全套管法鉆孔樁在復雜地層中的成孔技術

陳劍波

摘 要：本工程為澳門筷子基E及F地區公共社屋基礎施工，項目地點位于澳門筷子基社屋填海區，項目主要施工任務為鉆孔樁施工，樁徑為1m、2m，設計為嵌巖樁，地層以回填土，海平面砂層，微風化花崗石基巖。設計要求樁底無沉淀，百分之百取芯驗證混凝土與基巖交接面，且穿過地層多孤石，采用套管隨清水鉆鉆進跟進到巖面的成孔方法，這種方法對陸地復雜底層嵌巖樁有很好的指導意義。

關鍵詞：全套管 清水鉆 復雜底層 嵌巖

1.工程概況

項目工程主體為澳門筷子基E及F地區公共社屋基礎施工，工程項目位于澳門筷子基社屋填海區，本項目主要施工內容為鉆孔樁施工。

本工程施工主要內容為：項目主要施工涉及兩種直徑的超長陸地嵌巖鉆孔樁，直徑分別為1.0m和2.0m。直徑1.0m和2.0m鉆孔樁分別為24根和42根，本文重點說明的的是直徑2.0m的鉆孔樁，樁長根據每根樁位處超前地質鉆孔勘探情況確定，嵌巖深度5.5m，樁長最短75米，最長105米，任一米內的基巖取芯率（TCR）須大于90%，基巖之單軸抗壓強度（UCS）須不少于25MPa或點荷載強度指數{IS（50）}不少于1MPa，實際基巖單軸抗壓強度在80～130MPa，最多的孤石9層。

2.鉆孔樁施工

2. 1總體施工方案

鉆孔樁施工采用全回轉鉆機配Φ1000mm、Φ2000mm套管來施工，使用150t履帶吊起吊沖抓斗，將套管內的土體和巖層清除，套管跟進至基巖面，由旋轉鉆機鉆進至樁底標高。

2.2鉆孔樁施工主要設備

鉆孔樁主要設備為：全回旋鉆機DTR2605H、150t履帶吊機、沖抓斗、擴孔鉆頭以及旋轉鉆機。

2.3鉆孔工藝流程

現場場地準備→鉆機就位→下套管→抓出泥土→RCD機配擴孔鉆孔→下放鋼筋籠→拔套管邊澆筑混凝土→移機。

3.鉆孔樁施工3. 1鉆機對位

根據設計提供的基準點，將鉆孔樁中心點精確引至地面，并用紅油漆標記，在樁位周邊鋪設跑板增大地基承載力，然后將全回旋鉆機對位，對準中心下放套管。

3.2全回旋鉆機鉆孔

（1）套管制作

根據本工程特點，采取Φ1000mm、Φ2000mm套管，標準節長度6m，調整節長度4m、2m、1m，采用內六角高強螺栓連接。底節套管刀頭應選擇進口合金鋼刀頭，且刀頭伸出套管內外各20mm。

（2）鉆機鉆進

DTR2605H是一種全回轉的套管鉆進機械，其主要原理是利用用楔型夾緊機構將回轉鉆機的回轉支承環與鋼套管固定，夾緊結構與鋼套管的抱緊與松開，由夾緊油缸以及抱環上的楔形塊調節，夾緊油缸上下升降時，楔型塊也隨之升降，有效的將回轉支撐系統和鋼套管咬合，保證鋼套管不會掉落，并提供驅動力。套管轉動動力由液壓馬達提供，轉動過程中，環形齒輪在液壓馬達的驅動下帶動回轉支承在鋼套管周圍轉動，由此帶動鋼套管回轉，是鋼套管與周邊土壁形成動摩擦面。

夾緊油缸位于鉆機的固定部分，與鉆機底座固定不參與套管的轉動，其液壓管始終處于接通狀態，回轉時無需將夾緊裝置液壓管分離，提供可靠的握裹力，滿足連續施工條件。

套管插入初期（自重壓入）

套管插入初期的垂直度對套管后續鉆孔垂直度的影響呈線性關系，必須控制初期的套管垂直度。

鉆機夾緊第一節套管時，必須在吊機將套管多吊點對稱吊起，套管在豎直狀態下夾緊。

為避免鉆頭與輔助夾盤的碰撞，先用主夾盤夾緊鋼套管，收縮推力油缸落下套管。

套管開始入土階段，利用自重壓入，先將發動機設置在高速狀態，回轉速度設置為中等速度。將液壓動力站的“壓入調整盤”向左旋轉到底，液壓回路打開，按下壓拔按鈕，不對推入油缸供油，套管在自重作用下下沉，套管可以在推力油缸的最大行程范圍內下沉。

