潜孔锤+旋挖成孔灌注桩施工技术

【摘要】：某核电站蒸汽供能项目能源站子项位于2#常规岛厂房南侧，基础采用混凝土灌注桩，为入岩端承桩。该区域周边临近有运行的发电厂房，振动过大将会造成运行设备停机风险；地基情况复杂，从上至下依次为开山抛填的碎块石、淤泥质黏土、粉质粘土、强风化二长浅粒岩、中风化二长浅粒岩。根据以上情况，单一传统的成孔方式无法满足要求，经过详细分析及调研，采取气动潜孔锤+旋挖钻成孔方式进行混凝土灌注桩的施工，大大减少设备成本，缩短了工期。经检测机构检测桩身完整性、地基承载力均满足设计要求。

【关键词】：复杂地质 气动潜孔锤 旋挖钻 成孔灌注桩 1.工程概况

蒸汽供能项目技术路线采用蒸汽转换技术，即利用某核电站 3、4 号机组二回路主蒸汽经蒸汽转换装置生产工业蒸汽，通过长输管网将蒸汽输送至某市石化基地用汽企业。主要建构筑物和设施包括：新建能源站、化水厂、脱水机间、综合管架、阀门站及厂区管网等。

新建能源站能源站子项位于2#常规岛厂房南侧，基础采用混凝土灌注桩，为入岩端承桩。该区域周边临近有运行的常规岛发电厂房，振动过大将会造成发电运行设备停机风险。同时，该区域地基情况复杂，从上至下依次为开山抛填的碎块石（粒径大的超过 60cm，呈棱角状，级配较差，厚度9.1～11.4m）、淤泥质黏土、粉质粘土、强风化二长浅粒岩、中风化二长浅粒岩。垂直分布有多层。面对工程量大、地质多层多样、存在坚硬石块等复杂的地质条件，如采用传统冲孔桩施工工艺，施工工期将严重滞后。经过详细分析及调研，采取气动潜孔锤+旋挖钻成孔方式进行混凝土灌注桩的施工，大大减少设备成本，缩短了工期。经第三方检测机构检测桩身完整性、地基承载力均满足设计要求。

2.施工工艺的选择

本工程原设计为冲孔灌注桩，由于冲孔振动大，对周边发电运行厂房设备有影响，同时冲孔工艺施工周期长，无法满足本工程要求。结合本工程地质复杂、工期紧等特点，采用旋挖钻机携带气动潜孔锤钻头穿透大块石回填层，再采用旋挖钻机成孔，灌注混凝土的施工工艺。

2.1气动潜孔锤工作原理

在气动潜孔锤钻进过程中，高压空气驱动冲击器内的活塞作高频往复运动，并将该运动所产生的动能源源不断的传递到钻头上，使钻头获得一定的冲击功。钻头在该冲击功的作用下，连续的对孔底岩石施行冲击。岩石在该冲击功的作用下，形成体积破碎。同回转钻进相比，该工艺是以钻头冲击破碎岩石取代了切削岩石；以动载冲击代替了静载研磨，以岩石的体积破碎代替了研磨剪切破碎。在潜孔锤钻进的同时，一部分被体积破碎下来的岩屑被具有一定压力及速度的空气吹离孔底，并排出孔口、减少了岩石重复破碎的机会。所以气动潜孔锤有较高的钻进效率。

2.2旋挖钻工作原理

旋挖钻机在根据土层钻进至淤泥层、粘性土、泥土、粉质土、(泥) 砂层时采用普通钻具抓斗进行旋挖作业，当遇至卵(漂)石层、强风化岩层、永久冻土、风化基岩等地层时换为金刚石截齿钻具进行切割钻进。当钻进至设计孔深后，金刚石截齿钻具取下调换成可闭合式抓斗进行碎石抓取，直至达到设计沉渣厚度后即可成孔报验完成钻孔。

3.施工技术 3.1工艺流程

工艺流程：平整场地→定位放线→潜孔锤钻孔及埋设护筒→泥浆制备→旋挖钻进成孔→清孔并检查成孔质量→下放钢筋笼→再次检查孔底沉渣→灌注水下混凝土→拔出护筒一桩基完整性检测。

