全回轉鉆機咬合樁施工技術應用

張立光 ，蔣海波

（1.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083；2.天津市水下隧道建設與運維技術企業重點實驗室，天津 300461）

0 引言

全回轉鉆機是可以驅動套管做360°回轉的新型鉆機，壓入套管和挖掘同時進行，具有新型、高效、環保的鉆進技術。全回轉鉆機主要適用于特殊地層和復雜環境的灌注樁施工。由于鉆機具有強大的扭矩、壓入力，可有效對巖層進行切削，且套管本身具有護壁作用，無需回填塊石或另下護筒，目前國內全回轉鉆機已實現深度120 m 以上的樁基施工。大連灣海底隧道建設工程的沉管預制場包含東、西兩個塢室，塢室內長480 m，北側寬135 m，南側寬74.7 m，基坑開挖深達17 m。采用直徑1.0 m 咬合樁支護，最長樁長約20 m；工程所在地為臨海回填區，地質條件復雜，回填區下方為巖石，上方回填土含有雜填土、素填土、粉煤灰等土質，雜填土層含有建筑垃圾較多、粒徑較大（最大粒徑在80 cm），素填土層含有碎石較多（最大含量在40%），粉煤灰層松散、飽和，受振動后易液化，巖面起伏不平，溶溝、溶槽、溶洞較發育。由于地質條件復雜，咬合樁采用了“全套管全回轉鉆機+超緩凝型混凝土”的施工方案。

1 施工工藝

咬合樁的排列方式為兩個素混凝土樁（即I 序樁）之間依靠一個鋼筋混凝土樁相咬合，施工時先將兩個素樁施工完成，利用素樁為超緩凝型混凝土的特性，實現葷樁（即II 序樁）施工時對素樁進行相嵌部分軟切割，最終灌注葷樁實現素樁與葷樁的咬合，使之具有良好的防滲作用，從而形成整體連續的基坑支護結構[1-4]，施工工藝見圖1。

圖1 施工工藝圖Fig.1 Construction technology

2 關鍵技術應用

全回轉鉆機在成樁的過程中可以直接清除地下巖層及障礙物，達到一次成樁，且更適用于施工平面多變的幾何圖形或呈各種弧形的基坑。具體的技術應用如下：

2.1 快速定位及就位

因鉆機自重較大，鉆機精確就位時間長，為了加快鉆機駐位，研發了快速定位裝置，見圖2，以提高鉆機就位效率，節省鉆機就位時間。

圖2 輔助定位架Fig.2 Auxiliary positioning frame

1）將全回轉鉆機定位盤與全回轉鉆機連接成整體，定位盤與全回轉鉆機采用鎖鏈連接固定[5]。

2）根據咬合樁導向槽結構，加工定位架，定位架安裝在導向槽樁位孔內自穩固，定位架外伸定位邊部分根據全回轉鉆機底座外輪廓尺寸制作，定位架采用5 cm×5 cm 角鋼及扁鋼制作，以輕便、可人工安放為原則。

3）全回轉鉆機移位時，首先人工將定位架安放在前方樁位導向槽內，起吊全回轉鉆機，全回轉鉆機底部已連接定位盤。人工輔助鉆機緩緩就位[6-7]。

2.2 成孔垂直度

咬合樁的咬合厚度，直接關系到連接各樁形成整體，并決定圍護的抗滲止水效果。而樁身垂直度又影響到相鄰兩樁間的咬合厚度。咬合樁設計要求的垂直度控制在0.3%以內，采用全回轉工藝，樁身可達到0.2%垂直度[5，8]。施工中要控制好垂直度，注重以下2 個環節：

1）成孔前的套管檢查

由于套管壓入地層是靠主機液壓油缸行程完成的，每次壓入深度約500 mm，套管每節長度6 m，可以邊壓入邊糾偏，進行全過程的垂直度控制。

2）成孔中的垂直度監測和檢查

地面監測在地面沿正交方向布置2 臺經緯儀，每根樁成孔過程中，同步監測鉆機上外露套管的垂直度，應自始至終不間斷。

孔內檢查每節套管壓完后安裝下一節套管之前，都要用線錘進行套管內垂直度檢查。

井徑儀抽檢鉆孔完成后，下放鋼筋籠前，由專業檢測機構對套管成孔全樁長進行垂直度檢測，現場抽檢總樁數的10%。

3） 糾偏

成孔中當發現有機身傾斜或套管偏斜跡象時，必須立即進行糾偏。

2.3 成孔過程中防“繞流管涌”

在樁鉆孔咬合處于緩凝中的素樁時，可能會發生流動狀態的素樁超緩凝混凝土從樁咬合重合處涌入葷樁套管內，造成“繞流管涌”。為防止“繞流管涌”，可通過以下環節控制：

1）套管超前

葷樁套管應超前孔底2 m，即套管內取土面與套管管底相對高差>2 m。增加高差以增大繞流路徑，提高摩阻力以減小管涌可能。

2）觀察鄰樁

葷樁成孔中，應密切注意觀察，與其兩側相鄰咬合的素樁混凝土頂面是否下陷，葷樁套管內所取土是否全部為混凝土。在葷樁成孔接近樁底時，發生管涌可能性最大，應特別注意觀察。

3）下壓套管

增加高差若出現葷樁“繞流管涌”情況，應立即停止葷樁套管內取土，并同時盡量下壓套管，以增加套管管底與取土面的高差。

2.4 澆混凝土時拔套管和混凝土導管要求

應注意確保套管埋入混凝土內深度始終≥2.5 m。拆除咬合樁套管過程中，可以同步拆除相同長度的混凝土導管。混凝土導管埋在混凝土內的深度，以3～5 m 為宜，不宜過深，以防止混凝土澆搗困難堵塞導管，最小不小于2 m。

2.5 單樁完成后防止導墻下陷措施

樁孔澆灌完混凝土后，因設計樁頂混凝土面距離導墻面還有一段距離，需向孔內回填黃砂至導墻面，并澆水濕潤分層回填振動密實。防止因為套管拔出后，導墻面下孔口附近的原地表雜填土塌落到樁孔內，導致導墻塌陷鉆機傾斜樁身不垂直。

3 應用效果

全回轉鉆機已成功應用于大連灣海底隧道沉管預制場咬合樁止水施工，見圖3。經檢驗，樁體垂直度均能夠達到0.2%以內，能夠滿足設計要求的0.3%以內的要求。全回轉鉆機護筒底部配有合金刀頭，可以切割入巖，護筒入巖效率約為0.5 m/h。應用效果良好。從整個工程應用來看，全回轉鉆機可以切割大塊石、斜巖區域、可單邊切割斜巖、護筒可以垂直進入、不發生傾斜。在溶洞區域，可以跟進至溶洞內部，防止混凝土擴孔大，損耗大，成樁質量高，有利于提高混凝土對鋼筋的握裹力。施工時還可以很直觀的判別地層及巖石特性，不易產生塌孔現象，成孔質量高，成孔直徑標準，充盈系數小，與其它成孔方法相比，可節約混凝土用量。

圖3 全回轉鉆機施工Fig.3 Construction of 360 degree rotator drill

4 結語

在大連灣海底隧道建設工程沉管預制場咬合樁施工的實際應用，全回轉鉆機適合在卵、漂石地層、含溶洞地層、厚流沙地層、強縮頸地層等各類地質中進行樁基施工，解決了復雜特殊環境工況下的施工難題。通過總結、優化，解決樁基垂直度及咬合相關難題，為后續止水施工提供了質量保證，施工效果較好，對今后類似工程具有良好的借鑒意義。