初期不過多的主動驅動套管下壓，在鉆孔初期，反復上下動作將使地基松動，在鋼套管和土層之間形成空隙，配合自重進行下壓。

自重作用下進尺變慢時，逐步加大壓入力。

自重壓入時，壓入力計算公式為：

壓入力（自重）F=鉆機的一部分自重（W1）+套管自重（W2）

鉆孔后期（使用液壓進行手動壓入）

鉆孔中期，當采用自重壓入速度變慢時，將液壓動力站“壓入力調整盤”向右旋轉，液壓會逐步上升，此時壓拔鈕在置于“壓入”狀態時，液壓油缸向推力油缸供油，此時壓入模式轉為液壓壓入，此時壓入力計算公式為：

壓入力F=鉆機的一部分自重（1）+套管自重（W2）+液壓力（P）>周邊摩阻力（R）+前端阻力（D），若“壓入力調整盤”向右旋轉過多，液壓力過度上升，下部機架會出現浮起現象，此時回轉鉆機將無法提供動力，在下部機架浮起的瞬間，有時會增加使套管傾覆的負荷，導致套管垂直精度變差，因此應在鉆機兩側放置配重或調整壓入力。

套管下沉1m后，及時用沖抓斗將混凝土碎石及泥土取出，以便減小套管在鉆進下層土體的摩擦力。在進入巖層時，利用螺旋鉆頭緩慢并持續鉆進。

3.3孤石以及基巖鉆進

套管碰到孤石面可用沖擊錘將孤石砸碎砸穿，當無法砸碎時，可以用旋轉鉆機鉆機配擴孔鉆頭（可擴1米孔，2米孔）進行鉆進。

當套管到達基巖面時采用旋轉鉆機鉆進，旋轉鉆機鉆頭中心設出渣管，同時采用空氣吸泥法將碎渣排出。碎渣和水經過泥漿分離器進入沉淀層，水經沉淀后循環進行孔內，直至沉渣符合要求。

3.4成孔驗收

鉆孔樁鉆孔完成后，利用氣舉反循環進行清孔，清孔為清水清孔，水樣要求無明顯沉淀物，24小時靜止后僅允許存在輕微絮狀物。

3.5鋼筋籠加工、下放

鋼筋籠在專門的加工場地加工，場地內采取長線法制作工藝，設置三條生產線，機械化作業，分節運輸到現場下放，鋼筋籠加工胎膜為移動式鋼筋骨架，方便使用。現場根據樁徑大小，鋼筋籠運至樁位處，用履帶吊起吊安裝。鋼筋籠所用鋼材要有產品合格證和現場抽檢復查資料，并滿足澳門《鋼筋混凝土及預應力混凝土結構規章》。

鋼筋骨架采在鋼筋車間分節制造，現場機械連接成整體下放。分節長度按以下原則確定：在起重能力范圍內盡量減少鋼筋骨架的節段數，減少成孔放置時間，縮短成孔后到混凝土灌注間的時間間隔，減少安裝工作量。

混凝土采用水下混凝土，坍落度18～22cm，溫度不得大于35度，初凝時間20小時，混凝土灌注應連續，并在初凝前完成所有灌注工作。

4.成孔檢測

混凝土澆筑14天后，進行樁基質量檢測，檢測分兩種檢測方法：超聲波檢測法，以及鉆孔取芯驗證樁底結合情況。

4. 1超聲波檢測

依據樁基檢測情況，對澆筑完達到齡期的鉆孔樁進行評定，對不合格的樁給出處理建議。樁的分類如下：

Ⅰ類樁：各檢測剖面的聲學參數均無異常，無聲速低于低限值異常。

Ⅱ類樁：某一檢測剖面個別測點的聲學參數出現異常、無聲速低于低限值異常。

Ⅲ類樁：某一檢測剖面連續多個測點的聲學參數出現異常；兩個或兩個以上檢測剖面在同一深度測點的聲學參數出現異常；局部混凝土聲速出現低于低限值異常。

4.2鉆芯驗證

每根樁樁頂安裝取芯鉆機，通過Ф100mm金屬管鉆取樁底與巖石交界面混凝土和巖芯進行檢測，并按照要求裝訂檢測報告。

5.結語

全套管鉆孔樁施工技術鮮為境內項目所使用，但是其適用范圍廣，且安全質量可靠，適應復雜地層，不會出現塌孔以及孔底沉渣，這種施工方法有別于傳統工藝，鉆孔均在鋼套管內進行，無塌孔風險，且無泥漿，成樁質量以及安全風險均在可控范圍。這種大直徑嵌巖樁施工方法在基礎施工中具有施工周期短，施工噪音小等優勢，對國內類似工程有著巨大的借鑒作用，能產生巨大的社會及經濟效益。但是全套管施工也存在套管卡管無法回收以及在水上作業回收套管難等缺點，這些值得我們在后續的施工中仔細研究解決。

參考文獻：

[1]澳門筷子基社屋基礎設計圖紙[Z].

[2]澳門筷子基社屋基礎設計規范[Z].

[3]鋼筋混凝土及預應力混凝土結構規章[Z].60/96M.