安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 安徽合肥 230088
摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，桥梁工程建设越来越多。深厚卵石地层的钻探或桩基施工，会面临钻头磨损剧烈、钻进效率低、孔壁坍塌、排渣或取芯困难等问题。详细查明卵石地层颗粒级配及粗颗粒强度特性并进行正确的评价，是卵石地层桩基施工成败的关键性工作。本文分析了卵石地层钻探手段的有效性及其对桩基成孔的影响，提供了深厚卵石层桩基侧摩阻力、桩端承载力取值及桩基施工方面的建议。
关键词：桥梁基础；深厚卵石层；工程勘察；桩基施工
引言
近年来，桥梁形式逐渐向大跨、轻型、高强、整体方向发展，桥梁基础尤其是钻孔灌注桩基础施工技术日新月异。钻孔灌注桩作为桥梁基础，因其经济性和施工相对容易的特点已成为桥梁基础的主要形式。目前，钻孔桩基础正逐渐向深孔、大直径方向发展，在大跨径、复杂地质区域对钻孔灌注桩的施工提出了新的攻关课题。但缺少冲积平原地区存在的砂卵石层厚、漂卵石粒径大的地质条件下施工深大桩基的经验。笔者阐述了深厚卵石层大直径长桩基中对桩长的控制采取的施工技术。
1卵石层的地质特征
深厚卵石层根据地质成因不同，主要分为冲积层松散易垮卵石层和冲洪积松散易垮卵石层，其特征均为，结构松散，无胶结，地下水位高，含较丰富的地下孔隙潜水，卵石一般呈次圆—浑圆状，粒径大于20mm的含量占50%以上，分选性较差。
2卵石地层对地质钻探及桩基成孔的影响
地质钻探和桩基成孔都必须通过钻进设备削切卵石地层并将削切碎屑输出至孔外，必定对孔壁地层造成一定的扰动。钻进的扰动及形成的孔洞导致一定范围内的土体产生应力重分布，影响范围内土体的黏聚力和内摩擦角会有不同程度的下降，加之提钻过程中地下水的动水压力作用，卵石土孔壁极易坍塌，从而导致卡钻或埋钻事故的发生。地下水联系紧密、水量丰富，特别是在孔深较大的情况下，起钻时常会引起孔内护壁剂液面下降过大，导致含水层地下水快速往孔内渗流，孔壁土体在朝向钻孔中心的动水压力作用下很容易发生孔壁坍塌现象，此外，过快的起钻操作还会产生类似活塞的抽吸作用，也会增加孔壁坍塌的频率。因此，在成孔的过程中，保证护壁剂的质量、保持孔壁液的高度及稳妥的操作方法是防止卵石土孔壁坍塌的关键。卵石地层的颗粒级配对地质钻孔和施工阶段桩基成孔的影响程度有所不同。在地质钻孔中，开孔口径一般从Φ90～Φ180ｍｍ不等，粒径大于200ｍｍ的卵石极易将取样管口卡住，并出现滑钻现象，给钻进造成障碍；而粒径20～60ｍｍ的卵石容易对套管进行挤压，产生成孔垂直度误差，在成孔后极易从孔壁脱落，造成缩孔和孔壁坍塌。对于桩基成孔来说，钻机设备的成孔直径大大增加，但相应地对孔内土体的扰动范围也有所增大，卵石地层的颗粒级配不良时，也极易引起孔壁坍塌；当地下水与孔内护壁剂液面相差过大时，也可能导致护壁泥膜破裂，造成护壁剂或冲洗液的渗漏；此外，卵石粒径过大时，会大大增加钻进、排渣和清底的难度。在卵石地层中钻孔，卵石的强度对钻头的磨损和钻进速率也有明显的影响。图1为卵石饱和单轴抗压强度与地质钻探钻头的损耗系数之间的关系，卵石单轴抗压强度主要是通过岩芯点荷载试样换算得到，对于形状规则满足单轴抗压强度试验粒径的卵石，直接将卵石制备成试样后进行饱和单轴抗压试验。从图中可以看出，随着卵石单轴抗压强度的增加，钻头的损耗系数呈指数增加。另外，通过对不同土层中的桩基成孔设备工作参数统计归纳获得表1所示结果，分析可知，卵石地层的桩基成孔的钻进压力明显大于砂土层和黏土层，而钻进速率和进尺则相反，这从侧面反映出卵石的坚硬程度对桩基础成孔的影响。
3深厚卵石层大桩径长桩基施工要点
3.1钻 孔
