全套管全回轉施工法在巖溶深樁工程中的應用

摘要：巖溶樁基施工因地質情況復雜、不可控因素多，在工程建設中常常成為重點控制工程，處理得不好就會嚴重影響工程進度。九景衢鐵路跨彭湖高速公路特大橋巖溶深樁采用全套管全回轉施工法施工，確保了工期和質量。文章介紹了全套管全回轉施工法設備組成、工藝流程、工藝要點，總結了全套管全回轉施工法的優勢。

關鍵詞：全套管全回轉施工法；巖溶深樁工程；工藝流程；施工要點；工程建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU473 文章編號：1009-2374（2016）12-0110-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.051

1 概述

全套管全回轉施工法在國外名為貝諾特（Benote）工法，實質上就是沖抓斗跟管鉆進法，是目前世界上鉆孔灌注樁施工工法中最為先進的一種，起源于20世紀50年代的法國。我國內地于20世紀70年代開始引進此類施工法，但因多種原因在工程中應用不多。九景衢鐵路跨彭湖高速公路特大橋樁基前期采用了旋挖鉆和沖擊鉆施工，后期在剩余的10根施工難度最大的巖溶深樁施工中采用了全套管全回轉施工法，確保了工期和質量。

2 工程概況

跨彭湖高速公路特大橋為九景衢鐵路建設關鍵控制工程，橋長1336.485m，共有41個墩臺、349根樁基，均為巖溶樁基。該橋樁基前期采用了旋挖鉆和沖擊鉆施工，為了確保工期，剩余的10根施工難度最大的巖溶深樁中采用了全套管全回轉施工。這10根樁樁徑為1.25m，孔深為60～94.5m，表層為淤泥質粉砂黏土及粉質黏土，下伏基巖為寒武系白云質灰巖，樁身范圍內溶洞強發育，最大發育孔深為82.30m，單個最大溶洞高19.9m，溶洞為無充填及半充填狀態。

3 全套管全回轉設備組成

全套管全回轉設備主要由全套管全回轉鉆機工作裝置和液壓動力站以及其他配套設備組成。

3.1 工作裝置

3.1.1 楔形夾緊裝置：用于夾緊套管，并使用套管保持高的垂直精度，套管的拉拔阻力越大，夾緊力也就越大。

3.1.2 馬達減速機：提供足夠的扭矩，傳遞給套管強大的回轉力，可適應復雜的地層及切削障礙物。

3.1.3 液壓垂直裝置：可隨時糾正套管角度，確保鉆孔的垂直度。

3.1.4 口徑變更裝置：使得設備適用于多種口徑的變更要求。

3.1.5 輔助夾緊裝置：可在挖掘深度大時彌補配套起重機起吊能力不足的問題，也可更好地確保套管的垂直度。

3.2 液壓動力站

3.2.1 發動機：使得機器獲得強大的扭矩去工作。

3.2.2 操控系統：設有微電腦操作平臺，可調節壓入力、轉速和扭矩，確保機器工作時處于最佳狀態。

3.2.3 瞬間增強系統：在碰到障礙物時，可瞬間加大起拔力和扭矩，以排除障礙物。

3.2.4 刀頭載荷自動控制系統：通過電腦的自動刀頭載荷，在切削硬巖時能夠提高切削效率，并保護刀頭。

3.2.5 應急系統：在動力站上又設置控制系統的主要功能，出現故障時可使用應急系統完成施工作業。

3.3 其他配套設備

3.3.1 套管：分首節套管和標準節套管。首節套管上端有連接銷孔，便于同標準節連接，下端設有刃腳，方便鉆進；標準節套管上、下端均設有連接銷孔，便于接長和拆卸。

3.3.2 沖抓斗：沖抓斗是主要的套管內部沖挖裝置，依靠吊機的大小吊鉤配合來完成沖挖作業。

3.3.3 十字沖錘：用于擊碎硬土和巖層。

3.3.4 履帶吊：用于吊放沖抓頭、十字沖擊錘、套管、鋼護筒、鋼筋籠等。

4 工藝流程

全套管全回轉施工法工藝流程：施工準備→鉆機平臺加固→鉆機就位→安裝首節套管→帶管鉆進及沖抓出土→接管鉆進至設計標高→測量孔深→清孔→吊放鋼護筒（如有5m以上大型溶洞空腔時）→吊放鋼筋籠→安裝砼導管→灌注砼→邊灌邊拔套管→測量導管埋深→提升導管→成樁→拔出套管→鉆機移位。

