全套管回旋鉆機在地下清障和工程樁施工中的應用

上海智富建設工程有限公司 上海 200336

1 工程概況

上海同濟二附中高中部改擴建工程包括新建教學樓、綜合樓、實驗樓及地下車庫。基坑工程涉及其中的實驗樓和地下車庫，實驗樓地上6層，帶1層地下室，與地下車庫相連，地下室總建筑面積約3 516 m2。

基坑圍護采用三軸攪拌樁止水、SMW工法樁結合1 道支撐的圍護形式。

施工難題是基坑內有一面積約1 300 m2、埋深約6 m的坑道式鋼筋混凝土結構人防地下室，將影響42 根工程樁及10 根立柱樁施工。

現場自然地面標高為-0.500 m，原坑道式人防地下室拱頂標高-2.300 m，底板底標高-6.400 m（圖1）。

2 基坑障礙物清理方案的選擇

由于本工程西側緊靠居民住宅小區，東鄰7號軌交線，故若采用放坡、開挖、破碎、回填，再進行鉆孔灌注樁施工的方法會對周邊道路管線及建筑物影響較大，此方案不可行。

為此，另選擇以下兩方案進行施工。

方案A[1]：地下室基坑圍護+原人防周邊圍護+支撐，大開挖拆除老人防后再并回填土進行鉆孔灌注樁施工。

圖1 原人防地下室在基坑中的位置

方案B：采用全套管回旋鉆機清障，清障完成后直接插入護筒進行鉆孔灌注樁施工。

經過綜合比較，方案B明顯具有速度快、機械使用少、不擾民、不對周邊建筑物及地下設施產生影響等優點，最后決定本工程選用全套管回旋鉆機清障方案。

3 施工方法

3.1 全套管回旋鉆機施工原理及特點[2-4]

3.1.1 全套管回旋鉆機清樁原理

利用全回旋鉆機設備產生的下壓和扭矩，驅動鋼套管轉動，利用管口的高強刀頭對土體及鋼筋混凝土等障礙物的切削作用，將套管鉆入地下插入錐形三角錘，旋轉套管，使樁體在強力扭矩下折斷，然后再采用強力蜈蚣鉗去除套管內的舊樁體或障礙物，直至原土層。最后拔除套管插入護筒進行鉆孔灌注樁施工。在整個施工過程中套管鉆進與插入護筒是關鍵。

3.1.2 施工工法及設備特點

該工法最大的特點是可將套管鉆入有高強度障礙物的土層，利用套管的護壁作用，在套管內進行拔樁，施工安全，工效高，對周圍環境影響極小。然后再進行鉆孔灌注樁施工，一機兩用。

RT-150H全套設備均為日本引進，具有以下特點：（a）超級強大的功率和緊急脫離機構。

（b）為牢靠的將強大功率傳遞給套管而設置了性能良好的楔型機構。

（c）為有效利用強大功率而設計了鉆頭負荷自行控制等機構。

（d）為保證垂直精度，設置了自動水平調整機構。

（e）為去除鋼筋混凝土基礎、鋼管等地下障礙物而設計了套管內部挖掘裝置、多頭鉆機等。

（f）機型具有相當強的扭矩及拔樁力，并配備了大功率發動機，從而能充裕的施工運行。

（g）為了施工方便，該設備用電或柴油發電機發電均可以，而且不影響其施工效果。

3.2 全套管回旋鉆機工作情況

3.2.1 全回旋動力裝置

全回旋動力裝置主要是為套管360o回轉以及刀頭切削障礙物提供動力，包括上下抱箍夾緊系統和一套豎向升降系統。

3.2.2 套管、接管

全回旋套管鉆機套管動力裝置采用楔型夾緊機構將回轉鉆機的回轉支承環與套筒固定，楔型夾緊機構與套筒的咬合與松開由夾緊油缸控制，當夾緊油缸向上提升時，楔型塊跟著上升，夾緊機構松開；當夾緊油缸向下收縮，楔型塊也隨之下降，從而牢靠地將套管和回轉支承裝置咬合。套筒回轉由液壓馬達驅動，回轉時，液壓馬達的動力由主動小齒輪經惰輪傳遞至回轉支承外圈的環形齒輪帶動回轉支承在套管周圍回轉，回轉支承旋轉產生的扭矩通過楔型夾緊裝置傳遞到套筒上，帶動套筒進行回轉。

