高強度巖層鉆孔灌注樁快速成孔技術與經濟探討

李新周 鄭培明 黃 江

（中國建筑土木建設有限公司，北京 100070）

隨著城市化建設進程的不斷加快，城市交通系統發展迅速，地鐵工程建設數量不斷增多。地鐵樞紐工程一般處于市區繁華地段，施工區域環境條件比較復雜，對基礎結構施工要求比較高，通過應用鉆孔灌注樁施工技術，并加強鉆孔過程技術控制，有效提升施工效率。

1 鉆孔灌注樁快速成孔技術類型

1.1 回旋鉆機成孔技術

在鉆孔灌注樁施工中應用回旋鉆機成孔技術，無須更換鉆機，通過改造鉆頭，選擇大扭矩回旋鉆機，即可有效處理鉆進過程中的砂石、大粒徑土層等，進而提升鉆進施工效率，加快施工進度。如果地層中含砂石、卵石等，則可應用回旋鉆機成孔技術進行鉆孔施工，另外，在鉆孔過程中，如果巖層厚度比較大，則應注意及時更換沖擊鉆，促進鉆進施工效率的提升[1]。

1.2 沖擊鉆機成孔技術

在灌注樁施工中應用沖擊鉆機成孔技術，泥漿處于正循環狀態，在沖擊鉆鉆進過程中，泥漿可被壓入至孔底區域，即可產生大量鉆渣，然后再將鉆渣輸送至沉淀池中，當泥漿進入預設泥漿池后，鉆渣即可發生沉淀。在巖土工程基礎結構施工中，沖擊鉆的應用比較常見，沖擊鉆是由泥漿泵、卷揚機以及鉆頭所組成的，在沖擊鉆機的實際應用中，卷揚機能夠將導管、鉆頭以及泥漿膠管提升至一定高度，即可有效輸出作用力，進而發揮動力提升功能[2]。

1.3 旋挖鉆機成孔技術

在黏土、淤泥質土、粉土、卵石、碎石等地層施工中，均可應用旋挖鉆機成孔技術，在實際施工中，可采用大扭矩動力鉆機以及自動內鎖式伸縮鉆桿，即可適用于微風化巖石施工中。根據施工實踐分析，旋挖鉆機的最大鉆孔直徑為3m，最大鉆進深度為120m，通過聯合應用護筒和鉆桿，即可根據施工實際需要，將護筒旋沉至一定位置，因此，在厚淤泥層施工中也可應用旋挖鉆機成孔技術。在旋挖鉆機成孔過程中，動力系統可有效帶動鉆斗的鉆頭進行旋切，土體可旋入至鉆頭中，在鉆機提升裝置以及伸縮式鉆桿的作用下，即可提起鉆頭，然后再排出土壤，據此完成成孔施工[3]。旋挖鉆機結構如圖1所示。

1.4 人工挖孔技術

在巖土工程鉆孔灌注樁施工中，人工挖孔技術屬于基礎鉆孔類型，施工效率高，對于各類地質環境的適應性比較強，同時在成孔過程中，可對地質條件變化情況進行密切觀察。在構建人工挖孔樁前，首先需確認施工場地，對施工場地進行全面清理，準確定位樁基位置，再選擇適宜的機械設備。在人工挖孔施工完成后，及時清理孔壁，對鉆入角度進行調整，最后再進行混凝土澆筑施工[4]。

2 工程概述

選擇某地鐵樞紐工程作為研究對象，在地鐵樞紐工程基礎結構施工中，聯合應用明挖施工技術和蓋挖施工技術。在車站施工中，將地下連續墻作為圍護結構，將型鋼中立柱以及樁基礎結構作為豎向荷載傳力結構。在本工程樁基施工中，采用直徑為2.0m的鉆孔灌注樁，共設置107根，鉆孔深度為50m。在地鐵樞紐工程立柱施工中，工程量大，施工工序復雜，并且工期比較短，對于型鋼中立柱樁，不僅可作為蓋挖法施工中的豎向荷載傳力結構，同時也可作為永久結構抗拔樁，通過對工程設計方案進行分析，單樁抗拔力的特征值為8920kN。通過對地鐵樞紐工程基坑施工范圍進行地質勘查，在樁基礎結構施工中，需嵌入微風化花崗巖巖層中，施工場地花崗巖單軸抗壓強度在120MPa以上。

