全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在鉆孔咬合灌注樁施工中的應(yīng)用

1、全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔咬合樁施工工法簡(jiǎn)介陳建海 金立源 （徐州盾安重工機(jī)械制造有限公司 徐州泉山開(kāi)發(fā)區(qū) 221000）(陳建海：聯(lián)系電話(huà)1305202989 郵箱)（金立源：聯(lián)系電話(huà)：郵箱）摘要：全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是一種可以驅(qū)動(dòng)套管做360度回轉(zhuǎn)的全套管施工設(shè)備，全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔咬合樁是近年來(lái)在我國(guó)區(qū)應(yīng)用和發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，主要針對(duì)于地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)如地鐵站、地下智能車(chē)庫(kù)、地下建筑結(jié)構(gòu)、水庫(kù)加固擋水墻等施工等，施工順序?yàn)橄仁┕樁兩側(cè)的兩根樁體A樁，然后利用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)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(guān)鍵詞：全套管全回轉(zhuǎn) 鉆孔咬合樁 工法一、全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)簡(jiǎn)介

2、 全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)（見(jiàn)圖一）是集全液壓動(dòng)力和傳動(dòng)、機(jī)電液聯(lián)合控制于一體、可以驅(qū)動(dòng)套管做360度回轉(zhuǎn)的的新型鉆機(jī)，壓入套管和挖掘同時(shí)進(jìn)行，具有新型、高效、環(huán)保的鉆進(jìn)技術(shù)，近年來(lái)在城市地鐵、深基坑圍護(hù)咬合樁、廢樁（地下障礙）的清理、高鐵、道橋、城建樁施工、水庫(kù)水壩加固等項(xiàng)目中得到廣泛的應(yīng)用。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)適合在卵、漂石地層、含溶洞地層、厚流沙地層、強(qiáng)縮頸地層、殘留各類(lèi)樁基礎(chǔ)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等障礙還沒(méi)有清除的情況下實(shí)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(gòu)隧道無(wú)障礙穿越各類(lèi)樁基礎(chǔ)，解決了復(fù)雜特殊環(huán)境工況下的施工難題。圖一 全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)包括動(dòng)力站、

3、工作裝置和輔助鉆具三大部分。動(dòng)力站為外置，工作裝置包括底座、動(dòng)力支承平臺(tái)、立柱、升降平臺(tái)和套管夾緊裝置，底座內(nèi)有支腿油缸進(jìn)行調(diào)平。拉拔油缸、液壓馬達(dá)、變速箱、夾緊油缸和齒輪傳動(dòng)裝置是傳遞動(dòng)力到套管的主要裝置，驅(qū)動(dòng)套管回轉(zhuǎn)、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(zhuǎn)鉆機(jī)施工工藝原理全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工工藝原理為:利用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置的回轉(zhuǎn)使鋼套管與土層間的摩阻力大大減少，邊回轉(zhuǎn)邊壓入，同時(shí)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(jìn)行挖掘深度的測(cè)定，并確認(rèn)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(dǎo)管豎立在鉆孔中心，最后灌注混凝土成樁。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)主要針對(duì)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(jìn)成孔、復(fù)雜破碎的填石填海地層、沿海灘涂等特殊地層和復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行全套管成孔灌注樁施工。由于鉆機(jī)具有強(qiáng)大的扭矩、壓入力，可有效對(duì)巖層進(jìn)行切削，且套管本身具有護(hù)壁作用，無(wú)需回填塊石或另下保護(hù)護(hù)筒，即可在完成成樁作業(yè)，目前國(guó)內(nèi)已完成深度120米以上的樁基施工。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工具有一下優(yōu)勢(shì)：1、無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)，安全性能高；2、不使用泥漿，作業(yè)面干凈，可避免泥漿進(jìn)入混凝土中的可能性，成樁質(zhì)量高，有利于提高混凝土對(duì)鋼筋的握裹力；3、 施工時(shí)可以很直觀(guān)的判別地層及

5、巖石特性；4、 鉆進(jìn)速度快，對(duì)于一般土層，可達(dá)14m/小時(shí)左右； 5、 鉆進(jìn)深度大，根據(jù)地層情況，最深可達(dá)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(zhì)量高；8、成孔直徑標(biāo)準(zhǔn)，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(zhuǎn)鉆孔咬合樁施工工法要點(diǎn)1、應(yīng)用領(lǐng)域 全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔咬合樁可用于基坑工程的擋墻結(jié)構(gòu)、止水帷幕和主體承重結(jié)構(gòu)，配合各種類(lèi)型抓斗，可在各種土層、強(qiáng)風(fēng)化與中風(fēng)化巖層中施工，適用于各種直徑、深度在60米以?xún)?nèi)的樁孔施工。主要針對(duì)于地下圍護(hù)結(jié)構(gòu)如地鐵站、地下智

