橋梁樁基旋挖鉆成孔全護筒跟進技術研究

收稿日期：2023-10-20

作者簡介：韓曉宇（1982—），男，本科，高級工程師，從事公路養護管理工作。

摘要 針對項目特點和急需解決傳統旋挖鉆施工的難題，對旋挖鉆在易坍塌地質情況下旋挖鉆成孔全護筒跟進施工研究及創新。通過全護筒在樁基作業中與鉆頭一起跟進，全護筒可以對卵石層支護，減少了樁基對周圍卵石層的擾動，降低了旋挖鉆在易坍塌地質情況下塌孔、埋鉆的施工風險，同時加快了施工進度，降低了復雜地質情況下樁基的施工成本。

關鍵詞 樁基；旋挖鉆；全護筒跟進

中圖分類號 U455.3文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）01-0080-03

0 引言

在河流及河床路段地質情況復雜、巖體破碎、卵石層較厚的情況下，橋梁樁基的施工多采用沖擊鉆、旋挖鉆泥漿護壁成孔，該種工藝在環水保要求高及施工進度壓力大的情況下，一方面施工工期長，另一方面樁基成孔及泥漿處理困難。針對施工工期緊迫，環水保要求極高的項目，采用傳統的施工工藝無法完成。在該種地質情況下，研究了旋挖鉆成孔全護筒施工技術。

1 技術工作機理與特點分析

1.1 應用范圍

該技術適用于工期緊、環水保要求高、氣候條件惡劣、地質條件復雜（軟土層、淤泥層、砂土層、卵礫石層、回填土石較深及巖溶發育等不良地質）、聚居區、野生動物保護區，采用傳統工藝施工無法成孔的地質。

1.2 工作機理

其主要原理：一是鋼護筒上下采用承插式接頭可將護筒進行任意加長；二是旋挖鉆在鉆進過程中全護筒跟進至砂巖層。總之，鋼護筒上下采用承插式接頭可將護筒進行任意加長，利用旋挖鉆驅動裝置將鋼護筒通過驅動軸連接，與旋挖鉆鉆頭同步跟進，使護筒穿過易坍塌地質層，直至砂巖層，從而保證了旋挖鉆對易坍塌卵石層的損壞，避免了塌孔[1]。

1.3 技術特點

（1）鋼護筒壁厚3 cm，上下護筒間采用螺栓連接。

（2）鋼護筒通過驅動裝置可以與鉆頭同時跟進、同時拔出。

（3）樁身垂直度高，樁徑無誤差，無縮孔現象。

（4）全護筒在施工過程中，拆卸方便。

（5）機動性能高，采用干作業成孔，節地環保。

2 橋梁樁基旋挖鉆成孔全護筒跟進技術

2.1 全護筒跟進過程中鋼護筒的連接

該技術使用的鋼護筒由專用機械卷制30 mm鋼板成圓筒焊接而成，護筒的連接采用承插式接頭，接頭處設置間距60 cm直徑Φ5 cm的螺栓套絲孔，上下護筒采用直徑Φ5 cm長30 mm的螺栓并連接成一個整體[2]，見圖1。

2.2 旋挖鉆鉆進過程中全護筒的跟進

在復雜地質情況下，利用旋挖鉆驅動裝置將鋼護筒通過驅動軸連接，與旋挖鉆鉆頭同時旋轉，同步跟進，使護筒穿過易坍塌地質層，直至砂巖層，從而保證了旋挖鉆對易坍塌卵石層的損壞，避免了塌孔，見圖2。

（1）加工鋼護筒驅動裝置，準備與鋼護筒同樣材質的鋼板，在專業廠家制作而成，該裝置頂部采用與旋挖鉆鉆頭同樣材質的銷子固定，該驅動裝置四周設直徑20 cm的可視窗孔，以便于鉆進過程中觀察護筒周圍的土體情況，該裝置在鋼護筒的連接處采用旋轉式自鎖裝置，將鋼護筒的頂部孔口對準中驅動裝置后，采用旋轉式自鎖裝置將鋼護筒與驅動裝置固定，見圖3。

（2）鋼護筒采用30 mm厚的高強度鋼板加工而成，與鋼護筒驅動裝置連接的第一節是底面帶刀鋼護筒、護筒頂面預留間距60 cm、孔徑50 mm的圓形孔口，該圓形孔口與鋼護筒驅動裝置承插式連接，旋轉式自鎖裝置固定，鋼護筒之間的連接采用承插式接頭連接，鋼護筒對中就位后，采用Φ50 mm的螺栓連接，連接孔間隔60 cm[3]，見圖4～5。

