摘要
冲孔灌注桩虽然在各类地层都具有广泛的适用性，但是在复杂地质条件下，极易发生偏孔。结合某高层建筑冲孔灌注桩施工中频繁偏孔的情况，对冲孔过程中的偏孔问题进行全面分析研究。以桩孔纠偏预防为目标，从应对孤石和斜硬岩层2个方面来针对性进行研究，应对孤石时，合理控制钻头、冲程及冲孔频率；应对斜硬岩层时，研究了钻头增厚硬质合金块改进技术。经现场应用，有效地避免了偏孔的产生。
冲孔灌注桩施工工艺作为一种常用的桩基施工技术，由于其穿透岩层能力强、稳定性好、适用于各种复杂地质条件、施工孔深不受限制等优点，在国内应用已久。但在实际施工中，由于复杂地质情况，同样会面临漏浆、塌孔、偏孔等各种问
拟建工程属岷江水系Ⅱ级阶地，该范围内的地层有：第四系全新统人工堆积（Q
图1 地质勘察剖面
Fig.1 Geological prospecting profile
冲击钻头冲进过程中，多次出现桩位偏移的情况（见
（1）根据4、5、6、8、9、10号主楼地块桩基设计要求，成孔深度在40~45 m范围，孔径900 mm，在深部冲击成孔过程中，保持孔身垂直、孔中心无偏差的施工难度大。
（2）根据
（3）岩层主要为中风化砂岩，硬度极高，具有一定倾角，入岩冲进时不仅要预防受力不均产生的冲锤偏转，还要注意冲锤磨损和钝化。
根据现场调查，发现有以下2种原因造成桩孔偏斜。
一般有3种情况与偏孔相关：（1）孤石表面呈弧形导致锤击时倾斜，和入岩相类
场地内存在以往岷江河道中搬运而来的巨型孤石，埋深浅，体积较大，弧形不明显，主要为上述第3种情况。孤石表面为密实的风化层，内部为新鲜的石英砂岩，质地坚硬，其抗压强度比中风化砂岩高。其中5、6、8号楼在浅部容易发生桩孔偏移（参见
根据勘察报告，中风化砂岩锤击声清脆，回弹明显，倾角25°~30°，中生界侏罗系中统沙溪庙组（J2s）地层的顶标高范围在250~260 m，出现桩孔偏斜的位置标高数据大部分位于该范围内（见
图2 偏孔处标高统计
Fig.2 Elevation at the hole deviation position
其影响主要体现在以下2个方面：（1）需要冲破中风化砂岩夹层，进入中风化砂质泥岩基底，夹层厚度0.5~3.0 m；（2）进入中风化砂岩地层，并作为持力层。
解决偏孔问题的关键是根据其原因，采取措施避免偏孔的发生，才能提高冲孔效率，减少成本。
遇孤石时，由于每次的冲击强度不同，岩石变形破碎方式不
冲击强度可以近似地当作是落石冲击力来计算，国内研究认为日本道路公团的计算公式最为接
式中：m——落石质量，t；λ——拉梅常数，建议取1000 kN/
由此看出，冲击力主要受钻头质量大小和冲程高度影响。实际施工作业中，考虑到孔径、冲击钻机能力、钢绳磨损及孔壁的稳定性，冲锤的质量和冲程的高度可在合理范围内取最大值。
冲锤质量大小是成孔速度的最大影响因
冲程是指每一次冲击时，冲锤下落的高度。当有了冲锤质量的稳定保障，遇大型孤石时，采用高冲程，达到克服孤石的最大冲击强度，便能高效击碎孤石，最后成功穿过。工程勘察报告显示，天然状态下，中风化砂岩的单轴抗压强度标准值为80 MPa，孤石抗压强度应在80 MPa以上，故冲程控制在2.4~3.0 m，冲击频率10~12次/mi
基于现有的勘察钻孔资料，对4、5、6、8、9、10号楼总计310个孔，找出54个受中风化砂岩地层影响的桩，其中5号楼未受中风化砂岩地层影响，而6、9、10号楼受影响严重，分别有14个、13个和15个桩孔，如
图3 受中风化砂岩影响的桩孔
Fig.3 Holes affected by moderately weathered sandstone
遇倾斜坚硬岩层时，由于缺乏相应科学的计算模型，且落石计算不能反映冲击角度对冲击强度的影
传统的加焊耐磨
本文依据岩层倾角和钻头底受力情况，合理选用多层硬质合金块，并科学计算其焊接位置，使其适用于大部分倾斜岩层。
改进工艺的基本思路是：如
图4 钻头底部集中受力部位示意
Fig.4 Schematic diagram of the concentrated stress parts at the bottom of the drill bit
改进工艺还具有以下优点：
（1）能增加十字刃的入岩能力，增厚块使钻头更“尖锐”，相同的冲击动能下，冲击强度变高，能预先使岩层破碎开裂。
（2）入岩冲进时，增厚块耐磨损，承受了绝大部分的磕碰作用，能有效保护十字刃。
增厚硬质合金块含铬、镍、钼、钨、钒等金属元素。其设计如
图5 增厚硬质合金块基本设计示意
Fig.5 Basic design diagram of the TC chip with increased thickness
a—硬质合金块Ⅰ长；b—硬质合金块Ⅱ长；c—硬质合金块Ⅲ长；d—每层硬质合金块厚度；e—每层硬质合金块缩短的长度；r—钻头半径；α—中风化砂岩倾角；Ⅰ—第一层硬质合金块；Ⅱ—第二层硬质合金块；Ⅲ—第三层硬质合金块
当坚硬倾斜岩层倾角α确定时，可计算出：
缩短长度e=d/tanα；
硬质合金块Ⅱ长b=a+e；
硬质合金块Ⅲ长c=b+e；
钻头半径r>a+e>b+e>c+e。
设计层数可按最后一层依次递减，设计为1层增厚硬质合金块时，只有Ⅰ；设计为2层增厚硬质合金块时，有Ⅰ、Ⅱ；设计为3层增厚硬质合金块时，有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。硬质合金块Ⅲ宽度不大于十字刃最小宽度，硬质合金块Ⅱ宽度小于硬质合金块Ⅲ宽度，硬质合金块Ⅰ宽度不大于硬质合金块Ⅱ宽度，焊接要求密实牢固。
