泥质粉砂岩地层人工挖孔桩施工技术

泥质粉砂岩地层人工挖孔桩施工技术

罗永善

珠海格力建设投资有限责任公司广东省珠海市519000

摘要：随着地铁建设的飞速发展，对于地铁车站在高水位地层时存在抗浮问题。车站抗浮设计时往往采用人工挖孔桩作为抗拔桩，车站基底处于中风化或者微风化岩层中时人工挖孔桩施工难度极大，进度控制难以保障。本文介绍了在微风化泥质粉砂岩中的人工挖孔桩的施工技术，对今后类似工程有一定的借鉴意义。

关键词：人工挖孔桩；微风化泥质粉砂岩；带水源金刚石钻；基岩钳制力

0引言

目前国内的硬岩地层人工挖孔桩施工通常采用人工手持风镐破岩、膨胀剂辅助破岩的方式，但在岩性较为特殊的泥质粉砂岩地层中破岩困难，岩石呈渣状破碎，施工效率低。

本站通过采用成孔速度快的潜孔钻机和带水源金刚石钻配合施工，采用上述设备人为在成桩范围内成孔增加岩石自由临空面，并用岩石劈裂机劈裂桩芯岩石，提高破岩效率，从而大量减少了硬岩地层人工挖孔桩成孔时间。

1工程概况

陈家祠车站为地下三层车站，站台宽14米，全长167.60米，有效站台中心里程为YDK16+519.000，设计起终点里程为YDK16+440.100～YDK16+607.700。车站主体为钢筋混凝土矩形结构，顶板覆土厚度为1.4～3.0m，主体基坑最大开挖深度约25.34m。

在车站主体结构底板下设抗拔桩，抗拔桩桩长7m，抗拔桩桩型为方桩，桩顶截面1.8*1.8m，桩底截面3.3*3.3m，桩底进入<9>号地层，共计36根。抗拔桩采用C35P12混凝土，承台混凝土等级为C35P12。

2水文地质情况

抗拔桩主要位于<9-3>地层中，岩性主要为泥质粉砂岩、少数含砾粗砂岩。呈红褐色、砂质结构、块状构造，矿物成分基本未变，岩芯完整，呈长柱状、短柱状，岩质锤击易碎，近似RQD=70~95%。岩石天然抗压强度范围值为10.50-39.80MPa，平均值为22.59MPa，标准值为18.37MPa，岩体基本质量等级为Ⅳ～Ⅲ级。

勘察范围内的地下水按赋存方式主要为基岩裂隙水。地下水对混凝土结构具“微腐蚀性”；按地层渗透性判别，地下水对混凝土结构具有“微腐蚀性“；在长期浸水下，地下水钢筋混凝土结构中钢筋具有”微腐蚀性。

3施工方案

3.1施工工艺流程

本车站抗拔桩开挖采用潜孔钻配合带水源金刚石钻进行开挖，然后用带水源金刚石钻对桩位范围内切割分区，增加开挖临空面，每循环进尺60cm，再采用岩石劈裂机将桩内岩石破碎，用卷扬机将其桩孔内石渣取出。具体开挖平面示意图如3-1。

图3-2挖孔桩施工流程图

3.2施工准备

平整场地后首先对桩位进行测量定位，用红油漆标注出开挖区域，并浇筑开挖桩顶挡水墙。二次投测标高及桩位十字轴线，搭设好潜孔钻机施工台架，准备岩石劈裂机、带水源金刚石钻、钻头、活动井盖、卷扬运输架、活动吊土桶、排水、通风、照明设施等，对主要施工人员进行安全技术施工交底后方可上岗作业。

3.3单个开挖循环进尺划分

由于桩身开挖范围为9号地层，基坑土石方开挖时发现岩层完整性好、不破碎，单个开挖循环进尺根据设计要求的护壁分节长度确定，本站设计要求护壁分解长度不大于1m，故此暂按1m设置。

