秋浦河穿越工程冲孔桩置换卵石层研究

秋浦河穿越工程冲孔桩置换卵石层研究

马金双

南京能瑞电力科技有限公司

摘要：在川气东送安徽段秋浦河定向钻穿越施工中，针对穿越段特殊的地质情况，采用了冲孔桩置换卵石层方案，以确保穿越的成功。本文就此方案做了重点阐述，并就此方法在以后类似地段的施工所起到的作用作了进一步的预测和分析。

关键词：秋浦河穿越；冲孔桩；卵石层置换

一、引言

秋浦河跨祁门、石台、贵池三县。河道全长149公里，河床质为岩砾和淤砂，河面宽150～250米，底宽60～100米，洪水深度7．0米，枯水深度0．7米。

冲孔桩置换卵石层施工，从开始对河岸边靠近中心线位置钻探取样，钻进非常困难。钻进14米深（钻井平台标高比地面低5米），穿透卵石层进入岩层，但岩层硬度非常高，取样发现为硅质岩，估计抗压强度在50Mpa左右。原地质报告中描述该岩层为强风化硅质岩，岩质较软、强度较低，最深钻至18深，硬度逐渐增大。穿越曲线在该位置为22.6米深，正好经过该岩层。在如此高强度的岩石层中穿越Φ1016mm管道非常罕见。这种地层对以后穿越工作难度非常大，尤其是在扩孔过程中，岩石钻具消耗很大，工期很长。

从以上特殊的地质情况来看，有必要在原有设计的基础上，进一步完善冲孔桩置换卵石层施工方案，由此提出了在北岸采用改进以后的冲孔桩置换卵石层方案。

二、秋浦河穿越工程概况及改进后的措施

秋浦河穿越工程北岸卵石层粒径大、含量高、层面厚、卵石硅化强度深、硬度大，高压旋喷注浆及高压分段袖阀管注浆等措施无法完成穿越工程。通过组织专家研究讨论，认为采用冲孔桩工艺用三合土置换卵石层方案可以满足穿越要求。在穿越曲线通过卵石层的位置连续打冲孔桩，每个冲孔桩的深度超过该位置穿越曲线深度2米，再将其填充，形成一道地下填充三合土连续墙，使穿越曲线从该置换层中通过。

冲孔完成后分别用2种不同材料分为2层填充。①孔底部填充：将黄土、水泥、白灰按7：2：1（体积比）比例配制成三合土，将三合土浇少量水放入0.6米长Φ1016mm的钢管压实，取下钢管，做成土块晾干填入孔底，再用冲孔锤夯实，填至距离自然地面1米；②填入普通粘土，施工完成后不影响农作物种植。

最后一个冲孔桩完成后，固化96小时开始穿越施工。

三、方案优化与比较

根据冲孔桩工艺，编制出两种可供选择的方案：

方案一：需要打冲孔桩的作业带长度为80米，冲孔桩直径为1.8米，每两个冲孔桩交叉0.3米沿中心线排成一排。

经过计算AB长度为0.995米，扩孔最大直径为1.45米，无法完全从填充土层中通过，仍然需要经过卵石层，通过卵石层的体积约为23m3。因此，必须对孔两边卵石层利用袖阀管注浆工艺进行加固处理。

方案一工期：按3.5天完成一个孔计算，共53个孔，作业面积内最多投入12台设备，工期约15天。

方案一的优点：可缩短冲孔置换工期，降低投资。

方案一得缺点：扩孔要经过部分卵石层，但卵石层仍要做固化处理，穿越风险较大，穿越工期较长。

方案二：冲孔桩直径为1.6米，双排交错排列，重叠距离为0.2米。形成填充三合土连续墙最窄宽度为2.13米，穿越施工完全在填充材料中进行，满足穿越工艺要求。

方案二工期：按2.5天完成一个孔计算（包括填充），共112个孔，作业面积内最多投入12台设备，工期约24天。

方案二的优点：穿越施工可完全在填充物种通过，穿越施工从工艺及工期上把握性较大。

方案二的缺点：冲孔桩置换卵石层工期延长，增加投资。

综合以上两种方案，为了穿越工程安全、确保质量完成，方案二可以选择。

四、施工工艺

A、场地平整后放线定桩位，定位后要在每个桩位中心点打入一条φ16×800mm的钢筋做桩位标记，并用混凝土固定好。桩位放线后会同有关人员对轴线桩位进行复核，并办好复核记录签证。轴线桩位经复核无误后方可进行施工。

B、护筒应按下列规定设置

⑴护筒用4~8mm厚的钢板加工制成，高度为1.5~2m冲孔桩的护筒内径应比钻头直径大200mm；护筒的顶部应开设1~2个溢浆口，并高出地面0.15~0.30m.

