全套管全回轉(zhuǎn)鉆孔咬合樁施工工法簡介陳建海（徐州盾安重工機械制造有限企業(yè)徐州221000）摘要：全套管全回轉(zhuǎn)鉆機是一種可以驅(qū)動套管做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在我國區(qū)應(yīng)用和發(fā)展起來的一項新技術(shù)，重要針對于地下圍護構(gòu)造如地鐵站、地下智能車庫、地下建筑構(gòu)造、水庫加固擋水墻等施工等，施工次序為先施工B樁兩側(cè)的兩根樁體A樁，然後運用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機的切割能力切割掉相鄰A樁相交部分的混凝土，澆筑混凝土後形成咬合樁。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)鉆機簡介全套管全回轉(zhuǎn)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(qū)動套管做360度回轉(zhuǎn)的的新型鉆機，壓入套管和挖掘同步進行，具有新型、高效、環(huán)境保護的鉆進技術(shù)，近年來在都市地鐵、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(yīng)用。全套管全回轉(zhuǎn)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(chǔ)、鋼筋混凝土構(gòu)造等障礙還沒有清除的狀況下實現(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(gòu)隧道無障礙穿越各類樁基礎(chǔ)，處理了復(fù)雜特殊環(huán)境工況下的施工難題。圖一全套管全回轉(zhuǎn)鉆機全套管全回轉(zhuǎn)鉆機包括動力站、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(diào)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重要裝置，驅(qū)動套管回轉(zhuǎn)、上升和下降的。輔助鉆具包括多種規(guī)格的套管、抓斗、多頭抓爪、重錘等。二、全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工工藝原理全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工工藝原理為:運用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機的回轉(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，同步運用沖抓斗、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。挖掘完畢後立即進行挖掘深度的測定，并確認(rèn)樁端持力層，然後清除虛土。成孔後將鋼筋籠放入，接著將導(dǎo)管豎立在鉆孔中心，最終灌注混凝土成樁。全套管全回轉(zhuǎn)鉆機重要針對高回填地層、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(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，且套管自身具有護壁作用，無需回填塊石或另下保護護筒，即可在完畢成樁作業(yè)，目前國內(nèi)已完畢深度120米以上的樁基施工。全套管全回轉(zhuǎn)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)面潔凈，可防止泥漿進入混凝土中的也許性，成樁質(zhì)量高，有助于提高混凝土對鋼筋的握裹力；施工時可以很直觀的鑒別地層及巖石特性；鉆進速度快，對于一般土層，可達14m/小時左右；鉆進深度大，根據(jù)地層狀況，最深可到達120米以上；成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精確到1/500；不易產(chǎn)生塌孔現(xiàn)象，成孔質(zhì)量高；8、成孔直徑原則，充盈系數(shù)小，與其他成孔措施相比，可節(jié)省大量混凝土用量；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構(gòu)造、止水帷幕和主體承重構(gòu)造，配合多種類型抓斗，可在多種土層、強風(fēng)化與中風(fēng)化巖層中施工，合用于多種直徑、深度在60米以內(nèi)的樁孔施工。重要針對于地下圍護構(gòu)造如地鐵站、地下智能車庫、地下建筑構(gòu)造、水庫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1）防止了采用超緩凝混凝土咬合樁（軟咬合）工藝在完畢切割咬合時，輕易產(chǎn)生相鄰孔混凝土管涌現(xiàn)象的發(fā)生而導(dǎo)致質(zhì)量事故，同步由于采用了常規(guī)混凝土，減少了對混凝土的規(guī)定，節(jié)省了成本。2）由于采用硬切割工藝，容許混凝土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（超過超緩凝劑可以控制的混凝土凝結(jié)時間），A樁混凝土強度過高導(dǎo)致無法進行B樁咬合施工的弊病。3）當(dāng)碰到較堅硬的大面積地下障礙物時，全回轉(zhuǎn)鉆機成樁的過程中可以直接清除地下巖層及障礙物，到達一次成樁。4）全套管全回轉(zhuǎn)鉆機施工中自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)境保護的是施工工藝。5）根據(jù)抓斗取土深度，可確切分清土層，選擇合適的樁端持力層。6）孔內(nèi)所取泥土，含水量較低，以便外運，并且無泥漿污染環(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）對沉降及變位輕易控制，可以緊鄰相近的建筑物、地下管線施工。8）全回轉(zhuǎn)的跟管鉆進與其他掘進措施比較，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(zhì)量。9）第二次施工的樁在已成的第一次兩樁間實行切割咬合，全套管的護孔方式保證了樁間緊密咬合，樁砼凝成一體，形成良好的整體持續(xù)構(gòu)造。10）配筋率較低，這是由于鉆孔咬合樁可以采用鋼筋混凝土樁和素混凝土樁間隔布置的排列方式；11）抗?jié)B能力更強，這是由于鉆孔咬合樁是持續(xù)施工的，樁間不存在施工縫，而地下持續(xù)墻分幅接頭處的施工縫往往是防滲的微弱環(huán)節(jié)；12）施工靈活，這是由于鉆孔咬合樁施工時可根據(jù)需要轉(zhuǎn)折變線，更適合于施工某些平面多變的幾何圖形或呈多種弧形的基坑。