全回旋套管鉆機在盾構穿越橋梁拆復建施工中的應用

（中鐵十四局集團大盾構工程有限公司，江蘇 南京 211899）

0 引言

盾構推進過程中，在路徑上有時會遇到既有橋梁樁基礎，施工中采用全回旋套管鉆機拔除樁基是近年來施工中較多采用的施工工藝。橋梁在原位復建時鉆孔灌注樁的成樁質量是橋梁下部結構的關鍵。當盾構在間距較小的兩樁之間穿過時，復建鉆孔灌注樁的垂直度的保證，及防止塌孔從而導致樁徑部分變大，同樣是樁基施工的關鍵。

1 工程概況

杭州地鐵3 號線留下～百家園路區間盾構施工，盾構隧道與K0+085.205處的老橋樁基沖突，需拆除老橋并進行復建，老橋距居民樓最短距離為21m，盾構隧道與新舊樁基位置關系如圖1。從圖1中可以看出，需拔除舊樁8 根，樁徑φ1200mm，樁長19m；復建樁基8 根，樁徑φ1500mm，樁長24m。復建樁基先后穿過雜填土、粉質粘土、淤泥質粘土、碎石夾粘性土、全風化泥質粉砂巖。左線盾構隧道從兩側復建樁基樁間穿過，左線盾構隧道輪廓外邊線距兩側復建樁基最短間距均為165cm，右線盾構隧道從復建樁基右側通過，右線盾構隧道輪廓外邊線距復建樁基最短間距為265cm。

圖1 盾構隧道與新舊樁基位置關系（單位：cm）

2 施工工藝選擇

（1）舊樁拔除。傳統的沖擊破碎法，通過沖擊錘自上而下破碎舊樁，沖擊過程中需頻繁更換電磁鐵吸附舊樁鋼筋，操作繁瑣，施工進度緩慢，工期時間長、綜合費用較高。此外，沖擊破碎法震動大，極易在施工過程中發生嚴重塌孔，擾動附近地層，易造成復建樁基施工時產生嚴重塌孔、縮孔等質量問題。舊樁距居民樓較近，傳統沖擊破碎法產生的震動對居民生活和居民樓結構造成較大影響。全回旋鉆機拔樁是利用全回旋設備將鋼套管壓入土體，在套管的保護下拔出舊樁并回填水泥土。鋼套管全過程支護孔壁，對周圍土體擾動基本可以忽略，有利于下一步盾構推進施工。因此，選擇全回旋套管鉆機拔除舊樁。

（2）復建鉆孔灌注樁。根據此項目施工經驗，在使用旋挖鉆成孔和傳統泥漿護壁施工圍護樁時，淤泥質土地層易發生塌孔，導致混凝土超方量高達30%。傳統成孔施工工藝易造成復建樁基侵入盾構推進路徑，改變盾構推進時的地質情況，對盾構推進造成嚴重影響。此外，現場施工場地狹小，而傳統方法中泥漿池占地面積較大，旋挖鉆機等機械設備所需場地較大，且不改變施工工藝也減少了進出場費用和時間。因此，復建樁基施工采用全回旋套管鉆機成孔，在全套管的保護下完成鉆孔灌注樁的鋼筋籠下放及澆筑。

3 拔除舊樁施工工藝

設備選擇一臺盾安2 臺盾安DTR2005H 全回旋套管鉆機，如圖2，一套φ 2000mm 厚度45mm 總長24m 鋼套筒，相應型號數量的液壓動力站、操控室、反力配重、路基板及定位鋼板、沖抓斗、反力叉等。1 臺神鋼BMS1500 履帶吊，一臺徐工25 噸汽車吊，一臺小松PC200-8 挖機，18 噸單鋼輪壓路機。

圖2 全回旋套管鉆機

拔樁施工流程如下：

（1）平整場地：在施工前，整平并分層壓實施工場地，下層40cm 鋪筑建筑垃圾，用18 噸單鋼輪壓路機壓實，上層30cm 鋪筑中粗碎石，碾壓密實，使地基承載力需滿足鉆機在施工中的穩定性要求，避免全回旋鉆機的反力造成基礎不均勻沉降，影響套筒垂直度。

（2）測量放線：采用全站儀將舊樁位放樣，現場按設計圖紙定出樁位，并做好保護。

（3）全回旋鉆機就位：使定位板十字線中心和樁位中心線重合，將全回旋鉆機移機就位，插入鋼套管。

（4）鋼套管鉆進及拔樁：由全回旋鉆機驅動φ2000mm 的鋼套筒旋轉切削舊樁基周邊的土體，將舊樁與周圍土體分離，減少樁在土層中的摩擦力。首節鋼套管底端安裝有鈦合金刀頭可以切割土體或巖石，兩節套管之間采用螺栓套疊式連接，如圖3，連接第二節套管后，繼續壓入套管至舊樁樁底以下2m。在鋼套筒逐步下壓的同時，用沖抓斗不斷地抓出舊樁混凝土碎塊，漏出樁頭鋼筋，將吊索與樁頭鋼筋連接牢固，然后將舊樁整體或分段拔出。

