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摘要：城市桥梁在重建过程中，由于历史原因形成了较复杂的地质条件。文章就钻孔过程中遇到条石基础、木桩及及流砂层等障碍时的处理方案作了较详细的介绍。
关键词：复杂地质 钻孔桩施工
随着上海市城市建设的快速发展，苏州河上的许多桥梁面临着拆除重建的问题，原因大抵有三：第一，有些桥梁已到了设计年限，被列入危桥范畴；第二，部分桥梁在当时的设计交通流量已远远不能满足现在的交通流量要求，需要对道路及桥梁进行拓宽改造。第三，有关部门已对苏州河通航净空做了统一规划，部分老桥已不能满足苏州河通航净空的要求，需改造或重建。在上海寸土寸金，往往这些改造项目受用地限制，重建方案大多限于“原拆原建”的基础上，这样就不可避免地为桩基施工带来了很大的困难。因为地下障碍物等形成的复杂地质条件，使设计部门在选用桩基的形式时有较大的局限性，大多采用钻孔桩形式，以下笔者以福建路桥改建工程的钻孔桩施工实践，探讨一下如何克服钻孔桩施工过程中遇到的复杂地质条件。
1. 工程概况
福建路桥跨越上海苏州河，为老桥拆除重建工程，其中桥台桩在岸上施工，桥墩桩为水上施工。
2.1 钻孔桩施工方案的选定
在遇到障碍后，我们积极研究处理办法。首先用风镐，人工挖孔，钢护筒跟进护壁方法处理，以期穿透障碍层，但由于桥台钻孔桩桩位离苏州河很近，地下水位较高，且受潮汐影响严重，同时，苏州河两岸道路多为矿渣和建筑垃圾等杂填土，闭水性及差，在挖深8m（标高-3.5m）以后，已无法将孔内水抽干（该桥位处，苏州河落潮时水位标高1.2m左右，涨潮时水位标高+4.0m左右）。挖孔清障工作无法继续进行。后经多方讨论，决定采用冲击钻和冲抓钻成孔，钢护筒跟进护壁，穿透条石障碍层后，再用回旋鉆机钻孔的施工方案。为了保证成孔过程孔壁的完整性，在配制钻孔护壁泥浆时，选取用钠质膨润土，并掺入适量的甲基纤维素，以提高泥浆的护壁功能。
施工程序：
（1）人工破除障碍层，挖孔至一定深度（约2m）后埋设钢护筒。
（2）冲击钻机就位，冲击条石及木桩障碍层。
（3）接长钢护筒，锤击下沉钢护筒，及时保护所冲成的孔壁，并及时补充护壁泥浆。
（4）用取渣筒及时清除悬浮钻渣，或用冲抓锥及时抓出冲碎的大块石块和木段。
（5）冲孔至超过木桩顶部约1m，并将钢护筒下沉超过木桩顶部以后改用回旋钻机钻孔。
（6）成孔质量检查，灌注混凝土成桩。
2.2 钻孔桩施工
除了人工构造物障碍外，福建路桥桩位处自然地质条件属滨海相和湖沼相沿积层，地层较为平稳，因而在穿透障碍层后，采用回旋钻机用普通的正循环钻孔施工工艺进行钻孔施工。
2.2.1浆砌条石障碍层钻孔施工准备
（1）护筒埋设:因桩位处有条石障碍物，首先用风镐开挖护筒坑，护筒底进入障碍层不小于30cm，护筒坑直径比钢护筒直径大60cm左右，护筒与坑壁之间用黏土回填夯实，护筒顶高出地面30cm。水中桥墩钻孔桩护筒埋入河床以下3m，护筒顶标高5.0m。埋设岸上护筒时要先开挖样沟或样洞，探明地下管线。水上护筒用重锤打入河床，穿透河床覆盖层直到条石障碍层顶部。插打前先将护筒定位，插打过程中注意观察护筒的倾斜度，并随时调整。护筒的平面位置偏差≯5cm，倾斜度偏差≯1%。
（2）泥浆循环系统：由于施工场地狭小，无法在场地内设置大容量的沉淀池，所以利用大型泥浆箱代替。水上桥墩钻孔桩，由于受苏州河水位潮汐变化的影响，利用泥浆船进行泥浆循环比较困难，施工中采用将承台内其余护筒相连构成循环池，并用泥浆泵和岸上泥浆箱相连，将多余泥浆及时抽入泥浆箱中，及时用泥浆车外运。
