全套管全回轉鉆機在鉆孔咬合灌注樁施工中的應用

1、全套管全回轉鉆孔咬合樁施工工法簡介陳建海 金立源 （徐州盾安重工機械制造有限公司 徐州泉山開發(fā)區(qū) 221000）(陳建海：聯(lián)系電話1305202989 郵箱)（金立源：聯(lián)系電話：郵箱）摘要：全套管全回轉鉆機是一種可以驅動套管做360度回轉的全套管施工設備，全套管全回轉鉆孔咬合樁是近年來在我國區(qū)應用和發(fā)展起來的一項新技術，主要針對于地下圍護結構如地鐵站、地下智能車庫、地下建筑結構、水庫加固擋水墻等施工等，施工順序為先施工B樁兩側的兩根樁體A樁，然后利用全套管全回轉鉆機的切割能力切割掉相鄰A樁相交部分的混凝土，澆筑混凝土后形成咬合樁。 關鍵詞：全套管全回轉 鉆孔咬合樁 工法一、全套管全回轉鉆機簡介

2、 全套管全回轉鉆機（見圖一）是集全液壓動力和傳動、機電液聯(lián)合控制于一體、可以驅動套管做360度回轉的的新型鉆機，壓入套管和挖掘同時進行，具有新型、高效、環(huán)保的鉆進技術，近年來在城市地鐵、深基坑圍護咬合樁、廢樁（地下障礙）的清理、高鐵、道橋、城建樁施工、水庫水壩加固等項目中得到廣泛的應用。全套管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、殘留各類樁基礎、鋼筋混凝土結構等障礙還沒有清除的情況下實現(xiàn)灌注樁、置換樁、柱列式樁排擋土墻的施工以及清除地下障礙五保證頂管及盾構隧道無障礙穿越各類樁基礎，解決了復雜特殊環(huán)境工況下的施工難題。圖一 全套管全回轉鉆機全套管全回轉鉆機包括動力站、

3、工作裝置和輔助鉆具三大部分。動力站為外置，工作裝置包括底座、動力支承平臺、立柱、升降平臺和套管夾緊裝置，底座內(nèi)有支腿油缸進行調平。拉拔油缸、液壓馬達、變速箱、夾緊油缸和齒輪傳動裝置是傳遞動力到套管的主要裝置，驅動套管回轉、上升和下降的。輔助鉆具包括各種規(guī)格的套管、抓斗、多頭抓爪、重錘等。二、全套管全回轉鉆機施工工藝原理全套管全回轉鉆機施工工藝原理為:利用全套管全回轉鉆機的回轉裝置的回轉使鋼套管與土層間的摩阻力大大減少，邊回轉邊壓入，同時利用沖抓斗、沖擊錘挖掘取土或旋挖鉆取土，直至套管下到樁端持力層為止。挖掘完畢后立即進行挖掘深度的測定，并確認樁端持力層，然后清除虛土。成孔后將鋼筋籠放入，接著將

4、導管豎立在鉆孔中心，最后灌注混凝土成樁。全套管全回轉鉆機主要針對高回填地層、巖溶地層、地下水豐富的砂層、卵礫石地層以及沿海地區(qū)軟基或硬巖地區(qū)鉆進成孔、復雜破碎的填石填海地層、沿海灘涂等特殊地層和復雜環(huán)境進行全套管成孔灌注樁施工。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保護護筒，即可在完成成樁作業(yè)，目前國內(nèi)已完成深度120米以上的樁基施工。全套管全回轉鉆機施工具有一下優(yōu)勢：1、無噪音、無振動，安全性能高；2、不使用泥漿，作業(yè)面干凈，可避免泥漿進入混凝土中的可能性，成樁質量高，有利于提高混凝土對鋼筋的握裹力；3、 施工時可以很直觀的判別地層及