现场硬质合金块层数的设计，还应该依据岩层倾角α和钻头半径r确定：
（1）当20°<α<30°且r>260 mm时，设计3层较为合理；
（2）当10°<α<20°且r>270 mm时，设计2层较为合理；
（3）当α<10°且r>270 mm时，设计1层较为合理。
基于以上经验成果，结合本工程现场质量、成本、工期要求，针对性制定了以下可行性纠偏方案。
（1）遇孤石时，及时更换选用3.6 t重的钻头，然后高低冲程交替冲击，高冲程3.0 m，低冲程1.0 m， 冲击频率10~12次/min。
（2）当判断冲进至中风化砂岩地层时，预先强化十字锤刃，加焊增厚硬质合金块。
由于中风化砂岩倾角α最大为30°，钻头半径400 mm，故选用3层增厚硬质合金块。硬质合金块厚度为30 mm，硬质合金块Ⅲ长200 mm，宽50 mm；硬质合金块Ⅱ长150 m，宽40 mm；硬质合金块Ⅰ长100 mm，宽30 mm。然后大冲程低频率冲进入岩。
在5-2号桩孔冲孔作业时，冲进至15.6 m时，锤击声变高，绞绳升降不均匀，此时更换长1.6 m、重3.6 t的长型重型钻头，提高其垂直度，增加其碎岩能力，并采用高低冲程交替冲击，勤掏渣，最后成功冲破孤石。
在9-45号桩孔进行冲孔作业时，当进尺>39.0 m，且锤声清脆、回弹明显时，已冲至中风化砂岩地层，立即停止冲进，然后将钻头底按应用要求加焊3层硬质合金块，再高低冲程交替冲击，成功快速进入中风化砂岩，最后大冲程冲进。
（1）纠偏方案是从避免偏孔出发，提前预知，针对性采取相应纠偏措施，其有效性和精准性依赖于钻孔资料的详尽程度。但是该工程未有一桩一孔的钻孔资料，故
（2）若判断出浅部遇孤石，且一开始便向某一方向偏转，说明孤石表面弧度大，冲击角度倾斜，也可采取加焊增厚硬质合金块的措施，采取上述的2层增厚硬质合金块即可。
（1）本文基于现场实践，分析了偏孔的2个重要影响因素，即遇孤石和进入中风化砂岩。
（2）根据以往研究经验和本项目实际情况，遇孤石时，科学控制冲锤质量大小和冲程大小，能加大冲击强度，有效冲破大型孤石；进入中风化砂岩地层时，加焊多层增厚硬质合金块，能高效快速入岩，达到实现纠偏预防的目标。
（3）实践证明，针对本工程复杂地质条件特征，以纠偏预防为主的方案措施有着巨大成效，并且科学、合理地改进冲击成孔施工技术，积累了在孤石广泛且倾斜坚硬岩层地区进行桩孔施工的经验，可为类似地区高层建筑桩基工程设计、施工提供借鉴。
参考文献（References）
向泽.冲孔灌注桩施工技术研究［D］.重庆：西南大学，2015. [百度学术]
XIANG Ze. The construction technical research of punching pile［D］. Chongqing： Souhtwest University， 2015. [百度学术]
石振明，沈丹祎，彭铭，等.岩溶地区桩基施工溶洞处理技术——以吉安永和大桥桩基施工为例［J］.工程地质学报，2015，23（6）：1160-1167. [百度学术]
SHI Zhenming， SHEN Danwei， PENG Ming， et al. Karst cave disposing technology for pile foundation construction，illustrated with——Yonghe Bridge in Ji’an［J］. Journal of Engineering Geology， 2015，23（6）：1160-1167. [百度学术]
张庆芳.冲击钻成孔的施工方法及难点处理［J］.山西建筑，2007（5）：96-97. [百度学术]
ZHANG Qingfang. Construction method and difficult treatment of percussive drilling［J］. Shanxi Architecture， 2007，33（5）：96-97. [百度学术]
侯勇，王蓉川.岩溶地区桩基础施工［J］.铁道工程学报，2010（2）：60-63，80. [百度学术]
HOU Yong， WANG Rongchuan. Construction of pile foundation in karst area［J］. Journal of Railway Engineering Society， 2010，27（2）：60-63，80. [百度学术]
杨丛国，陈庆村.桩基础施工过程中漏浆问题的处理方法［J］.山东交通科技，1999（2）：13-14. [百度学术]
YANG Congguo， CHEN Qingcun. Treatment of slurry leakage in pile foundation construction［J］. Shandong Communications Technology， 1999（2）：13-14. [百度学术]
陈军军.孤石地质情况下冲孔灌注桩施工技术探析［J］.福建建材，2020（5）：56-57，66. [百度学术]
CHEN Junjun. Discussion on construction technology of punched cast‑in‑place pile under boulder geological condition［J］. Fujian Building Materials， 2020（5）：56-57，66. [百度学术]
