复杂地质层桩基的旋挖钻与冲击钻施工技术研究

汪雨珍

（）安徽省交通建设股份有限公司，安徽合肥　２３００４１

摘　要：为了解、掌握旋挖钻与冲击钻在复杂地质层桩基施工的应用情况和技术，分析旋挖钻、冲击钻各自施工工艺，对比了旋挖钻、冲击钻各自优点和不足，提出了在某长江公路大桥桩基成孔施工中采用旋挖钻与冲击钻相结合的方法，同时提出了旋挖钻与节约了施工工期，节省了施工成本，获得了很好的社会和经济效益，可冲击钻联合施工的技术工艺。该方法显著提高了施工效率，供同行业技术人员参考。

关键词：复杂地质层；桩基；旋挖钻；冲击钻

（）中图分类号：Ｕ４４３．１　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１６７３５７８１２０１７０１０１２５０４－－－近　　旋挖钻在国际上的发展已经有几十年的历史，

年来成为我国发展最快的一种新型桩孔施工方法，旋

［１］

，挖钻孔灌注桩技术被誉为“绿色施工工艺”其特点

半漂浮体系斜拉桥，主跨９２０ｍ非对称单侧混合梁、桥长１矩形整体式承台６５０ｍ。３＃主塔墩基础采用“　，承台尺寸为５厚８ｍ；十群桩基础”８．５ｍ×２９．５ｍ，群桩设４桩基采用Ｃ５根Ｑ２．５ｍ的钻孔灌注桩，３５水下混凝土，桩长为８６ｍ。

１．１　３＃主塔地质状况

桥位覆盖层以第四系全新统冲积层为主，主要由。岩土物理粘性土、饱和粉砂、细砂、中砂组成（表１）力学性质相对较差，且其中的粉细砂层与长江河床构连通性好，对桩基施工不利，在汛期成了统一含水层，尤其突出。

１．２　３＃主塔钻孔基本情况（）钻进难度大。３＃主塔墩桩基数量多（１４５、、根）桩径大（直径为２．孔位深（成孔深度为５ｍ）；持力层为粉砂岩，基岩强度普遍９４ｍ～９６ｍ不等）在２５ＭＰａ左右。

（）施工工期短。３＃主塔墩处于河堤附近，河道２

堤防管理规定汛期（大堤５月１５日～１０月１日）必须在４个５００ｍ范围内不得进行基础施工。因此，月内完成４５根桩基施工。

（）成孔垂直度要求高。设计要求垂直度偏差３

不大于０．且不小于２５％桩长，００ｍｍ。

是工作效率高、施工质量好、尘土泥浆污染少。旋挖钻孔施工是利用钻杆和钻斗的旋转，以钻斗自重并加使土屑装满钻斗后提升钻斗出液压作为钻进压力，

土。通过钻斗的旋转、挖土、提升、卸土和泥浆置换护壁，反复循环而成孔。吊放钢筋笼、灌注混凝土、后压

２］

。浆等同其他水下钻孔灌注桩工艺［

冲击反循环破碎入岩工艺的破碎机理是利用冲击钻头对岩石进行较高频率的冲击，使岩石产生破然后利用反循环排渣方式及时将破碎岩屑第一时碎，

３］

。冲击钻头由两根钢绳平衡连接，间排出孔外［无论

起、下钻都非常方便，大大缩短了辅助时间。冲击反循环钻头是冲击钻进的主要工具，其结构的合理与否

４］

。在冲击钻进过程中，直接影响到钻进效率和质量［

关键是冲击和吸渣量匹配，也是确保孔壁稳定正常钻

５］

。进最基本最重要条件［

为了解、掌握旋挖钻与冲击钻在复杂地质层桩基施工的应用情况和技术，本文提出了在某长江公路大桥桩基成孔施工中采用旋挖钻与冲击钻相结合的方法，同时提出了旋挖钻与冲击钻共同施工的技术工艺。

