唐山市规划建筑设计研究院河北省唐山市063000
摘要：结合唐山二环路后屯石矿桥桩基成孔的施工实践，探讨了硬质石灰岩地质大直径桩基成孔的工艺。施工现场通过采用旋挖钻机成孔工艺，大大的提高了成孔效率，缩短了施工工期。
关键词：旋挖钻机；硬质石灰岩；桩基成孔
桩基是现代桥梁中常用的基础形式，桩基施工成孔工艺需根据工程所在地区地层条件确定。随着我国工业水平的发展，桩基施工机械种类在不断增多，桩基成孔的工艺水平不断提高。硬质岩层地质桩基成孔一直是桩基施工中的一大难题，主要是进尺速度慢，施工周期长。在硬质岩层地质桩基成孔采用新的成孔技术，加快进尺速度是桥梁施工需研究的一项课题。
一、工程概况
后屯石矿桥是唐山二环路跨越后屯石矿矿坑的重要工程节点，桥梁跨越现状石灰岩废弃矿坑，矿坑较深，露天采坑深度75～100m。桥梁设计标准为城市主干路，为双向六车道，分为两幅。桥梁上部结构为单跨40m的组合式小箱梁结构，桥梁全长为440m。桥梁下部结构为薄壁空心墩，承台群桩基础。下部墩高最大高度为61m，每处承台下设置6颗桩，桩径为1.8m，桩长为20—35m不等，入中风化或微风化石灰岩深度不小于5m。
依据地勘报告，场地土岩性主要由杂填土和石灰岩组成，杂填土层厚度仅为0.5—6.8m，大部分为石灰岩地层，石灰岩不同位置分为强风化岩、中风化岩、微风化岩。局部存在充填红黏土的岩溶夹层。岩层强度较高，平均强度为30Mpa，局部岩层强度高达70Mpa。地下水位较低，勘察范围内未见地下水。
全桥桩基共计102颗，均为嵌岩桩，桩基工程量巨大，且要求桥梁施工工期短，施工周期紧张。因此采用合理桩基的施工工艺，提高桩基成孔效率在本工程中尤为重要。
二、桩基成孔工艺
1、人工挖孔桩法
人工挖孔桩法是在桩基位置处采用人工开挖。由于桩基位于硬质石灰岩地区，人工开挖成孔需进行爆破作业，岩层爆破松动后，采用人工挖除松散石方。由于需进行爆破，对环境污染大，另外施工周期长，施工人员安全隐患大，技术落后，此桩基成孔方法会逐渐被淘汰。本工程采用人孔挖桩法显然不合适。
2、冲击成孔法
冲击成孔法是采用冲击钻冲击成孔，冲击钻是靠钻具的垂直往复运动，使钻头冲击桩孔底以破碎岩层。由于施工现场岩层坚硬，冲击成孔速度极慢，进尺速度缓慢，有时会出现整天不进尺情况。现场为石灰岩地质，岩溶较发育，施工中容易出现卡钻现象，一旦出现卡钻，单根桩基成孔时间会更长。采用冲击钻施工，振动、噪音对周边居民影响较大。考虑到本工程施工周期紧张，采用冲击成孔法也不合适。
3、旋挖钻成孔
旋挖钻机成孔是先利用小直径牙轮筒式钻头在岩层中磨出环槽，停止压磨后，利用钻头在孔底交替进行正反转，最后采用牙轮筒将岩心取出。小直径钻头成孔后，再更换为大直径截齿钻头进行破碎扩孔，以达到设计要求桩径。采用旋挖钻进行桩基钻进，施工速度快，单根桩基成孔时间基本在48小时以内。旋挖钻不但施工速度快，而且相对上两种成孔工艺，规避了人工作业的危险性，且噪音小。因此采用旋挖钻成孔工艺，完全可以满足本工程需求。
三、旋挖钻成孔工艺
1.旋挖钻工艺原理
旋挖钻在硬质石灰岩地质成孔选用牙轮筒钻头和机锁式钻杆。钻杆与钻头通过锁点连接。旋挖钻通过钻杆把压力传递给钻头，在压力作用下，钻头通过不断的旋转与岩层产生剪切力。最终在岩体四周磨出环槽，最后钻头在孔底交替进行正反转，利用牙轮筒将岩心取出，形成钻孔。
对于大桩径钻孔，旋挖钻需要分步进行，先完成小桩径成孔，然后对小桩径进行扩孔，直到达到设计桩径。
2.具体成孔方案
根据现场石灰岩的强度，并结合桩长、桩径，现场施工时采用了SR360、SR405两种型号旋挖钻机。SR360系列旋挖钻机最大输出扭矩为360KN/m；加压系统的加压力为290KN；成孔的最大直径为2.5m；钻孔最大深度为65m。SR405系列旋挖钻机最大输出扭矩为405KN/m；加压系统的加压力为360KN；成孔的最大直径为2.8m；钻孔最大深度为72m。
本工程桩基直径为1.8m，采用旋挖机钻进成孔时需分两步进行。第一步旋挖机钻杆连接牙轮筒钻头，钻头直径为1.2m。通过旋挖钻机不断的输出扭矩、压力，带动牙轮钻头不断旋转。通过钻头旋转与岩层接触面不断的摩擦，最终在岩体四周磨出环槽，随着钻机加压系统不断输出压力，环槽深度不断加深，每次环槽深度为0.8m—1m。环槽切割完成后，钻头在孔底交替进行正反转，最后采用牙轮筒将岩心掰断并取出，完成一次进尺。每次进尺重复以上操作，最终达到设计桩长，完成了第一步，形成了1.2m钻孔。
第二步将旋挖钻钻头更换为直径为1.8m的截齿钻头，将桩基孔径由1.2m扩孔至1.8m。由于第一步施工完成后形成了1.2m孔径，破坏了岩层的整体性，因此截齿钻在扩孔时相对容易。扩孔钻进为全断面破碎岩，岩壁被最终磨为石屑，进尺达到一定深度时，捞渣钻头进行石屑清理。不断重复第二步操作，直到达到桩基设计深度，钻孔最终完成。
硬质石灰岩地质采用旋挖钻成孔，进尺速度快，施工周期短；另外施工操作简单，施工人员相对安全。由于施工速度快，节约了成本，为工程顺利完工节约了宝贵的时间。后屯桥桩基施工采用此成孔工艺是合理的。
3.存在问题
旋挖钻清孔时采用筒式钻头，采用此方法清孔，桩底中间位置钻渣清理较为干净，但是桩底四周不可避免会留有少量的钻渣，造成桩底清孔不彻底。因此采用旋挖钻成孔时，应进一步采取措施，例如增加吸泵或吸污机进一步清理桩底残渣。
四、结语
桥梁桩基施工是桥梁施工中至关重要的一环，施工时应根据场地地质情况、桩长、桩径选择适合的成孔工艺。选择合适的成孔工艺不但加快施工进度，而且能够降低工程成本。
但是每个工程都有其特殊性，要根据每个工程实际情况选取合理的桩基成孔工艺。其它工程若遇到类似地质条件，综合考虑工期、成本后可以参考选用旋挖钻机成孔工艺。
参考文献：
[1]周进，浅层盖层大直径嵌岩桩基旋挖钻机施工技术，交通世界，2018
[2]吴先锋周冬施德，硬质钻孔桩旋挖钻环切取芯快速成孔施工技术，中国新技术新产品，2018.