在施工准备阶段，记录完原地面标高后清理施工现场的杂物，修筑并接通便道，接通供电、供水、排水系统，平整处理钻机就位场地并达到适宜人员操作、便于机械就位和运转的施工要求。根据设计文件提供的控制点，采用全站仪现场布置控制网并复核。依据桩基中心轴线坐标值，用坐标法或极坐标法放样桩基中心线、桩基中心点等并打入标桩，中心线的放样误差应控制在5ｃｍ范围内。在距桩中心约2ｍ的安全地带设置十字形控制桩以便于校核，桩上标明桩号。在挖护筒之前采用“十”字交叉法在护筒以外较稳定的部位设4个定位桩，并在埋设前通过定位桩拉线放样，然后利用钻机引孔，再将护筒利用振动锤放进坑内插打到位，钢护筒需穿越卵石层。护筒就位后，对其外侧开挖缝分层回填捣密。钻孔时，孔内水位宜高于护筒底脚0.5ｍ以上或地下水位以上1.5～2ｍ，钻进中应经常注意土层变化，在土层变化处均捞取渣样，判断土层，记入记录表中并与地质剖面图核对，看其是否满足设计承载力。钻孔作业应分班连续进行，填写钻孔施工记录，交接班时应交待钻进情况及下一班应注意的事项。经常检验泥浆指标，不符合要求时，应随时通过向孔内添加黏土或向泥浆池添加清水进行修正。
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图1 卵石饱和单轴抗压强度与钻头损耗系数的关系
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表1不同土层中钻机施工参数
3.2钻进机具及钻进参数选择
钻进过程中首先应正确选用钻头。选用合适的钻头，有利于提高钻进效率、延长钻头的使用寿命，卵石层地层一般采用SD金刚石钻具，一般参数如下：金刚石浓度100%；金刚石目数60~80目；胎体硬度35~50。为保证钻探质量，应以低压、中速、小泵量为主钻进，采用技术参数如下：钻压5~7kN，转速250~400r/min，泵量40~70L/min。钻进过程中有以下注意事项：为保证孔壁的稳定性，严禁使用弯曲钻杆，以避免钻具对孔壁的碰撞敲打；钻进中要控制合理的下钻速度，升降杆需平稳，减少急升急降，以避免孔内产生较大压力脉冲，导致塌孔；下钻后，应先用大泵量泥浆冲孔，然后采用低泵量钻进；钻进过程中应遵循由慢到快原则，待钻具回转平稳后适当提高转速；定期对钻具进行维护保养，保证钻具性能良好；钻进过程中如遇岩芯堵塞，可以上下往复提动5~10cm后再钻进；钻进过程中如遇钻杆抖动厉害，应立即上提钻具，再缓慢下放，降低钻压进行钻进；钻进过程中如遇钻机偏斜，可采用垫钻塔法解决；为解决卵漂石在岩芯管磨碎的问题，需降低回次深度，一般为1.0~1.5m。
3.3钢筋笼的制作与安装
应按严格按照工程设计图纸进行钢筋笼的制作，按骨架的尺度制备相应尺寸的样板，在样板上将箍筋弯成圈。首先通过钢筋定位支架，同时控制各主筋之间间距均匀，将误差控制在1ｃｍ以内。另外，要严格检查钢筋和焊条质量，保证焊条的型号与钢筋的性能相符合，还要符合相关的施工规范，可以在钢筋笼的内侧进行定位圈的焊接，同时安装好声测检测管，检测并保证焊接的质量，使钢筋笼制作的安全性获得有力的保证。在钢筋笼搬运与吊放时，要避免钢筋笼发生变形，安装时要对准孔位，顺直扶稳后将钢筋笼以均匀的速度放入孔内。
结语
综上所述，桩基桩长控制作为桩基质量控制中重要的一部分，在深厚卵石层大直径长桩基质量控制中更为关键。其桩长受松散卵石层、沉渣、桩头长度等影响，施工人员很难对桩基的施工长度进行控制。因此，对于这些问题进行有针对性的解决比较重要，只有在这些方面得到了保障，才能有效控制桩基质量。通过理论并结合施工实际，加强对桥梁桩基桩长的控制，对桩基整体质量提升和施工成本节约意义重大。
参考文献：
［1］高树伟，徐庆功．砂卵石层钻探护壁工艺分析［J］．河南水利与南水北调，2017（5）：57-58．