桩基础冲击钻成孔在坚硬倾斜岩层中偏钻的水下爆破解决法_毕伟.pdf

建筑施工第44卷第12期2841桩基础冲击钻成孔在坚硬倾斜岩层中偏钻的水下爆破解决法毕 伟 郑 磊 张 顺 张丽萍 祝能清云南建投第六建设有限公司 云南 昆明 650217摘要：为解决西南地区岩溶地质条件下坚硬倾斜岩层中，桥梁桩基冲击成孔施工中遇到偏钻且偏钻位置不能突破的问题，通过实践，采用乳化炸药水下爆破的方法，并辅以测绳法绘制水下地形图、倾斜岩层爆破处理、钻孔深度计算等，在较少处理次数内迅速突破偏钻位置，解决了偏钻问题。冲击钻成孔与水下爆破相结合，可以适用于岩溶地质条件下的坚硬倾斜岩层，同时减少了卡钻事故，提升了桩基质量，并缩短了施工工期。关键词：桩基础；冲击钻成孔；岩溶；灰岩；偏钻；乳化炸药；水下爆破中图分类号：TU753 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2022)12-2841-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2022.12.009Underwater Explosion Method for Solving Deviation Drilling of Pile Foundation Punch Drill Pore-forming in Hard Inclined Rock StratumBI Wei ZHENG Lei ZHANG Shun ZHANG Liping ZHU NengqingYCIH No.6 Construction Co.,Ltd.,Kunming,Yunnan 650217,ChinaAbstract:In the hard and inclined rock stratum under the Karst geological conditions of Southwest China,the problem of deviation drilling and its position can not be broken through is encountered in the construction of punch drill pore-forming for bridge pile foundation.The method of underwater blasting with emulsion explosive is adopted,and the underwater topographic map,inclined rock blasting treatment and drilling depth calculation are drawn by measuring rope method.The problem of deviation drilling is solved by quickly breaking through the position of deviation drilling in less processing times.The combination of punch drill pore-forming and underwater blasting can be applied to the hard and inclined rock stratum under Karst geological conditions,while at the same,it can reduce the drill sticking accidents,improve the quality of pile foundation,and shorten the construction period.Keywords:pile foundation;punch drill pore-forming;Karst;limestone;deviation drilling;emulsion explosive;underwater blasting1 工程概况碧阳二道快速化改造工程位于贵州省毕节市。