2.2.2条石障碍层钻孔施工
（1）用单筒卷扬机落锤式冲击钻冲孔，开钻时，先在孔内灌泥浆，泥浆比重1.2～1.4，或将水和粘土投入孔中，用冲锥以小冲程反复冲击造浆。
（2）由于地质条件差，条石长度为80cm～150cm不等，局部地方为古代青砖或杂填土等，使得孔内土质硬度相差较大，容易造成斜孔。钻孔时按1:1投入粘土和小片石（粒径不大于15cm），用冲击钻小冲程反复冲击，使黏土、片石挤入孔壁。对有些孔位，由于孔内条石障碍物不均匀，施工时先在孔内灌注2m厚的C20水下混凝土，使孔底均匀平整，待混凝土有一定强度后，再开始冲孔，使桩孔不致出现斜孔或卡钻现象。
（3）开孔及钻进过程中，应始终保持孔内水位高出地下水位1.5～2.0m，并低于护筒顶面0.3m，以防溢出，掏渣后及时补浆。
（4）破碎的钻渣部分被挤入孔壁，部分被泥浆悬浮于孔中，用取渣筒清出孔外。另外也可用冲抓锥清出较大块的钻渣，以加快钻进速度。
（5）清出钻渣后，及时锤击下沉钢护筒，防止孔壁周围的条石塌入孔内
（6）用冲击锥冲至木桩顶面以下约1m左右后，将护筒下沉至孔底后， 再改用回旋钻机钻孔至孔底。
2.2.3木桩障碍层中的钻孔施工
（1）由于木桩在灰色淤泥质粘土层中，用冲击钻冲砸时，木桩会在土层中下沉，很难将其迅速击碎。因而用冲击钻机冲孔至木桩顶面以下约1m以后，改用回旋钻机正循环钻孔。
（2）冲孔至木桩顶以下后，将护筒锤击下沉至孔底，护筒底低于木桩顶面，以防止钻孔后，孔壁周围的木桩倾倒进孔内。
（3）由于木桩在土体中容易活动，钻头刚进入木桩障碍层时，产生强烈跳钻现象，对孔壁扰动很大，易造成阔孔或塌孔。因而改用回旋钻机钻木桩障碍层时，可先浇注50cm厚C20 水下混凝土将木桩顶固结，待混凝土有一定强度后再进行钻孔。
（4）钻木桩障碍层时，先用φ450～φ500mm钻头钻进，以减小扭矩，减少木桩障碍对钻头和钻机的破坏。
（5）小钻头穿透木桩层后，再改用φ1000mm的钻头钻孔，穿透木桩层后，用正常钻进方法钻进至设计标高
（6）在木桩层中钻进时，采用快转速，慢进尺的方法进行。
2.2.4流砂层中的钻孔施工
0-1#桩和0-7#桩在深度6～9m处遇到流砂障碍层，用粘土抛填后，再用冲击钻机冲孔，使粘土挤入孔壁，并锤击下沉钢护筒护壁。通过流砂层后，再用正常方法钻进。
2.2.5钻孔施工中泥浆控制
钻孔过程中泥浆指标控制
粘性土中：相对密度：1.05-1.20
粘度 16-22s
含砂率 ≯8%-4%
砂性土中：相对密度：1.2-1.45
粘度 19-28s
含砂率 ≯8%-4%
当泥浆指标不能达到上速要求影响成孔质量时，可采用性能合格的粘土（塑性指数大于25，0.005mm以下粘粒含量大于50%的粘土）或膨润土进行调节。在条石障碍层和木桩障碍层中，为达到悬浮钻渣和护壁的作用，采用不分散、低固相、高强度的聚丙烯酰胺即PHP泥浆进行施工控制。PHP泥浆组成：
膨润土为水质量的6%—8%
纯碱为膨润土质量的0.3%—0.5%
羧甲基纤维素（CMC）为膨润土质量的0.1%—0.5%
聚丙烯酰胺（PHP）为泥浆量的0.003%
为防止孔壁渗漏泥浆，可在泥浆中加入适量锯木屑、稻草末或水泥，锯木屑为水质量的1%—2%，水泥填加量为17Kg/m3。
2.2.6水上钻孔桩施工
1#、2#墩钻孔桩均在水上，桩位处遇到了相同的障碍物，我们采用了相同的施工方法进行处理。施工程序为：
木桩草袋围堰→搭建钻孔平台→插打钢护筒→冲击钻钻孔→回旋钻机钻孔→灌注成桩
3. 结语
