旋挖鉆機(jī)套管咬合樁施工工法

/全套管鉆機(jī)+旋挖鉆機(jī)鉆孔咬合樁施工工法第三工程有限公司潘龍一、前言鉆孔咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要接受全套管鉆機(jī)，通過(guò)套筒護(hù)壁鉆進(jìn)成孔，運(yùn)用超緩凝混凝土，使得鋼筋砼樁相鄰樁體能夠被套管切割而相互咬合，排列而成一個(gè)整體的墻體起到良好的止水效果，90年頭在我國(guó)出現(xiàn)的新型深基坑支護(hù)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。全套管鉆機(jī)又稱(chēng)貝諾特（Benoto）鉆機(jī)，由法國(guó)貝諾特公司于20世紀(jì)50年頭初開(kāi)發(fā)和研制而成，隨后日、德、英、意等國(guó)引進(jìn)和研制，機(jī)種和施工方法均有很大發(fā)展，產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代，在海內(nèi)外廣泛接受，截止到1997年12月，日本已生產(chǎn)搖動(dòng)式全套管鉆機(jī)770臺(tái)，全回轉(zhuǎn)式全套管鉆機(jī)433臺(tái)。據(jù)日本基礎(chǔ)建設(shè)協(xié)會(huì)1993年對(duì)31家施工單位的10.1萬(wàn)根灌注樁的調(diào)查，全套管工法占26%。目前在香港全套管鉆機(jī)的成樁數(shù)的市場(chǎng)份額約占45%。

我國(guó)于二十世紀(jì)七十年頭起先引進(jìn)咬合樁工藝，九十年頭中期由昆明捷程樁工公司首先在我國(guó)起先研制MZ系列搖動(dòng)式全套管鉆機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)磨樁機(jī)（樁徑為0.8、1.0和1.2m）。在昆明、溫州、深圳、北京、南京、杭州及天津等地深基坑支護(hù)工程中接受捷程MZ全套管鉆機(jī)施工咬合樁慢慢得到廣泛應(yīng)用；但MZ套管鉆機(jī)在地下水豐富的密實(shí)的粉細(xì)砂地層中，沖抓錐受機(jī)械設(shè)備性能限制難以抓土，即使抓上的少量砂土也在提升時(shí)被地下水從抓錐的縫隙中沖漏下，因此無(wú)法成孔；且套管難以下壓，套管超前入土深度不夠，易發(fā)生“管涌”現(xiàn)象。為此探討接受旋挖鉆機(jī)+套管鉆機(jī)相結(jié)合的新工法，解決了上述施工難題，該咬合樁的適用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。二、工法特點(diǎn)一）接受鋼套管護(hù)壁，不須要運(yùn)用泥漿；噪聲低、振動(dòng)小和機(jī)械化程度高，施工現(xiàn)場(chǎng)整齊文明，環(huán)保效果好。二）接受旋挖鉆機(jī)取土，能在高地下水位的密實(shí)砂土層中成樁，擴(kuò)大了MZ套管鉆機(jī)的適用范圍。三）在飽和致密砂層中，套管能夠超前入土確定的深度，孔壁不會(huì)坍方，易于限制樁斷面尺寸和形態(tài)，成樁直徑和垂直度精度好，能保證樁間緊密咬合，形成良好的整體連續(xù)結(jié)構(gòu)，能起到良好的止水作用。四）在高地下水位時(shí)，接受注水反壓工藝，能有效的防止孔內(nèi)流砂和涌泥；較簡(jiǎn)潔處理孔底虛土，清底效果好；避開(kāi)了一般鉆孔灌注樁可能發(fā)生的縮頸、斷樁及混凝土離析等質(zhì)量問(wèn)題，充盈系數(shù)小，節(jié)約混凝土。五）成樁過(guò)程中對(duì)周邊土體的擾動(dòng)可削減到最小程度，沉降及變形簡(jiǎn)潔限制，能緊鄰相近的建筑物和地下管線(xiàn)施工，平安性好，尤其適合于在市區(qū)內(nèi)繁華地段施工。；三、適用范圍旋挖鉆機(jī)+套管鉆機(jī)相結(jié)合，使套管咬合樁的適用范圍越來(lái)越大，可在各種雜填土(含有磚渣、石渣及混凝土塊等)、粘性土、砂性土和風(fēng)化巖層中施工。