２　钻孔工艺比选

２．１　成孔工艺

旋挖钻成孔速度是冲击钻的４～５倍，回旋钻成

１　某长江公路大桥工程概况

某长江公路大桥全桥长４其中主桥为主６６０ｍ，　

收稿日期：２０１７０３２７－－，作者简介：汪雨珍（男，安徽枞阳人，安徽省交通建设股份有限公司工程师．１９６９－）

《工程与建设》０１７年第３１卷第１期　２

１２５　

——１２６ＪＩＡＮＺＡＯＪＩＳＨ　Ｕ　　　　　　　　　　建造技术汪雨珍：复杂地质层桩基的旋挖钻与冲击钻施工技术研究击钻特点见表２所列。

孔速度是冲击钻的１．回旋钻、冲２～１．４倍。旋挖钻、

表１　３＃主塔墩桩位地层情况一览表

层数１２３４５６７

类型粉质黏土粉土粉砂细砂中砂粗砂粉砂黏土

描　　述

灰褐色，可塑，含少量铁锰氧化物及高岭土，采取率８０％灰褐色，稠密，局部含少量泥质条采取率７５％

青灰色，中密饱和，主要成分为石英、长石、云母、采取率５０％

青灰色，中密－密实，饱和，主要成分为石英、长石、云母，局部夹有少量泥质条带，采取率５５％

为石英、长石、云母，局部夹有少量泥质条带，采取率５５％青灰色，密实，饱和，主要成分石英，长石，采取率５５％

灰绿色、浅黄色，硬塑－坚硬，含铁锰氧化物及高岭土，局部夹有泥质粉砂岩残留体，采取率８５％

灰绿色、浅红色，强风化，原岩结构已被破坏，岩芯已基本风化成砂状或碎冰状，采取率８５％

紫红色，中风化，粉砂质结构，厚层状构造，主要矿物成分为石英、长石，泥质胶结，岩芯呈柱状及长柱状，节长２最长可达８采取率为９５ｃｍ，５ｃｍ，５％，

孔口标高：桩底标高：２７．８ｍ，６６．７２４ｍ

表２　钻孔工艺对比表

项　目充盈系数环保黏土、砂层泥岩卵石、黏土、砂层卵石、泥岩施工成本普及率

旋挖钻一般为１．０

噪音小，无扰动，费浆少，污染小是冲击钻进速度的４～５倍部分坚硬卵石岩石层无法钻进

容易钻进、成本损耗小不易钻进、耗油大、研磨材料消耗大维修保养费用大成孔单价高、

不常见设备成本高、

回旋钻一般为１．１～１．１５　

噪音小，无扰动，费浆多，污染多是冲击钻进速度约１．２～１．４倍部分坚硬卵石岩石层无法钻进

容易钻进、成本损耗小

不易钻进、耗电大、研磨材料消耗大成孔单价适中、维修保养费用小

设备成本适中、常见

冲击钻１．１～１．２

噪音大，有扰动，费浆多，污染多

以冲击钻进速度为准是回旋钻机钻进速度的２～３倍耗电量大、钢丝消耗大、搬运成本高相对钻进速度快、成本相对节约成孔单价低、维修保养费用小

设备成本低、多见层底深度／ｍ

６．４　９．４　１３．５　４０．１　５２．４　５８　６４．２　

地层厚度／ｍ

６．４３４．１１６．６１２．３５．６６．２

８泥质粉砂岩７１．２　７

９泥质粉砂岩１０７．３　３６．１

２．２　联合应用旋挖钻机和冲击钻机施工技术（）较好的机动性。旋挖钻为履带行走，就位、１移位快捷。履带底盘为扩展式，能根据现场情况对底以增加钻机的整体稳定。盘进行调整，

（）自动化程度高。旋挖钻机自身有质量检控２系统，有自动水平调整功能，在钻机发生倾斜偏位时，钻机报警系统将会自动报警，并进行自动调整；有孔深显示功能；对钻机的就位，对钻进等采用电、液比例提高了定位、钻孔的精度。伺服控制，