通过福建路桥钻桩施工的成功实践，为苏州河重建桥梁施工积累了宝贵的经验，对其他类似地质情况的钻孔桩施工也有一定的借鉴意义。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：复杂地质 钻孔桩施工
随着上海市城市建设的快速发展，苏州河上的许多桥梁面临着拆除重建的问题，原因大抵有三：第一，有些桥梁已到了设计年限，被列入危桥范畴；第二，部分桥梁在当时的设计交通流量已远远不能满足现在的交通流量要求，需要对道路及桥梁进行拓宽改造。第三，有关部门已对苏州河通航净空做了统一规划，部分老桥已不能满足苏州河通航净空的要求，需改造或重建。在上海寸土寸金，往往这些改造项目受用地限制，重建方案大多限于“原拆原建”的基础上，这样就不可避免地为桩基施工带来了很大的困难。因为地下障碍物等形成的复杂地质条件，使设计部门在选用桩基的形式时有较大的局限性，大多采用钻孔桩形式，以下笔者以福建路桥改建工程的钻孔桩施工实践，探讨一下如何克服钻孔桩施工过程中遇到的复杂地质条件。
1. 工程概况
福建路桥跨越上海苏州河，为老桥拆除重建工程，其中桥台桩在岸上施工，桥墩桩为水上施工。
2.1 钻孔桩施工方案的选定
在遇到障碍后，我们积极研究处理办法。首先用风镐，人工挖孔，钢护筒跟进护壁方法处理，以期穿透障碍层，但由于桥台钻孔桩桩位离苏州河很近，地下水位较高，且受潮汐影响严重，同时，苏州河两岸道路多为矿渣和建筑垃圾等杂填土，闭水性及差，在挖深8m（标高-3.5m）以后，已无法将孔内水抽干（该桥位处，苏州河落潮时水位标高1.2m左右，涨潮时水位标高+4.0m左右）。挖孔清障工作无法继续进行。后经多方讨论，决定采用冲击钻和冲抓钻成孔，钢护筒跟进护壁，穿透条石障碍层后，再用回旋鉆机钻孔的施工方案。为了保证成孔过程孔壁的完整性，在配制钻孔护壁泥浆时，选取用钠质膨润土，并掺入适量的甲基纤维素，以提高泥浆的护壁功能。
施工程序：
（1）人工破除障碍层，挖孔至一定深度（约2m）后埋设钢护筒。
（2）冲击钻机就位，冲击条石及木桩障碍层。
（3）接长钢护筒，锤击下沉钢护筒，及时保护所冲成的孔壁，并及时补充护壁泥浆。
（4）用取渣筒及时清除悬浮钻渣，或用冲抓锥及时抓出冲碎的大块石块和木段。
（5）冲孔至超过木桩顶部约1m，并将钢护筒下沉超过木桩顶部以后改用回旋钻机钻孔。
（6）成孔质量检查，灌注混凝土成桩。
2.2 钻孔桩施工
除了人工构造物障碍外，福建路桥桩位处自然地质条件属滨海相和湖沼相沿积层，地层较为平稳，因而在穿透障碍层后，采用回旋钻机用普通的正循环钻孔施工工艺进行钻孔施工。
2.2.1浆砌条石障碍层钻孔施工准备
（1）护筒埋设:因桩位处有条石障碍物，首先用风镐开挖护筒坑，护筒底进入障碍层不小于30cm，护筒坑直径比钢护筒直径大60cm左右，护筒与坑壁之间用黏土回填夯实，护筒顶高出地面30cm。水中桥墩钻孔桩护筒埋入河床以下3m，护筒顶标高5.0m。埋设岸上护筒时要先开挖样沟或样洞，探明地下管线。水上护筒用重锤打入河床，穿透河床覆盖层直到条石障碍层顶部。插打前先将护筒定位，插打过程中注意观察护筒的倾斜度，并随时调整。护筒的平面位置偏差≯5cm，倾斜度偏差≯1%。
（2）泥浆循环系统：由于施工场地狭小，无法在场地内设置大容量的沉淀池，所以利用大型泥浆箱代替。水上桥墩钻孔桩，由于受苏州河水位潮汐变化的影响，利用泥浆船进行泥浆循环比较困难，施工中采用将承台内其余护筒相连构成循环池，并用泥浆泵和岸上泥浆箱相连，将多余泥浆及时抽入泥浆箱中，及时用泥浆车外运。
2.2.2条石障碍层钻孔施工
（1）用单筒卷扬机落锤式冲击钻冲孔，开钻时，先在孔内灌泥浆，泥浆比重1.2～1.4，或将水和粘土投入孔中，用冲锥以小冲程反复冲击造浆。