四、工藝原理該工法利用轉(zhuǎn)動(dòng)液壓裝置，使鋼套管和土層間的摩阻力大大削減，邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊壓入，套管始終應(yīng)超前挖土面＞250㎝，造成一段“瓶塞”，阻擋素樁的超緩凝砼的涌入；同時(shí)通過(guò)注水使套管內(nèi)水位高于地下水位，對(duì)地層產(chǎn)生反壓，防止發(fā)生“流砂”或“管涌”現(xiàn)象，旋挖鉆機(jī)針對(duì)地層狀況選用鉆頭挖掘取土，直至樁端持力層為止，經(jīng)檢驗(yàn)合格后立刻將鋼筋籠放入（素樁不放鋼筋籠），灌注水下混凝土（素樁為超緩凝砼）成樁。最終通過(guò)素樁和鋼筋砼樁相互咬合連成深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁墻。同排樁的成樁依次，原則是先施工A1樁（超緩凝砼樁），再施工A2樁（超緩凝砼樁），后施工B1樁（鋼筋混凝土樁），形成樁間相互咬合，成樁依次：A1—A2—B1—A3—B2—A4—B3……，如此循環(huán)如圖所示：五、工藝流程和操作要點(diǎn)一）工藝流程導(dǎo)墻施工→鉆機(jī)就位對(duì)中→吊放并壓入第一節(jié)套管、校對(duì)垂直度、沖抓取土→注水反壓、旋挖取土→終孔檢查→（B樁吊放鋼筋籠）→安裝砼導(dǎo)管→灌注水下砼→樁機(jī)移位（重復(fù)上述工序）。二）工序操作要點(diǎn)1、導(dǎo)墻施工：為了提高鉆孔咬合樁孔口的定位精度并提高就位效率，在樁頂上部設(shè)砼導(dǎo)墻，詳見(jiàn)導(dǎo)墻模板安裝圖。導(dǎo)墻寬3.5m、厚度為0.3m；定位孔直徑比樁徑大2cm；導(dǎo)墻頂高出地面≥10cm，以防止地表水流入。2、鉆機(jī)就位對(duì)中：導(dǎo)墻砼達(dá)到強(qiáng)度后，重新定位咬合樁中心位置，將點(diǎn)位反到導(dǎo)墻面上，作為鉆機(jī)定位限制點(diǎn)；移動(dòng)套管鉆機(jī)至正確位置，使套管鉆機(jī)抱管器中心對(duì)應(yīng)咬合樁樁位中心。導(dǎo)墻模板安裝圖3、吊放并壓入第一節(jié)套管、校對(duì)垂直度、沖抓取土鉆機(jī)就位后，將第一節(jié)管吊裝在樁機(jī)鉗口中，找正套管垂直度后，磨樁下壓套管，壓入深度約為2.5m-3.5m，然后用沖抓斗從套管內(nèi)取土，一邊抓土、一邊下壓套管，保持套管底口超過(guò)開(kāi)挖面的深度≥2.5m。第一節(jié)套管全部壓入土中后（套管高出導(dǎo)墻頂面1.2m-1.5m，便于接管），檢測(cè)垂直度，如不合格則進(jìn)行糾偏調(diào)整，如合格則安裝其次節(jié)套管接著下壓取土。4、注水反壓、旋挖取土套管進(jìn)入中密～密實(shí)砂層時(shí)，因砂土摩阻力大套管壓入困難，為防止出現(xiàn)涌砂，快進(jìn)入砂層時(shí)提前向套管內(nèi)注水反壓，保持套管內(nèi)外水土壓力平衡，后移走沖抓斗吊機(jī)改用旋挖機(jī)取土，邊壓入套管，并不斷向套管內(nèi)補(bǔ)水，直至挖至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。5、終孔檢查將孔底的虛土全部清除，然后測(cè)量孔深、垂直度，直至滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。6、灌注水下砼終孔檢查合格后（B樁須吊放鋼筋籠，鋼筋籠標(biāo)高誤差±20㎝），然后安裝φ250導(dǎo)管進(jìn)行水下砼澆灌；澆筑時(shí)檢查每車(chē)砼類(lèi)型和標(biāo)號(hào)、坍落度狀況，以免素樁和鋼筋樁砼混用或發(fā)生灌注事故；每根樁制取一組試件，監(jiān)測(cè)其緩凝時(shí)間及強(qiáng)度；施工時(shí)邊澆注砼邊拔管，但始終保持套管底低于砼面≮2.5m，樁頂標(biāo)高誤差±20㎝。六、關(guān)鍵技術(shù)1.注水反壓限制在套管進(jìn)入地下水位下的中密～密實(shí)砂層時(shí)，應(yīng)提前向套管孔內(nèi)注水，注水標(biāo)高限制在地下水位以上不小于2m；水注滿(mǎn)后旋挖鉆機(jī)才能施工，在旋挖鉆機(jī)施工過(guò)程中要?jiǎng)偤脤?duì)孔內(nèi)補(bǔ)水，維持水位以保持反壓，防止發(fā)生“流砂”或“管涌”。