熊绍所，成润军.岩溶地区钻（冲）孔灌注桩施工的难点及其技术对策［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2009，36（8）：73-75. [百度学术]
XIONG Shaosuo， CHEN Runjun. Construction difficulties of bored cast‑in‑situ pile in karst area and the technical countermeasures［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2009，36（8）：73-75. [百度学术]
侯博海，蒋尚志，刘康宇，等.超深钻孔灌注桩在硬岩斜面层中的纠偏孔技术［J］.市政技术，2019，37（6）：228-230. [百度学术]
HOU Bohai， JIANG Shangzhi， LIU Kangyu， et al. Drilling‑hole correction technology in inclined hard rock plane of ultra‑deep bored pile［J］. Municipal Engineering Technology， 2019，37（6）：228-230. [百度学术]
胡培强，王志明，周伏萍，等.大直径嵌岩斜桩冲击成孔速度的影响因素分析［J］.钻探工程，2021，48（2）：104-109. [百度学术]
HU Peiqiang， WANG Zhiming， ZHOU Fuping， et al. Influencing factors analysis of the rate of penetration during the percussion drilling of large diameter rock‑socketed inclined pile［J］. Drilling Engineering， 2021，48（2）：104-109. [百度学术]
赵向阳，张顺科，鲍洪志.基于岩石力学特性和机械比能理论的钻头评价和优选［J］.探矿工程（岩土钻掘工程），2020，47（5）：79-84. [百度学术]
ZHAO Xiangyang， ZHANG Shunke， BAO Hongzhi. Bit evaluation and optimization based on rock mechanics and mechanical specific energy theory［J］. Exploration Engineering （Rock & Soil Drilling and Tunneling）， 2020，47（5）：79-84. [百度学术]
曾钦生.冲孔灌注桩在孤石区内施工技术探讨［J］.中国建设信息，2014（9）：66-67. [百度学术]
ZENG Qinsheng. Discussion on construction technology for impact‑drilled cast‑in‑place piles in the boulder area［J］. Information of China Construction， 2014（9）：66-67. [百度学术]
姚爱国，等.岩土工程钻进原理［M］.武汉：中国地质大学出版社，2000. [百度学术]
YAO Aiguo， et al. Drilling Principle of Geotechnical Engineering［M］. Wuhan： China University of Geosciences Press， 2000. [百度学术]
叶四桥，陈洪凯，唐红梅.落石冲击力计算方法的比较研究［J］.水文地质工程地质，2010，37（2）：59-64. [百度学术]
YE Siqiao， CHEN Hongkai， TANG Hongmei. Comparative research on impact force calculation methods for rockfalls［J］. Hydrogeology and Engineering Geology， 2010，37（2）：59-64. [百度学术]
程万里.冲锤对冲击钻机掘进效率的影响及成孔质量研究［D］.重庆交通大学，2012. [百度学术]
CHENG Wanli. Study on the drivage efficiency and drilled‑hole quality for the hammer of percussion drill［D］. Chongqing： Chongqing Jiaotong University， 2012. [百度学术]
郭新庆.桩基冲击钻进技术的参数研究［J］.建筑机械，2019（6）：93-96. [百度学术]
GUO Xinqing. Research on the parameters of pile foundation impact drilling technology［J］. Construction Machinery， 2019（6）：93-96. [百度学术]
