十字沖擊鉆成孔施工技術(shù)

唐建波

摘 要：以石棉大崗山水電站右高線I標永久大橋樁基礎(chǔ)施工為實例，闡述橋梁沖擊鉆孔施工方法和施工技術(shù)，并詳盡介紹了施工中遇到的問題及處理對策。

關(guān)鍵詞：十字沖擊鉆；成孔；施工技術(shù)

一、工程概況

永久大橋為主垮（60.5+110+60.5）m連續(xù)剛構(gòu)橋，主墩為1#、2#墩，基礎(chǔ)為高承臺樁基礎(chǔ)，孔樁數(shù)量均為6根，樁徑為φ2000mm，樁長分別為59.5m、49.5m；0#、3#臺基礎(chǔ)各由4根、樁徑為φ1500mm樁基組成，樁長分別為40m、30m。0#、1#、2#孔樁位于大渡河河道中，常水位時水深3～6m，采取圍堰筑島架設(shè)鉆機平臺施工。

二、地質(zhì)條件

施鉆區(qū)域內(nèi)基巖主要為灰綠色顯晶質(zhì)輝綠巖、灰白粗?；◢弾r，覆蓋層為α1Q砂卵礫石層8Fg1Q礫碎石夾砂粉土層、γ2塊礫碎石夾砂粉土層，厚度約為30～40m。

三、施工方案及其實施

（一）圍堰施工及筑島方案選擇。筑島頂面標高控制為950m，采用沙卵石填筑，外層用大卵石護腳。施工步驟：測量放出筑島邊線及填筑位置，一邊填，一邊碾壓；填筑分層施工至水面標高以上一米左右。測量訂出各墩孔樁位置，進行鉆孔樁施工。該方案的優(yōu)點是： （1）圍堰施工完成后開始筑島，可有效杜絕筑島內(nèi)土污染河流，可就地取材，施工工藝簡單方便。（2）孔樁基礎(chǔ)以及墩身結(jié)構(gòu)的各個施工均在陸地上操作，施工面開闊，施工難度低。（3）所有作業(yè)都在陸地上，清理河道非常方便。當然本方案也有缺點就是河床會被變窄，對河床的沖刷可能加大。

（二）鉆孔及樁基成型。（1）護筒的制作與埋置：因樁基處有較厚的卵石層，且其承載力較小，初期鉆孔時容易造成塌孔，決定采用5mm厚鋼護筒對樁孔進行支護。護筒長度根據(jù)樁位下的實際地質(zhì)層情況及現(xiàn)場施工情況確定。①鋼護筒的制作：為增加護筒剛度防止變形，鋼護筒采用5mm厚鋼板卷制作而成，護筒內(nèi)徑為2.40cm，長度為1.5m。②護筒的埋置：在埋置護筒之前，測量先定出樁中心的位置，用挖掘機開挖孔位，然后吊裝護筒到位。護筒埋設(shè)要豎直、定位準確其平面位置偏差不大于5厘米，傾斜度不大于5‰。（2）泥漿制作：泥漿的性能指標見下表：

設(shè)置泥漿池，泥漿池設(shè)置在墩位附近，以便泥漿循環(huán)。泥漿池的設(shè)置以泥漿的流動路徑長、沉碴池大為原則。粘土總的備料數(shù)量主要由河床下的土質(zhì)情況決定，考慮到本橋位處河床以下部分既有砂質(zhì)層，又有卵石層，粘土的總的備料量考慮為鉆孔體積的110%～120%。為了增強泥漿的膠體懸浮能力，可在泥漿中摻人適量的鋸末和水泥，粘土和水泥的配和比取l ：0.3，摻入10%的鋸末。（3）施工的技術(shù)要點。由于巖層標高變化起伏較大，裂隙較發(fā)肓，容易引成偏鉆或坍孔，所以應(yīng)及時回填片石，使用低速短距沖程反復(fù)沖砸，使孔底形成一個相對穩(wěn)定的平臺后，再轉(zhuǎn)為正常沖擊施工。在通過裂隙的填充層時，采用泥漿護壁，以確保孔內(nèi)水頭的高度，向孔內(nèi)投入泥土及片石，使用低速短距沖程將回填的泥塊及片石擠入洞壁空隙，以達到加固孔壁目的。（4）施工機具。采用十字沖擊鉆機，主機的功率為75千瓦，附機功率為22千瓦，正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)36米/分，頻率每分鐘7次，沖錘重9.5噸。（5）鉆孔。先安放道木和鋼軌，然后吊裝鉆機就位，中心偏差控制在2cm以內(nèi)。鉆機在安裝到位后，底座和頂端應(yīng)安置平衡穩(wěn)定，以免在施工中發(fā)生位移，將鉆機底盤調(diào)成水平狀態(tài)，鉆機頂部起吊的滑輪緣、輪盤重心和孔樁中心均需在同一條豎直線上，其最大容許偏差≯2cm，開機試鉆，小心使鉆頭中心對準樁中心，試轉(zhuǎn)數(shù)圈，監(jiān)控鉆桿垂直度，滿足要求后，正式開鉆，鉆進過程中，隨時檢測鉆桿傾斜度，保證小于1‰。① 鉆孔作業(yè)分班連續(xù)進行，經(jīng)常對鉆孔泥漿進行試驗，不符合要求時，隨時改正，注意土層變化，撈取渣樣，判明巖層，并記入記錄表，以便與地質(zhì)剖面圖核對。② 開鉆時，先啟動泥漿泵和轉(zhuǎn)盤，待泥漿進入鉆孔一定數(shù)量后，方進行鉆進，先用低鉆速，低鉆壓慢鉆進，當鉆頭完全進入地層后，方進行正常鉆進速度，防止坍孔、斜孔。③ 在鉆孔的過程中，應(yīng)始終采用減壓的方式鉆進，鉆機的主吊鉤應(yīng)始終承受部分鉆機的重量，使鉆桿始終處于受拉的狀態(tài)下工作，鉆頭壓力最大值不大于鉆機減去浮力后總重量的80%，以避免斜孔、彎孔及擴孔情況發(fā)生。④ 在鉆進的過程中，應(yīng)采取有效的措施以確保鉆機軌道穩(wěn)定牢固，位置準確無誤，避免鉆機因振動發(fā)生移位，確保鉆孔不偏離孔位。（6）清孔。清孔前進行終孔檢查，檢查內(nèi)容包括孔深，孔徑和孔位。（7）鉆孔樁質(zhì)量驗收標準。

