复杂海况下大直径变径裸岩桩基冲击钻+旋挖钻施工技术研究

复杂海况下大直径变径裸岩桩基冲击钻+旋挖钻施工技术研究

刘浩熊子多邢轩

中交一公局厦门工程有限公司福建厦门361021

摘要：以松下跨海特大桥为例,在复杂海况下大直径变径裸岩桩基采用冲击钻+旋挖钻成孔施工工艺进行详细介绍，采用冲击钻自由冲击后下放钢护筒施工提升桩基施工质量控制、采用多层框式+井式导向架设计及施工保证护筒平面位置及垂直度、采用冲击钻+旋挖钻进行施工提升钻进速率等进行分析阐述，为恶劣复杂海况下该类桩基的施工积累了经验，提供了参考。

关键词：复杂海况；大直径；桩基；裸岩；冲击钻；旋挖钻

1引言

1.1工程概况

1.1.1简介

松下跨海特大桥基础采用钻孔灌注桩群桩基础，每个墩承台采用8根直径2.5m-2.2m变截面桩基，按嵌岩桩设计，其中18#-24#墩为裸岩区域，裸岩区域桩长为20-30m，裸岩区2.5m桩径桩长12m，桩顶设计标高+0.000m，海床标高-5.5m至-7.5m。

1.1.2地质、气候、水文

桥址18#-24#墩区域为裸岩区，裸岩区海床无覆盖层，礁石或基岩直接裸露且岩面倾角大，海床，护筒定位及成孔难度大。桥址位于世界三大风区之一，年有效作业施工天数为120天左右。桥位海域平均高潮位+2.39m，平均低潮位-1.89m，平均潮差4.28m。全年2.5m及以上涌浪天气254天。

1.2施工重点难点及解决关键技术

1.2.1难点分析

1）桥位海域位于强风区，风大、浪高、水深、涌急、潮汐明显，岛屿暗礁等海底地质复杂，桥位海域18#-24#均为裸岩区，对桩基施工钢护筒固定、垂直度保证以及成桩质量控制难度大。

2）裸岩海域桩基岩石抗压强度达120-180MPa，岩石强度高、裸岩区域桩基全断面入岩深度长，桩基钻进进尺慢，成孔周期长。

1.2.2施工重难点解决关键技术

1）采用冲击钻自由冲击后下放钢护筒施工提升桩基施工质量控制

先采用冲击桩对裸岩区域孔位进行自由冲击，待孔位桩径2.5m桩长冲击到位后下放钢护筒进行砼灌注封顶护筒间隙防止漏浆，提升控制桩基成桩质量。

2）采用多层框式+井式导向架设计及施工保证护筒平面位置及垂直度

平台上口采用框式导向架，框式导向架顶口悬臂部分与平台型钢焊接，以保证护筒安放后的整体稳定性。同时在平联处在护筒孔位用φ426钢管增设“井”式导向架进行钢护筒限位，保证钢护筒在下沉过程中能有效控制钢护筒平面位置及垂直度。

3）21#-24#墩采用冲击钻+旋挖钻进行施工提升钻进速率，缩短成孔周期

旋挖施工原理：基于岩石破碎机理，成孔前，先采用小直径嵌岩筒钻钻进，对孔内岩芯圆周进行松动，增加岩层自由面，以降低其应力水平，然后应用筒钻进行取芯截取，最后钻孔至设计孔深；钻进过程中采用旋挖钻斗进行岩样提取，提高其工作效率，最终完成终孔作业。

2正文

2.1施工准备

1）钻机参数

表1徐工XR460D旋挖钻机参数

2.2主要施工工艺过程

2.2.1钻机平台加固

为满足XR460旋挖钻机作业需要，裸岩区施工作业平台需进行加固处理，增加贝雷片及分配梁数量以满足旋挖钻机施工承载力要求，保证旋挖钻机施工安全性。

2.2.2冲击钻钻进2.5m桩径桩基

平台加固完成后铺以CZ-16型钻机就位，裸岩区桩基为2.5m变2.2m，其中2.5m桩径处桩长为8m，2.5m桩径桩长处采用14T超重锤进行清水纯自由钻进，桩位放样完成后即进行冲击钻进，钻进过程需定时复核复测冲击钻桩位中心线，防止冲击过程偏位。

2.2.3护筒下放

冲击钻钻进完桩径2.5m设计桩长后进行护筒下放，钢护筒壁厚1.4cm直径为2.7m。护筒下放采用双层固定限位保证护筒在下放过程中垂直度。平台上口采用框式导向架，框式导向架顶口悬臂部分与平台型钢焊接，以保证护筒安放后的整体稳定性。同时在平联处在护筒孔位用φ426钢管增设“井”式导向架进行钢护筒限位，保证钢护筒在下沉过程中能有效控制钢护筒平面位置及垂直度。

