鋼管樁自鉆技術(shù)在基坑工程中的應(yīng)用

張加冕 張文忠 張光明

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116； 2.泰安市岱宗科技開(kāi)發(fā)有限公司，山東 泰安 271000； 3.泰安市泰山區(qū)室內(nèi)裝飾管理辦公室，山東 泰安 271000)

0 引言

近幾年，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，如何進(jìn)行地下空間的利用成為城市建設(shè)的重要要求。在基坑工程中，遇到原有管線的情況越來(lái)越多，管線的密度越來(lái)越高。如何處理和保護(hù)原有管線成為基坑工程的重要問(wèn)題之一。某火車(chē)站站前廣場(chǎng)基坑中，鋼管樁自鉆技術(shù)的應(yīng)用就能解決不改遷管線進(jìn)行基坑工程施工的問(wèn)題，并能解決卵石層鋼管樁施工塌孔問(wèn)題。

1 自進(jìn)式鋼管樁結(jié)構(gòu)組成

自進(jìn)式鋼管樁由初始節(jié)(即自進(jìn)連接器)和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)組成，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)每節(jié)2 m，節(jié)與節(jié)之間采用矩形左旋螺紋連接，偏心鉆頭與自進(jìn)連接器通過(guò)卡槽傳動(dòng)，偏心鉆頭尾端與沖擊器通過(guò)花鍵連接，沖擊器與φ50中空鉆桿連接，鉆桿連接鉆機(jī)動(dòng)力裝置，類(lèi)似跟管雙管結(jié)構(gòu)[1]。

2 鋼管樁自鉆技術(shù)

當(dāng)通過(guò)空壓機(jī)產(chǎn)生高壓空氣注入鉆桿時(shí)，前置沖擊器通過(guò)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)沖擊偏心鉆頭，偏心鉆頭打擊周?chē)笆蚵咽?，由于偏心鉆頭成孔直徑略大于鋼管樁直徑，又因偏心鉆頭與自進(jìn)連接器通過(guò)卡槽聯(lián)動(dòng)，在沖擊器動(dòng)能沖擊作用下，鋼管樁跟隨偏心鉆頭鉆入巖土體，并且壓縮空氣不斷帶動(dòng)鉆頭沖擊的碎石屑和砂粒，沿鋼管樁與鉆桿之間的空間從管口排出，具有良好的排渣性，在不可壓縮的卵石層和砂層，加快了打樁進(jìn)尺，提高了施工效率[1]。鋼管樁自鉆技術(shù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該技術(shù)可以在極易塌孔的地層中進(jìn)行鋼管樁的施工，護(hù)壁套管與鋼管樁融為一體，省略了護(hù)壁的鋼管或泥漿，節(jié)約了材料和保護(hù)了環(huán)境，把鋼管樁的成孔和安裝兩個(gè)施工工序合并為一個(gè)施工工序，縮短了單樁施工時(shí)間，提高了工程施工效率。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程地質(zhì)概況

①層雜填土。

黃褐色，松散。土質(zhì)不均勻，主要為路基及人工建設(shè)活動(dòng)時(shí)堆積的原有基礎(chǔ)和建筑垃圾等，含大量磚渣、碎石、混凝土碎塊等，少量粉質(zhì)粘土、中粗砂等。

該層分布普遍，厚度一般較小，29號(hào)鉆孔處最厚，鉆孔揭露厚度0.60 m～3.80 m，平均厚度2.02 m，層底標(biāo)高149.49 m～153.45 m。

②層卵礫石。

褐黃色，中密。顆粒較不均勻，級(jí)配較差，卵礫石母巖成分主要為花崗片麻巖，圓狀～次棱角狀，粒徑一般20 mm～200 mm，個(gè)別直徑達(dá)500 mm左右，卵礫石含量一般50%～80%不等，其余細(xì)顆粒主要為粗礫砂及粉質(zhì)粘土，局部卵石已經(jīng)風(fēng)化。

該層分布普遍，厚度變化大，鉆孔揭露厚度1.40 m～8.40 m，平均厚度5.26 m，層底標(biāo)高144.10 m～149.38 m。地質(zhì)剖面圖如圖2所示。

3.2 施工設(shè)備及材料

中風(fēng)壓17 m3空壓機(jī)，履帶式鉆機(jī)PZ-100，鉆桿φ50 mm，每節(jié)長(zhǎng)2 000 mm，鉆頭φ146 mm，鋼管樁φ146 mm壁厚4 mm，每節(jié)長(zhǎng)2 000 mm，鋼管樁單根全長(zhǎng)14 m。