（三）方案優(yōu)劣評價。本方案的優(yōu)點：可對河床保持穩(wěn)定，防止孔壁發(fā)生坍塌，成孔概率高，操作面大。本方案的缺點：不易控制孔裝位置，而且一旦發(fā)生偏位后不易糾正，機具投入造價較高。

四、鉆孔過程中的常見施工事故防治

（1）漏漿、塌孔。巖層表面的溶孔、裂縫互相貫通，再與地下水形成暗流通過透水性較強的礫砂層、卵石層滲流、反復(fù)沖刷，使得泥漿不斷流失。當鉆機鉆頭沖穿沒有填充物或僅有少量的填充物的溶洞頂面時，泥漿不斷流失，孔內(nèi)水頭不斷急速下降，孔壁的外部地下水滲透壓力過高便產(chǎn)生動壓力，引起孔壁發(fā)生坍塌。操作人員應(yīng)仔細核對地質(zhì)勘察資料，認真檢查孔內(nèi)外水位變化以及泥漿稠度，每日加大碴樣觀察，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理。以漏漿的程度不斷填入泥塊、片石及水泥混合物，每次的填入高度不低于1～3m，直到穩(wěn)定為止。若漏漿的速度過快，則迅速集中填入大量粘土、片石和成袋水泥。（2）歪鉆。歪鉆情況通常發(fā)生于巖面起伏較大的地層中，其主要原因為孔中在同一水平面中存在有強度不一的巖層。通過查看鉆頭上的鋼繩情況和測量孔底不同深度，來判斷是否出現(xiàn)歪鉆情況。當出現(xiàn)歪鉆時，可不斷回填大于基巖強度的塊石及片石在0.5米以上，反復(fù)沖鉆，直到能正常鉆進，為防止歪鉆可在鉆進傾斜巖面時，使用短沖程，不斷回填大于基巖強度的塊石及片石，反復(fù)沖砸，直到將巖層面沖平，當進入巖層面深度達到1米以上時，方可正常鉆進作業(yè)。（3）埋鉆。沉渣埋鉆：產(chǎn)生沉渣埋鉆的主要原因是鉆頭長時間停留在孔底不動，若確實不能避免，比如停電或機械故障等情況發(fā)生時，應(yīng)不停向孔底注水，讓孔內(nèi)的泥漿和水的混合物繼續(xù)循環(huán)以確保鉆頭不被埋住。若沉渣埋鉆情況不算嚴重，可不停地將鉆頭一提一松，逐漸松動鉆頭，直至拔出。也可采用泥漿泵逐步將沉渣層層清除，再用鉆機慢慢提拉，若仍沒能拔出，可使用微量爆破，先查明四個刃腳的大概位置，在刃腳處放入少量炸藥和電雷管，爆破后將刃腳區(qū)域的沉渣震松散，再用鉆機將鉆頭慢慢提出孔底。塌孔埋鉆：為預(yù)防塌孔埋鉆的發(fā)生，必須防止塌孔。若發(fā)生塌孔埋鉆時，關(guān)鍵必須保住主鋼繩不至斷裂，使主鋼繩上端露于地面以上。塌孔后，首先檢查護筒是否傾斜及偏位，應(yīng)將護筒撥正或拔出后重新安設(shè)護筒。（4）卡鉆?？ㄣ@一般發(fā)生在軟弱地層的縮孔而導(dǎo)致卡鉆，還有就是在較硬的巖層中因鉆頭不垂直或鉆頭卡入較硬的巖石中而產(chǎn)生卡鉆，一般通過不斷地上下來回提動鉆頭即可消除。采用爆破和“反沖法”相結(jié)合的方法處理。為預(yù)防卡鉆發(fā)生，在快要進入巖層時，對鉆頭應(yīng)進行徹底檢查，對損壞部位必須修復(fù)完整方可使用。（5）脫鉆。脫鉆事故一般多由鋼繩斷裂引起的。故需經(jīng)常檢查鋼繩的損壞情況，及時更換已損壞的鋼繩。一旦發(fā)生鉆頭不能提起來時，不得強行提拉，先分析原因，制定相應(yīng)措施。安裝在鉆頭上的保險繩必須牢固可靠。