钢护筒下放完成后进行砼封底灌注作业，封闭钢护筒与冲击钻钻进过程中岩壁的缝隙。

图6直径1.2m取芯筒取出钻进岩芯图7直径1.2m中风化花岗岩

2）步骤二：待1.2m直径钻头钻至设计孔深后，换用1.5m直径带前置导向钻头钻进。前置导向直径为1.2m，长度1m，此导向伸入孔径为1.2m的孔内，使1.5m钻头保持稳定性开启钻进，钻进过程中采用直径1.2m捞渣筒进行除渣，保证钻进效率，钻进至设计孔深后提取钻头进行除渣。

3）步骤三：待1.5m直径钻头钻至设计孔深后，换用1.8m直径带前置导向钻头钻进。前置导向直径为1.5m，长度1m，此导向伸入孔径为1.5m的孔内，使1.8m钻头保持稳定性持开启钻进，钻进过程中及时采用直径1.2m捞渣筒进行除渣，保证钻进效率，钻进至设计孔深后提取钻头进行除渣。

4）步骤四：待1.8m直径钻头钻至设计孔深后，换用2.2m直径带前置导向钻头钻进。前置导向直径为1.8m，长度1m，此导向伸入孔径为1.8m的孔内，使2.2m钻头保持稳定性开启钻进，钻进过程中及时采用直径2m捞渣筒进行除渣，保证钻进效率，钻进至设计孔深后提取钻头进行除渣。

图8直径2.2m钻头安装下放图9直径2m捞渣筒除渣

2.2.5验孔及清孔

钻孔至设计高程后,立即进行验孔清孔，验孔应检孔深、孔径及垂直度。孔深应满足设计要求,以实际孔深作为清孔、灌注的依据，先用掏渣筒进行掏渣，然后采用气举反循环加泥浆分离器清孔。

2.2.6钢筋笼制作及安装

钢筋笼在钢筋加工场采用长线法施工制作，保证钢筋笼尺寸成型准确、轴线顺直。起重安装时选用130T吊车，选好吊车的站位，吊点应单独进行设置。

2.2.7桩基混凝土灌注

砼灌注前导管在使用前做好拼接、水密、承压和接头抗拉试验。灌注前保证桩基的沉渣厚度。灌注过程应连续进行不得间断，对导管数量、导管埋置深度、砼面高度随时检查并做好原始记录。

2.2.8成桩检测

桩基混凝土浇筑完成后，及时清理桩顶浮浆，待桩基混凝土达到养生期后，进行超声波检测。

2.3冲击钻与旋挖钻施工工效对比分析

通过20#-8、21#-7、21#-8桩基进行对比分析：20#-8、21#-8桩基采用传统冲击钻施工工艺（采用14T超重锤），21#-7桩基采用旋挖钻施工工艺。钢护筒下放前均采用冲击钻进行自由冲击钻进桩径2.5m桩长，待桩径2.5m桩长钻进完成后进行钢护筒下放，此钻进周期约10天，钢护筒下放完成后立即进行砼封底，封闭钢护筒与钻进岩面缝隙，然后采用对应的施工工艺进行下一步施工工序。

表321#-7桩基旋挖钻施工工效

表420#-8、21#-8桩基冲击钻施工工效表

通过以上桩基施工对比分析：从22#-24#墩桩基采用旋挖钻施工工艺平均日进尺1.97m，20#、21#墩桩基采用冲击钻施工工艺平均日进尺0.41m；旋挖钻施工工艺单根桩基成孔周期为6天，传统冲击钻施工工艺单根桩基成孔周期为23.8天。

从松下跨海特大桥桩基施工进尺可以看出采用旋挖钻机施工工艺日进尺以及单根桩基成孔周期较冲击钻提升了4倍工效，可进一步缩短成桩周期。

3结语

松下跨海特大桥采用冲击钻+旋挖钻施工工艺完成了20根桩基，经超声波法和低应变法无损检测均为I类桩。通过此施工工艺大幅提升了恶劣海况条件下大直径变径裸岩桩基施工的进度与可靠性，为今后类似桩基工程的施工积累了经验。

参考文献：

[1]齐应明,谭永安,付继承,郭信锋.长江陡坡裸岩灌注型嵌岩桩长江陡坡裸岩灌注型嵌岩桩关键施工技术[J].水运工程2015,(8):113-115.

[2]柯杰，姚清涛，唐衡.裸岩或浅覆盖层条件下嵌岩桩基施工技术研究[J].《施工技术》2018,47(7):53-56.

[3]周联英.深水裸岩大直径桥桩施工技术研究与应用[D].浙江大学建工学院,2010:1-86.

[4]孙宇,申永利.复杂环境下裸岩河床半滩半水中基础施工技术[J].施工技术,2016,(17):83-86.

作者简介：

刘浩，男，1985年04月生，大学本科毕业，工程师

熊子多，男，1989年09月生，大学本科毕业，工程师

邢轩，男，1995年08月生，大学本科毕业，助理工程师