夾緊油缸位于鉆機的固定部分，由于不與套管一起回轉，從而使液壓管可以始終處于接續狀態，回轉時無需將夾緊裝置與液壓管分離，可以大大提高鉆進的效率。

套管有兩方面功能：一方面將頂部驅動設備提供的扭矩和壓入力傳遞給刀頭，同時在鉆進的過程中還起到支護孔壁，防止孔壁坍塌的作用。套管為厚度35 mm的鋼質桶式結構，根據需要鉆進的深度情況分長度不同的若干節，一般為6 m/節，其余為特殊規格。在管口布置硬質鎢合金鋼刀頭。

鋼套管的選用： 本次選用鋼套管Φ1 000 mm ，鋼套管總長度為9 m/組套。其中6 m/1節，3 m/1節。并配備500 kN吊車配合清障和拔樁。

接管方法：在第1節鋼管的作用完成后，接第2節鋼管，先清潔鋼接管口，涂抹黃油，在管口環繞二周Φ8 mm粗的麻線，（作用于止水防滲漏），再沿管口四周包扎塑料薄膜1 層，采用吊車吊起套管按定位銷位置上下對接，然后擰緊內六角螺栓。

3.2.3 全回旋套管鉆機施工場地要求

如施工部位場地松軟，需作簡易處理，或下鋪石子或小塊狀硬渣土（厚100 cm），在被清障部位四周挖除地表層面，然后采用硬塊（不大于150 mm的石塊）鋪墊1 m厚左右，并分層壓實，以保證頂升動力裝置的作業條件，因為套管頂升時的反作用力對地基的要求有一定的影響。

（a）在鋪設的硬層上再鋪墊走道板，走道板鋪設面積須大于頂升動力裝置機型四周1 m以上。套管的頂升動力裝置質量33 t左右。可視情況適當增加配重。

（b）施工現場需滿足500 kN吊車的行走、進出場條件和土方運輸車、泥漿運輸車的行走、進出場條件。以及各種設備附件（套管、取漿取水桶、錐形三角錘）的堆放、拔除后的障礙物處理（分離取鋼筋的場地）和堆放。

3.2.4 清障方法

全回轉鉆機拔樁方法（圖2）： 利用全回旋套管頂升動力裝置等組合設備，該設備能夠驅動鋼套管作圓周回轉以將鋼套管壓入和拔除，設備在作業時產生的下壓力和扭矩，驅動鋼管轉動，利用管口的高強度硬質鎢合金鋼刀頭對土體、巖層及鋼筋混凝土等障礙物的切削作用，將套管鉆入地下至障礙物底，在鋼套管逐步鉆入的同時，插入錐形三角錘使樁體在套管的強力扭矩作用下，使鋼套管內障礙物折斷和將鋼筋強行扭斷，再用抓斗（俗稱強力蜈蚣鉗）將切削的碎物抓除，在廢物拔除后的混凝土底部位以下應適當作加深挖除1～2 m，以保證施工質量和杜絕可能產生的施工隱患（后患）。

3.2.5 鉆孔灌注樁施工

在確定障礙物被完全清除后，套管拔除，即進行鉆孔灌注樁施工，此時采用鋼套管做護筒。

4 清障效果

根據施工方案，本工程通過周密布署，精心施工，獲得了理想的清障效果。

（a）使用全站儀放點及鉆機垂直度的控制保證了工程樁施工的垂直度和位置準確性，工程樁施工質量滿足設計要求。

（b）采用清障+工程樁施工與基坑圍護同步施工后，清障15 d工期處于進度計劃非關鍵線路上，沒有影響工程進度。

圖2 清障原理

（c）在采用全套管回旋鉆機清障完成后，經查勘，沒有發現周邊道路、管線及建筑物發生裂縫。

（d）清障、工程樁及立柱樁施工進度和質量達到預期目標，避免了二次土方回填、開挖，節約了工程成本，縮短了施工工期。

5 結語

全套管回旋鉆機清障方案在本工程中的成功應用，證明全套管回旋鉆機清障施工技術能夠有效清除建筑物地下障礙，尤其適用于中心城區和周圍建筑物密集區。具有低噪聲、速度快、無振動、不受場地限制、不對周邊建筑物及地下設施產生影響、安全性能高等特點。