6、能車(chē)庫(kù)、地下建筑結(jié)構(gòu)、水庫(kù)加固擋水墻等施工等。 2、全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔咬合樁施工工藝特點(diǎn) 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(shí)，容易產(chǎn)生相鄰孔混凝土管涌現(xiàn)象的發(fā)生而造成質(zhì)量事故，同時(shí)由于采用了常規(guī)混凝土，降低了對(duì)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(qiáng)度正常發(fā)展，無(wú)需依賴(lài)緩凝劑控制混凝土強(qiáng)度，并且不會(huì)出現(xiàn)由于單樁成樁時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（超過(guò)超緩凝劑能夠控制的混凝土凝結(jié)時(shí)間），A樁混凝土強(qiáng)度過(guò)高導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行B樁咬合施工的弊病。 3）當(dāng)遇到較堅(jiān)硬的大面積地下障礙物時(shí)，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成樁的過(guò)程中可以直接清除地下巖層及障礙物，達(dá)到一次成樁。 4）全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施

7、工中本身具有止水護(hù)壁功能，無(wú)需另加護(hù)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(yùn)，而且無(wú)泥漿污染環(huán)境的憂(yōu)慮；施工現(xiàn)場(chǎng)整潔文明，市區(qū)內(nèi)施工極為合適。7） 對(duì)沉降及變位容易控制，能夠緊鄰相近的建筑物、地下管線(xiàn)施工。 8） 全回轉(zhuǎn)的跟管鉆進(jìn)與其他掘進(jìn)方法比較，有效的防止了孔內(nèi)流沙、涌泥，并可進(jìn)行嵌巖，保證了成樁質(zhì)量。 9） 第二次施工的樁在已成的第一次兩樁間實(shí)施切割咬合，全套管的護(hù)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(jié)構(gòu)。 10）配筋率較低，這是因?yàn)殂@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(qiáng)，這是因?yàn)殂@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?yàn)殂@孔咬合樁施工時(shí)可根據(jù)需要轉(zhuǎn)折變線(xiàn)，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(zhuǎn)鉆孔咬合樁施工工藝原理 全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔咬合樁是采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)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(hù)結(jié)構(gòu)（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(shí)先施工 A 樁后施工 B 樁，待

9、A樁混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)切割掉相鄰 A 樁相交部分的混凝土實(shí)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(zhuǎn)鉆孔咬合樁施工工藝流程圖圖三 全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔咬合樁施工工藝原理圖圖四 全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆孔咬合樁配筋示意圖4、全套管全回轉(zhuǎn)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(yīng)對(duì)其孔口的定位誤差進(jìn)行嚴(yán)格的控制，孔口定位誤差的允許值可按表1來(lái)進(jìn)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(jì)） 樁 長(zhǎng)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(yīng)在全套管鉆孔切割咬合樁樁頂以上設(shè)置混凝土或鋼筋混凝土導(dǎo)墻，導(dǎo)墻上定位孔的直徑D宜比樁徑d大 1020mm（圖五），導(dǎo)墻導(dǎo)墻高度6080mm。鉆機(jī)就位后，將第一節(jié)套管插入定位孔并檢查調(diào)整，使套管周?chē)c定位孔之間的空隙保持均勻。圖五 鉆孔咬合樁導(dǎo)墻平面布置示意圖5、全套管全回轉(zhuǎn)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(zhǎng)來(lái)選取，樁越短咬合厚度越?。ㄗ钚〔灰诵?00mm），樁越長(zhǎng)咬合厚度越大，按下式進(jìn)行計(jì)算（公式意義在于保證樁底的最小設(shè)計(jì)咬合厚度

11、不小于50mm）：d2（kl+q）50mm式中 l樁長(zhǎng)k樁的垂直度；q孔口定位誤差容許值；d鉆孔咬合樁的設(shè)計(jì)咬合厚度；。 6、樁體垂直度的控制地面硬化（施做導(dǎo)墻）；機(jī)器的水平調(diào)整；套管的順直度檢查和校正 ；成孔過(guò)程中套管垂直度監(jiān)測(cè)和檢查。采用全套管鉆機(jī)施工鉆孔咬合樁有以下兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：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(jī)液壓油缸行程完成的，每次壓入深度約 500mm，套管每節(jié)長(zhǎng)度6m，可以邊壓入邊糾偏，進(jìn)行全過(guò)程的垂直度控制。2）成孔垂直度檢測(cè)可在套管內(nèi)進(jìn)行，使檢測(cè)工作變得更為方便、更易控制且有直觀(guān)感。這是其他種類(lèi)的咬合樁無(wú)法比擬的。7、注意“管涌”的控制根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，隨

12、時(shí)觀(guān)察孔內(nèi)地下水和穿越砂層的動(dòng)態(tài)，按少取土多壓進(jìn)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(yīng)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(dāng)于承壓水頭的高度后再鉆進(jìn)。8、常用圍護(hù)結(jié)構(gòu)技術(shù)特性比較技術(shù)特征 擋土結(jié)構(gòu) 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(zhuǎn)鉆孔合咬樁地下連續(xù)墻經(jīng)濟(jì)開(kāi)挖深度(m)61061461510452040現(xiàn)場(chǎng)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(jiǎn)單較復(fù)雜較簡(jiǎn)單較復(fù)雜復(fù)雜環(huán)保要求廢土外運(yùn)少，對(duì)環(huán)保影響較小廢土外運(yùn)少，對(duì)環(huán)保影響較小泥漿對(duì)環(huán)保影響大噪聲

