全套管全回轉鉆機在巖溶地區大直徑超長樁施工中的應用

于 芳 黃 新

1. 深圳市市政工程總公司 廣東 深圳 518109；2. 深圳市專業基礎工程有限公司 廣東 深圳 518000

1 應用工程概況

榮百尚宜春項目商業樁基工程1標段位于江西省宜春市中山中路南側、二符路西側，本標段場地內的商業部分工程樁55根，其中φ1.5 m的工程樁共計15根，φ1.2 m的工程樁共計40根，最大樁長達65 m，平均樁長約50 m。本場地內溶洞發育，采用沖孔或是旋挖成孔難度極大，先后有十余家樁基施工單位進場施工，但均未能成孔而退場。

我公司采用全套管全回轉鉆機與旋挖鉆機配合進行巖溶地超深樁施工，針對大直徑入巖樁，進場2臺DTR2005H型全套管全回轉鉆機、1臺DTR1505H型全套管鉆機和2臺SRX1050型旋挖鉆機，采用“全套管全回轉與旋挖鉆在巖溶地區大直徑超長樁聯合施工技術”，通過配置來弗沖擊錘提高刻巖效率，以及采取長套管護壁等措施，在合同工期內圓滿地完成了施工任務。

2 全套管全回轉與旋挖鉆

2.1 工作原理

全套管全回轉鉆機是一種新型鉆機，具有全液壓動力傳動機制，可以進行機電液聯合控制并實現套管的360°回轉。它在壓入套管的同時可以進行良好的控制，具有新型、高效、環保的優點。具體施工原理為：利用全套管全回轉鉆機的回轉，使鋼套管與土層間的摩阻力大大減小，邊加轉邊壓入，同時利用沖抓斗、沖擊錘挖掘取土或旋挖取土，直至套管下到樁端持力層為止。挖掘完畢后，立即測量孔深，確認持力層，滿足要求后進行清孔，安裝鋼筋籠，最后澆灌混凝土成樁完成（圖1）[1-4]。

圖1 全套管全回轉鉆機工作原理

本項目由于存在有串珠狀的溶洞，如只采用旋挖鉆機成孔，則成孔過程中易發生坍孔、卡鉆、埋鉆、斜巖等事故，成樁質量較差，有些地層甚至不能成樁；如只采用全套管全回轉鉆機成孔，剛在入巖時，速度會比旋挖慢，另外在水下沖抓速度也會比旋挖掏土慢。所以采用2種工藝相結合的方式，利用全回轉套管護壁、垂直度好、不發生斜樁、不會有孔內事故的特點，結合旋挖入巖掏土速度快的優勢，充分發揮了2種施工工藝的長處，在巖溶地質中施工鉆孔灌注樁取得了良好的社會效益和經濟效益。

2.2 技術特點

1）垂直度高：采用全套管全回轉鉆機的垂直精度可以保持在0.1%以下。

2）無坍孔：采用全套管跟管鉆進，由抓斗或旋挖取土的方式來替代泥漿護壁工藝的傳統鉆進方法，從而避免該工序中出現坍孔現象。

3）入巖效率高：軟巖可以直接用抓斗抓取，硬巖層用旋挖鉆機入巖速度很快。對于φ1.5 m樁基，當巖石的強度為35 MPa時，鉆機每3 h可掘進1 m。

4）孤石、舊基礎等堅硬塊體可被穿透：本場地內的孤石較多，單一采用旋挖鉆機或是其他沖孔鉆機，在孤石地層施工中容易發生偏樁、斜樁等事故，而全套管全回轉鉆機可粉碎并穿過孤石和舊基礎等堅硬塊體，極大地減少了成樁過程中的地質障礙問題。

5）充盈系數小：全套管跟進提供的護壁作用可以有效地控制樁基的充盈系數。另外，全套管全回轉鉆機成孔時對周邊土層擾動很小，其充盈系數也會很小。

6）操作安全可靠：在掘進過程中，工作人員的操作可以在機械駕駛室內完成，從而極大地減少了安全隱患。

7）環保效果好：全回轉采用全套管跟進，無須泥漿護壁，減少了對環境的污染。全回轉鉆進時鉆機產生的噪聲較小，做到了環保施工。

3 全套管全回轉與旋挖鉆的施工要點

3.1 平整場地及硬化

為了使全套管全回轉鉆機施工順利進行，要在施工范圍對場地用機械進行平整，并完成200 m2以上的套管堆場。本工程采用了鋼筋混凝土硬化面層，硬化時留出樁位不硬化，留出的空位比樁徑大約20 cm。由于全套管機械的起拔力較大，故硬化的鋼筋混凝土厚度不小于20 cm。樁孔中抽出積水時在四周設排水溝和集水井等，經過沉淀且符合要求后即排入下水管道。