5、巖石特性；4、 鉆進速度快，對于一般土層，可達14m/小時左右； 5、 鉆進深度大，根據(jù)地層情況，最深可達到120米以上；6、 成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精確到1/500；7、 不易產(chǎn)生塌孔現(xiàn)象，成孔質量高；8、成孔直徑標準，充盈系數(shù)小，與其它成孔方法相比，可節(jié)約大量混凝土用量；9、清孔徹底，速度快，孔底鉆渣可清至30mm左右。 三、全套管全回轉鉆孔咬合樁施工工法要點1、應用領域 全套管全回轉鉆孔咬合樁可用于基坑工程的擋墻結構、止水帷幕和主體承重結構，配合各種類型抓斗，可在各種土層、強風化與中風化巖層中施工，適用于各種直徑、深度在60米以內(nèi)的樁孔施工。主要針對于地下圍護結構如地鐵站、地下智

6、能車庫、地下建筑結構、水庫加固擋水墻等施工等。 2、全套管全回轉鉆孔咬合樁施工工藝特點 1）避免了采用超緩凝混凝土咬合樁（軟咬合）工藝在完成切割咬合時，容易產(chǎn)生相鄰孔混凝土管涌現(xiàn)象的發(fā)生而造成質量事故，同時由于采用了常規(guī)混凝土，降低了對混凝土的要求，節(jié)約了成本。 2）由于采用硬切割工藝，允許混凝土A樁強度正常發(fā)展，無需依賴緩凝劑控制混凝土強度，并且不會出現(xiàn)由于單樁成樁時間過長（超過超緩凝劑能夠控制的混凝土凝結時間），A樁混凝土強度過高導致無法進行B樁咬合施工的弊病。 3）當遇到較堅硬的大面積地下障礙物時，全回轉鉆機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。 4）全套管全回轉鉆機施

7、工中本身具有止水護壁功能，無需另加護壁措施，是一種節(jié)能環(huán)保的是施工工藝。 5）根據(jù)抓斗取土深度，可確切分清土層，選擇適宜的樁端持力層。 6）孔內(nèi)所取泥土，含水量較低，方便外運，而且無泥漿污染環(huán)境的憂慮；施工現(xiàn)場整潔文明，市區(qū)內(nèi)施工極為合適。7） 對沉降及變位容易控制，能夠緊鄰相近的建筑物、地下管線施工。 8） 全回轉的跟管鉆進與其他掘進方法比較，有效的防止了孔內(nèi)流沙、涌泥，并可進行嵌巖，保證了成樁質量。 9） 第二次施工的樁在已成的第一次兩樁間實施切割咬合，全套管的護孔方式保證了樁間緊密咬合，樁砼凝成一體，形成良好的整體連續(xù)結構。 10）配筋率較低，這是因為鉆孔咬合樁可以采用鋼筋混凝土樁和素混

8、凝土樁間隔布置的排列方式； 11）抗?jié)B能力更強，這是因為鉆孔咬合樁是連續(xù)施工的，樁間不存在施工縫，而地下連續(xù)墻分幅接頭處的施工縫往往是防滲的薄弱環(huán)節(jié)； 12）施工靈活，這是因為鉆孔咬合樁施工時可根據(jù)需要轉折變線，更適合于施工一些平面多變的幾何圖形或呈各種弧形的基坑。3、全套管全回轉鉆孔咬合樁施工工藝原理 全套管全回轉鉆孔咬合樁是采用全套管全回轉鉆機鉆孔施工，在樁與樁之間形成相互咬合排列的一種基坑支護結構（圖二），為便于切割，樁的排列方式一般為一根第一序列樁即 A 樁（素混凝土樁或矩形鋼筋籠混凝土樁）和一根第二序列樁即 B 樁（圓形鋼筋籠混凝土樁）間隔布置，施工時先施工 A 樁后施工 B 樁，待

