涉鐵樁基全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工技術(shù)分析

馬榮久　龐杰夫

摘要：文章以南寧市銀燈立交工程樁基施工為例，通過分析全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工關(guān)鍵技術(shù)在涉鐵樁基施工中的應(yīng)用效果，表明了全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在涉鐵樁基施工中具有很強(qiáng)的實(shí)用性，為項(xiàng)目建設(shè)如期完成提供了有力保障，可為城市橋梁涉及地鐵軌道的樁基施工提供工程借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵軌道;涉鐵樁基;全套管;全回轉(zhuǎn)鉆機(jī);樁基施工

中國分類號：U445.31

0引言

橋梁樁基礎(chǔ)是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，目前城市橋梁施工中最為常見的樁基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁施工主要分為機(jī)械成孔、鋼筋籠安裝、混凝土灌注三個(gè)部分。機(jī)械成孔是指通過機(jī)械對孔位進(jìn)行沖孔或鉆孔，將孔位土層及巖層挖除至設(shè)計(jì)孔深，此成孔方式對土體和周圍建筑物可能會造成較大影響，因此需根據(jù)施工范圍內(nèi)的地質(zhì)條件和周圍結(jié)構(gòu)物情況采用不同的施工工藝。

在施工領(lǐng)域中灌注樁機(jī)械成孔施工已是成熟的施工工藝，最為常用的有沖孔成孔和旋挖成孔兩種方式。沖孔成孔為采用沖擊鉆利用沖擊力破碎巖土再把渣土掏除;旋挖成孔為采用鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆頭，將巖土切削進(jìn)入鉆斗后挖出。采用這兩種工藝進(jìn)行鉆孔施工均易破壞土層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，造成土體擾動，從而對周圍結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性造成較大影響。

在臨近地鐵隧道的鉆孔施工中，為了保證地鐵隧道的安全穩(wěn)定，需保證土體穩(wěn)定性。

本文以銀燈立交工程中銀?？缇€橋和玉洞跨線橋7 #墩樁基施工為例，詳細(xì)介紹了87根樁基在臨近地鐵軌道情況下，采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行機(jī)械成孔灌注取得的成效，以及全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工關(guān)鍵技術(shù)和在涉鐵施工中的優(yōu)勢。

1工程概況

銀燈立交為玉洞大道與銀海大道相交處的一座三層菱形立交，其中玉洞大道主線跨線橋全長536.5 m，橋?qū)?7 m，共有樁基301根;銀海大道主線跨線橋全長352.2 m，橋?qū)?5.5～29.5 m，共有樁基59根。

銀海大道主線跨線橋?yàn)榇_保樁基距離地鐵2號線隧道凈距>5 m，設(shè)計(jì)采用平行偏移地鐵2號線的方式，其中12 #臺樁基距離地鐵2號線隧道最小凈距為5.3 m，8 #墩樁基距離地鐵最大凈距為11.98 m。

玉洞大道主線跨線橋左、右幅6 #、7 #墩跨均跨越地面輔道交叉口及地鐵隧道結(jié)構(gòu)，其中7 #墩樁基臨近地鐵2號線隧道，距離地鐵隧道最小凈距為5.4 m。

2鉆機(jī)選擇

2.1沖擊鉆

該工藝原理為通過機(jī)架、卷揚(yáng)機(jī)等起重設(shè)備，把帶刃的重鉆頭（沖擊錘）提升到一定高度后釋放，靠鉆斗自由下落產(chǎn)生的沖擊力破碎、切削巖層，逐步?jīng)_擊鉆進(jìn)，最后沖孔成樁，并在這一過程中利用泥漿護(hù)壁對孔壁進(jìn)行保護(hù)。

2.2旋挖鉆

旋挖成孔工藝采用旋挖鉆進(jìn)行鉆孔施工。旋挖鉆具有自動行走和桅桿變幅的功能，桅桿底部可以根據(jù)樁徑組裝不同規(guī)格的鉆頭，鉆機(jī)動力裝置、加壓裝置可以為鉆桿提供扭矩，并將壓力傳至鉆頭;鉆機(jī)就位對中后，通過桅桿調(diào)整帶有活動門的桶式鉆頭到孔位，通過鉆桿加壓和旋轉(zhuǎn)讓鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，破碎巖土通過活動門裝入鉆頭內(nèi)，鉆進(jìn)至鉆頭深度后利用提升裝置和鉆桿伸縮裝置將鉆頭提出孔外卸土，再重新繼續(xù)鉆進(jìn)。如此循環(huán)進(jìn)行取土和卸土，直至鉆進(jìn)孔底標(biāo)高，最后旋挖成孔。

2.3全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)

