长江冲积三级阶地钻孔桩干钻法施工工艺研究

长江冲积三级阶地钻孔桩干钻法施工工艺研究

姜克寒

中国水利水电第八工程局有限公司湖南长沙410004

摘要：本文提出了一种针对长江冲积三级阶地地质情况的干钻法地铁车站围护结构钻孔灌注桩成孔工艺的工艺流程，该成孔工艺在武汉地铁11号线东段工程一标段车站围护结构钻孔灌注桩施作中得到了广泛应用和推广，取得了良好的经济技术效益。工程实践表明该工艺适用于长江冲积三级阶地的工程地质条件，具有可操作性强、效率高、成桩质量好、工程成本低、环境污染小等工程优点。

关键词：地铁车站围护结构；钻孔灌注桩；长江冲积三级阶地；干钻法

前言

近年来我国城市轨道交通飞速发展，目前地铁车站围护结构钻孔灌注桩主要采用泥浆护壁的湿钻法施工，湿钻法在施工时因为要采用泥浆护壁的方法，工序复杂且泥浆废渣对环境污染严重、成本较高、工期进度较慢，对技术参数控制、过程监测等要较高的要求，易引起塌孔、断桩、后期沉降大等质量缺陷[1]，且对桩基的承载力有较大影响[1]。为了解决上述问题，学者和工程师们做了较多的研究，钻孔灌注桩后注浆工艺是研究较为广泛的方向，其作用机理、控制理论、有限元计算及现场实践均有较多研究[3-7]。此外，也有部分关于干钻法成孔的研究，翟耀红针提出了高原冻土区钻孔桩的干钻法施工方法[8]，刘桂松介绍了干钻法在砂砾石层钻进中的成功应用[9]，王立国介绍了干钻法成孔钢轨桩支护在承台基坑开挖中的应用[10]，相关研究均在特殊地质条件下开展的，关于长江三级阶地地质条件下的干钻成孔工艺研究非常少。

武汉地铁11号线东段工程的沿线地质为典型长江冲积三级阶地（剥蚀堆积垄岗区），水文地质条件满足干钻法成孔施工需求。

1工程概况及水文地质

1.1工程概况

武汉地铁11号线东段工程一标段全长7.5km，沿线分别经过光谷火车站、教育中路站、药监局站、生物园站及光谷四路站。车站主体结构为两层（局部三层）两跨（局部三跨）的钢筋混凝土箱形结构，围护结构为钻孔灌注桩+内支撑（一道砼支撑+两或三道钢支撑），钻孔桩桩径1.2m，间距1.5m（局部1.8m），混凝土等级为C35混凝土。

1.2工程地质

11号线东段工程一标段沿线地貌形态为长江冲积三级阶地（剥蚀堆积垄岗区），地势较为平坦，局部地势稍有起伏。三级阶地和剥蚀残丘区地表浅部分布有薄层的人工填土层，其下局部地段分布有层厚不大的第四系全新统粘性土，但大部分地段多为第四系中上更新统老粘性土及砂类土、卵砾石，该层老粘性土具弱膨胀性。下伏基岩为志留系坟头组、泥盆系五通组、石炭系黄龙组、二叠系等地层，属极软岩～硬岩，受构造影响，岩层较破碎。

1.3水文地质

11号线东段工程一标段沿线地表水系不甚发育，地表水主要为上层滞水，分布于局部的沟、渠及塘中，接受大气降水、地表径流补给，水位及水量受季节及人工影响明显，变化较频繁，水深一般0.5～1.2m左右，丰水季节可达2.0m，对工程影响较小。

2工艺流程及关键控制点

2.1工艺流程

干钻法成孔工艺的流程如下图所示：

图1干钻法成孔工艺流程

2.2关键控制点

2.2.1测量准备

旋挖机进场前，由测量对旋挖机钻杆进行垂直度检测，校核旋挖机自身钻杆垂直度控制器，检测合格后旋挖机方可进场施工。根据设计施工图确定测量控制轴线（外放15cm），计算并复核各桩点的放样资料，以便施工时护筒埋设、钻机定位准确。

2.2.2护筒埋设

护筒直径比钻孔桩直径大15cm，埋设好的护筒底部高出地面30cm。

护筒埋设时，通过预先引放的横方向的四个护桩点进行调整就位，护筒中心与桩位中心重合，其偏差不得大于50mm，并应严格控制护筒的垂直度。

2.2.3钻机就位

钻机安放前，先将桩孔四周场地整平，确保钻机就位后机身平稳。钻机就位时应确保钻杆中心及桩位中心在同一铅垂线上，其对中误差不得大于20mm；钻机就位后，测量钻机平台标高以控制钻孔深度，避免超钻或少钻。正式钻孔前，钻机要先进行运转试验，检查钻机的稳定和机况，确保后面成孔施工能连续进行。因下部为中风化泥岩，岩石完整性较好，为保证钻孔效率和垂直度控制，钻孔机械采用320以上的旋挖钻。