毕节市地处云贵高原急剧抬升地段，地势崎岖，岩溶地貌如石芽、峰丛、峡谷、溶洞、溶蚀洼地、天生桥与地下河分布普遍。沿线地貌有构造侵蚀、浅切低中山侵蚀、溶蚀地貌，可溶岩分布区为峰丛洼地斜坡地貌。碧阳二道位于毕节市南市区，为城市主干道快速化改造工程。东环立交桥（桥梁中心桩号K0756.159）为碧阳二道主线上跨桥，跨越东环路。该桥是整个碧阳二道快速化改造的控制性工程。桥梁下部采用钢筋混凝土排架式桥墩和肋板式桥台，桥墩处单幅设置3根桩柱，柱顶设盖梁，桥墩立柱直径为1.3 m，桩基直径为1.6 m。肋板式桥台设置3根厚0.8 m的肋板，肋板下设1.5 m厚承台，配直径1.2 m的双排桩基。本工程桩基均为端承桩，设计桩基持力层为中风化灰岩。取9件中风化灰岩试样作室内试验，试验结果统计见表1。根据GB 500212001岩土工程勘察技术规范，中西南地区桥梁桩基础工程大多使用冲击钻机成孔，冲击钻机设备复杂程度低、操作简单、适用于各种地质情况，特别适用于山区丘陵嵌岩桩的成孔。但云贵地区多岩溶、溶蚀地貌，如在此地貌下遇到坚硬倾斜岩层时，冲击钻机锤头易发生偏钻、卡钻。在不具备其他成孔条件、但冲击钻成孔又困难时，如何解决偏钻问题，成为工程建设者不得不攻克的难题。本文结合毕节市某市政工程岩溶地貌桥梁桩基钻进中的水下爆破实践，对水下爆破解决冲击钻偏钻问题的可行性进行了试验，对水下药孔钻孔、爆破施工流程、倾斜岩层爆破处理及水平断面钻孔深度计算等进行了深入研究，为今后类似工况的解决提供了实践经验1-4。作者简介：毕 伟（1988），男，本科，工程师。通信地址：云南省昆明市官渡区阿拉街道办西邑村145号东麓锦苑（650217）。电子邮箱：收稿日期：2022-07-07地基基础FOUNDATION BED&FOUNDATION202212Building Construction2842表1 中风化灰岩抗压强度统计岩石名称指标取值范围统计数平均值标准差变异系数统计修正系数标准值中风化灰岩重度/（kN/m3）27.027.5927.22 0.017 0.006饱和单轴抗压强度/MPa31.753.58941.437 6.458 0.1560.90237.396风化灰岩的饱和单轴抗压强度标准值为37.396 MPa，属硬岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级划分为类。岩体中节理裂隙较发育，依据JTG D632007公路桥涵地基与基础设计规范，取中风化灰岩地基承载力基本容许值为2 200 kPa。2 桩基础施工中的偏钻现象本工程桩基均为端承桩，设计桩基持力层为中风化灰岩。由表1可看出，中风化灰岩饱和单轴抗压强度31.7 53.58 MPa，平均值为41.437 MPa，质地十分坚硬，考虑到我公司机械储备，结合以往施工经验，决定使用冲击钻机施工。冲击钻机施工中发现，在进入中风化灰岩层后，受岩层倾斜影响，钻机出现偏钻现象。岩层倾斜情况具体如图1所示。高程/m1425145572724 8405781 446.59 m5782 3482 34814531451144914471445144314411439143714351433143114291427岩层倾向及倾角设计高程设计高程64 47图1 岩层倾斜情况地勘剖面显示，该区域中风化灰岩岩层倾向64，岩层倾角47，倾斜情况严重。在冲击钻进过程中，由于岩体较破碎，易形成斜面岩层、探头石等情况。如图2所示。（a）斜面孔（b）探石头（c）正常孔位扩孔区扩孔区软弱区图2 倾斜岩层与正常岩层钻孔内情况剖面在冲击东环立交桥右幅2-3#桩基，在冲击深度至12 m时，出现桩基钢绳抖动、偏钻现象。Y2-3#桩基施工持续了19 d。偏钻出现后，首先采用常规的“回填片石复打”方法处理。采用岩性较好的灰岩片石回填2 m后复打，到12 m孔深时，偏钻现象持续。