层厚约35.1～35.5m。浅灰色～灰绿色，矿物成分主要由长石、石英、云母等矿物组成，中细粒结构，中厚层状构造，泥钙质胶结。裂隙不发育。属软岩，岩芯采取完整，多呈柱状～长柱状。土石开挖施工等级为Ⅳ级。
2 方案设计
本工程围绕如何绿色、环保、高效地进行大直径钻孔灌注桩的施工，针对各施工重难点进行了设计，具体分述如下。
（1）难点一：本工程桩基施工在水中筑岛平台上进行，由于筑岛平台为新填筑土石围堰，且处于沱江河流中心。受水流、水压、施工质量及施工机械的影响，护筒周围土体可能塌陷，进而造成护筒偏斜，严重影响成桩质量。
解决措施：采用双护筒保证内护筒不受影响。
（2）难点二：本工程处于沱江中心，若采用泥浆护壁，难免会对水体及周边环境造成污染，如何在保障施工的同时对当地母亲河进行保护是本工程的又一重难点。
解决措施：采用旋挖清水钻施工方法进行施工，该法在成孔过程中无需泥浆护壁。
（3）难点三：本工程计划工期为55天，28根直径2.5m、长度25m的钻孔灌注桩，在河床全部为砂岩的条件下。采用SR380旋挖钻机仅能保证3天成一根桩，既有状况下工期无法保障，且钻头磨损严重。
解决措施：SR380旋挖钻机配置1.5m、2.0m、2.5m的钻头分次进行扩孔施工。
3 双护筒埋设
由于前期完成了土石筑岛平台，为保证护筒的稳定性及更精确的定位，选用双护筒进行施工。护筒采用可循环利用的大、小双层钢护筒形式。大护筒（外护筒）直径2.9m、长2m、小护筒（内护筒）直径2.7m、长6m，均采用壁厚δ=18mmA3钢板卷制而成。小护筒置于大护筒之内为正式护筒。
护筒采取挖坑埋设法，内护筒顶面高出筑岛地面不小于0.3m，最终入岩深度不小于0.5m。钢护筒埋设时，护筒中心线应对正测量标志的桩位中心，竖直线倾斜不大于1%。
护筒施工工艺流程如下：制作外护筒，并将外护筒打设就位→制作内护筒，并将内护筒安装在桩位中心→回填内护筒和外护筒间的空隙，防止钻孔时内护筒位移及灌注时有混凝土进入空隙→内外护筒安装完成后，进行钻孔灌注桩施工→钻孔灌注桩混凝土浇筑完成后，在初凝前拔出内护筒→灌注桩混凝土强度达到设计强度的75%时，拔出外护筒，完成大直径钻孔灌注桩施工。
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图1 护筒埋设示意图
4 旋挖清水钻扩孔施工
由于河床为完整的砂岩，塌孔风险较小，且为了保护环境，不污染沱江水体，选用旋挖清水钻进行成孔。该法在成孔过程中无需泥浆护壁，而是钻头在慢速旋挖过程中自造的泥浆对孔壁起到一定稳定作用。本工程采用SR380旋挖钻在水下直接进行钻进施工，水泵抽水将钻头埋住，每清碴一次，补充一次水量，以保证钻头在水下进行钻进施工。
特大桥主墩桩基为直径2.5m的大直径桩，且河床为完整砂岩，若直接采用2.5m的钻头进行施工，钻进难度较大，单根桩成桩需要3天。为保证工期，项目通过优化，选用扩孔的方式进行施工，即先采用1.5m的钻头施工至桩底标高，再采用2m的钻头钻进至桩底标高，最后用2.5m钻头成孔，采用此工艺进行钻进，36小时内即可成孔，而且钻头磨损情况能得到有效改善。
在施工中，钻架及钻杆要竖直，钻架中心与钻机转盘中心的连线应与钻盘垂直，钻头、钻杆和桩径中心在同一铅垂线上，钻孔顺直。开钻时，宜低档慢速钻进，钻至护筒下1m后，再以正常速度钻进。在钻孔中，必须随钻随清碴。使用取碴筒清碴，一般钻进0.5～1.0m清一次碴，或者根据钻进速度决定清碴与否。
当钻孔深度达到设计要求时，采用笼式检孔器进行成孔检测，对孔位、孔径、孔深和倾斜度等进行检查。
5 清孔
清孔的目的是将孔内的钻渣及其沉淀物清除，保证钻孔桩的承载力。沉渣厚度符合规范及设计要求，即不大于5cm。
和采用泥浆护壁的钻孔桩不同，本工程清孔不需要泥浆置换。而是用排污泵在桩基底部抽除污泥，同时，桩基顶部用水管不断加入清水的方式进行。
第一次清孔完成后利用履带吊下放钢筋笼，安装好灌注导管，再次复测沉渣厚度，若不满足要求，则需对孔内杂质进行第二次清孔，以使孔底沉渣厚度符合要求，保证成桩质量。
本工程采用旋挖清水钻扩孔施工，沉渣量小，完成28根桩施工基本未进行二次清孔。若需进行二次清孔，也仅需重复第一次清孔时的步骤即可。而无需采用泥浆正循环、泵吸反循环、气举反循环等方式进行二次清孔。
二次清孔完成后进行混凝土的灌注即可，需要注意的是，计算首批封底混凝土的方量时，泥浆的比重。本工程现场实测表明，清水桩中泥浆比重约为1.03g/cm3，粘度15.5～16.5s，含砂率＜0.5%。
6 结语
本工程钻孔灌注桩采用旋挖清水钻扩孔施工，平均1.5天完成一根桩，保证了施工进度；孔径、孔深、倾斜度等满足设计规范要求，保证了施工质量；未发生塌孔事故，能保证施工安全；同时清水钻施工无需造浆，基本不需要二次清孔，节约了能源，保护了环境。本工程通过旋挖清水钻扩孔施工法的应用，树立了良好的企业形象，受到当地政府和业主单位的高度赞扬，值得类似工程参考借鉴。
参考文献
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