浅谈钻孔灌注桩遇孤石处理施工方法探究

摘  要  自人类进入工业化、城市化以来，基建领域蓬勃发展，各类大型工程越来越多，基础施工技术越来越成熟，各类桩基础应用越来越广泛，其中钻孔灌注桩基础因其施工工艺成熟、承载力高、适用范围广已被广泛应用于各类结构工程基础中。但由于钻孔灌注桩是一项地下隐蔽工程，地质情况不明，施工过程中常受孤石干扰影响，易造成持力层误判，且孤石处理有一定难度，处理成本较高，延长工期，是当前钻孔灌注桩施工中一个较大的技术难题，也是桩基施工质量控制、成本管控的关键所在。本次浅谈结合福州地铁滨海快线全下沉式地下停车场东升停车场工程群桩施工实例进行。

关键词  钻孔灌注桩  孤石处理  金刚牙轮钻头

1工程概况

1.1工程简介

福州市轨道交通福州～长乐机场城际铁路东升停车场工程设计为全下沉式停车场，基坑采用明挖法施工，开挖深度约15.37m，基坑长约913m，宽约36～140m，基坑面积约7.7万m2，采用800mm厚地下连续墙+2层钢筋混凝土内支撑的围护结构形式。地基基础采用钻孔灌注桩，桩径为1.0/1.2m，桩长35～55m，共计3295根桩基。

1.2工程地质条件

（1）地质特征

东升停车场场位于福州市仓山区上三路以南，南台大道以西。根据地质资料，工程地质特征自上而下依次为：杂填土，地层代号<1-2>、淤泥，地层代号<2-4-1>、粉质黏土，地层代号<3-1-1>、（含泥）中砂，地层代号<3-2>、淤泥质土，地层代号<3-4-2>、粉质黏土，地层代号<4-1-1>、（含泥）中砂，地层代号<4-2>、淤泥质土，地层代号<4-4-2>、残积砂质粘性土，地层代号<5-2>、全风化花岗岩，地层代号<6-1>、强风化花岗岩（砂土状），地层代号<7-1>、强风化花岗岩（碎块状），地层代号<7-2>、中风化花岗岩，地层代号<8-1>、中风化辉绿岩，地层代号<8-3>、中风化石英正长斑岩，地层代号<8-5>。

（2）地质勘探过程遇孤石情况及对孤石描述

球状风化核是岩体风化过程中残留的较难风化的微风化或中等风化岩块，岩性坚硬，多呈球状，即“球状风化孤石”。我国东南沿海气候温暖湿润，在此条件下，花岗岩地区残积土、全～强风化中容易发育中～微风化球状孤石。

基坑围护结构在成孔或成槽时必须穿透孤石，孤石增加了成孔和成槽施工难度。如果端承桩设计或施工时将球状孤石错判成稳定的桩端持力层，则很可能会危及工程安全。

地质勘察在MJKZ3-28-75、MJKZ3-28-188、MJKZ3-28-385共19个钻孔中发现有孤石，中风化孤石强度较硬，该孤石主要埋藏于砂土状强风化花岗岩<7-3>层中，对桩基施工影响较大，但由于钻孔间距较大，钻孔以外仍有孤石存在的可能，不排除在全风化岩内遇到其它孤石的可能性，设计时应考虑孤石对施工的不利影响。

2孤石对钻孔灌注桩的影响

2.1对成桩过程的影响

花岗岩孤石一般为中风化和微风化岩性，强度高，赋存于相对较软的风化层中，部分桩基础在成桩过程中需要穿过孤石，进入下覆持力层，如地层中孤石数量较多或粒径较大，将增大成桩的耗材成本，易造成卡钻、斜孔、掉钻头、塌孔等事故增加成桩的工时和成孔质量，对桩基成孔影响较大。

2.2对持力层判定的影响

东升停车场工程桩设计均有入岩要求，以强风化花岗岩（砂土状）、强风化花岗岩（碎块状）为桩端持力层，而孤石在成桩渣样上与基岩类似，都为强风化花岗岩性，容易造成误判孤石为桩端持力层，造成桩基未进入持力层，从而影响桩基质量，造成桩基承载力不足等质量缺陷影响桩基使用效果。

3孤石处理方案选定

3.1设计图纸建议孤石处理方式

由于风化不均匀，在花岗岩残积土、全风化带、半岩半土状或坚硬土状强风化带（不包括岩状强风岩）中可能夹有中、微风化的球状风化"孤石"。如遇孤石，工程桩桩端应采取机械直接（或放坡）挖除、冲击破碎、爆破等施工措施穿越球状"孤石"位于稳定的岩体中。