（）旋挖钻钻进过程中，因钻斗取土效果好，在３

保证孔内泥浆质量和泥浆面高度的情况下，出现缩径、扩孔等问题的概率很小，能够很好地保证

６］

。桩径［

制下对硬地层造孔不理想的难题。

（）充分发挥了旋挖钻在覆盖层中进尺快的优５

势和冲击钻对岩层适应性好、成孔竖直度好的优势，速度快。

３　工效分析

回旋钻十冲击钻”成孔３．１　“

采用回旋钻十冲击钻成孔，在不考虑其他辅助时意外因素等情况下，完成一根孔深为９间、５．２ｍ的。各土层钻进工效情况见表３桩基成孔时间需２８ｄ所列。

旋挖钻十冲击钻”成孔３．２　“

采用旋挖钻十冲击钻成孔，在不考虑其他辅助时间、意外因素等情况下，完成一根孔深为９５．２ｍ的。各土层钻进工效情况见表桩基成孔时间需１７．３ｄ４所列。

（）除了严重湿陷性和过于松散的底层外，冲击４

钻在其他土质均可进行钻进施工，尤其在各种夹层及硬地层的冲击造孔，解决了旋挖机在现有配套机具限

１２６　

《工程与建设》０１７年第３１卷第１期　２

建汪雨珍：复杂地质层桩基的旋挖钻与冲击钻施工技术研究表３　回旋钻十冲击钻单根桩基成孔工效分析

序号１

２３４５６７８９１０

地质名称回填土

粉质黏土粉土粉砂细砂中砂粗砂粉质黏土泥质粉砂岩（强风化）泥质粉砂岩（中风化）

合计

地层后／ｍ１．２

６．４３．０４．１２６．６１２．３５．６６．２７．０２２．８９５．２　

（工效／ｍ·ｈ－１）

２．５

２．５９９０．７７０．１０．１０．１０．１０．０７

持续时间／ｈ０．５

２．６０．３０．５３４．５１２３５６６２７０３２６（）６７５ｈ２８ｄ

—１—２７ＪＩＡＮＺＡＯＪＩＳＨＵ　　　　　　　　　　　造技术工艺备注

回旋钻

采用“回旋

成＋冲击”

孔一根桩基需２８ｄ

更换为

冲击钻

采用单旋挖、单回旋或单冲击一钻到底，工效更低。　　　　　说明：

表４　旋挖钻十冲击钻单根桩基成孔工效分析

序号１２３４５６７８９１０

地质名称回填土

粉质黏土粉土粉砂细砂中砂粗砂粉质黏土泥质粉砂岩（强风化）泥质粉砂岩（中风化）

合计

地层后／ｍ１．２

６．４３．０４．１２６．６１２．３５．６６．２７．０２２．８９５．２　

（工效／ｍ·ｈ－１）

持续时间／ｈ

工艺

备注

３．５　１８．７回旋钻

采用“回旋

成＋冲击”

孔一根桩基需１７．３ｄ

０．１

０．０７７０

３２６

（）４１４．４ｈ１７．３ｄ

更换为

冲击钻

采用单旋挖、单回旋或单冲击一钻到底，工效更低。　　　　　说明：

３．３　工效分析结论

根据实例对比分析，单根桩成孔采用“旋挖钻十冲击钻”较“回旋钻十冲击钻”成孔能提前１１ｄ成孔，成孔后经超声波检孔，孔深、孔径及垂直度均满足设

７］

。计及规范要求［

用优质Ｐ该泥浆主要由膨润土、水、ＨＰ膨胀土泥浆，增粘剂（掺纯碱）和ＰＨＰ配制而成。按施工配合比将水注入搅拌机内，开始机械搅拌，逐步加入各种组要求重度１分搅拌成浆。进入钻孔的泥浆，０．５～

