［摘 要］在砂卵石地层采用钻孔灌注桩成孔难度较大。以北京地铁十号线某盾构始发井围护桩施工为例，对在砂卵石地层中影响钻孔桩成孔效率和质量的主要原因进行了分析，并针对设备选型和泥浆护壁两方面对成孔质量控制措施进行了阐述。根据不同的地质条件选择适合的成孔钻具和泥浆参数，保证了成孔质量，提高了施工效率。

［关键词］钻孔灌注桩; 砂卵石地层; 旋挖钻机; 短螺旋钻头

 

      北京地铁十号线二期西局站 ～ 六里桥站区间 1号、2 号盾构始发井均为单跨 3 层钢筋混凝土矩形结构。两始发井结构形式及尺寸完全相同，盾构始发井内净空尺寸为 14. 7m × 8. 7m，基坑开挖深度为26. 59m，采用钻孔灌注桩 + 钢支撑 + 钢围檩围护结构，钻 孔 灌 注 桩 桩 径 1 000mm，桩 间 距 为 1 400( 1 500) mm，桩长为 34( 35) m，桩底深入结构底板面以下 8. 921m; 桩顶设 1 000mm × 800mm 冠梁，冠梁上设 1 500mm × 200mm 挡水墙。

 

      本工程位于华北大平原的西北缘，拟建项目位于该平原南部。在北京市区，第四纪沉积地层的厚度由西向东逐渐增大，西部的第四纪古河流形成的冲洪积扇顶部、中上部的地层以厚层砂土、卵砾石层为主; 向东过渡为冲洪积扇的中部和中下部，第四纪地层为黏性土、粉土与砂土、卵砾石交互沉积层。

      盾构始发井所处地层由上至下分别为: 人工填土层、第四系新近沉积层、第四系沉积土，其中第四系沉积土中的⑤卵石层( 厚 10. 7m) 、⑦卵石层( 厚8. 9m) 、⑨ 卵石层 ( 厚 7. 8m ) 、砾岩层 ( 未见底 ) ，地层中卵石粒径较大，最大粒径 40cm，直径 ＞ 20cm的颗粒物含量约为 70% ，工程地质条件差，对钻孔灌注桩施工影响较大。

      根据区域水文地质资料，本段线路赋存 4 层地下水，地下水类型分别为上层滞水和潜水。①上层滞水 勘察期间未观测到本层水位。但因管道渗漏等原因可能存在上层滞水。②潜水 含水层岩性为卵石层，水位标高 20. 05m，水位埋深 26. 90m，该层透水性好，主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流和人工 开 采 方 式 排 泄。该 处 潜 水 水 位 标 高 为19. 03 ～ 24. 32m，水位埋深为 22. 10 ～ 28. 30m。

 

      因地质情况相似的相邻标段钻孔灌注桩采用乌卡斯冲击钻机成孔，单孔施工时间达到 56h，且塌孔、扩孔现象严重。因此试验桩采用了普通旋挖钻钻筒成孔。

      经试验，普通旋挖钻钻筒成孔时间长达 36h，并出现塌孔、沉渣厚度超标等现象，而且旋挖钻筒的钻牙磨损非常严重，单桩成孔耗费 25 个，施工成本大幅增加。主要原因是: ①成孔时间过长，由于土质松散，泥浆密度不易控制，造成护壁部分失效; ②护筒埋设不好，筒内水位不高; ③钻头钻速过快或空钻时间太长; ④泥浆过稀，清孔未净，清孔泥浆密度过小或清水置换; ⑤钢筋笼吊放未垂直对中，碰刮孔壁泥土坍落孔底; ⑥成孔后待灌时间和灌注时间过长等。

 

      1) 成孔钻进速度 ① 卵石地层 采用短螺旋钻头钻进，速度控制在 2m/h 以上; ②砾岩层 采用岩芯钻头钻进，速度控制在 1. 25m/h 以上。

      2) 泥浆护壁 ① 现场调整泥浆配比，保证泥浆护壁时效达 30h 以上，成桩过程无塌孔现象。

      3) 钻牙耐磨性不足 改用尖部镶焊钨钴硬质合金钻牙，不达标钻头向供方退货，损坏量控制在4 个 / 根桩以内。

      根据地层分布情况确定钻孔灌注桩成孔钻具的使用顺序: 地面标高以下 5 ～ 6m 范围地层采用普通旋挖钻筒钻进; 在钻至地面标高以下 5 ～ 6m，钻头进入砂卵石地层时，开始换用短螺旋钻头钻进; 进入砾岩层时采用岩芯钻头钻进。