（5）回填樁孔：將提前拌制好的摻量10%的水泥土分層填入樁孔并壓實，盾構施工時注漿壓力較大，防止漿液沿切土面上升進入河流。每次將水泥土填入套管中約50cm 高度，然后將套筒提升40cm，再用重錘錘擊壓實，重錘自由落體高度控制在1m 左右，壓實后再次填水泥土，如此反復，回填直至地面標高。

圖3 鋼套管和沖抓斗

圖4 鋼套筒連接

圖5 分段拔出舊樁

4 盾構下穿橋梁復建樁基施工工藝

復建樁基施工所采用的設備與拔樁時大致相同，只需再進場一套φ 1500mm 厚度45mm 總長27m 的鋼套筒。施工工藝流程：平整場地→測量放線→全回旋鉆機就位→測量鋼套筒垂直度→鋼套筒鉆進并取土→鋼套筒壓到設計標高并取土至樁底→鋼筋籠的制作安裝→導管安裝→灌注混凝土。復建樁基成孔過程與舊樁拔除相似，鋼筋下放和混凝土澆筑和傳統灌注樁相同，由于涉及盾構穿過，重點制定了以下幾項施工質量保證措施：

（1）成孔垂直度保證措施。施工過程中需著重控制的是樁位的準確度和鋼護筒的垂直度，若發生較大偏差，可能導致樁位在盾構穿越路徑上，對盾構推進造成非常不利影響，喪失了橋梁拆復建的意義。現場施工采用如下方式綜合控制鋼套筒垂直度：①保證施工場地承載力，避免鋼套筒鉆進過程中發展不均勻沉降，并且保證場地的平整度；②垂直度監測人員用兩臺全站儀從兩個相互垂直方向進行觀測，通過調整全回旋鉆機的油缸讓套管垂直，第1-2 節套管壓入的垂直度對整個樁孔垂直度起著決定性作用，前兩節套管的垂直度偏差必須小于3‰。5m 以內垂直度偏差超標可用全回旋鉆機油缸直接糾偏，超過10m 垂直度偏差超標起拔套管回填土后重新開鉆。③每節鋼套筒連接和下壓時，用水平尺檢查其垂直度；④利用吊線錘遠處觀測鋼套筒的整體垂直度。利用以上控制方法，確保成孔垂直度偏差不大于1%。

圖6、7、8 垂直度控制措施

（2）鋼筋籠質量保證措施。成孔完成后，吊放鋼筋籠之前需提前計算好鋼套筒頂至籠底的高差，確定吊筋長度，避免籠頭位置產生偏差，還需將吊筋固定在鋼套筒上，防止鋼筋籠上浮。聲測管的連接采用液壓連接，要保證聲測管內的順直暢通。聲測管安裝好后，要灌滿清水，管口木塞牢靠，防止水泥漿漏到聲測管中。

（3）混凝土澆筑質量保證措施。導管選用5mm 厚無縫鋼管，內徑290mm，底節尺寸定為3.5m，標準段每節3.0m，另有0.5m～1.0m 長的輔助節。接頭采用快速螺旋接頭并設置導向裝置，防止掛住鋼筋籠。采用泵車澆筑混凝土，混凝土坍落度控制在180±20，邊澆筑邊緩慢拔出鋼套筒，隨著套筒的拔出，使混凝土易擴充至套筒外徑，保證了樁徑尺寸。混凝土初凝時間不小于4 小時，防止在拔出鋼套筒的過程中初凝而導致護筒無法拔出。在混凝土澆筑過程中，要勤測混凝土面深度，導管埋入混凝土內的深度控制在2～6m，混凝土灌注過程應連續進行，不得中斷，澆筑至在樁頂設計標高以上一倍樁徑。

圖9 鋼筋籠下放

圖10 混凝土澆筑及拔出鋼套筒

5 結語

此橋梁完工并啟用后，在盾構穿過復建橋樁時，河面無漿液冒出，施工監測數據穩定，樁基、橋面及周邊地表和居民樓沉降數值在規定范圍以內，復建橋梁及樁基質量良好，盾構順利穿越。

通過該工程的實際運用，得出如下幾個結論：

（1）全回旋鉆機拔樁施工在離建筑物較近的情況下能夠安全的使用，對建筑物結構和周邊環境影響較小。

（2）鋼套管下壓、拔除舊樁、樁基成孔等過程對土體擾動很小，可以忽略不計。

（3）避免了旋挖灌注樁在成孔過程中經常遇到的孔壁坍塌、卡鉆、斜樁、掉鉆等孔內事故風險。

（4）在工期保證、人工節約、混凝土原材節約等多個方面都能做到很好的控制。

綜上所述，全回旋套管鉆機適用于在地鐵等周邊環境復雜的情況下拔樁及成樁施工，能解決特殊場地、特殊工況下的鉆孔灌注樁施工問題，實現了全套管護壁的高效優質拔樁和成樁，值得在類似工程中推廣和應用。