浅折桩基施工中孤石常用处理方法

陈晓雄

1 概述

在桩基施工过程中，常在残积土及全风化层、强风化层中由于岩石风化不均，常常会遇到随机分布的孤石，由于孤石其形状一般呈圆形或椭圆形，大小各异、埋藏深度不同，且孤石发育情况也随着地层风化程度不同而随机分布，主要存在的方式有两种，一种为单一孤石、另一种呈串珠状分布，孔内状况较为复杂，穿透孤石成孔难度较大，在这类地层中施工钻孔桩钻进效率低，钻具寿命短，易产生卡钻、斜孔、掉钻头、塌孔等事故，成孔速度也较慢，严重影响施工的正常进度，有的甚至因施工无法进展而不得不变更设计，花费成本较高，经济效益差；如何处理钻孔所遇到的孤石，是当前桩基施工中一个较大的技术难题，也是引起桩基工程变更、费用控制和施工争议等问题的关键所在。

2 孤石处理的主要方法

该类地层常用的施工方法：人工开挖法、冲击法、爆破法。

3 工程实例

3.1 工程地质概况

本工程建筑场地地形地貌属冲洪积阶地，场地北侧属剥蚀残丘地貌，项目主要建筑物有：1-1#楼～1-4#楼，其中，1-1#楼为9层住宅楼，1-2#楼～1-4#楼为21层住宅。本工程总用地面积20745.31m（2含城市道路用地面积4431.55m2，实际用地面积16313.76m2，计容建筑面积74579.39m2）。

3.2 工程场地内孤石发育情况及分布规律

依据建设单位提供的勘察报告表明，在钻探深度不同范围内，在残积粘性土及各风化岩层中揭露大量的球状风化体，风化程度属微风化花岗闪长岩孤石。经统计，在钻探深度内，在所布置的64个勘探孔中共有48个揭露球状风化体，分布最多的钻孔是ZK70号钻孔，共揭露16处孤石，其次是ZK82号钻孔揭露12处。在ZK70、ZK82号钻孔处，在残积粘性土、全风化花岗闪长岩、土状强风化花岗闪长岩、碎块状强风化花岗闪长岩均有球状风化体分布。场地内，残积粘性土层共揭露23处球状风化体，全风化花岗闪长岩层共揭露34处球状风化体，土状强风化花岗闪长岩层共揭露92处球状风化体，碎块状强风化花岗闪长岩层共揭露72处球状风化体。经钻探揭露球状风化体厚度最小0.20m，如ZK43、ZK44、ZK82号钻孔处，厚度最大达5.30m，如ZK69号钻孔处。经钻探揭露球状风化体埋深最浅处为6.30m，如ZK91钻孔处，位于残积粘性土层中；埋深最深处为65.00m，如ZK63钻孔处，碎块状强风化花岗闪长岩中。

由于场地内分布大量球状风化体，其分布的深度和厚度均杂乱无序，且各风化岩层层面起伏变化大，因此，桩基施工前，应根据设计桩位布置图，在桩位处采取超前钻孔方式重新确定设计的桩基持力层埋深，以避免桩基持力层误判，尤其是当设计采用中风化花岗闪长岩、微风化花岗闪长岩作为桩基时，先进行超前钻孔判别桩端持力层特别重要。

3.3 本工程孤石处理方法

3.3.1 冲击钻法

依本工程勘察报告表明，场地内不同深度内分布大量球状风化体（孤石），回转钻进桩机在破碎施工孤石过程中，常采用牙轮钻头进行施工，但牙轮钻头破岩过程中，常因孤石面不平，阻力不同，经常出现跳转，造成牙掌脱落较多，且牙轮钻头磨损严重，破碎孤石速度相当缓慢，所以一般破碎孤石处理大都不选取回转桩机，因而本工程桩选用冲击桩机进行施工，冲进中遇孤石粒径较小或探头石，若因孤石表面形状不均匀，通常灌注强度相近的混凝土或采用片石回填，回填高度大于孤石表面上0.50m左右，开始先采用低冲程冲击，冲程控制在l～2m，通过加快频率来破坏孤石光滑坚硬的表面，同时使锤头充分转动避免偏孔。在冲进孤石10cm深后改用高冲程冲击，冲程改为2～3m，同时泥浆浓度控制在1.3左右，防止孔壁失稳而产生塌孔，也可采用高低冲程交替冲击，直至顺利穿透孤石，该处理方法效率较高，在本工程遇小型孤石常用的处理方法。但对于大型孤石群或孤石粒径较大时，采用一般冲击钻进方法，锤头损坏严重，效率低，工期长，损耗大，可根据周边环境及地质因素采用钻孔爆破法进行孤石爆破处理。