此工法主要是利用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)強(qiáng)大的動力裝置，將套管套住樁體后通過回轉(zhuǎn)扭矩將套管下壓套住樁體，再用沖抓斗將套管內(nèi)的土抓出;沖抓斗通過吊車懸吊在套管上方，松開懸吊鋼絲繩后，鉆頭通過內(nèi)置彈簧壓力和頂端配重固定在套管內(nèi)壁，跟隨套管回轉(zhuǎn)壓入，合金刀頭跟著鉆頭旋轉(zhuǎn)把巖土破碎并帶入斗內(nèi);收緊鋼絲繩將抓斗提出孔外卸土，再重新鎖入，循環(huán)進(jìn)行直至挖至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。

2.4鉆機(jī)選擇

采用沖擊鉆進(jìn)行鉆孔施工會對土體造成較大擾動，尤其進(jìn)入巖層后的沖孔作業(yè)，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的震沖力并向周圍土體擴(kuò)散，造成擾動。

采用旋挖鉆施工鉆進(jìn)至巖層時(shí)，鉆斗回轉(zhuǎn)會與巖層會發(fā)生劇烈的碰撞和摩擦，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動并向周圍土體擴(kuò)散，造成擾動。

根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（CJJ/T 202-2013）3.2.4 條規(guī)定，震沖作業(yè)凈距需大于地鐵地下結(jié)構(gòu)20 m。

而全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是通過全套管跟進(jìn)至樁底標(biāo)高，全套管包圍樁體后進(jìn)行管內(nèi)取土，能夠有效地隔絕樁基施工對周圍土體的擾動，具有無噪音、無振動、安全性能高、不使用泥漿、作業(yè)面干凈、保證周圍結(jié)構(gòu)物的安全穩(wěn)定性的特點(diǎn)，適用于城市橋梁建設(shè)中涉及地鐵隧道、建筑群基礎(chǔ)、軌道基礎(chǔ)的樁基施工。

經(jīng)過詳細(xì)的方案比選及可行性分析，綜合上述各鉆機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行充分考慮后，決定采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行本工程的樁基施工。

3全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1定位對中

在樁基施工前，收集地鐵施工資料，在施工現(xiàn)場采用全站儀或 GPS準(zhǔn)確地測放出樁位及地鐵結(jié)構(gòu)外側(cè)的位置，雙人平行測量校對，打設(shè)十字護(hù)樁，標(biāo)示好控制樁，并設(shè)置好地鐵監(jiān)測布置點(diǎn)，最后鋪設(shè)鋼墊板。

將鉆機(jī)移至鋼墊板平臺上，對鉆機(jī)四周有效范圍進(jìn)行清理，同時(shí)調(diào)整鉆機(jī)使樁孔處于鉆機(jī)的工作范圍之內(nèi)，保證鉆孔過程中卸渣合理、操作靈便并無碰掛現(xiàn)象。

復(fù)核十字護(hù)樁中心掛線，滿足施工設(shè)計(jì)要求后，啟動鉆機(jī)電腦自動復(fù)位裝置，對鉆機(jī)進(jìn)行調(diào)整，使鉆桿、鉆頭與樁位對中，并采用垂線進(jìn)行復(fù)核。

3.2安裝壓入套管

套管壓入控制重點(diǎn)為垂直精度，而第一節(jié)套管的壓入的垂直度決定了整樁套管的垂直精度，在施工中必須慎重壓入。

套管采用起重機(jī)吊起懸空緩慢插入全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)夾盤，主夾盤抓住套管前端，再緩緩插入輔助夾盤，收縮油缸通過推力使套管下落，需注意防止鉆頭與夾盤發(fā)生碰撞。

[HJ1.45mm]

套管在插入初期主要通過套管自重壓入套管，首先將發(fā)動機(jī)設(shè)置在高速狀態(tài)，回轉(zhuǎn)速度設(shè)置為中等程度，再將液壓動力站的“壓入調(diào)整盤”向左旋轉(zhuǎn)到底，打開液壓回路，保持壓拔按鈕在“壓入”的狀態(tài)。

插入中期，當(dāng)采用自重壓入速度變慢時(shí)，將液壓動力站的“壓入力調(diào)整盤”向右旋轉(zhuǎn)，液壓會逐步上升，此時(shí)壓拔鈕在置于“壓入”狀態(tài)時(shí)，液壓油缸向推力油缸供油，壓入模式轉(zhuǎn)為液壓壓入。最終將套管壓至樁底標(biāo)高處，對全樁施工和周圍土體進(jìn)行保護(hù)。

在套管壓入時(shí)必須根據(jù)土質(zhì)的變化情況控制好壓入力、回轉(zhuǎn)速度，以獲得最佳的壓入功效。

3.3校核垂直度

利用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)上的垂直度裝置，并輔以人工吊錘球校對，在施工過程中隨時(shí)糾正施工中套管的角度，保證全套管的垂直精度。