3.2定位放线

测放基点：依据建设单位提供的坐标高程控制点，转点至施工现场内埋点形成定位控制网，作为施工测量、复测、复核依据；

测设方法：首先要设计图纸进行桩位编号，并计算出各桩位的坐标数据，然后采用电子全站仪根据转至场内并经复测的控制点位测设出将要施工的桩位并经质检及监理单位复核，施工桩位将采用钢筋节打点，且每个桩位应注明桩位编号。

3.3成孔

石块回填层部分成孔采取启动潜孔锤成孔，剩余部分采取泥浆护壁旋挖钻机成孔。

（1）潜孔锤成孔

由携带潜孔锤钻头的旋挖钻机进行成孔，空气潜孔锤的钻机型号为SR285R，为国内先进设备；空气压缩机两台,型号为XS1210CD、LUY350-30，有效工作压为30bar,额定排气量34.2m³/min，可以满足凿岩、排渣清孔的需要。

此种潜孔锤钻机解决了以下问题:1)实现全过程套管跟进,高效连接钻杆和套管，提升整体施工效率；2)正循环进气排渣的气路设计，将排渣气流束缚在套管和防尘罩内，减少环境污染；3)在动力头上设计有缓冲装置，将潜孔锤振动对机器的破坏性降低,确保机器长寿命运转；4)所有油路、气路操作集成在驾驶室内，实现一人操作。本钻机性能可靠、功能齐全、自动化程度高,能实现潜孔锤钻进与套管全程同时跟进，能方便高效地进行钻孔施工。

旋挖潜孔锤成孔首先是将钻头及钻杆装入钢护筒中，本工程根据地质特点及成孔工艺，确定钢护筒高度为12m。开动潜孔锤钻进，同时将钢护筒带入，利于潜孔锤排出气压将孔内渣土吹出。先启动空气压缩机，当气压达到12Mpa压力时，潜孔锤形成随旋转振动，开动钻机内外动力头进行冲钻。为防止偏孔，开孔时要采取慢速冲击；钢护筒解决了防止桩孔坍孔、卡钻或埋钻的问题。套管随潜孔锤进尺而跟进穿透块石回填层后关闭外动力头，跟管停止。

（2）旋挖钻机成孔

旋挖钻孔，淤泥质黏土、粉质粘土采用普通钻具抓斗进行旋挖作业；入岩后采用金刚石截齿钻具进行切割钻进，当钻进至设计孔深后，金刚石截齿钻具取下调换成可闭合式抓斗进行碎石抓取，直至达到设计沉渣厚度后即可成孔报验完成钻孔。

钻机就位后，钻头中心对准桩位，定位误差不大于20mm。钻进时应随时检查泥浆比和含砂率，不符合要求时，及时调制。经常注意地层变化，在地层变化处进行捞取渣样，判明后计入记录表中，并与地质剖面图核对。开钻时必须慢速钻进，待导向部位或钻头全部进入地层后，方可加速钻进。

钻进过程中，操作人员随时观察钻杆是否垂直，并通过深度计数器控制钻孔深度。中途不得停顿，因故停钻时，钻进应将钻头提离孔底5m以上。在钻孔过程中，指定专人经常对孔径、孔深、垂直度等项进行检查，施工时做好钻孔记录。当钻至设计深度后，用测绳检查泥浆和孔底沉淀厚度，并及时通知监理工程师进行桩孔检查验证。

1. 清孔

钻孔深度达到设计要求并符合终孔条件后，应进行清孔。清孔的主要目的是清除孔底沉渣，而孔底沉渣则是影响灌注桩承载能力的主要因素之一。清孔则是利用泥浆在流动时所具有的动能冲击桩孔底部的沉渣，使沉渣中的岩粒、砂粒等处于悬浮状态，再利用泥浆胶体的粘结力使悬浮着的沉渣随着泥浆的循环流动被带出桩孔，最终将桩孔内的沉渣清干净。旋挖灌注桩灌注前，由于从提钻到导管安装完毕过程很长，对于钻孔灌注桩来说，必然会使第一次清孔后的沉渣增加，如果不采取措施，沉渣过多，容易引起灌注事故，直接影响桩基的承载力，危及结构安全。因此，必须高度重视灌注前的二次清孔工作。

1.

第一次清孔方法

终孔检查后，应迅速进行第一次清孔，第一次清孔用钻头反复捞取松渣，直至松渣厚度符合规范要求为止。

1.