5 主要工序施工工藝要點

整個施工過程中最關鍵的是鉆孔、鋼筋籠制作安裝、灌注砼三道工序。

5.l 鉆孔工藝要點

5.1.1 成孔步驟：先對鉆機平臺進行硬化加固，再安放鉆機；對中調平后安放首節套，利用楔形夾緊裝置夾緊套管；在壓力、回轉力及和套管自重力的共同作用下，逐漸將首節套管沉入土中；利用沖抓斗在套管內反復沖抓出土；連接第二節套管，繼續沖抓出土；不斷下沉和接長套管，直到鉆至設計孔底標高。

5.1.2 挖掘方式：根據巖土類別和溶洞情況，分別采用不同的挖掘方式。一般土層（6≤N≤30），開挖時套管超前下沉3Ocm左右，這是常規的挖掘方式；上層淤泥質粉砂黏土和粉質黏土等軟弱土層（N<5），為便于控制開挖方向及孔壁質量，應采取套管超前下沉方式，使套管超前下沉l～1.5m，使沖抓斗僅在套管范圍內挖土；溶洞頂板和基巖等特堅硬土層（N>30），應采取超前下挖的方法，使沖抓斗超前下挖30cm左右，先利用十字沖錘將硬土和巖層擊碎，再利用沖抓斗將土石抓出孔外。超挖深度不要超過十字沖錘本身的高度，否則會影響孔壁質量。

5.1.3 為防止套管被外側土壓力構緊，挖掘中途一般不允許間斷，因特殊情況必須中斷挖掘時，應持續轉動套管。

5.1.4 挖掘過程中應詳細記錄巖土類別、溶洞位置與大小、溶洞填充情況等，以便選擇沖抓方式、控制導管埋深、確定鋼護筒放置位置等。

5.1.5 施工過程中加強套管垂直度觀測，并利用液壓垂直裝置隨時糾正套管角度。在安裝和下沉首節套管時一定要調整好垂直度，這對整個樁孔垂直度起著決定性的作用，只要首節套管成垂直狀態，以后的挖掘方法及套管連接方法又適當，后續套管自然成垂直狀態。

5.1.6 5m以上大溶洞空腔頂面以下部分需加設鋼護筒，鉆孔時套管直徑在樁徑基礎上加大10～20cm，以便在套管內安放鋼護筒；鋼護筒直徑應在樁徑基礎上加大5～10cm，以保證鋼筋籠順利安放。

5.2 鋼筋籠制作安裝工藝要點

鋼盤籠制作安裝過程中最重要的是防止砼灌注過程中發生浮籠。浮籠處理是相當困難的，有時甚至會造成整個樁的報廢。

5.2.1 長度大于8m的鋼筋籠，應分節制作安裝。分節制作要確保順直，鋼筋籠對接時不得發生彎曲，如果出現彎曲會增加鋼筋籠與套管之間的阻力，導致在提升套管時鋼盤籠被一同提起。

5.2.2 鋼筋籠定位筋要做成圓弧形，不得做成尖棱狀，否則可能會插入到套管的連接銷孔內，影響套管轉動和提升，并造成鋼筋籠上浮。

5.2.3 徹底清孔后才能吊放鋼筋籠，否剛鉆渣被翻上來以后與鋼筋裹在一起，會將鋼筋籠托起。

5.2.4 為防止鋼盤籠與套管卡在一起，套管使用前應檢查并清除套管壁附著物，套管提出孔后應及時用水清理干凈，防止砼結塊。

5.2.5 為防止粗骨料卡在套管與鋼筋籠之間，使鋼筋籠跟著套管提升，應嚴格控制鋼筋籠制作和安裝質量，確保主筋外邊與套管或鋼護筒內壁之間的間隙大于砼粗骨料最大粒徑的兩倍。

