桥梁钻孔灌注桩施工遇阻成孔技术

王军舰

（武汉建工集团股份有限公司，湖北 武汉430056）

1 工程概况

某桥梁工程位于曹妃甸工业区中部，跨纳潮河，是工业区综合服务区南北向的主要生活性城市桥梁。桥梁全长1 015.30 m。

场区的地表水为海水，最高潮位高程为4.32 m，水深3.52～19.35 m；最低潮位高程为0.89 m，水深0.09～15.92 m。根据钻孔揭露，该场地为中软土，地层结构简单，主要由第四系沉积物组成：场区水中的地层以粉土、粉质黏土、粉砂、淤泥为主；陆地的地层以粉质黏土、粉土和粉砂为主，其上覆盖填筑土。在勘察过程中于河床底部发现沉船、孤石、废弃自来水管等海上废弃物，这些障碍物给桩基施工带来较大的困难。

该工程桩基共计291根，主桥桩基桩长100 m，引桥桩基桩长有70 m、75 m、80 m三种，桩径均为2 m。主桥桩基采用回旋钻机钻孔，泵吸反循环排渣。引桥桩基采用正循环回转钻进，正循环排渣。在桩基施工过程中，先后处理遇阻桩基共计46根。

2 关键成孔技术

目前，国内外学者对钻孔灌注桩的研究主要着重于成孔机械及其受力性能方面，对钻孔灌注桩施工遇阻成孔技术的研究尚少[1-4]，尤其缺乏针对钻孔灌注桩施工遇阻的解决措施。本工程先后有46根桩基施工遇阻，致使工程遭遇较大工期风险。为此，专门对施工遇阻桩基成孔技术展开研究。将桩基施工遇阻大致划分为以下三种情况：一是钢护筒无法正常埋设；二是钻进过程中钢护筒变形或偏斜；三是钻进过程中遇障碍物无法钻进。本文针对上述三种情况提出相应的解决方案。

2.1 钢护筒无法正常埋设——混合接力钻进法

南岸桥台正位于纳潮河海岸线边坡上，为减少海水或潮水对海岸的冲刷侵蚀，海岸边坡均采用抛石挤淤+浆砌片石护坡加固。此处桩基施工因受坡脚抛石的影响，护筒不能正常打设，回旋钻亦无法正常钻进。因此，南岸桥台处桩基采用混合钻进的办法。具体施工方法如下：

（1）挖机在桩位处开挖埋设钢护筒，周边回填压实，利用冲击钻钻进，穿透护坡抛石层。

（2）提升冲击钻钻头，移开冲击钻机，利用回旋筒钻打捞桩孔内孤石，如图1所示。

图1 捞渣回旋筒钻

（3）待孔内孤石打捞完成后，采用回旋钻接力正常钻进至桩基成孔。

此类方法共处理南岸桥台桩基计24根。

2.2 钻进过程中钢护筒变形或偏斜

2.2.1 回旋钻头加导向滑轮纠偏法

右幅Pz6-5、左幅Pz8-6、Pz8-7、Pz9-1桩基钢护筒打设35.2 m，桩基施工钻进至33 m处遇阻，主要表现为钻头护圈与钢护筒发生严重摩擦，导致无法正常钻进。前期采用水下氧焊切割钢护筒，在切割过程中部分发生小范围坍塌，而且切割成本较高，施工进度缓慢。根据现场实际情况，对部分倾斜度较小的钢护筒（具体为钻头能下钻至钢护筒33～35 m），采用回旋钻头加导向滑轮纠偏的施工方法。回旋钻头加导向滑轮纠偏法主要为钻头的改装，将回旋钻头的护圈安装四个滑轮，在护圈与钢护筒摩擦时起导向作用。

2.2.2 护筒拔出重新打设法

左幅Pz7-5、Pz12-1桩基钢护筒打设35.2 m，桩基钻进至31 m处遇阻，后使用1.4 m钻头仍钻进困难。钻机置换清水后，潜水员水下探查，为钢护筒部分变形，发生内凹。此类情况必须将钢护筒拔出重新打设。起初使用100 t履带吊+180型振动锤拔钢护筒失败，后采用打设辅助Φ820钢管桩，加铺贝雷梁与工字钢组成加固钢平台支撑体系，使用四个250 t千斤顶拔出，如图2所示。割除变形部分，偏位约50 cm重新打设。钢护筒打设至设计深度后，继续后续施工。