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)鉆機鉆孔施工，在樁與樁之間形成互相咬合排列的一種基坑支護構(gòu)造（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樁後施工B樁，待A樁混凝土到達一定強度後用全套管全回轉(zhuǎn)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），然後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)對其孔口的定位誤差進行嚴(yán)格的控制，孔口定位誤差的容許值可按表1來進行選擇。表1：樁位誤差容許值（注：表中孔口定位誤差容許值單位以mm計）樁長咬合厚度10m如下10～15m15m以上100mm±10±10±10150mm±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)墻上定位孔的直徑宜比樁徑大30～50mm（圖五）。鉆機就位後，將第一節(jié)套管插入定位孔并檢查調(diào)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(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確實定相鄰樁之間的咬合厚度d根據(jù)樁長來選用，樁越短咬合厚度越小（最小不適宜小100mm），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(shè)計咬合厚度不不不小于50mm）：d－2（kl+q）≥50mm式中l(wèi)—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(shè)計咬合厚度；。6、樁體垂直度的控制地面硬化（施做導(dǎo)墻）；機器的水平調(diào)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如下兩個明顯長處：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畢的，每次壓入深度約700mm，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以便、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(zhì)匯報，隨時觀測孔內(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；套管一直超前，抓土在後，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，直灌到相稱于承壓水頭的高度後再鉆進。8、常用圍護構(gòu)造技術(shù)特性比較技術(shù)特性擋土構(gòu)造水泥土攪拌樁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)鉆孔合咬樁地下持續(xù)墻經(jīng)濟開挖深度(m)6～106～146～1510～4520～40現(xiàn)場規(guī)定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樸較復(fù)雜較簡樸較復(fù)雜復(fù)雜環(huán)境保護規(guī)定廢土外運少，對環(huán)境保護影響較小廢土外運少，對環(huán)境保護影響較小泥漿對環(huán)境保護影響大噪聲低，無泥漿，對環(huán)境保護影響小泥漿對環(huán)境保護影響大整體剛度一般較大較大較大大抗?jié)B漏很好很好一般好好樁(墻)體質(zhì)量很好好一般好好技術(shù)成熟程度純熟純熟純熟純熟較純熟與永久構(gòu)造關(guān)系臨時構(gòu)造臨時構(gòu)造可作為永久構(gòu)造的一部分可作為永久構(gòu)造的一部分永久構(gòu)造或永久構(gòu)造的一部分與構(gòu)造抗浮關(guān)系與主體構(gòu)造抗浮無關(guān)與主體構(gòu)造抗浮無關(guān)與主體構(gòu)造拉結(jié)，對主體構(gòu)造抗浮有利與主體構(gòu)造拉結(jié)，對主體構(gòu)造抗浮有利與主體構(gòu)造拉結(jié)，對主體構(gòu)造抗浮有利費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：廈門市軌道交通2號線一期工程土建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)概況本項目地層自上而下為碎裂狀強風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，點荷載抗壓強度為3~4MPa；碎裂狀強風(fēng)化變質(zhì)砂巖，點荷載抗壓強度為10~17MPa。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(zhuǎn)鉆機硬咬合樁施工工藝。3）施工單位昆明捷程樁工企業(yè)4）重要設(shè)備配置盾安重工DTRH全套管全回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dǎo)管、灌注混凝土→拔管、樁機移位打葷樁→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，強度高于周圍土體，套管及鉆斗輕易跑偏，只能采用慢進尺，勤撈土、逐漸下管，因此葷樁的施工時間偏長。通過一種月施工，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）施工成果全回轉(zhuǎn)全套管鉆機成孔垂直度控制在1‰以內(nèi)，滿足設(shè)計規(guī)定。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）工程簡況樁徑1200mm，咬合厚度400mm，樁長45m，采用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機硬咬合樁施工工藝。2）施工單位江蘇通州基礎(chǔ)工程有限企業(yè)3）重要設(shè)備配置盾安重工DTRH、全套管DTR1505全套管全回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dǎo)管、灌注混凝土→拔管、樁機移位打葷樁→循環(huán)上述工序。6）施工成果經(jīng)河海大學(xué)超聲波垂直度檢測，咬合樁垂直度到達0.8‰，滿足設(shè)計規(guī)定。圖七開挖後的咬合樁圖八技術(shù)人員檢測垂直度參照文獻[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，（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，（04）增刊．[3]沈保漢．盾安DTR全套管全回轉(zhuǎn)鉆機喀斯特地層大直徑灌注樁施工工法．工程機械與維修，（04）增刊．[4]陳建海，劉可可，全回轉(zhuǎn)鉆機在國內(nèi)的發(fā)展與應(yīng)用，新華書局，海峽兩岸巖土工程/地工技術(shù)交流研討會論文集．[5]沈保漢，劉波，劉富華．貝諾特灌注樁施工技術(shù)的新