2.超緩凝砼“管涌”的限制在鋼筋砼樁成孔過(guò)程中因素砼樁的超緩凝砼尚處于流淌狀態(tài)，超緩凝砼有可能從素砼樁和鋼筋砼樁相交處涌入鋼筋砼樁孔內(nèi)，形成“管涌”。防止方法如下：1）素樁的超緩凝砼的坍落度應(yīng)盡量小一些，不宜超過(guò)18cm。2）套管底口始終保持超前于開(kāi)挖面確定距離（不宜小于2.5m），以便于造成一段“瓶塞”，阻擋超緩凝砼的涌入。3）要隨時(shí)往套管內(nèi)注水，并保持水位維持反壓來(lái)平衡素砼樁砼和承壓水的壓力，阻擋發(fā)生“管涌”事故。3.接受砂樁法處理咬合樁接頭：在施工段的端頭設(shè)置一根砂樁（成孔后用砂灌滿(mǎn)），待施工到此接頭時(shí)按常規(guī)下壓套管挖出砂，成樁后灌上砼即可；因砂樁施工處不行避開(kāi)產(chǎn)生施工縫,開(kāi)挖后會(huì)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象,因此在基坑開(kāi)挖前所施工的砂樁接縫外側(cè)另增加一至兩根旋噴樁作為防水處理。七、勞動(dòng)組織每施工區(qū)（配置一臺(tái)旋挖鉆機(jī)和液壓套管鉆機(jī)），每天按8小時(shí)三班倒連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)。每班所需人員組織如下：1、旋挖鉆機(jī)+液壓套管鉆機(jī)組：由班組長(zhǎng)1人、液壓套管鉆機(jī)司機(jī)1人、旋挖鉆機(jī)司機(jī)1人、起重機(jī)司機(jī)1人和協(xié)作人員6人等組成，負(fù)責(zé)壓、拔鋼套管、套管監(jiān)測(cè)、咬合樁成孔作業(yè)、鋼筋籠吊放和樁身砼澆搗。2、鋼筋籠加工班組20人,負(fù)責(zé)咬合樁鋼筋籠的加工和運(yùn)輸。3、機(jī)電修理班組4人，負(fù)責(zé)修理吊車(chē)、樁機(jī)等機(jī)械設(shè)備，水電設(shè)施的維護(hù)。八、材料和機(jī)械設(shè)備1、材料素樁超緩凝砼：是咬合樁施工工藝所需的關(guān)鍵性特殊材料，其作用是延長(zhǎng)素砼樁砼的初凝時(shí)間，為其相鄰鋼筋砼B樁套管鉆機(jī)素樁初凝之前切割素砼以達(dá)到的相互咬合成孔。超緩凝砼的技術(shù)參數(shù)：砼標(biāo)號(hào)C20，三天強(qiáng)度不超過(guò)3Mpa；砼坍落度：素砼樁取16±2cm。緩凝時(shí)間TH計(jì)算如下：TH=1.2×（Ty+2Ta+Tb）式中：Ty：商品砼運(yùn)輸時(shí)間（hr）；Ta：素樁單樁成樁時(shí)間（hr）Tb：鋼筋砼樁單樁成樁時(shí)間（hr）2、機(jī)械設(shè)備：每施工區(qū)配置機(jī)械設(shè)備如下：序號(hào)機(jī)械設(shè)備名稱(chēng)規(guī)格型號(hào)數(shù)量1履帶式起重機(jī)QU2512全套管液壓鉆MZ系列13高抬式旋挖機(jī)SD-61014潛水泵50m3/h1九、質(zhì)量限制一）樁垂直度限制為保證咬合樁底部有足夠厚度的咬合，確保止水效果，除對(duì)樁位定位誤差嚴(yán)格限制外，還應(yīng)對(duì)其垂直度進(jìn)行嚴(yán)格的限制，依據(jù)設(shè)計(jì)要求樁垂直度要求為3‰。施工中應(yīng)抓好以下工作：1.鋼套管垂直度檢查和校正：施工前在平整地面上首先檢查和校正單節(jié)套管的順直度，然后將依據(jù)樁長(zhǎng)將所需的的套管全部連接起來(lái)進(jìn)行整根套管的順直度檢查（偏差宜小于10mm）。檢測(cè)方法：在地面上測(cè)放出兩條相互平行的直線(xiàn)，將套管置于兩條直線(xiàn)之間，然后用線(xiàn)錘和直尺進(jìn)行檢測(cè)。2.成孔過(guò)程中套管垂直度監(jiān)測(cè)和檢查：地面監(jiān)測(cè)：在地面選擇兩個(gè)相互垂直的方向，同時(shí)用線(xiàn)錘或經(jīng)緯儀監(jiān)測(cè)地面以上部分的套管垂直度，發(fā)覺(jué)偏差隨時(shí)訂正?？