图2 钢护筒拔出施工

2.2.3 水下氧焊切割法

右幅Pz7-9、Pz14-3桩基钢护筒打设35.2 m，桩基钻进30 m处遇阻，钢护筒倾斜较大。施工初期采用水下氧焊切割法，如图3和图4所示。具体施工过程如下：

图3 潜水员下潜

图4 钢护筒底口割除

首先，用1.4 m钻头钻进至36 m，使用钻机置换孔内泥浆，直至接近清水。

其次，下潜潜水员清理护筒内壁黏土并进行水下切割，吊出切割钢护筒，回填黏土静置。

待周围桩基施工完成后，接长钢护筒，调整振动锤夹片距离，单侧打设钢护筒纠偏。

其中，置换泥浆需要3 d，潜水员清理侧壁5 d，切割2 d，吊装1 d，成本较高。且在切割右幅Pz14-3时，由于该断面主要为砂层，侧壁切割处出现小范围坍塌，导致后期钻进发生串孔。因此，在后期处理桩基时不采用此方法。

2.3 钻进过程中遇障碍物无法钻进

2.3.1 井点降水法

左幅Pz2-1、Pz2-2、Pz3-1、Pz3-2桩位钢护筒打设8.0 m，桩基施工钻进至10～12 m处遇市政自来水管线（直径600 mm）。前期准备采用水下切割自来水钢管的方法进行处理，但自来水管外侧包裹有防腐层，管内另有一根Φ500PE管。目前，曹妃甸地区比较常规的水下切割是采用水下特种焊条，利用氧焊进行切割，与潜水员的沟通和现场试验后，此方法无法实施。通过与施工队伍交流探讨，决定采用护筒周边井点降水法处理。具体过程为：首先跟进钢护筒，打设至自来水管道顶部，钢护筒无法下沉后，割除上部多余部分。在护筒周边打设小孔径水井，沿井孔竖向埋设水泥管，孔底回填部分粗砂，用水泵抽水，同时抽除护筒内泥浆。露出自来水管道后，人工清理自来水管道外侧泥浆，凿除管道包裹的防腐层，正常切割。跟进后续施工，即接长钢护筒正常打设，穿过自来水管道。

2.3.2水下金刚石筒钻切割法

左幅Pz9-2、Pz9-3、Pz10-1、Pz10-2、Pz10-3桩基钢护筒打设26 m处遇市政自来水管道（直径600 mm）。前期左幅Pz10-3采用冲击钻加回填片石冲击自来水管道法施工，但自来水管道被冲断后，孔内残留片石和自来水管道铁片，孔侧挤入部分片石，接长钢护筒打设，下沉1 m后停止，无法继续下沉钢护筒。此种工艺只作为试验性的处理方法，后续终止。左幅Pz9-2、Pz9-3、Pz10-1、Pz10-2使用筒钻切割法。具体为：使用2 cm钢板卷制长1.2 m、直径2.15 m钢护筒，一端为锯齿状，另一端使用钢板封头。在锯齿端焊接金刚石作为切割片，如图5所示，在封头端与钻杆焊接，并将筒钻安装在回旋钻机上，切割自来水管道。待自来水管切断后，使用25 t汽车吊+抓斗打捞切断的自来水管，如图6所示。

图5 金刚石筒钻

图6 打捞的自来水管

当钻孔深度达到设计标高后，进行孔底标高的确定，然后吊检孔器放入钻孔内检测孔径、孔形和垂直度。要求孔径不小于设计桩径，桩身垂直度允许最大偏差不大于1/150[5]，其他的成孔质量标准详见表1。

表1 钻孔灌注桩成孔质量标准

3 结 语

钻孔灌注桩广泛应用于桥梁工程中，但缺乏桩基施工遇阻处理技术的相关研究。本文对某桥梁工程桩基施工遇阻情况及其解决方案进行了总结，得出如下结论可供借鉴：

（1）桩基施工遇阻分为三种情况：一是钢护筒无法正常埋设；二是钻进过程中钢护筒变形或偏斜；三是钻进过程中遇障碍物无法钻进。

（2）钢护筒无法正常埋设时，采用冲击钻+回旋钻混合钻进的方法成孔。钻进过程中钢护筒变形或偏斜时，采用回旋钻头加导向滑轮纠偏法、护筒拔出重新打设法或者水下氧焊切割法进行处理。钻进过程中遇障碍物无法钻进时，采用井点降水法或者水下金刚石筒钻切割法进行处理。