承壓水區百米樁基分級鋼套管跟進施工技術

郜 建 忠

(中鐵三局集團有限公司,山西 晉中　030600)

1　概述

新建鐵路成都至蘭州線太平站四線大橋(D9K180+276)橫跨古堰塞湖淤積體和太平泥石流主溝，全長323.07 m，橋位設置車站，按左、右兩座橋梁分修，全橋按柱樁設計。樁基依次穿過泥石流堆積層、近百米厚古堰塞湖淤積體松軟土層和下伏深埋高承壓水，進入弱風化(W2)基巖。承壓水分布廣泛且補給來源豐富，壓力超過1.0 MPa，無法采用井點降水等常規方法有效降低承壓水水位，且古堰塞湖淤積體松軟土自穩性較差，縮徑、坍孔現象時有發生，無法采用常規方法成樁。為攻克超百米鉆孔樁及高承壓水兩大技術難題，確保橋梁施工順利完成，施工過程中集中技術力量進行技術攻關，順利完成了該橋高承壓水區百米樁基施工，總結形成了承壓水區百米樁基分級鋼套管跟進施工技術，解決了太平站四線大橋深厚松軟土地基環境百米鉆孔樁及高承壓水施工的技術難題。

2　施工技術特點

1)突破了普通護筒下沉受復雜地層或入巖及振動下沉設備動力限制的局限性，采用大套小的分級跟進鋼套管的施工方法，提高鋼套管回旋壓入地層深度。

2)采用回轉式套管鉆機先將底部鋼套管分段回旋壓入地層，在鋼套管內取土石成孔，無需泥漿護壁，有效減小了振動、噪聲污染和降低了環境污染。

3)成孔施工按照“先護后挖、隨護隨挖”的順序，直至套管下到樁端為止，施工全程在鋼套管的保護下成孔、成樁，減小樁底沉碴，有效防止坍孔，減小縮徑、斷樁施工風險，提高了樁基混凝土質量。

4)與傳統施工方法相比，該技術受地層影響較小，遇巖溶、高承壓水及不允許沉降或較強振動等復雜環境，成樁工效指標快速、穩定。

3　技術應用范圍

適用于樁基穿越高承壓水、巖溶、深厚軟基等復雜地層環境及樁長超過60 m的超長樁基施工；也適用于普通樁基工程施工及樁基工程周圍存在對振動、噪聲、沉降、環保有特殊要求的環境。

4　技術原理

利用全回轉鉆機“拔樁清障”原理，運用垂直下壓頂推機理將底端配有刀座、刀頭的鋼套管回旋壓入地層，在鋼套管內取土成孔；灌注混凝土時，若不存在高承壓水或巖溶等復雜地質環境影響，可采用一邊灌注混凝土一邊拔出鋼套管的方法，拔出的鋼套管可循環利用。為減小鋼套管側摩阻力，減小套管壁厚和優化套管材質，從而減輕鋼套管自重及減少投資，采用減小套管有效接觸面積的原則，利用“大套小”鋼套管分級原則將超長樁基鋼套管進行分級的原理，有效的解決了超百米鉆孔樁及高承壓水的技術難題，提高了設備的適用深度和范圍。

5　施工工藝流程及操作要點

5.1　施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

5.2　操作要點

5.2.1施工準備

編制鐵路工程高承壓水區百米樁基分級鋼套管跟進施工工藝專項施工方案和作業指導書，對施工作業人員和管理人員進行詳細技術交底，尤其是對諸如巖溶、高承壓水、粉細砂層或流塑地層等特殊地質地層情況向套管鉆機操作手進行詳細交底，并將鋼套管焊接作業、刀頭焊接方式等關鍵工序操作要點及應急處置措施等向現場作業人員和管理人員進行交底。

5.2.2設備基礎處理及鉆機定位

為防止套管鉆機不均勻沉降，造成套管鉆機機臺水平傾斜，影響成孔、成樁垂直精度，在套管鉆機基礎平面范圍內采用30 cm厚碎石或塊石壓實找平，然后在找平層上方依次鋪設兩塊9 000 mm×2 000 mm×50 mm鋼板和兩塊1 200 mm×6 000 mm×300 mm路基箱，鋼板與路基箱形成井字形狀。為確保受力均衡，反力架尾部下方也鋪設一塊9 000 mm×2 000 mm×50 mm鋼板作為傳力裝置。

采用全站儀放樣樁位，并在樁周外側設置樁位十字保護樁，便于施工過程中適時檢查樁孔中心。鉆機對位時采用設備定位板先進行粗略定位，通過吊車移位鉆機大致對中后，再采用設備液壓系統進行精確定位。調整鉆機機臺的水平度，以保證套管的垂直度，反復調整鉆機中心與樁位中心，使套管鉆機的定位器中心與樁位中心對齊，樁孔位中心允許偏差不得大于50 mm。