（2）由于地质条件差，条石长度为80cm～150cm不等，局部地方为古代青砖或杂填土等，使得孔内土质硬度相差较大，容易造成斜孔。钻孔时按1:1投入粘土和小片石（粒径不大于15cm），用冲击钻小冲程反复冲击，使黏土、片石挤入孔壁。对有些孔位，由于孔内条石障碍物不均匀，施工时先在孔内灌注2m厚的C20水下混凝土，使孔底均匀平整，待混凝土有一定强度后，再开始冲孔，使桩孔不致出现斜孔或卡钻现象。
（3）开孔及钻进过程中，应始终保持孔内水位高出地下水位1.5～2.0m，并低于护筒顶面0.3m，以防溢出，掏渣后及时补浆。
（4）破碎的钻渣部分被挤入孔壁，部分被泥浆悬浮于孔中，用取渣筒清出孔外。另外也可用冲抓锥清出较大块的钻渣，以加快钻进速度。
（5）清出钻渣后，及时锤击下沉钢护筒，防止孔壁周围的条石塌入孔内
（6）用冲击锥冲至木桩顶面以下约1m左右后，将护筒下沉至孔底后， 再改用回旋钻机钻孔至孔底。
2.2.3木桩障碍层中的钻孔施工
（1）由于木桩在灰色淤泥质粘土层中，用冲击钻冲砸时，木桩会在土层中下沉，很难将其迅速击碎。因而用冲击钻机冲孔至木桩顶面以下约1m以后，改用回旋钻机正循环钻孔。
（2）冲孔至木桩顶以下后，将护筒锤击下沉至孔底，护筒底低于木桩顶面，以防止钻孔后，孔壁周围的木桩倾倒进孔内。
（3）由于木桩在土体中容易活动，钻头刚进入木桩障碍层时，产生强烈跳钻现象，对孔壁扰动很大，易造成阔孔或塌孔。因而改用回旋钻机钻木桩障碍层时，可先浇注50cm厚C20 水下混凝土将木桩顶固结，待混凝土有一定强度后再进行钻孔。
（4）钻木桩障碍层时，先用φ450～φ500mm钻头钻进，以减小扭矩，减少木桩障碍对钻头和钻机的破坏。
（5）小钻头穿透木桩层后，再改用φ1000mm的钻头钻孔，穿透木桩层后，用正常钻进方法钻进至设计标高
（6）在木桩层中钻进时，采用快转速，慢进尺的方法进行。
2.2.4流砂层中的钻孔施工
0-1#桩和0-7#桩在深度6～9m处遇到流砂障碍层，用粘土抛填后，再用冲击钻机冲孔，使粘土挤入孔壁，并锤击下沉钢护筒护壁。通过流砂层后，再用正常方法钻进。
2.2.5钻孔施工中泥浆控制
钻孔过程中泥浆指标控制
粘性土中：相对密度：1.05-1.20
粘度 16-22s
含砂率 ≯8%-4%
砂性土中：相对密度：1.2-1.45
粘度 19-28s
含砂率 ≯8%-4%
当泥浆指标不能达到上速要求影响成孔质量时，可采用性能合格的粘土（塑性指数大于25，0.005mm以下粘粒含量大于50%的粘土）或膨润土进行调节。在条石障碍层和木桩障碍层中，为达到悬浮钻渣和护壁的作用，采用不分散、低固相、高强度的聚丙烯酰胺即PHP泥浆进行施工控制。PHP泥浆组成：
膨润土为水质量的6%—8%
纯碱为膨润土质量的0.3%—0.5%
羧甲基纤维素（CMC）为膨润土质量的0.1%—0.5%
聚丙烯酰胺（PHP）为泥浆量的0.003%
为防止孔壁渗漏泥浆，可在泥浆中加入适量锯木屑、稻草末或水泥，锯木屑为水质量的1%—2%，水泥填加量为17Kg/m3。
2.2.6水上钻孔桩施工
1#、2#墩钻孔桩均在水上，桩位处遇到了相同的障碍物，我们采用了相同的施工方法进行处理。施工程序为：
木桩草袋围堰→搭建钻孔平台→插打钢护筒→冲击钻钻孔→回旋钻机钻孔→灌注成桩
3. 结语
通过福建路桥钻桩施工的成功实践，为苏州河重建桥梁施工积累了宝贵的经验，对其他类似地质情况的钻孔桩施工也有一定的借鉴意义。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。