9、A樁混凝土達到一定強度后用全套管全回轉鉆機切割掉相鄰 A 樁相交部分的混凝土實現(xiàn)咬合成孔（圖三），然后下放鋼筋籠澆灌混凝土形成咬合樁（圖四）。圖二 全套管全回轉鉆孔咬合樁施工工藝流程圖圖三 全套管全回轉鉆孔咬合樁施工工藝原理圖圖四 全套管全回轉鉆機鉆孔咬合樁配筋示意圖4、全套管全回轉鉆孔孔口定位誤差的控制為了保證全套管鉆孔軟切割咬合樁底部有足夠的咬合量，應對其孔口的定位誤差進行嚴格的控制，孔口定位誤差的允許值可按表1來進行選擇。表1：樁位誤差允許值（注：表中孔口定位誤差允許值單位以mm計） 樁 長咬合厚度10m以下1015m15m以上100mm±10±10±101

10、50mm±15±10±10200mm±20±15±10為了有效地提高孔口的定位精度，應在全套管鉆孔切割咬合樁樁頂以上設置混凝土或鋼筋混凝土導墻，導墻上定位孔的直徑D宜比樁徑d大 1020mm（圖五），導墻導墻高度6080mm。鉆機就位后，將第一節(jié)套管插入定位孔并檢查調整，使套管周圍與定位孔之間的空隙保持均勻。圖五 鉆孔咬合樁導墻平面布置示意圖5、全套管全回轉鉆孔咬合樁咬合厚度的確定相鄰樁之間的咬合厚度d根據(jù)樁長來選取，樁越短咬合厚度越?。ㄗ钚〔灰诵?00mm），樁越長咬合厚度越大，按下式進行計算（公式意義在于保證樁底的最小設計咬合厚度

11、不小于50mm）：d2（kl+q）50mm式中 l樁長k樁的垂直度；q孔口定位誤差容許值；d鉆孔咬合樁的設計咬合厚度；。 6、樁體垂直度的控制地面硬化（施做導墻）；機器的水平調整；套管的順直度檢查和校正 ；成孔過程中套管垂直度監(jiān)測和檢查。采用全套管鉆機施工鉆孔咬合樁有以下兩個顯著優(yōu)點：1）成孔精度可以得到有效控制，這是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 500mm，套管每節(jié)長度6m，可以邊壓入邊糾偏，進行全過程的垂直度控制。2）成孔垂直度檢測可在套管內(nèi)進行，使檢測工作變得更為方便、更易控制且有直觀感。這是其他種類的咬合樁無法比擬的。7、注意“管涌”的控制根據(jù)地質報告，隨

12、時觀察孔內(nèi)地下水和穿越砂層的動態(tài)，按少取土多壓進的原則操作，做到套管超前；套管始終超前，抓土在后，抓土面離套管底的最小距離應保持在2d（d為樁徑）以上，使孔內(nèi)留足一定厚度的反壓土層，防止管涌的產(chǎn)生；往孔內(nèi)灌水，直灌到相當于承壓水頭的高度后再鉆進。8、常用圍護結構技術特性比較技術特征 擋土結構 水泥土攪拌樁SMW工法樁鉆孔灌注樁加止水措施形成的組合樁全套管全回轉鉆孔合咬樁地下連續(xù)墻經(jīng)濟開挖深度(m)61061461510452040現(xiàn)場要求較少較少一般一般較高施工占地較大小較大小大施工工藝較簡單較復雜較簡單較復雜復雜環(huán)保要求廢土外運少，對環(huán)保影響較小廢土外運少，對環(huán)保影響較小泥漿對環(huán)保影響大噪聲

13、低，無泥漿，對環(huán)保影響小泥漿對環(huán)保影響大整體剛度一般較大較大較大大抗?jié)B漏較好較好一般好好樁(墻)體質量較好好一般好好技術成熟程度熟練熟練熟練熟練較熟練與永久結構關系臨時結構臨時結構可作為永久結構的一部分可作為永久結構的一部分永久結構或永久結構的一部分與結構抗浮關系與主體結構抗浮無關與主體結構抗浮無關與主體結構拉結，對主體結構抗浮有利與主體結構拉結，對主體結構抗浮有利與主體結構拉結，對主體結構抗浮有利費用低低一般一般高四、全回轉全套管鉆孔咬合樁施工案例 案例一：廈門市軌道交通 2 號線一期工程土建 1 標段二工區(qū)大兔嶼風井硬咬合鉆孔灌注樁1）工程地質概況本項目地層自上而下為碎裂狀強風化砂質泥巖，