3 中立柱樁樁基礎成孔方案比選

在地鐵樞紐工程鉆孔灌注樁施工中，成孔技術類型比較多，通過對地鐵樞紐工程施工范圍地質條件進行分析，在本工程施工中，可選擇多種成孔技術類型，分析不同成孔技術類型以及地層適應性，中立柱樁成孔最大深度為25m以上，通過對施工區域地質條件進行分析，綜合考慮工程項目建設要求，無法應用人工挖孔成孔技術。

通過對施工現場進行勘查分析，地鐵樞紐工程處于城市繁華地段，交通量比較大，并且施工場地面積較小，在施工現場需設置臨時設備用房、材料堆放區域等，因此很難應用大型鉆進設備。

4 成孔工藝的優化設計

在花崗巖鉆進施工中，可選擇適宜的鉆進技術，破壞花崗巖整體性，然后再選擇適宜的成孔設備，提升鉆進施工效果，提高施工效率。

4.1 潛孔鉆鉆孔+微差爆破+旋挖鉆成孔

首先應用潛孔鉆進技術進行地面鉆孔，鉆孔數量為41個，鉆孔直徑為110mm，鉆進深度和樁體結構長度相同。然后再應用微差爆破施工技術，對花崗巖進行破碎處理，使其能夠形成破碎狀巖石，最后再聯合應用旋挖鉆進施工技術。

4.2 旋挖鉆機械成孔

在微風化花崗巖巖層鉆進成孔施工中，可應用旋挖鉆機鉆進施工技術。首先應用鉆機自樁中間鉆去巖芯，巖芯直徑為1.2m，然后再選擇直徑為1.5m的巖芯，最后再鉆取直徑為2.0m的巖芯。在本工程施工中，通過多次鉆取巖芯，并進行分層擴孔，能夠有效提升成孔施工質量。

5 旋挖鉆機成孔施工技術要點

5.1 護筒埋設

在旋挖鉆機成孔施工中，首先需做好施工前準備工作，旋挖鉆機中自帶護筒驅動器，可自行埋設護筒，根據施工現場地質條件調整護筒埋設深度，同時檢查護筒埋設垂直度，在護筒埋設完成后，其頂部應在原始地面以上30cm左右，不僅能夠對樁孔起到保護作用，同時還可對鉆頭進行準確定位，保證護筒穩定性。

5.2 泥漿制備

在施工現場規劃使用兩個泥漿池，同時還需安裝泥漿循環系統，全面清理泥漿池中的廢棄物。在泥漿護壁成孔施工中，會產生大量泥漿，在泥漿制備中，需有效控制泥漿相對密度。在鉆進施工前制備泥漿，同時，檢測泥漿密度和穩定性。

5.3 鉆孔操作

在施工現場準備鉆機，鉆機就位后，對桅桿以及鉆桿傾斜度進行有效控制，同時根據地質條件及時調整。在鉆進施工前已完成泥漿制備，但是施工環節地質條件比較復雜，隨著鉆進深度的不斷增加，地質結構會發生較大變化，因此，需及時調整泥漿參數，同時對泥漿含砂率、比重等進行調整，提高成孔質量。

5.4 檢孔

在鉆孔過程中，采用監控器對鉆孔質量進行檢查，每鉆進10m后，即要求更換鉆頭。如果地質狀況發生變化，也需對成孔情況進行檢查，避免在鉆進過程中出現彎孔、斜孔等質量問題。

5.5 驗孔

在旋挖鉆孔達到設計深度后，根據工程設計圖紙檢查鉆孔質量，判斷是否已達到持力層，驗收合格后，清理孔內垃圾。

6 結語

綜上所述，本文選擇某地鐵樞紐工程作為研究對象，在該工程項目建設中，采用鉆孔灌注樁施工技術，鉆孔技術類型比較多，在該項目建設中選擇多種鉆孔技術類型進行對比分析。根據現場勘查情況，該項目施工區域含有花崗巖，鉆孔難度較大，同時項目工期緊張，因此，綜合考慮各項影響因素，選用旋挖鉆進施工技術，不僅施工便捷，同時還可提高項目經濟效益。