第二次清孔方法

二次清孔在安装钢筋笼和下导管之后进行，调整泥浆比重，以较小比重泥浆从导管压入孔内，置换孔中沉渣及大比重泥浆，使泥浆比重及沉渣厚度符合规范要求，经监理工程师同意后灌注水下混凝土。为保证混凝土的灌注质量，沉渣厚度符合规范和设计规定，泥浆比重在1.05以内。

3.4钢筋笼制作及安装 （1）钢筋笼制作

钢筋笼在现场分节制作，主筋与加强筋全部焊接，螺旋筋与主筋采用隔点焊加固，钢筋笼制作符合设计及规范要求。制作好的钢筋笼，即进行逐节验收，合格后挂牌存放。

（2）钢筋笼孔内安放

钢筋笼主筋在孔口焊接，单面焊10d，焊缝高度≥0.3d，焊缝宽度≥0.8d。两段笼子应保持顺直，同截面接头不得超过配筋的50%，间距错开，不少于35d。钢筋焊接完好后，应缓慢下放入孔内，严禁砸笼。

3.5下导管 （1）导管的选择

采用丝扣连接的导管，导管直径根据桩径确定，底管长度为4m，中间每节长度一般为3m。在导管使用前，必须对导管进行外观检查、对接检查。

外观检查：检查导管有无变形、坑凹、弯曲，以及有无破损或裂缝等，并应检查其内壁是否平滑，对于新导管应检查其内壁是否光滑及有无焊渣，对于旧导管应检查其内壁是否有混凝土粘附固结。

对接检查：导管接头丝扣应保持良好。连接后应平直，同心度要好。 经以上检验合格后方可投入使用，对于不合格导管严禁使用。导管长度应根据孔深进行配备，满足清孔及水下混凝土浇筑的需要，即清孔时能下至孔底；水下浇筑时，导管底端距孔底0.5m左右，混凝土应能顺利从导管内灌至孔底。

（2）导管下放

导管在孔口连接处应牢固，设置密封圈，吊放时，应使位置居中，轴线顺直，稳定沉放，避免卡挂钢筋笼和刮撞孔壁。

3.6混凝土浇筑

混凝土车搅拌运输：混凝土坍落度控制在18～22cm，用搅拌车混凝土直接到孔口倒入料斗内。

水下混凝土浇筑：浇筑前，计算出混凝土浇筑初灌量。施工中要保证浇筑初灌量。浇筑时导管埋深控制在2～6m，拆管前专人测量孔内混凝土面，并做记录，浇筑混凝土接近桩顶标高时，应控制最后一次浇筑量，确保桩顶标高符合设计要求。

试块制作：在浇桩过程中，随机抽取1～2 盘混凝土做试块，每支桩应做一组试块，制作好的试块在12h后拆模，放置静水中养护。试块评定采用数理统计法评定。

3.7钢护筒拔出

当桩基混凝土灌注完成，检查无误后，采用60tSCC型履带起重机配合QZ60振动打桩锤进行钢护筒拔出。先开启振动锤振动1分钟后再起吊拔管，起拔速度控制在每分钟≦1米,自浇注完成后,振动拔管时间控制在30分钟左右完成，最长不得超过60分钟。

1. 结束语

采用气动潜孔锤+旋挖钻机成孔灌注桩施工工艺，在块石回填层、淤泥层及中风化岩层等复杂地质条件下，可轻松施工,快速钻孔成桩；且有外护筒保护,孔径、孔壁形状质量好、垂直精度高,施工速度快。气动潜孔锤灌注桩施工工艺中采用的回转钻机克服了传统桩机的噪音、振动、混浆污染等公害问题，施工噪音小、振动小、无环境污染，有利于文明施工、安全施工,是环保型桩机。旋挖钻机可根据不同的地质情况，灵活调整钻头,选择不同的转速以适应地质的钻孔要求，提高工作效率。

通过潜孔锤+旋挖成孔工艺在本工程的实践，相比冲孔成孔工艺，工期缩短了近2个月；并通过后续的桩基检测验证，质量可靠；同时，施工噪音小、振动小、无环境污染，有利于文明施工、安全施工；得到了业主及监理单位的一致好评。