14、點荷載抗壓強度為 34MPa；碎裂狀強風化變質砂巖，點荷載抗壓強度為 1017MPa。2）工程簡況樁徑 1500mm，咬合厚度 400mm，樁長 42m，開挖32m，采用全套管全回轉鉆機硬咬合樁施工工藝。3）施工單位昆明捷程樁工公司4）主要設備配置盾安重工 DTR2005H 全套管全回轉鉆機一臺，100t 履帶吊一臺，嵌巖旋挖鉆機一臺。5）咬合樁配置咬合樁第一序列樁為素混凝土樁，混凝土強度等級為 C20；咬合樁第二序列樁為鋼筋混凝土樁（葷樁），混凝土強度等級為 C35。6）施工工藝流程全回轉全套管鉆機對位沖抓取土、壓管旋挖鉆機嵌巖取土、壓管測垂垂直度、測量孔深、清沉渣放導管、灌注混凝土拔管、樁

15、機移位打葷樁循環(huán)上述工序。7）施工難點施工難點是硬切割被咬合的樁時，垂直度控制困難，由于咬合面厚，強度高于周邊土體，套管及鉆斗容易跑偏，只能采取慢進尺，勤撈土、逐步下管，所以葷樁的施工時間偏長。通過一個月施工，正常施工素樁成孔時間需約 14 小時，葷樁成孔時間需約 28 小時。由于切割時間控制在 5 天以上，素樁混凝土 C20 強度可達 20MPa 左右，切割難度大。8）施工結果全回轉全套管鉆機成孔垂直度控制在1以內(nèi)，滿足設計要求。圖六 大兔嶼風井硬咬合鉆孔灌注樁案例二：南京市地下管廊項目220kV秦淮濱南盾構區(qū)間5#盾構始發(fā)井咬合樁1）工程簡況樁徑 1200mm，咬合厚度 400mm，樁長

16、45m，采用全套管全回轉鉆機硬咬合樁施工工藝。2）施工單位江蘇通州基礎工程有限公司3）主要設備配置盾安重工 DTR2005H 、全套管DTR1505全套管全回轉鉆機各一臺，100t 、80噸履帶吊各一臺。4）咬合樁配置咬合樁第一序列樁為素混凝土樁，混凝土強度等級為 C30；咬合樁第二序列樁為鋼筋混凝土樁（葷樁），混凝土強度等級為 C35。5）施工工藝流程全回轉全套管鉆機對位沖抓取土、壓管旋挖鉆機嵌巖取土、壓管測垂垂直度、測量孔深、清沉渣放導管、灌注混凝土拔管、樁機移位打葷樁循環(huán)上述工序。 6）施工結果經(jīng)河海大學超聲波垂直度檢測，咬合樁垂直度達到0.8，滿足設計要求。圖七 開挖后的咬合樁 圖八 技術人員檢測垂直度參考文獻1 沈保漢全套管沖抓取土灌注樁施工工法工程機械與維修，2010（8）2 沈保漢全套管鉆孔咬合灌注樁施工工法，工程機械與維修，2015（04）增刊3 沈保漢盾安DTR全套管全回轉鉆機喀斯特地層大直徑灌注樁施工工法工程機械與維修，2015（04）增刊4 陳建海，劉可可，全回轉鉆機在國內(nèi)的發(fā)展與應用，新華書局，2016海峽兩岸巖土工程/地工技術交流研討會論文集5 沈保漢，劉波，劉富華貝諾特