2.3 準備工作

2.3.1 測量放樣

橋位平面高程控制網布設完成后，對橋位樁基準確放樣并進行復測，確保待施工樁位準確。

2.3.2 場地平整

施工準備完成，首先對場地進行平整、清除雜物，把低洼不平的場地填筑墊高，使旋挖鉆工作面平整，避免鉆進過程中出現鉆機失穩、傾斜等情況。

2.3.3 鉆機就位

依據測量放樣的樁位，旋挖鉆機就位時，機體垂直投影、鉆桿垂直投影和樁位應為同一點；鉆機就位后，采用吊車將護筒驅動裝置吊放至鉆孔位置，旋挖鉆鉆桿安裝鋼護筒驅動裝置后，試拼第一節鋼護筒，鋼護筒的連接應緊密，不得出現松動。

2.3.4 護筒鉆進

依據施工放樣的樁位，旋挖鉆先安裝鉆斗，在原地面鉆進50～100 cm后，安裝鋼護筒驅動裝置，連接第一節帶刀鋼護筒同時鉆進。當第一節護筒安裝就位后，旋挖鉆護筒驅動裝置夾持第二節護筒與第一節連接，連接時應注意Φ50 mm的螺栓應與鋼護筒面齊平，保證護筒鉆進過程中不受任何阻力，隨著不斷鉆進，鋼護筒隨地質情況跟進至硬質砂巖為止。

2.4 鉆孔技術分析

2.4.1 鋼護筒全跟進

當鋼護筒鉆進至硬質基巖后，旋挖鉆按照正常的施工速度鉆進，旋挖鉆機底盤為伸縮式自動整平裝置，并在操作室內有儀表準確顯示電子讀數，當鉆頭對準樁位中心十字線時，各項數據即可鎖定，無須再作調整。機位回轉中心距孔位應控制在3.8～4.4 m之間，變幅油缸盡可能將桅桿縮回，可以減小由鉆機自重和提升所產生的交變應力對孔的影響。檢查在回轉半徑內是否有影響回轉的障礙，鉆進時每循環進尺控制在60 cm左右，剛開始要放慢旋挖速度并注意放斗要穩，提斗要慢，特別是在孔口5～8 m段旋挖過程中要注意通過控制盤來監控垂直度，如有偏差及時進行糾正[4]。

2.4.2 后續工作

（1）混凝土灌筑。當成孔及鋼筋籠驗收合格后，方可開始灌注樁基混凝土，混凝土采用導管灌注，導管的直徑為30 cm，標準節為3 m，底部1節4 m，調整節分別為2節1.5 m、2節1 m和1節0.5 m，用來調節導管長度，導管的連接采用絲扣式，絲扣之間安裝橡膠密封圈且在鉆孔灌注樁澆筑距設計標高5～10 m位置時，進行二次復核定位并將樁基鋼筋籠偏位縮小到30 mm以內。

（2）拔出護筒。當混凝土連續澆筑至樁基頂面50～100 cm時，旋挖鉆應立即就位，對準鋼護筒驅動裝置中心位置，連接鋼護筒，在驅動裝置下，慢慢地轉動鋼護筒，使鋼護筒慢慢拔出。

3 技術先進性分析

易坍塌地質情況下旋挖鉆成孔全護筒跟進施工技術主要有以下先進性：

（1）該技術采用了一種承插式（壁厚30 mm）的鋼護筒，上下護筒之間采用與鋼護筒壁厚一致Φ50 mm螺栓相連接，拆卸方便，在不同地質情況下，護筒可以隨地質變化情況，不斷增加護筒在不同巖層的跟進長度。

（2）該技術在XE550旋挖鉆驅動軸上改裝了護筒驅動裝置，鋼護筒可以與鉆頭同時跟進、同時拔出。

（3）旋挖鉆全護筒跟進能有效防止塌孔，極大地提高了樁身垂直度，且能夠確保樁徑無誤差。與傳統鉆孔樁相比，該施工工藝樁身質量可控，承載力顯著提高。

（4）全護筒隨鉆頭跟進至硬質砂巖層，施工過程中無縮孔現象，樁身直徑能夠得到保證。

（5）在淺水河道及河床地段，旋挖鉆全護筒跟進成孔機動性能高，水流不易流入孔內，不需要修筑圍堰及截斷水流，鉆孔施工采用干作業成孔，節地環保，避免了傳統施工工藝泥漿護壁成孔對環境產生的污染。

