桩基穿越厚砂层和厚中风化花岗岩层施工技术

[摘 要]本文以山东烟海高速公路工程K8+258辛安河大桥桩基施工为例，主要阐述桩基穿越厚砂层和厚中风化花岗岩层施工工艺、方案的比选等，通过讨论和试验，最终顺利完成了该桥所有桩基施工，积累了一定的经验，为类似工程提供借鉴。

[关键词]高速公路；桥梁；桩基；钻孔；人工挖孔

中图分类号：TU753.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）29-0176-01

1 工程概况

K8+258辛安河大桥位于烟台市莱山区解甲庄镇林家疃村西北，跨东北～西南向辛安河，河两侧为堤坝及乡村路，北岸为长荣水泥厂，南岸为村民居住区。

该桥全长270m，为9跨30m简支转连续箱梁。除0#桥台为扩大基础以外，其余均为端承桩基础。全桥桩基共40根，总长648m，其中1.5m桩径8根168m，1.8m桩径32根480m。

根据钻孔地质图统计，桩基需穿过上部6～9m砂砾及粗砂层，透水性极强且与河水连通属动水。下部8～10m为中风化花岗岩，浅红灰色，中粗粒结构，块状构造，岩芯多呈碎块状，锤击声脆，不易碎，裂隙发育，取芯率约为90%，RQD约为50%，饱和单轴抗压强度为47MPa，较坚硬。桥址区内地形起伏较大，地面标高17.90～23.50m，微地貌不甚发育，属于剥蚀丘陵之山间冲积准平原地貌单元。

桥址区地下水类型主要为基岩裂隙水，富水性差，地下水补给主要靠大气降水，排泄以大气蒸发为主，地下水变化幅度较大。

2 原方案

2.1 方案介绍

根据实施性施组安排，该处桩基础采用常规的冲击钻施工方法，自2010年11月开始施工，计划工期5个月。自2010年11月开始施工该处桩基，采用3台钻机同时作业，导管法灌注水下混凝土成桩。

2.2 实施过程

2.2.1、穿越厚砂层施工：2#～6#墩位于辛安河河中，施工前先用粘土填筑围堰及施工平台，然后钻机就位施工。由于厚层砾砂和粗砂与河流水连通的缘故，施工中每个孔多次出现漏浆。我部在出现漏浆的第一时间进行回填粘土、水泥等措施防止了塌孔的出现。经过一个月左右的施工，已能对出现漏浆情况合理、快速、有效的处理。

2.2.2、穿越厚中风化花岗岩施工：该厚层花岗岩较坚硬，每天平均进尺不足20cm，且钻头损坏严重，个别锤头主体坏损。平均每3天需重新焊接锤牙，焊接一次需用时2～3天，垂体损坏严重的需从厂家重新购置新锤头，过程较久。后经过桩位取芯并进行抗压试验，测得抗压强度为67～114MPa，远大于设计强度47MPa。

在经历了长达五个月施工后，相继出现漏浆、锤牙及锤头损坏严重等等困难，未能成桩，原方案已无法满足工期要求。

2.3 方案失败原因

方案失败的主要原因有以下两个方面：

（1） 厚砂层施工：桩基通过厚度较大的砾砂及粗砂层，且与河水相连通，极易形成过水通道，动水带走泥浆将泥浆稀释，形成塌孔，处理塌孔需回填重新施工，这个过程需耗费大量的人力物力，同时需时较长。

（2） 厚中风化花岗岩施工：该层岩石强度远大于设计强度，成孔时间较长，并且对锤头和锤牙伤害较大，焊锤牙和更换锤头时间很长，无法满足工期要求。

综合以上两方面的实际情况，原施组中的方案以无法满足工期要求，并且投入较大，急需采取有效的施工方法，解决这个突出问题。

3 研究制定新方案

根据原方案中总结的失败经验，经过专家讨论后得出结论，要想快速、安全地完成桩基施工，必须解决两个问题：一是如何对砂层进行堵水，二是如何快速进行坚硬花岗岩施工。

经过讨论，确定了对于厚砂层采用人工挖孔+井点降水施工方案，对于厚花岗岩采用人工挖孔+钻爆法施工方案。

确定方案后，我部立即组织施工，选择岸滩处的2-2#，河滩处的6-3#桩进行试验。试验过程中发现人工挖孔桩在上部能很好起到堵水作用，但到了河水水位以下1m后，井点降水和挖孔桩护壁已无法有效堵水，原因主要是承压水结合动水作用，井点降水无法将孔内水位降低，动水将护壁混凝土中的水泥颗粒带走，使混凝土无法形成强度。

针对出现的新情况，参考海水中钢护筒成桩的成功经验，最后决定采用钢护筒直接对砂层进行堵水，然后再对坚硬花岗岩进行人工挖孔+钻爆法施工工艺。

4 试桩

为了验证方案可行性我部选定5-2#为试验桩。

施工工艺流程为：钻孔桩过砂层安装钢护筒抽取泥浆、封堵护筒底口人工挖孔下钢筋笼灌注桩基混凝土。

4.1 厚砂层

试桩经过1天的施工准备后，于2011年4月1日12时准时开钻，2011年4月3日钻进深度为6米，钻孔无异常情况。2011年4月4日钻进深度为8.2米，已进入岩层20cm时，突然出现漏浆情况，施工员及时组织人员将准备好的粘土、水泥等材料填至孔中进行处理，避免了坍孔。2011年4月5日16：00孔深为8.5米，已进入中风化岩层50cm，及时提出钻头，组织吊车安装钢护筒，17：30钢护筒安装到位，技术人员进行复测，反算得到钢护筒离孔底的距离为3.5cm。

2011年4月6日8：00-10：00抽取泥浆，11：00开始用锚固剂、砂袋封堵流砂及水。2011年4月6日18：00时，顺利将流砂及水进行封堵。

4.2 厚花岗岩层

2011年4月7日6：00进行人工挖孔桩施工，3人一组两班人员，风钻打眼，采用松动爆破方法进行施工，爆破后人工进行出渣，于2011年4月15日完成，每天能施工两个循环，每次循环约0.5m。下钢筋笼、灌注混凝土施工用时2天，整个施工合计用时18天，充分说明此工艺合理可行。

该方案采用钢护筒对粗砂层进行堵水，同时对孔壁具有良好的支护作用，能保护孔内施工人员。钻爆工艺能快速有效地破坏坚硬花岗岩。实践证明了该组合工艺在应对该种地质和水文条件下的桩基工程是经济、快速、安全的。

5 全面进行推广应用

根据5#-2试验桩的成功经验，随即将该工艺大面积推广到其余桩基施工中，仅用了3个月的时间快速、安全地完成了该桥所有桩基施工，为后续工程提供了有利的施工条件，大大降低了施工成本、提高了施工效益。

6 总结

总之，对于地质复杂、外界条件差的桩基施工，处理方案不是单一的，应视实际地质情况结合技术、经济、工期要求等因素综合考虑，选择较为合理、有效的处理方案，以达到设计要求并有效降低工程造价。

参考文献

[1].山东省交通规划设计院.烟台至海阳高速公路第二合同（K3+300～K10+000）两阶段施工图设计.2010.9.

[2].周水兴等.路桥施工计算手册.人民交通出版社.2001.5

[3].杨文渊编.路桥施工常用数据手册（第二版）.人民交通出版社.2001.2

作者简介：王标（1983―― ），男，石家庄铁道大学工程硕士，工程师，主要从事于土建工程施工。