3.3 施工工藝

場(chǎng)地平整→定點(diǎn)放線→鉆機(jī)就位→垂直度校正→鋼管樁鉆進(jìn)→接樁→反轉(zhuǎn)退出鉆桿鉆頭→開(kāi)挖土體→鋼管樁門(mén)式加固。鋼管樁施工完成后，支撐管線如圖3所示。

基坑施工過(guò)程中，取S1，S2，S3三個(gè)樁頂沉降觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄，如圖4所示，鋼管樁沉降量符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求[2]。

3.4 應(yīng)用效果及前景

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察統(tǒng)計(jì)，排渣吹出的碎石和砂粒最大直徑約為3 mm～5 mm，每鉆進(jìn)1 m排渣的體積占比約為25%～35%。

偏心鉆頭沖擊破碎擠壓前端卵石層，并振動(dòng)牽引鋼管，前置沖擊器的沖擊效應(yīng)轉(zhuǎn)化為鋼管鉆進(jìn)的動(dòng)能。一般鋼管樁施工工藝是鉆桿成孔后，安裝鋼管樁，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，鉆桿直徑較小，剛度較低，成孔易有較大撓度，垂直度和筆直度難以保證。此種鋼管樁自鉆技術(shù)，沖擊破碎卵石，改善卵石層級(jí)配，振動(dòng)密實(shí)后，圍巖體對(duì)鋼管樁有一定握裹力，提高自導(dǎo)向性，雖然偏心鉆頭直徑大于鋼管樁外徑，鋼管樁與圍巖產(chǎn)生間隙，但是在破碎、擠壓和振動(dòng)的復(fù)合作用下，有很強(qiáng)的自愈合能力。在鋼管樁成樁后，通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)基坑開(kāi)挖實(shí)際測(cè)算，鋼管樁彎曲度偏差控制在1%之內(nèi)。

鋼管樁自鉆技術(shù)可以在極易塌孔的地層中進(jìn)行鋼管樁的施工，護(hù)壁套管與鋼管樁融為一體，省略了護(hù)壁的鋼管或泥漿，節(jié)約了材料和保護(hù)了環(huán)境，把鋼管樁的成孔和安裝兩個(gè)施工工序合并為一個(gè)施工工序，縮短了單樁施工時(shí)間，提高了工程施工效率。

在深基坑支護(hù)中，較為常見(jiàn)的方法有鋼板樁、水泥土樁墻、地下連續(xù)墻、土釘墻、逆作法、內(nèi)支撐體系等。鋼管樁支護(hù)和水泥深層攪拌樁止水帷幕是鋼板樁與水泥土樁墻兩者并用的一種支護(hù)形式，適用于地質(zhì)條件較差的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。鋼板樁(U形、Z形、H形、鋼管和組合型截面)連續(xù)樁排，在軟土中打設(shè)方便，有一定擋土能力，當(dāng)基坑深度不太深時(shí)往往是考慮的方式之一[3]。鋼管樁自鉆技術(shù)施工的鋼管樁可以有效的替代鋼板樁，比鋼板樁適用范圍更廣闊。

自鉆技術(shù)施工的鋼管樁結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)單明確且位移變形可控。施工中應(yīng)用螺桿空壓機(jī)，并且沖擊器在地下，采用干作業(yè)施工工藝[4]。因此，施工噪聲較小，對(duì)周邊環(huán)境干擾較小，具有較好的支撐效果，為本地區(qū)類(lèi)似工程積累了可靠數(shù)據(jù)，具有較大的工程推廣價(jià)值。未來(lái)鋼管樁自鉆技術(shù)和錨桿錨索自鉆技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于卵石層的基坑支護(hù)，解決特殊地層成孔困難，無(wú)法施工的技術(shù)難題。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上理論研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與應(yīng)用，得出結(jié)論如下：

1)鋼管樁自鉆技術(shù)在卵石層和雜填土中應(yīng)用，解決特殊地層易塌孔，成孔困難的問(wèn)題。

2)鋼管樁自鉆技術(shù)實(shí)現(xiàn)了成孔和安裝鋼管樁一體化施工，一次成型，簡(jiǎn)化施工工序，提高了施工效率，具有優(yōu)越的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

3)鋼管樁自鉆技術(shù)與雙管施工技術(shù)相似，外管(即鋼管樁)具有良好的剛度，與偏心鉆頭、沖擊器組成的結(jié)構(gòu)體系，具有良好的導(dǎo)向性，施工的鋼管樁垂直度比一般工藝要好。

4)自鉆技術(shù)中的鋼管樁在安裝施工的過(guò)程中，自身作為護(hù)壁管的同時(shí)擁有排渣導(dǎo)管的作用，加快了施工進(jìn)度。