3.2 施放樁位

樁位須采用經過定期檢驗的全站儀進行施放，測量精度須滿足相應建筑施工規范要求。根據施工網格定控制線來定樁位，再按照樁位圖給全部樁編號，然后放樁位設樣樁。施工前應該復核現場軸線，同時樁基施工不應該影響到軸線控制點。最后，樁位必須再復核一次，不能有錯。

3.3 鉆機就位對中

DTR系列全套管全回轉鉆機需要采用吊裝對中，應確保全套管全回轉鉆機的轉盤中心與樁中心點重合。做法是：根據已施放的中心點，按設計樁徑用白灰畫出樁邊線；在路基板吊至樁位上之后要保持路基板內孔框住樁邊線；全回轉鉆機開動到位之前需保證測量員就位并核實結果沒有偏差，觀察后如無偏差則可將旋挖機施工平臺安設在全回轉鉆機旁的合適位置。

3.4 安置套管

對機器進行水平調平，從而使4個支腳油缸受力均勻，為了在掘進時隨時進行觀察與糾偏，將兩夾角為90°的吊繩安置于距離鉆機十多米處；在放入7.5 m刀頭節套管的過程中需要使主、副夾具保持完全打開，吊放過程中避免與主機機體產生接觸；使套管頭與地面有150 mm的距離并將套管夾緊，隨時用測錘或經緯儀監測并觀察水平情況，必要時可進行微量調整；借助鉆機上的楔形夾緊裝置夾緊套管，并使套管保持1/200以上的垂直精度。

3.5 校核鉆孔垂直度

為保證鉆孔垂直度和施工中能隨時修正套管角度，鉆機需設有垂直度裝置。必須豎直地埋入第1、2節套管，因為它決定了樁孔垂直精度。細心壓入第1組套管以保持精度，并用2組測錘或2臺經緯儀從2個正交方向校正第1組套管安裝好后的垂直度，邊校正、邊回轉套管、邊壓入，不斷校核垂直度。本項目在4 m行程中都要求觀測垂直度一次，偏差超過1/200就要進行垂直度的重新校核（圖2）。

圖2 DTR全套管全回轉鉆機施工系統

3.6 土層及巖層鉆進

鉆機回轉鉆進時需觀察并記錄的參數包括扭矩、壓力及垂直度。在旋挖鉆機到達作業平臺之后，可進行鉆機鉆頭置入鋼護筒的相關作業，鉆進過程中，需要保持旋挖鉆機鉆桿與鋼護筒中心軸處于同一軸線，確保樁有足夠的垂直度，從而使鉆機鉆頭與鋼護筒不會因碰撞而導致磨損。取土與回轉鉆進同步進行，單次鉆進距離為1～3 m，在采用抓斗取土的過程中需確保套管處于旋轉狀態且不產生下壓。取土后進行取土深度的測量，管的底部保留兩倍直徑的土。鉆機平臺上未鉆進的套管還剩1 m時，對取土深度進行測量，完成套管接口處理后方可進行下一根套管的連接。為使拆裝更方便，管口除銹、涂油脂、加保鮮膜等工序需要額外注意。連接套管后繼續鉆進。在對長度為6 m的套管進行吊裝、連接時，要使保養過的螺栓對稱緊固同時進行，并且使加力過程保持均勻。作業時遇有不均勻地層或卵石層時，應采用蠕動式作業，要多回轉少壓入，緩慢穿過。當鉆進到設計深度后，可用旋轉鉆機進行修孔，從而使孔的垂直度處于設計要求范圍內。下一步清孔進行前需確保上部鋼護筒與旋挖段的樁孔基本處于同一豎直線上。

當套管進入巖層后，可以用沖錘在套管內進行巖石破碎，后用旋挖掏土將石渣取出。也可以單獨用旋挖掏巖，但是用沖錘及旋挖配合掏土，效率要高出50%以上。

3.7 第1次清理樁孔

鉆孔鉆進到設計標高時，減慢旋挖鉆機速度，用雙底撈渣鉆頭將孔底懸浮的沉渣掏出。處理孔底使其平整以及無污泥、松渣等軟土層，孔內沉渣厚度小于3 cm，同時樁嵌入巖層的深度大于3倍的樁徑并達到設計要求。第1次清孔完成后及時向駐地監理工程師報檢。