３

／，，粘度１含砂率＜１１．５ｋＮｍ８～２２ｓＨ值８～１１，ｐ

［０］

：２％。该泥浆具有以下优点１

回旋钻＋冲击钻”的应用４　“

经综合比选，在保证成孔质量的前提下，选用“旋挖钻十冲击钻”成孔，以加快在某长江公路大桥主墩配备泥沙分离机、振动筛等辅桩基施工进度。另外，

助机械设备，可加快钻进、清孔速度。４．１　施工工艺流程

旋挖＋冲击反循环施工工艺流程：平整场地→测量放线→埋设护筒→旋挖钻就位→校正垂直度→钻至交接深度→移机→冲击钻就位→施工至设计标高一清→冲击钻移位→放置钢筋笼→放置导→停钻；

８］

。管；二清→灌注水下混凝土［４．２　泥浆制备

，泥浆是大直径钻孔施工的“生命线”尤其对于细砂、粉砂覆盖层地段。３＃主塔墩位地层上覆软砂层，

９］

。桩基施工时采泥浆性能是钻孔施工的关键之一［

）可变性好，（合格的Ｐ粘度１ＨＰ泥浆呈嫩白色，

大，在静态时呈果冻状，泥浆从流动到静止时可恢复其悬浮作用，可以阻止钻渣下沉；当钻头钻动，泥浆流动时，可改变泥浆的结构，使其粘度减小，流动性增从而减少钻头阻力。加，

）相对密度小，（含砂率低。２

）粘度高、（不分散、失水量小。３

（４）泥皮薄，实践证明其泥皮厚度仅１～更能有效地保证桩侧摩阻力。１．５ｍｍ，（）环保性好，泥浆无毒无腐蚀。５

５　结束语

（）本文提出了在某长江公路大桥桩基成孔施１

工中采用旋挖钻与冲击钻相结合的方法。该方法充

（下转第１４１页）

《工程与建设》０１７年第３１卷第１期　２

１２７　

刘祥胜：浅谈高速公路养护管理存在的问题及改进方法材料性能方向、路面再生技术方向、结构设计与材料性能优化方向、高速公路网路况大数据管理及集成技术各研究方向分工明确，相互联系，形成稳定的梯队。等，

（）切忌过度依赖校企联合。企业的发展靠的３

是企业的内部的员工自身业务素质的提高，过度的依赖学校则会使企业慢慢失去活力。换个角度，等于企业在拿钱为学校培养人才，而最后的成果则是个未知数。退一步讲，即使一些科研项目由于某些困难无法实施而包给学校，那么企业也应当派出专门的技术人跟踪最新的研究状况。员，