在第一節(jié)套管安裝好后立即校正其垂直度，剩余套管在壓入過程中一邊回轉(zhuǎn)壓入，一邊不斷校核垂直度。

3.4旋挖取土

當(dāng)套管壓入深度約為3 m時(shí)，開始用沖抓斗從套管內(nèi)取土，抓土和套管下壓同步進(jìn)行。套管底朝前，與開挖面深度始終保持>2.5 m，套管頂部超出鉆機(jī)下壓平臺≥50 cm。

合理組合套管的長度，將套管壓入地層，距地鐵結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高1 m處的位置后暫停壓入，實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)施和人員就位后進(jìn)行余下部分套筒的壓入，直至套筒壓至樁底標(biāo)高處。

當(dāng)鉆孔鉆至巖層時(shí)，可以采用旋挖鉆配合進(jìn)行鉆孔施工。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，選擇不同的鉆頭，最終鉆進(jìn)成孔。

臨鐵施工，鉆孔前需對其進(jìn)行調(diào)查，準(zhǔn)確定位地鐵隧道的位置，控制鉆孔速度，及時(shí)對樁孔標(biāo)高進(jìn)行測量、校核，避免出現(xiàn)超鉆導(dǎo)致破壞隧道結(jié)構(gòu)的情況。當(dāng)鉆進(jìn)臨近構(gòu)筑物時(shí)進(jìn)行分層鉆進(jìn)，一次鉆進(jìn)深度1 m左右。

3.5其余工序

鉆進(jìn)成孔后，其余施工工序與常規(guī)鉆孔灌注樁施工工藝相似，在此不做詳細(xì)介紹。其余工藝流程如下：終孔、清孔、驗(yàn)孔→鋼筋籠預(yù)制→下放鋼筋籠→安裝導(dǎo)管→灌注混凝土→樁基檢測。

4成效及優(yōu)勢

4.1取得的成效

運(yùn)用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工工藝，有效解決了涉鐵樁基其他鉆機(jī)施工造成土體擾動進(jìn)而影響地鐵隧道安全穩(wěn)定性的問題，確保了銀燈立交工程的玉洞跨線橋和銀?？缇€橋樁基施工能穩(wěn)步推進(jìn)，為全橋順利合龍?zhí)峁┝擞行ПＵ?，也為玉洞跨線橋能夠在2020年中國-東盟博覽會開幕前順利通車奠定了基礎(chǔ)，取得了良好的社會效益。

涉鐵樁基施工按照以往施工工藝，需要永久打入鋼護(hù)筒以保證安全，本工程通過采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)可以實(shí)現(xiàn)鋼護(hù)筒的重復(fù)使用，從而降低了項(xiàng)目的材料費(fèi)、維護(hù)費(fèi)等支出，節(jié)約成本合計(jì)597.5萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.2技術(shù)優(yōu)勢

全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工工藝，具有無噪音、無振動、安全性能高，垂直度高、無塌孔等特點(diǎn)，可以直接穿過孤石、舊基礎(chǔ)、巖石層，充盈系數(shù)小，無泥漿，混凝土澆筑質(zhì)量高，操作安全可靠，環(huán)保性好。

該工藝可以有效解決以往涉鐵樁基施工中，采用常規(guī)沖擊鉆沖孔、旋挖鉆鉆孔等施工工藝，沖振頻率高、強(qiáng)度大，對土地的擾動較大，易破壞土體和隧道的穩(wěn)定性。而采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工工藝可有效減小施工過程中對周圍土體的干擾，保證地鐵隧道結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和安全性。

5應(yīng)用前景

此工法具有無噪音、無振動、安全性能高、不使用泥漿、作業(yè)面干凈的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效防止樁基施工過程中對土體造成的擾動，保證周圍結(jié)構(gòu)物的安全穩(wěn)定性，以及減少鉆孔施工產(chǎn)生的噪音污染、泥漿污染等對城市居民生活的影響，做到綠色施工;適用于城市橋梁建設(shè)中涉及地鐵隧道、建筑群基礎(chǔ)、軌道基礎(chǔ)的工程，以及在城市中心建設(shè)綠色施工要求高的工程。

隨著我國城市地鐵軌道交通越來越發(fā)達(dá)，將來城市橋梁建設(shè)不可避免地要與各種地鐵軌道線路交叉進(jìn)行，此工法將在今后的城市建設(shè)及其他的樁基施工領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。在我國交通路網(wǎng)快速發(fā)展過程中具有非常廣闊的發(fā)展前景。

6結(jié)語

本文以南寧市銀燈立交工程樁基施工為例，通過將全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用到涉鐵樁基施工中，取得了顯著的成效，為項(xiàng)目建設(shè)如期完成提供了有力保障。表明了全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在涉鐵樁基施工中具有很強(qiáng)的實(shí)用性，進(jìn)一步驗(yàn)證了全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工工藝在未來我國城市橋梁建設(shè)中的廣泛應(yīng)用前景。

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