3.8 安放、對接鋼筋籠

鋼套管的內徑以比鋼筋籠的外徑大10～20 cm為宜。鋼筋籠的吊裝可采用三點或四點吊裝法，用此法鋼筋籠不易產生彎曲、變形，也能保證順直度。當樁長度比較大時，鋼筋籠應當分節制作、安裝，采用焊接連接。鋼筋籠的主筋要均勻分布，扎絲內收，防止在灌注樁身混凝土后，上提套管時帶動鋼筋籠向上浮動。

3.9 安裝導管

樁孔檢驗合格，吊裝鋼筋籠完畢后，安置導管，灌注混凝土。導管安置應符合下列要求：

1）內壁應光滑、內徑圓順，直徑為20～30 cm，每節長度宜為2.5 m。

2）不漏水，在完成水密承壓和接頭抗拉試驗后才能使用導管，此處嚴禁使用氣壓。

3）導管與樁孔軸線偏差不宜超過孔深度的0.5%，且不超過10 cm。

4）導管采用螺旋絲扣型接頭時，必須有防松動脫落的裝置；采用法蘭盤接頭時，宜加錐形活塞。

5）使用的隔水球應制作細致，長度不大于200 mm。

3.10 第2次清孔

下放鋼筋籠后，將灌注導管置于孔底10 mm處。將風管從灌注導管內插入至導管2/3處，引出風壓管的另一頭，并將其與空壓機組連接；保證泥漿一定的高度，在出渣口放接渣籃子。空壓機啟動清孔后，等到接渣籃里沒有沉渣，測孔內沉渣的厚度，滿足要求后測量泥漿相對密度，泥漿達到標準后，可停止清孔，準備灌注混凝土。

3.11 灌注混凝土

懸掛隔水塞，并將其放在導管內的水面之上。灌注首批混凝土后，剪斷懸掛隔水塞的鐵絲，使其和混凝土拌和物順導管而下，將管內的水擠出來，隔水塞脫落留在孔底的混凝土中。灌注混凝土時控制第1次灌入量，導管埋入混凝土中的長度不小于0.8 m。灌注混凝土的過程中，保持混凝土面的上漲速度不小于2 m/h，并使導管始終有2～6 m在混凝土面以下。要使導管在中間位置，提升時不能使鋼筋骨架發生移動，如果骨架有向上提升，則停止向上提升，降落導管，輕搖使其脫離鋼骨架。在距離樁孔端部5 m以內可以不用提升導管，在最后灌注到設計高度后將導管一次性拔出。灌注混凝土必須超出樁頂0.5～0.6 m，這是為保證樁頂鑿掉浮漿后的強度。灌注完成拔出導管時要注意拔管及時，以及最后一次拔管速度放緩，防止孔內泥漿進入樁內。在混凝土灌注時，要隨時測量澆筑的混凝土面的標高，超灌高度需控制嚴格。水下灌注混凝土過程中，要安設污水泵，及時將水排出以防止泥漿漫出。灌注結束后，應立即對每節套管螺絲連接和導管進行清洗，以備進行下一次灌注使用。

3.12 混凝土初凝前拔起套管

在混凝土初凝前拔起鋼護筒。起拔套管前，使套管在10°的平面范圍內左右搓動1 min左右，可以加速混凝土和套管壁的完全脫離。在混凝土進入套管一節的長度時將套管拔起。當遇到巖溶地層時，須在穿過溶洞的位置給鋼筋籠外側包裹一層塑料網或者鐵絲網，從而避免混凝土在鋼護筒拔起后流散到溶洞中。

4 結語

施工實踐表明，采用全套管全回轉與旋挖鉆聯合施工工藝，能較好地解決在巖溶地區泥漿護壁已經不適用、斜巖面的處理及垂直度較難控制、溶洞中卡鉆掉鉆事故頻發等問題，節省了項目成本，達到了施工效率高、綜合成本低、現場管理簡便、施工安全的目標。該項技術創新點突出，簡便易行，是對灌注樁施工方法的突破、提升和創新，尤其是對巖溶地區大規模興建的建筑深基坑土石方工程來說，該工藝技術具有一定的現實指導意義及推廣價值，市場前景十分廣闊。