⑵护筒有定位、保护孔口和维持水位高差等重要作用。护筒位置要根据设计桩位，按纵横抽线中心埋设。埋设护筒的坑不要太大。坑挖好后，将坑底整平，然后放入护筒，经检查位置正确，筒身竖直后，四周即用粘土回填，分层夯实，并随填随观察，防止填土时护筒位置偏移。护筒埋好后应复核校正，护筒中心与桩位中心应重合，偏差不得大于50mm。

⑶护筒的埋设深度：在现场实际粘性土、砾砂中不宜小于1.5m。

C、作护壁和排碴用的泥浆，其制作及其性能要求符合下列规定：

⑴在粘性土中成孔时应注入清水，以原土造浆护壁。循环泥浆比重应控制在1.1~1.3.

⑵在砂土和较厚的夹砂层中成孔时，应制备泥浆，泥浆比重应控制在1.2~1.5。根据冲击入孔土层结构调整。

⑶泥浆的控制指标：粘度18~22S；含砂率不大于8%；胶体率不大于90%.施工中应经常测定泥浆比重、粘度、含砂率和胶体率。

⑷泥浆注入量必须保证高于地下水位1米以上，根据潮位做出调整。

D、泥浆池沉淀池的池面标高比护筒低0.5~1m，以利泥浆回流畅顺。泥浆池和沉淀池的位置要合理布局，不得妨碍吊机和冲孔桩机行走。泥浆池的容量为每孔的排渣量，沉淀池的容量应为每孔排渣量的1.5~2倍。

E、派专人清除泥浆沟槽的沉淀物，保证不淤塞。沉淀池及泥浆池的沉积物应经常清除，多余的泥浆要及时排出基坑。

F、冲具和冲锤可按下列规定选用：

⑴冲孔桩一般采用十字形冲击钻头。冲击钻头分冲孔钻头、冲岩钻头、修孔钻头、扩孔钻头。钻头的直径与设计桩径相比，冲孔钻头、冲岩钻头小50~80mm；修孔钻头大10~20mm；扩孔钻头大60~100mm.冲击钻头必须设置打捞环。

G、冲击成孔应遵守下列规定：

⑴开孔时应低锤密击。如表土为淤泥、松散细砂等软弱土层，可加粘土块夹小片石，反复冲击造孔壁，保证护筒的稳定。

⑵必须保证泥浆的供给，使孔内浆液稳定。

⑶在各种不同的土层和岩层中冲进时，可按下表的施工要点进行。

软弱土层或塌孔回填重钻小冲程反复冲击，加粘土块夹小块石，泥浆比重1.3~1.5.必要时添加明矾及干粉状水泥增加泥浆比重，造成坚实孔壁。

⑷必须准确控制松绳长度，避免打空锤。一般不宜用高冲程，以免扰动孔壁，引起坍孔、扩孔或卡钻事故。

⑸应经常检查钢丝绳的磨损情况，卡扣松紧程度、转向装置是否灵活，以免掉钻。

⑹应经常检查冲锤的磨损情况，如磨损过大，切削角不符合要求时要及时更换修理，以提高冲进效率和防止夹锤、卡锤等事故。

⑺沿护筒周围冒浆、造成孔口坍塌地表沉陷时，立刻停钻并防止钻机倾倒，及时在护筒外围回填粘土（用稻草拌和）；并加以夯实，必要时压上一层泥、砂包后方可继续钻进。

（8）桩孔排碴可采用泥浆循环或抽碴筒排碴等方法。如采用抽碴筒排碴，在冲进4~5m深后，每冲进0.5~1m应抽碴一次，并及时补给泥浆。

此外冲孔桩机施工顺序按照每台机负责16米长范围单排孔作业，共11个孔，冲孔顺序依次为：1、3、5、2、4、6、8、10、7、9、11。

具体参见施工现场平面布置示意图：