（6）減少安全隱患，該技術采用了壁厚30 mm的鋼護筒，護筒本身強度較高，不容易變形，在卵石層地段能有效避免塌孔等一系列安全隱患。

4 工程實例分析

4.1 工程位置、起訖樁號、里程

該項目位于朔州市右玉縣境內，路線全長13.285 km，

起訖里程為K39+080～K52+356.313。路線起點位于右衛鎮殺虎口村南100 m處，終點設于朱家窯村東南側800 m處。路線主要控制點為殺虎口村、二十五灣村、沙梁村、胡四窯村、朱家窯村。路線范圍內相關河流主要有蒼頭河。沿線主要公路情況：路線于起點K39+080處與長城板塊旅游公路二十一至殺虎口段順接，并與G241形成平面交叉；項目沿線于K40+788處下穿準池鐵路海子灣大橋2#、3#墩；于K41+114處下穿大呼高速公路，從高速橋北側第二孔穿過，公路凈空及坡腳線與橋墩的安全距離均滿足要求。出露地層及巖性為新生界第三系上新統（N2）、新生界第四系中更新統（Q2）、上更新統（Q3）、全新統（Q4）粉質黏土、粉土等。植被發育以刺灌木、農作物為主，水土流失較嚴重，屬于易坍塌地質，所以適合采用此技術。

4.2 等級規模、合同價、合同工期

該項目是長城板塊旅游公路朔州市右玉縣境內旅游公路工程的重要組成部分。路線按三級公路標準設計，設計速度為30 km/h，路面寬度7.5 m，設計荷載為公路Ⅱ級。施工總里程為13.285 km，中標價為73 861 680元，合同開工日期為2020年8月1日，完工日期為2022年1月22日，工期共540 d。共設橋梁188 m/2座，其中大橋112 m/1座、中橋76 m/1座，具體情況見表1。

4.3 技術產生的效益分析

易坍塌地質情況下，旋挖鉆成樁全護筒跟進施工技術和傳統旋挖鉆造漿成孔施工費用對比（以樁徑1.8 m為例），旋挖鉆全護筒跟進成孔：每延米單價1 500元；旋挖鉆泥漿護壁成孔：每延米單價1 250元；泥漿運輸費為500元/10 m3，每根樁基需配備2個鋼制泥漿箱（6 m×

3 m×1.5 m），1個泥漿防外濺裝置，泥漿箱加工運輸費為30 000元/個，泥漿防外濺裝置加工運輸費為5 000元/個，泥漿箱及泥漿防外濺裝置可重復供50根樁基使用，每延米鉆孔造漿體積約為每延米鉆孔體積的2倍。綜述以上兩種施工工藝，旋挖鉆全護筒跟進成孔每延米施工費較泥漿護壁成孔施工費高8元左右。

5 結束語

樁基鉆進全護筒跟進工藝作為一種新型技術，適用于各種地層，施工全程采用機械驅動護筒鉆進成孔，保證了成孔質量，且鉆孔過程中對周圍建筑物無震動影響，干作業成孔方式又避免了泥漿護壁帶來的環境污染問題。因此在灌注樁施工精細化發展的背景下，全護筒跟進工藝具有廣闊的應用前景。目前國內主要從理論分析、模型試驗、工程應用三個方面對全護筒跟進工藝的整個施工過程進行研究，研究范圍較廣。該技術重點從工程應用方面進行研究，技術處于國內領先水平。

參考文獻

[1]張劍寧， 田貴洪， 朱紹陽， 等. 全護筒擰管跟進旋挖成孔施工方法：CN112554176B[P]. 2022-04-26.

[2]曹開偉， 徐升才， 羅成名， 等. 一種全護筒跟進長螺旋鉆孔壓灌咬合樁施工方法：CN111519612B[P]. 2021-06-29.

[3]秦偉. 一種跟進式全護筒：CN206887947U[P]. 2018-01-16.

[4]劉寶. 一種用于公路橋梁工程安全管理防撞裝置：CN219586630U[P]. 2023-08-25.