5.2.3鋼套管加工運輸

鋼套管采用廠制定尺規格，考慮現場使用和道路運輸情況，單節長度一般為6 m或12 m；結合全回轉鉆機設備的回轉扭矩力、地層摩阻力及套管鉆進深度等實際情況，對套管材質、坡口等結構要求進行綜合選型。本工程樁基鉆進深度達115 m，經過技術經濟綜合比選，最終采用Q460C高強合金鋼制作鋼套管；Ⅰ級鋼套管直徑2 m、壁4 cm，Ⅱ級鋼套管直徑1.5 m、壁厚3 cm。

5.2.4吊裝焊接鋼套管

套管鉆機對準就位后，即可安裝下放鋼套管。在鋼套管出廠前，應進行單根或全樁套管順直度的檢查、校正和焊接坡口修正。套管鉆機就位后，首先吊裝底管定位、對中整平。底管下部廠制焊接刀筒，刀筒下部依次焊接刀座和刀頭，刀頭數量與套管周長緊密相關，一般沿周長間隔20 cm～40 cm設置。刀頭刃口沿鋼套管徑向兩側交叉布置，形成鋸齒狀。現場鋼套管拼裝焊接采用氣體保護焊接工藝及加勁連接技術。首先檢查和校正單節鋼套管的順直度，然后按樁長配置試拼檢查全樁鋼套管的垂直精度，做好焊接坡口修正并按序編號，施工時按試拼編號逐節拼裝連接。由于鋼套管現場連接垂直精度直接影響成孔質量，在焊接過程中，應高度注意溫度及風雨等環境對焊縫質量的影響。

5.2.5現場套管拼接焊縫檢測

鋼套管在下沉過程中承受巨大的扭力和抵抗強大的扭矩，現場拼接焊縫的質量和密閉性是影響成孔、成樁的關鍵因素。鋼套管接頭采用氣體保護焊施焊完畢并打磨后，經自然冷卻，采用焊縫超聲波探傷儀檢測合格并經現場驗收后，方可回旋下壓該節鋼套管。

5.2.6鋼套管垂直精度控制

鋼套管吊裝拼裝焊接及回旋下壓鉆進取土(石)過程中，需全程觀察調整套管垂直度，以保證最終成孔垂直精度和成樁質量。現場可采用固定錘球或全站儀雙向檢測等方式，對套管管節進行垂直精度監測修正，滿足要求后方可開始回轉下壓套管成孔。

5.2.7取土(石)成孔

樁基樁底嵌入基巖，施工工藝按照以下方式進行：

1)抓斗抓出基巖上部土體；

2)套管旋轉切削基巖一定深度，提升套管至巖面，用沖錘破碎基巖；

3)套管旋轉下壓至原切削處，破碎的基巖通過抓斗實施清除；

4)重復循環上述工序，直至達到設計樁底標高。

在現場實施時，本工程為達到封堵基巖面以下高承壓水的效果，采用鋼套管超鉆入巖6 m～10 m形成“巖塞”的工藝技術方法，最終有效阻隔和封堵了超長樁基側面和樁底的高承壓水。

5.2.8清孔、下籠、灌樁等

超長樁基鋼筋籠自重大，需要對鋼筋籠吊環和吊裝方案進行獨立驗算，考慮到鋼筋籠自重較大，需要根據實際情況加大或加密鋼筋籠環向定位鋼筋的直徑或數量。必要時，可另單獨增設克服起吊風險的措施。百米深樁灌注混凝土導管在混凝土灌注過程中，尤其是底部導管承受著巨大的混凝土膨脹擠壓力，導管宜采用無縫焊管制造，導管連接絲扣采用整體鑄造工藝，防止混凝土壓力過大導致爆管。灌注樁身混凝土時，鋼套管拔出時，原則上可以視設備功率、混凝土性能等綜合因素確定，一般保證鋼套管埋入新澆筑混凝土1.5 m～5 m為宜。

5.2.9套管鉆機移位

樁身混凝土灌注完成，且導管、鋼套管全部拔出或完成單樁全部施工任務后，即可將套管鉆機吊裝移位至下一樁位施工。

6　結語

該技術順利完成了古堰塞湖深厚淤積體、高承壓水區百米樁基施工，能夠解決超深、坍孔、縮徑、高承壓水和溶洞等諸多難題的超長樁基施工，鋼套管跟進能夠避免斷樁等質量事故；該工藝無振動，對鄰近建(構)筑物基礎和地層無擾動、安全性能高，且鉆進速度快；分級鋼套管跟進不需泥漿靜壓護壁，無污染、無噪聲，滿足職業健康和節能環保方面的要求。且核心技術設備簡易，便于組織，社會、環保節能效益顯著。隨著對環保要求的提高，泥漿靜壓工藝污染環境或其他施工工藝對周邊環境干擾大的缺點日益突顯，隨著科學進步和深長樁基數量的增加，超長樁基分級鋼套管跟進施工工藝必然具有廣闊的應用前景。