（）重视员工的发展，充分发挥员工自身的特长４和积极性，使员工的业务素质不断提高。

〔参考文献〕

［］］高速公路养护管理问题及措施［交通世界，１Ｊ．２０１６　门扣强．

（）：３３９８～９９．

—１—４１ＧＯＮＧＣＨＥＮＧＧＵＡＮＬＩ　　　　　　　　　　　　　　工程管理［］］高速公路养护市场化管理模式探讨［科技咨询，２Ｊ．　徐久春．

２０１０，２９．

［］］谈高速公路养护工程施工成本控制［黑龙江交通科３Ｊ．　薛瑞泽．

（）：技，２０１６１０１６４～１６５．

［］宁杭高速公路养护管理模式分析与对策研究［合４Ｄ］．　刘　尧．

肥：合肥工业大学，２０１０．

［］］高速公路养护管理模式的探索和思考［科技之友，５Ｊ．　李　平．

（）：２００７２６５，６７．

［］］：浅析高速公路养护管理发展［中国公路，６Ｊ．２０１６（１５）　王春昱．

１４０～１４１．

［］高速公路养护管理模式研究［西安：长安大７Ｄ］．　何秀媛．

学，２００６．

［］］高速公路养护管理存在的问题及对策［交通世界，８Ｊ．　金艳云．

（）：２０１６１１２～１３．

［］高速公路养护市场化研究［西安：长安大学，９Ｄ］．２００４．　李秀宏．［］］谈如何做好公路养护管理工作［工程建设与设计，１０Ｊ．　潘新涛．

（）：２０１６３１６１－１６２，１６５．

（上接第１２４页）

［］］沈大高速公路改扩建工程路基加宽技术［辽宁交通３Ｊ．　刘奉侨．

（）：科技，２００５１１～７．

［］］：刘祖祥．高速公路改扩建方案思考［公路，４Ｊ．２００１（７）　陈胜营，

１０２～１０３．

［］］：高速公路拓宽设计方法初探［公路，５Ｊ．２００４（７）５９　桂炎德．

４．～６

［］改扩建高速公路交通量预测方法研究［武汉：武汉６Ｄ］．　夏　阳．

理工大学，２００６．

［］］万发祥，卢　毅．公路交通量预测理论与方法综述［７Ｊ．　李庆瑞，

（）：中外公路，２００５，２５６１５１～１５５．

［］王世杰．基于四阶段预测理论的公路交通量预测研究８　田智慧，

［］，（）：郑州大学学报（工学版）Ｊ．２００８，２９３１３３～１３５．

［］崔　通．浅析高速公路改扩建施工过程中的交通组织和９　归　翀，

］（）：保通方案［建筑工程，Ｊ．２０１３９３６７．

［］／］高速公路改扩建设计细则［１０ＴＧＴＬ１１－２０１４，Ｓ．　Ｊ　

５　结束语

本文通过对路口互通Ｄ匝道桥拼宽施工两种保通方案优缺点的比较，根据项目特点，选择“全封闭保通方案。对于其他高速公路互通匝道改扩施工”

建，可参考本文，进行不同方案的比选，合理选择保通方案，确保改扩建工程顺利进行。

〔参考文献〕

［］］京珠高速公路路基加宽改造设计［交通标准化，１Ｊ．２００６　柴啸龙．

（）：２１５５～１５７．

［］］沪宁高速公路改扩建工程设计关键技术［中国公路，２Ｊ．　廖朝华．

（）：２００６１５１００～１０１．

（上接第１２７页）

分利用了旋挖钻与冲击钻各自的优点，使得旋挖钻与冲击钻二者优势互补。

（）本文提出了旋挖钻与冲击钻联合施工的技２术工艺。

）该方法显著提高了施工效率，（节约了施工工３

期，节省了施工成本，获得了很好的社会和经济效益。

〔参考文献〕

［］］：浅议旋挖钻施工钻孔桩的优势［山西建筑，１Ｊ．２００７（４）　杨文秀．

１２８～１２９．

［］］浅谈旋挖钻在不良地质施工工艺及特点［江西建材，２Ｊ．　王绪刚．

（）：２０１６１０１９２，１９７．

［］］冲击钻钻孔桩在桥梁基础施工中的应用［山西建筑，３Ｊ．　杨传涛．

（）：２０１３１６１５３～１５５．

［］］冲击钻钻孔灌注桩施工工艺及病害的处理［黑龙江４Ｊ．　单景有．

（）：水专学报，２００７２７５～７６．

［］复杂地层冲击钻和反循环回旋钻桩基成孔工艺比较５　单慧川．

［］（）：筑路机械与施工机械化，Ｊ．２０１４９８６～８９．［］］公路桥涵地基与基础设计规范［６ＴＧＤ６３－２００７，Ｓ．　Ｊ　

［］［桥梁施工工程师手册（第２版）北京：人民交通出７Ｍ］．　杨文渊．

版社，２００３．

［］］闵振寰．冲击钻破除障碍确保桩基施工质量［８Ｊ．城市　叶圣宏，

（）：道桥与防洪，２０１３７１７５～１７７．

［］／］公路桥涵施工技术规范［９ＴＧＴＦ５０－２０１１，Ｓ．　Ｊ　

［］］浅谈回旋钻机深孔钻桩成孔质量控制［建材发展导１０Ｊ．　黄子阳．

（）：向，２０１０１０１３５～１３６．

《工程与建设》０１７年第３１卷第１期　２

１４１