13、低，無(wú)泥漿，對(duì)環(huán)保影響小泥漿對(duì)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(zhì)量較好好一般好好技術(shù)成熟程度熟練熟練熟練熟練較熟練與永久結(jié)構(gòu)關(guān)系臨時(shí)結(jié)構(gòu)臨時(shí)結(jié)構(gòu)可作為永久結(jié)構(gòu)的一部分可作為永久結(jié)構(gòu)的一部分永久結(jié)構(gòu)或永久結(jié)構(gòu)的一部分與結(jié)構(gòu)抗浮關(guān)系與主體結(jié)構(gòu)抗浮無(wú)關(guān)與主體結(jié)構(gòu)抗浮無(wú)關(guān)與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗浮有利與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗浮有利與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)，對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗浮有利費(fèi)用低低一般一般高四、全回轉(zhuǎn)全套管鉆孔咬合樁施工案例 案例一：廈門(mén)市軌道交通 2 號(hào)線(xiàn)一期工程土建 1 標(biāo)段二工區(qū)大兔嶼風(fēng)井硬咬合鉆孔灌注樁1）工程地質(zhì)概況本項(xiàng)目地層自上而下為碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，

14、點(diǎn)荷載抗壓強(qiáng)度為 34MPa；碎裂狀強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，點(diǎn)荷載抗壓強(qiáng)度為 1017MPa。2）工程簡(jiǎn)況樁徑 1500mm，咬合厚度 400mm，樁長(zhǎng) 42m，開(kāi)挖32m，采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)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(shè)備配置盾安重工 DTR2005H 全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)一臺(tái)，100t 履帶吊一臺(tái)，嵌巖旋挖鉆機(jī)一臺(tái)。5）咬合樁配置咬合樁第一序列樁為素混凝土樁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C20；咬合樁第二序列樁為鋼筋混凝土樁（葷樁），混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C35。6）施工工藝流程全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)對(duì)位沖抓取土、壓管旋挖鉆機(jī)嵌巖取土、壓管測(cè)垂垂直度、測(cè)量孔深、清沉渣放導(dǎo)管、灌注混凝土拔管、樁

15、機(jī)移位打葷樁循環(huán)上述工序。7）施工難點(diǎn)施工難點(diǎn)是硬切割被咬合的樁時(shí)，垂直度控制困難，由于咬合面厚，強(qiáng)度高于周邊土體，套管及鉆斗容易跑偏，只能采取慢進(jìn)尺，勤撈土、逐步下管，所以葷樁的施工時(shí)間偏長(zhǎng)。通過(guò)一個(gè)月施工，正常施工素樁成孔時(shí)間需約 14 小時(shí)，葷樁成孔時(shí)間需約 28 小時(shí)。由于切割時(shí)間控制在 5 天以上，素樁混凝土 C20 強(qiáng)度可達(dá) 20MPa 左右，切割難度大。8）施工結(jié)果全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)成孔垂直度控制在1以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。圖六 大兔嶼風(fēng)井硬咬合鉆孔灌注樁案例二：南京市地下管廊項(xiàng)目220kV秦淮濱南盾構(gòu)區(qū)間5#盾構(gòu)始發(fā)井咬合樁1）工程簡(jiǎn)況樁徑 1200mm，咬合厚度 400mm，樁長(zhǎng)

16、45m，采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)硬咬合樁施工工藝。2）施工單位江蘇通州基礎(chǔ)工程有限公司3）主要設(shè)備配置盾安重工 DTR2005H 、全套管DTR1505全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)各一臺(tái)，100t 、80噸履帶吊各一臺(tái)。4）咬合樁配置咬合樁第一序列樁為素混凝土樁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C30；咬合樁第二序列樁為鋼筋混凝土樁（葷樁），混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C35。5）施工工藝流程全回轉(zhuǎn)全套管鉆機(jī)對(duì)位沖抓取土、壓管旋挖鉆機(jī)嵌巖取土、壓管測(cè)垂垂直度、測(cè)量孔深、清沉渣放導(dǎo)管、灌注混凝土拔管、樁機(jī)移位打葷樁循環(huán)上述工序。 6）施工結(jié)果經(jīng)河海大學(xué)超聲波垂直度檢測(cè)，咬合樁垂直度達(dá)到0.8，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。圖七 開(kāi)挖后的咬合樁 圖八 技術(shù)人員檢測(cè)垂直度參考文獻(xiàn)1 沈保漢全套管沖抓取土灌注樁施工工法工程機(jī)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(jī)械與維修，2015（04）增刊3 沈保漢盾安DTR全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)喀斯特地層大直徑灌注樁施工工法工程機(jī)械與維修，2015（04）增刊4 陳建海，劉可可，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展與應(yīng)用，新華書(shū)局，2016海峽兩岸巖土工程/地工技術(shù)交流研討會(huì)論文集5 沈保漢，劉波，劉富華貝諾特