      1) 旋挖钻机短螺旋钻头选用

      常用的短螺旋钻头在结构形式上又可分为单锥单螺短螺旋钻头和双锥双螺短螺旋钻头( 见图 1) ，单锥单螺短螺旋钻头布齿相对较少，一般钻进胶结密实的卵石层，特别是卵石较多较大的地层和风化岩层。双锥双螺短螺旋钻头是双锥片布齿，布齿数量是单锥单螺短螺旋钻头的 1. 5 ～ 2 倍，一般适合钻进风化岩层和卵石较小的卵石层，钻进中双钻齿同时刻划，钻进效率高，钻进较平稳。

      结合本工程地质情况，在⑤卵石和⑦卵石地层钻进时采用单锥单螺短螺旋钻头，在⑨卵石地层钻进时采用双锥双螺短螺旋钻头进行钻进。钻进过程中，在钻压下，位于芯轴管底端的中心齿在孔底中心“掏槽”，形成破碎自由面，位于螺旋锥片上的切削具跟进，形成锥形的钻孔，钻进中钻齿形成的轨迹线在孔底的投影是一组同心圆。岩屑、土、碎石和小粒径卵石等沿螺旋叶片反向上升，充满螺旋叶片之间后，被提钻带出孔。

      短螺旋钻头的各项技术参数对短螺旋钻头的地层适应性有重要影响，如图 2 所示。

      螺旋钻头锥角一般采用 120°大锥角，此种钻头布齿相对较少，钻头的制造成本也较低，可满足较松软砂卵石层钻进。但本工程主要地层为坚硬密实的卵石层，经过对比分析决定选用 82°较小锥角钻头，布齿的螺旋线回转角度选用 180°。

      2) 岩芯钻头选用

      砾岩层胶结程度差，因此选用普通岩芯钻头既能满足施工需要，又能减少投入。

      3) 具体实施

      地面按设计标高进行测量放线，做好桩位的轴线标记和测量放样，钻机移至孔边，调整钻机位置，使钻机垂直度符合设计要求，同时使钻头底部中心与桩位中心重合。

      开孔时做到稳、准、慢，钻至 3m 时下放护筒，护筒采用 8mm 厚的钢板加工卷制，高度 3m，护筒内径比钻头大 200mm。护筒按照设计桩位中心线外放10cm 埋设，护筒中心对正测定的桩位中心，埋设深度 2. 6m，然后复核校正，其定位误差≤50mm，用黏土分层回填夯实避免护筒位移、掉落。

      在钻进过程中，现场技术人员根据进尺和揭露土体情况，及时指挥施工人员快速更换钻具。短螺旋钻头提土效率不高、岩芯钻头无法提土，因此必须用旋挖钻筒配合捞砂清底。

      经过现场跟踪测试，在砂卵石层钻进速度为2. 2m / h，在砾岩层钻进速度为 1. 3m / h，每根桩的成孔时间控制在 12 ～ 16h 以内，达到预期目标。

      针对泥浆护壁失稳问题，选用优质膨润土制作泥浆，并由试验工程师与现场技术人员一起对现场泥浆配制及密度调整进行全过程监控。经现场试验调整，采用表 1 所示泥浆参数可以满足施工要求。

      改用尖部镶焊钨钴硬质合金钻头，并对钻头质量进行把关。经过现场试验及比较，平均每根桩损坏钻头控制在 4 个，达到预期目标。

 

      通过以上对策的顺利实施，有效地解决了砂卵石地层成孔过程中遇到的难题，钻孔灌注桩成孔效率和成孔质量得到了提高，钻孔灌注桩成桩质量缺陷明显降低，施工进度明显提高，虽然成本和费用略有增加，但均在控制范围内。

 

［1］ 刘 利民，舒翔，熊 巨 华． 桩基 工 程 的 理 论 进 展 与 工 程 实 践［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2002．

［2］ 北京城建集团有限责任公司． GB50299—1999 地下铁道工程施工及验 收 规 范 ( 2003 版) ［S］． 北 京: 中 国 计 划 出 版 社，2003．

［3］ 上海建工( 集团) 总公司，上海现代建筑设计( 集团) 有限公司． DG /TJ 08—202—2007 钻孔灌注桩施工规程［S］． 北京:中国标准出版社，2007．

［4］ 杨天林． 基础工程［M］． 北京: 人民交通出版社，1999．