再次尝试采用“回填片石复打”方法处理，回填片石高度增加至3 m，回填后，到11.9 m孔深时，又出现偏钻现象。回填灰岩片石复打，共反复进行5次，仍无法突破偏钻位置。接着，采用“回填水泥复打”的方法，回填了15 t PC 32.5水泥，静置5 d后复打，但复打到12.1 m位置，偏钻现象持续。而后，又采用“浇筑C50混凝土，待混凝土强度达到80%后再复打”的方法，浇筑C50混凝土7 d后复打，但到12.5 m孔深时，偏钻现象持续。相邻的碧阳二道三工区施工的毕节站立交桥（BYE K4 540），使用旋挖机钻孔，每日钻进深度4 m，且未出现卡钻、偏孔现象。鉴于此，我方也进场了“动力头加压力为360 kN”的旋挖机一台（属于大型旋挖机），作为偏钻孔位的主要施工机械。旋挖机进场后，一方面前8 h进尺仅为4 m，进入中风化核心岩层后，甚至出现了8 h钻进60 cm的艰难情况。另一方面，旋挖机油耗相当高，每工班（8 h）需柴油400 L，钻孔成本急剧增高。分析原因，相距3.8 km的两座桥，地层地质变化很大。毕节站立交桥也属于中风化灰岩，但其饱和单轴抗压强度平均值仅为32.840 MPa。东环立交桥的中风化灰岩的强度高（平均值达到41.437 MPa），且破碎的岩层中夹杂着软弱土。锤头冲击中，岩层接触面削减程度不一致，软弱部分受回填料挤压，先沉陷，强度高的灰岩受损小，形成斜面或探头石，无法突破，桩孔迟迟不能成孔，工期严重延误。冲击钻偏钻，在提钻过程中会造成钻头吊绳与吊孔剧烈摩擦，因钻头重心不稳而剧烈晃动，有断绳掉锤的风险。而偏钻引发的桩孔扩孔，则会在浇筑中造成混凝土超方，甚至引起桩基偏心。另外，多次回填复打造成的工期损失，也极大地影响了整个桥梁的施工进度。亟需找到一种行之有效的方法，能在较少处理次数内迅速解决偏钻问题，减少卡钻事故，保证桩基质量，提高生产效率。在尝试了多种方法无果后，决定尝试水下爆破松动倾斜岩层来辅助冲击钻孔，如果能成功，可以大大加快施工进度，且与其他施工方法相比，有一定的经济优越性。3 水下乳化炸药爆破法3.1 水下爆破施工工艺流程水下爆破施工工艺流程为：地质钻作业平台安装地质勘查钻机就位确定倾斜岩面孔深或探头石形态，钻孔滑入装药套筒测量严控孔位准确装药连线钻孔毕伟、郑磊、张顺、张丽萍、祝能清:桩基础冲击钻成孔在坚硬倾斜岩层中偏钻的水下爆破解决法建筑施工第44卷第12期2843平台警戒，起爆回填弱风化片石冲击钻继续钻进。3.2 施工方法水下爆破药孔采用地质勘探钻机钻孔。地质钻整备质量小，钻杆直径小，钻孔定位容易控制，且操作简便，利于装药。本次钻孔机具计划选用GJ-150型地质钻，孔径100 mm。为了确保钻孔达到爆破效果，钻孔应有一定的超钻深度。综合考虑灰岩的特征，超钻深度取值20 mm。由于冲击钻成孔的桩孔内充斥着泥浆，无法通过目测确定水下情况。使用测绳沿护筒圆周及直径方向下探量测，记录孔深，根据测量数据绘制锤头接触面地形图，以掌握倾斜岩面孔深，或探头石形态（图3）。孔深测绳钢护筒图3 测绳法绘制水下地形东环桥桩基础直径为1.6 m，埋设护筒后，孔口直径为2.0 m左右。地质钻机履带宽度1.5 m，无法在护筒上稳定立足。通过槽钢、工字钢、钢板焊接成作业平台，钻孔时，根据绘制的接触面地形图进行测量定位，指挥钻机就位，做到钻孔定位准确，防止漏钻和叠钻。根据倾斜岩面形态、探头石或孤石的大小计算该点的钻孔深度。计算方法如图4所示。施工时要按要求钻到所需深度，以避免二次爆破。相关公式如下：爆孔3 爆孔2 爆孔1L1L2h2h1D2D10.3HHH图4 起爆孔孔深计算图例 DnHhn（1）hnlnsin （2）arc sin(L/H)（3）式中：Dn起爆孔总深度；H固定深度，Hmin5 m；hn斜面附加孔深；Ln斜面上高位孔与最低位孔间平距，Lmin30 cm；岩面倾斜角。在冲击钻孔的护壁泥浆内爆破，要求炸药具有防水性，既要使倾斜面的岩层或探头石松动，又要保证不使桩孔孔径扩大。经毕节市108地质大队的专家论证后，决定选用具有防水性能良好的乳化炸药，由80 mm塑料管包装。非电雷管用环氧树脂灌封