變?nèi)檢查：每節(jié)套管壓完后安裝下一節(jié)套管之前，都要停下來(lái)用測(cè)斜儀或“測(cè)環(huán)”進(jìn)行孔內(nèi)垂直度檢查，不合格時(shí)需進(jìn)行糾偏，直至合格才能進(jìn)行下一節(jié)套管施工。如發(fā)覺(jué)垂直度偏差過(guò)大，必需進(jìn)行糾偏調(diào)整，糾偏的方法有以下三種：1）利用鉆機(jī)油缸進(jìn)行糾偏：如偏差不大于或套管入土不深（5m以下），可干脆利用液壓套管機(jī)的兩個(gè)頂升油缸和兩個(gè)推拉油缸調(diào)整套管的垂直度，即可達(dá)到糾偏的目的。2）素砼樁糾偏：假如素砼樁在入土5m以下發(fā)生較大偏移，可先利用鉆機(jī)油缸干脆糾偏，如達(dá)不到要求，可向套管內(nèi)填砂或粘土，一邊填土一邊拔起套管，直至將套管提升到上一次檢查合格的地方，然后調(diào)直套管，檢查其垂直度合格后再重新下壓。3）鋼筋砼樁糾偏：和素砼樁處理方法基本相像，但不能向套管內(nèi)填砂或粘土而應(yīng)填入和素樁相同強(qiáng)度的超緩凝砼，否則有可能在樁間留下土夾層，從而影響排樁的防水效果。3.終孔檢測(cè)：在每根樁成孔完畢，必需選兩個(gè)相互垂直的方向進(jìn)行垂直度檢測(cè)（在需注水狀況下，注水前提前進(jìn)行垂直度檢測(cè)）。二）超緩凝商品砼質(zhì)量限制：1.依據(jù)砼運(yùn)輸時(shí)間和A樁和B樁的施工時(shí)間，考慮20%的富余時(shí)間確定緩凝時(shí)間。2.砼標(biāo)號(hào)必需聽(tīng)從緩凝時(shí)間要求。3.拌和材料符合規(guī)范要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。4.通過(guò)試驗(yàn)最終確定協(xié)作比和緩凝時(shí)間，同時(shí)依據(jù)條件變更剛好調(diào)整。十、平安和環(huán)保措施一）平安措施因在地面作業(yè)，只需實(shí)行下列常規(guī)的平安防護(hù)措施：起重吊裝平安措施。機(jī)械操作平安措施。電氣設(shè)備運(yùn)用平安措施。二）環(huán)保措施由于套管咬合樁環(huán)保性好，但需加強(qiáng)棄土管理，防止污染周邊環(huán)境。十一、效益分析將套管咬合樁和常用地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁+旋噴樁止水和SMW工法樁等圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式相比較，列表如下：各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式效益比較表序號(hào)比較項(xiàng)目套管咬合樁地下連續(xù)墻鉆孔灌注樁+旋噴樁SMW工法樁1護(hù)壁材料套管護(hù)壁泥漿護(hù)壁泥漿護(hù)壁無(wú)需護(hù)壁2成樁精度好差差較好3適用范圍有限制有限制廣泛有限制4施工難易較易較難較易簡(jiǎn)潔5環(huán)境愛(ài)惜好差差較好6施工進(jìn)度慢慢較快快7工程造價(jià)中高較低低十一、工程實(shí)例南京地鐵二號(hào)線(xiàn)BT項(xiàng)目所街站基坑深約14m，基坑平安防護(hù)等級(jí)為一級(jí)；其圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為直徑Φ1000@800mm的套管咬合鉆孔灌注樁，樁間咬合20mm，最深樁長(zhǎng)達(dá)28m。依據(jù)地質(zhì)資料，在樁長(zhǎng)范圍內(nèi)地面以下6～8m出現(xiàn)中密～密實(shí)的飽和3d2-3粉細(xì)砂層；地下水位在地面以下1m左右，并具有承壓性，易出現(xiàn)突涌、流砂等不良地質(zhì)現(xiàn)象。十二、咬合樁施工狀況進(jìn)場(chǎng)后，接受MZ液壓套管樁機(jī)在坑外進(jìn)行成孔試驗(yàn)，當(dāng)?shù)孛嬉韵?～8m遇到中密～密實(shí)粉細(xì)