5.2.6 在鋼筋籠下端加焊鋪底鋼筋網，并預先固定一定重量的砼塊，導管灌的砼后積壓在砼塊上，可達到利用砼自重防止鋼筋籠上浮的作用。

5.3 砼灌注工藝要點

采用導管法灌注巖深深樁砼，施工時應注意以下六點：

5.3.1 要保證砼生產質量，塌落度控制在180～220mm，含氣量大于2.0%，入模溫度控制在20℃～30℃，砼緩凝時間設計需延長至12～16小時，并具有良好的和易性；要保證砼運輸量與運輸時間，根據砼集中拌和站與施工現場的運輸距離，綜合考慮灌注速度與運輸時間，合理配置砼運輸車臺數，保證砼連續灌注，并在砼灌注過程中設置專人進行交通疏導。

5.3.2 導管拼好并試壓后，利用履帶吊吊放。導管位置居于孔中央，軸線順直，逐節聯接，穩步沉放，直至孔底0.3～0.5m處。導管下放過程中要防止卡掛鋼筋骨架和碰撞孔壁。在澆筑砼前，還應進行導管升降試驗。

5.3.3 首盤砼灌注高度不小于1m且不大于3m，首盤砼用量應大于3.5m3，導管埋深控制在1～3m。隨著砼的灌入，慢慢提升導管，同時要確保導管埋入砼的深度與灌注速度。砼灌注過程應連續、流暢，盡量縮短拆除導管的停滯時間，在一般情況下導管埋深控制在2～6m，在溶洞地段為防止因砼溜坍后導管露出砼面，應適當加大埋深，控制在4～8m。導管埋置過深，會增加導管浮力，容易引起導管上浮。

5.3.4 如果灌注過程中導管被拔出了砼頂面，不可馬上再插入砼中，而應將導管全部拔出孔外，重新設置滑閥，按照首盤砼灌注方式重新進行灌注。

5.3.5 提升和拆卸套管過程中，應保證套管埋入砼內1～2m，砼澆筑到設計標高以上1.0m后再將套管全部撥出。

5.3.6 在遇到5m以上較大溶洞空腔時，為節省砼用量，可在溶洞空腔頂面以下部分套管內放入鋼護筒，然后再下導管灌注砼，施工完畢后將鋼護筒留在孔內。灌注砼

過程中應不停地轉動套管，以防止套管被構緊，難以提升。

6 全套管全回轉施工法的優勢

（1）不使用泥漿，作業面干凈，無噪音，無振動，環保性好，成樁質量高；（2）鉆進時可以很直觀地判別巖土特性，觀測溶洞發育情況；（3）鉆進速度快，對于一般土層，可達14m/小時左右；（4）鉆進深度大，最深可達120m以上；（5）成孔垂直度高，可精確到1/500；（6）成孔效率高，不會產生塌孔現象；（7）成孔直徑標準，充盈系數小，可節約大量的砼用量；（8）清孔徹底，速度快，孔底鉆渣可清至2.5cm左右。

7 結語

采用全套管全回轉鉆機施工巖溶深樁，挖掘速度快，鉆進深度大，成樁質量高，平均每7天就能成一根樁（一般沖擊鉆施工需2～3個月才能成樁），后期采用聲波透射法檢測樁基質量，均達到Ⅰ類樁標準，確保了施工工期和質量，充分說明全套管全回轉施工法處理巖溶深樁有著明顯的優勢。

參考文獻

[1] 劉根芳.全套管鉆孔灌注樁施工工法（GF/206022-96）[S].

作者簡介：杜曉軒（1973-），男，四川閬中人，供職于中鐵二十四局集團南昌鐵路工程有限公司，公路工程一級建造師，IPMP國際項目經理，研究方向：鐵道工程、公路工程、海外工程。

（責任編輯：小 燕）