2.2.4钻孔

开钻时，先用低档慢速钻进，钻至护筒以下1米后，再调为正常速度。钻进过程中，根据不同的地质情况选用不同形式的钻头，经常抽取渣样并与设计地质核对，注意土层变化，以便及时对不同地层调整钻速、钻进压力。钻至设计标高并经岩样判别确认到位后，停止钻进，采用旋挖斗清孔，清孔后及时用测绳测量孔深，用检孔器检测孔径、孔的倾斜度等各项指标，孔深、孔径、倾斜度检测合格后方准进入下一道工序。

2.2.5钢筋笼制作、安装

钢筋笼在加工平台现场制作，采用履带吊进行钢筋笼吊装、对接及下放。钢筋笼整体吊装，设置4道吊点，并在钢筋笼按照设计要求焊接控制保护层的定位钢筋。钢筋笼吊放时，对准孔位，吊直扶稳，缓慢下沉，避免碰撞孔壁。钢筋笼全部安装入孔后应检查安装位置，确认符合要求后，将钢筋笼进行固定，避免灌注混凝土时钢筋笼移位。

2.2.6混凝土灌注

根据设计桩身强度要求，严格检测控制混凝土塌落度。灌注前先根据测孔情况判断混凝土所需的大致方量，下放钢筋笼结束后，立即灌注混凝土。混凝土浇注应保持连续进行，浇注过程中应勤量测，勤拆管，始终保持导管埋深在2.0～3.0m左右，同时根据测量结果判断孔内有无异常情况，严禁将导管提出混凝土面，形成断桩。

2.2.7成桩质量检查

成桩质量应满足《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）[11]及《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）[12]中关于成桩质量控制的技术要求。

3工程优势

（1）工序简便，可操作性强：在干钻法施工时不需要采用泥浆护壁，直接测量放点、埋设护筒后就可以施工，工序简单、操作便捷。

（2）施工工效高：与湿钻法相比，干钻工艺可以省略掉泥浆循环清孔工序所耗费的时间，提高成孔速度与施工效率。

（3）成桩质量良好：通过对干钻法施工的钻孔桩的桩身完整性进行检测，桩身完整性达100%，且桩身强度都达到设计要求。

（4）经济效益好，对环境污染小：干钻工艺从人员投入、泥浆制备、渣土外运、工期进度等方面有绝对的优势，可以极大降低工程造价、缩短工期，此外，干钻法不会有湿钻产生的废弃泥浆，避免了废弃泥浆对环境的污染。

4结语

该钻孔灌注桩干钻成孔工艺在武汉地铁11号线光谷火车站、光谷四路站、教育中路站、药监局站、生物园站五个车站围护结构施工中得到了广泛使用和推广，工程实践表明该成孔工艺对长江冲积三级阶地有很好的适用性。由于不使用泥浆护壁，该成孔工艺能降低极大地降低施工成本、提高施工效率、减小环境污染、提高成桩质量，可供类似地质条件的工程参考和借鉴。

参考文献

[1]孙新华.钻孔灌注桩施工工艺及常见缺陷处理[J].山西建筑,2008,34(7):141-142.

[2]吴鹏,龚维明,任伟新,等.钻孔灌注桩护壁泥浆对桩基承载性能的影响[J].岩土工程学报,2008,30(9):1327-1332.

[3]高振鑫.公路桥梁钻孔灌注桩后压浆技术应用研究[D].长安大学,2012.

[4]胡春林,李向东,吴朝晖.后压浆钻孔灌注桩单桩竖向承载力特性研究[J].岩石力学与工程学报,2001,20(4):546-550.

[5]孙炎.钻孔灌注桩后注浆效果的模型试验研究及数值模拟[D].扬州大学,2006.

[6]万江英.钻孔灌注桩施工方法的研究与应用[D].南昌大学,2014.

[7]夏群.超高层建筑中钻孔灌注桩后注浆技术分析及其应用[J].工程勘察,2012,40(11):37-43.

[8]翟耀红.青藏铁路清水河特大桥钻孔灌注桩施工技术[J].山西建筑,2004,30(13):190-191.

[9]刘桂松.干钻法在砂砾石层钻进中的成功应用[J].西部探矿工程,2001,13(4):93-93.

[10]王立国.干钻法成孔钢轨桩在邻近既有线硬质岩基坑开挖支护中的应用[J].工程技术,2015(68):00220-00221.

[11]JGJ94-2008,建筑桩基技术规范[S].

[12]JGJ120-2012,建筑基坑支护技术规程[S].