3.2各类孤石处理优缺点分析

（1）机械直接（或放坡）挖除处理优缺点

施工工艺：挖掘机直接（或放坡）挖除

机械直接挖除效率高、工期短、费用低。但仅适应于埋深较浅的孤石。本工程孤石大都处于场坪以下35～50米的埋深，无法进行放坡开挖，不适用。

（2）冲击破碎处理优缺点

施工工艺：利用卷扬机在冲桩上悬挂冲击锤，通过冲击锤的自重冲击成孔，泥浆护壁。

适合各种土层和岩层的施工，但需要设置泥浆池和沉淀池，遇孤石容易偏孔和掉锤，冲击振动受到孤石干扰比较大，成孔速度较慢、工期长，费用高，因旋挖钻成孔原理与冲击钻有所不同，故需对前期旋挖成孔至遇孤石位置进行回填并加填黄土。利用冲击钻二次成孔至孤石位置，费用300元/米。再对孤石冲击成孔施工。冲击钻遇孤石成孔时间36～48小时/米。

（3）爆破破碎处理优缺点

施工工艺：爆破破碎孤石，先需探明孤石位置，再进行爆破破碎。

爆破破碎不可预见风险较大，可能会存在爆破不到位、而爆破相关审批手续复杂，又因处于城市居民区中，前期准备会耽误工期较长时间，所以不宜采用爆破破碎。

（4）旋挖桩机配金刚牙轮钻头处理优缺点

施工工艺：旋挖成孔首先是通过底部带有活门的桶式钻头回转破碎岩土，并直接将其装入钻头内。然后再由钻孔机提升装置和伸缩式钻杆将钻头提出孔外卸土，这样循环往复。当遇孤石时，采用金刚牙轮钻头不断地钻取孤石。待穿过孤石后，更换截齿捞砂钻头对剩余桩身正常钻进直至钻至设计深度。

旋挖钻配金刚牙轮钻头遇孤石成孔施工2～4小时/米，费用5500～6000元/米（含人工、材料、机械费等）。在工期、费用上均有优势，建议采用旋挖钻配金刚牙轮钻头施工处理孤石。采用旋挖机配金刚牙轮钻头方式处理孤石，相较其他方式工序简单、工效快 、费用合理。缺点是施工噪声较大，需避开夜间及做好临近居民的配合工作。

3.3处理方案的选定

综上论述，采用爆破法，存在工序繁琐且手续审批复杂;机械直接（或放坡）挖除，适用于浅层孤石处理，东升停车场孤石埋深约35～50m，该方式不适用;采用冲击破碎，工效慢，处理费用较高;采用旋挖机配金刚牙轮筒钻头挖除法，则工效快、工序简单，且处理费用经济。综合各类措施安全性、经济性及工效，本工程选用采用旋挖机配金刚牙轮筒钻头挖除方式进行孤石处理。钻孔灌注桩施工严格按照钻孔灌注桩专项施工方案，采用旋挖钻机进行成孔作业，钻头选用截齿捞砂钻头钻进;在钻进过程中突然成孔困难且钻机有明显抖动时停止钻进作业，根据钻孔岩土与临近地勘孔位岩土差异性进行分析（由地勘院、设计院进行），当判定为孤石影响后，更换金刚牙轮钻头进行孤石挖除并采用取岩钻筒配合取岩。穿透孤石后再更换截齿捞砂进行正常钻进。

5孤石处理注意事项

（1）孤石处理采用旋挖钻成孔作业，应当严格钻孔灌注桩施工各项安全质量控制指标要求进行，钻孔前联合监理对桩位偏差进行复核，确保桩位偏差在设计允许范围内;严格控制泥浆性能指标，及钻孔过程中泥浆面标高，确保泥浆护壁效果;钻孔结束后进行清孔处理，确保孔底沉渣满足设计要求;混凝土浇筑前进行导管水密性试验，浇筑过程中严格控制导管在混凝土埋深，浇筑标高应超出设计标高至少50cm;浇筑前严格检查预埋件是否遗漏。

（2）对于钻孔过程中出现钻头突然成孔困难且钻机有明显抖动时，要严格判定是否为孤石影响，应及时通知勘察单位、设计单位、建设单位、监理单位共同进行确认，确认为孤石影响后，严格按照遇孤石处理既定方案进行，确保钻孔灌注顺利穿透孤石达到设计标高。

4结束语

在福州地铁滨海快线东升停车场钻孔灌注桩施工过程中，为有效处理孤石，确保施工进度，控制施工成本，采用旋挖钻配金刚牙轮钻头施工处理孤石方式，该措施处理孤石施工安全、进度较快，且成本相对较低。通过对整个施工工序中各关键点的卡控，并在施工过程中不断调整和优化施工工艺，确保了孤石处理施工质量可控，为今后类似工程孤石处理提供一条参考思路。

参考文献

1、JGJ94-2008建筑桩基技术规范[S].

2、GB 50202-2018建筑地基基础工程施工质量验收标准[S].

3、福州至长乐机场城际铁路工程东升停车场岩土工程勘察报告[Z].