图3-4带水源金刚石钻钻头

同时，根据规范要求：每节护壁均应在当日连续施工完毕。结合设备的可操作性及施工效率，本工程采用的带水源金刚石钻钻头长度为0.6m，故此确定单个开挖循环进尺为0.6m。钻头选用见图3-4。

3.4成孔施工

3.4.1标准段成孔

首先，采用潜孔钻机自桩顶到桩底施工Ⅰ序钻孔，Ⅰ序钻孔直径90mm。

其次，采用带水源金刚石钻按0.6m每循环施工Ⅱ序钻孔，Ⅱ序钻孔直径150mm，与Ⅰ序钻孔咬合20mm，增加临空面的同时，将桩芯岩石与原状基岩彻底分离。

然后，采用带水源金刚石钻切割桩芯岩石，分割为4个区域，进一步增加临空面。

最后，采用岩石劈裂机逐区域劈裂桩芯岩，将岩块装入吊桶，采用垂直提升设备将石渣垂直运输到孔口旁边指定位置，随基坑渣土由龙门吊提升至地面外运。详见图3-5。

图3-5挖孔桩施工简图

3.4.2扩大头成孔

抗拔桩标准段开挖至4m深度后，开始进行扩大头段开挖，同样采用标准段将桩芯岩石切割分区劈裂的方式开挖。

潜孔钻钻杆与地面成76°，从距桩边800mm位置向下钻孔，钻孔深度3m，其余方式与标准段开挖方式相同，当桩孔开挖深度超过5m时，每天开工前应进行有毒气体的检测（如活体检测）。详见图3-6。

图3-6抗拔桩扩大头钻孔示意图

4关键技术措施

4.1采用高速钻孔设备增加临空面

由于人工挖孔桩开挖施工时，作业空间狭小，作业面较深，岩石钳制力较大，再加上泥质粉砂岩含泥量高导致“韧性强”、含砂量高易磨损金属的特点，风镐破岩往往呈“碎渣状”，导致破岩时间长，反复清理岩渣，致使开挖效率低下。

为减少该不利因素，我部采用增加岩石自由临空面，减少岩层钳制力，提升岩石大块破碎能力的方案，以达到减少反复清理岩渣时间、减少破岩时间的目的。此时，就需要解决增加自由临空面施工时间的问题。结合泥质粉砂岩遇水易软化的特性，采用潜孔钻机及带水源金刚石钻可高速成孔，大大减少增加自由临空面的作业时间。

4.2钻孔布置

为确保桩芯岩石与原状基岩彻底分离，钻孔全部咬合，并采用先施工小直径钻孔再施工大直径钻孔的方式确保咬合量。

Ⅰ序钻孔用钻孔速度最快的潜孔钻钻至桩底，标准段开挖完成后再更改角度钻完扩大段，Ⅱ序钻孔用带水源金刚石钻，钻孔过程中严格控制钻孔角度。

同时，为便于钻孔的咬合（尤其是扩大头段），与设计协商将桩型调整为正方形。钻孔施工详图见4-1。

图4-1钻孔施工

4.3桩芯岩破除

破除桩芯岩时，首先采用带水源金刚石钻施工Ⅲ序十字钻孔将桩芯岩分割为四个小区域，进一步增加岩石自由临空面，为提高破除效率，采用液压岩石劈裂机将岩石大块劈裂。详见图4-2。

图4-2劈裂后岩石破碎效果图

5实施效果及经验分析

在泥质粉砂岩层开挖的人工挖孔桩由于岩性特殊、原状基岩钳制力强的作用，开挖进度极为缓慢。为增加开挖速度，需人为增加岩石的自由临空面，降低岩石的钳制力作用，破除过程中合理选用辅助工具，优化岩石破碎方案，有效提高碎岩效率。我部采用上述施工方法后，人工挖孔桩成孔速度从原来用人工手持风镐破岩、膨胀剂辅助破岩的0.21m/d变成了0.6m/d，加快了车站施工进度；并更有效的控制了开挖垂直度和超挖问题，保证了挖孔桩施工质量及施工成本，同时也减少了基底暴露时间，降低了施工风险。