3.3.2 钻孔爆破法

（1）钻孔爆破法特点

在冲进过程中遇到较大粒径的孤石时，用小型勘察钻机查明孤石的产状、大小、形状，并依此来制定爆破孔的数量、分布和装药量，利用小口径钻头在孤石上钻出爆破眼，然后在小孔内安放适量的炸药对孤石进行爆破。清除孔内岩块进而达到钻孔顺利穿过孤石的目的。对于垂直高度特别大的巨石可以进行多次爆破直到钻孔穿过巨石。钻孔爆破具有如下特点：

①施工周期短，成本低；

②适应范围广，可适应不同埋深的孤石、滚石；

③方便灵活，可根据孤石的形状、大小来具体确定爆破孔的孔径、深度和装药量大小，对形状厚度较大的孤石，可实施分层爆破确保钻孔质量；

（2）钻爆工艺方法

桩机回旋钻钻进遇花岗岩孤石时，通常每小时钻进进尺l～3cm。经过用小型钻机XY-l00抽芯，探查地质情况、孤石位置，确定是巨大孤石群或孤石粒径较大时，采用钻孔爆破法处理孤石，根据周围环境，为了确保施工安全和施工质量，采用钻孔爆破施工，首先根据孔径大小及孤石粒径大小，在孤石面上一般采取四点定位钻眼，桩孔中心布置一个钻眼，另在中心外等腰三角形各顶点各布一个钻眼，钻眼孔径宜为75～90mm，钻眼深度约在孤石底板以上0.30m外，依孤石大小，计算确定炸药量，利用钻杆内径孔将防水炸药送至钻眼内，需请专职爆破人员安装完成后进行爆破，孤石在爆破作用下，孤石内部不同程度受破坏，再用冲击钻机进行破碎，经过爆破后其冲击进尺明显增加，泥浆比重适当增大，有利携带孔内石渣，提高成孔进度。这是本工程针对较大粒径的孤石的主要处理方法，也是行之有效折方法。

4 几种孤石处理方法的优缺点

（1）常规冲进法

优点：①方法简单，便于操作；②处理孤石粒径较小，硬度不太高的孤石效果显著，且方便快捷；③所需材料基本为常规材料，易于采购，处理费用也较低。

缺点：①锤头损坏过快，锤牙损坏严重，甚至伤及锤脚形成“不倒翁”式圆底锤，甚至将锤耳震断导致锤头作废；②冲孔操作工作量和强度较大，且易形成思想包袱，工作效率低；③处理孤石粒径较大、硬度较高的孤石效果较差，时间较长；④容易出现卡钻和缩孔现象。

（2）钻孔爆破冲进法

优点：①处理孤石粒径较大、硬度较高的孤石效果较好，如提前准备则能极大的提高施工效率；②钻孔设备损坏程度较低。

缺点：①施工工序较繁琐，需合理安排各工序；②需要钻探和爆破单位配合，往往延误工期，且处理费用较高；③处理深度加大的孤石，所需材料较多，且钻孔困难，不易处理；④爆破效果难以控制，药量过小不能将孤石破坏，过大则易造成扩孔，且存在安全隐患。

5 结束语

综上所述，桩基施工遇孤石群或较大粒径孤石时，首先应根据工程的实际情况，综合分析孤石的形态、大小、硬度及施工环境等多方面因素，结合各种处理孤石方法及特点，一般采用冲击桩机进行处理，而遇孤石群或较大粒径孤石时，如施工环境及现有的物质条件下，灵活地采用冲击桩机结合爆破等综合性的技术方法，将几种技术方法的长处有机地组合起来，形成特定的工艺，才能迅速、有效地穿透孤石，确保施工顺利进行及工期保证，施工质量达到设计及有关规范要求。

[1]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）[S].

[2]刘殿中.工程爆破实用手册.北京：冶金工业出版版社，1999.