全回轉全套管鉆孔施工技術在房建樁基工程中的應用

蘇 巖 韓慶忠 周尚憲 王 琪 王 姍

1.廣州市重點公共建設項目管理中心 廣東 廣州 510006；

2.中建四局第一建筑工程有限公司 廣東 廣州 510800

隨著粵港澳大灣區的建設發展，處于復雜軟弱地層喀斯特強發育地區的房屋建設項目日益增多，而在該類地質條件下，傳統沖孔灌注樁的成樁質量一直都難以保證。

在樁基工程施工中，當設計樁長超過30 m，遇到串珠溶洞、溶溝、石芽或特殊性巖土（如人工填土、軟土和殘積土）等復雜軟弱地質時，采用常規的泥漿循環護壁回轉鉆進成孔、旋挖鉆進成孔、沖擊成孔等施工方式將受到限制，容易產生坍孔、頸縮、卡鉆、偏孔以及混凝土充盈系數高等問題，同時也存在護壁用的泥漿污染環境，外運增加施工成本等一系列環境和成本問題。另外，上述成孔方式還存在成孔質量差及垂直度不易控制等缺點，尤其是成孔產生的振動，對周邊敏感建筑物造成的影響也極為顯著。近年來出現的全回轉全套管配合旋挖鉆進或配合履帶吊沖抓鉆進技術，可有效進行地下清障或成樁施工，尤其是在套管超前工況下，更適用于建筑周邊環境及地質條件復雜的場合，被廣泛應用于市政、橋梁等基礎施工中[1-6]。

鑒于上述分析，本文將全回轉全套管鉆孔施工技術創新性地應用于房建的樁基基礎施工中，并對其原有技術進行改進，采用全回轉全套管配合履帶吊沖抓鉆進技術，應用全鋼套管進行超前支護，在滿足設計要求的同時提升樁基礎成樁質量，降低施工成本，縮短施工工期。該技術有效解決了房建樁基礎工程中傳統沖孔灌注樁在復雜軟弱地層條件下施工所產生的問題，具有極大的推廣應用價值。

1 技術原理、特點及創新點

1.1 技術原理

復雜軟弱地層條件下全回轉全套管鉆孔施工技術的原理是：利用全回轉鉆機的動力設備夾緊套管進行360 °回轉鉆進，在壓入力和扭矩的共同作用下將套管壓入土層深部，首節套管帶合金刀頭，在鉆進的同時切割硬質土層或障礙物，配合履帶吊和沖抓斗將套管中的巖土取出。遇到大的漂石或孤石時可用十字沖錘將其砸碎再取出。套管鉆至設計標高位置后，即可進行后續成樁作業。

1.2 技術特點

1）利用全套管超前支護代替泥漿循環護壁和護筒，保證孔壁不坍塌、孔徑和垂直度滿足設計要求，降低混凝土充盈系數，同時免去傳統工藝中的泥漿制作與外運等費用，降低了施工成本、節約環保。

2）采用全回轉鉆機代替傳統沖孔機沖擊錘，一般情況下鉆進速度可達14 m/h，復雜軟弱地層及喀斯特強發育區域可達7 m/d，成孔效率顯著提升，較傳統方式縮短2/3的施工工期。

3）在套管鉆入地層的同時，利用吊機沿套管內壁釋放沖抓斗至孔底實現沖抓取土，免去了傳統工藝中的泥漿循環清孔等工序，加快了施工進程，施工全程綠色、環保。

1.3 技術創新點

1）制作簡易測環，有效控制樁身垂直度。根據“重錘”原理，創新制作簡易測環對成孔過程中的孔內垂直度進行檢查，測環為直徑與設計樁徑相同的鋼筋環，測環內部配置十字加勁內支撐，直徑不小于16 mm，保證測環不發生變形（圖1、圖2）。工作原理是根據相似三角形幾何關系近似求得鉆孔的垂直度偏差。

圖1 測環制作大樣一

圖2 測環制作大樣二

2）混凝土灌注后拔管防擴散。釆用在套管外壁標識刻度線的方法，控制套管起拔速度，保證2～4 m的套管埋深，更具實用性、高效性。

3）鋼筋籠底焊接薄鋼板增加抗浮力。在鋼筋籠底焊接一塊比鋼筋籠直徑略小的厚8 mm薄鋼板增加其抗浮力，薄鋼板截面面積大約是樁截面面積的1/2，鋼板下滿焊與樁縱筋直徑相同的十字鋼筋，鋼板距離籠底約為250 mm，鋼板與各縱筋之間點焊飽滿。

2 工藝實施要點

2.1 施工準備

1）全回轉鉆機施工要有足夠的場地，以便堆放物資材料和機械設備。根據現場實際經驗，全回轉鉆機施工作業面大概需要 50 m2范圍的場地，場地內的雜物須清除。此外，全回轉鉆機作業處的場地必須堅實，需要在鉆機下墊鋼板，以免作業過程中產生沉降，影響作業質量。

2）富含串珠溶洞、溶溝、石芽以及陡降巖的喀斯特強發育區域采用袖閥管灌注水泥漿進行預處理，以免混凝土灌注過程中產生“大肚樁”現象。

2.2 樁位定點

根據已有設計資料計算出樁位坐標，然后采用全站儀定出樁位進行樁中心放樣，沿樁中心拉十字線至1.5 m以外并做好標記。

2.3 全回轉主機就位

待樁基定位后，吊放全回轉底盤，底盤中心要和樁中心點重合。再吊放主機，將其安裝在底盤上，最后安裝反力叉套管。鉆機就位對中時，保證套管與樁中心偏差小于50 mm。

2.4 吊放安裝鋼套管

在套管底部安裝全新刀頭，施工前對套管順直度進行檢查和校正。將首節套管垂直放入鉆機，進行回轉鉆進。套管之間采用銷孔連接，銷孔連接處采用黃油麻布封堵，避免泥沙影響成孔質量。

2.5 測量調整垂直度

全回轉鉆機就位后，進行回旋鉆進。保證下壓過程中套管露出地面1.2～1.5 m，利用經緯儀或線錘定時（0.5 h）測量外露部分垂直度；在成孔過程中，利用測環進行檢查，保證套管垂直度偏差小于0.3%。

2.6 鋼套管鉆進取土至設計標高

壓入第1節套管，深度2.5～3.0 m，然后用抓斗從套管內取土，一邊取土，一邊繼續下壓套管，始終保持套管底口超前開挖面2 m以上。第1節套管壓入土中后（地面上留1.5～2.0 m，以便于接管），檢測垂直度，如不合格則進行糾偏，合格則安裝第2節套管繼續下壓取土，如此重復，直至達到設計孔底。沖抓頭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。作業時沖抓斗沿套管內壁自由落下，下落速度快、沖擊力強，硬質地層也可以沖挖。沖抓斗抓出的土質由挖機配合堆放，并及時由土方車外運，保證現場文明施工。

2.7 驗孔確認

當孔深達到設計值時申請勘察、設計及監理驗收，填寫驗收牌并拍照留底。

2.8 清理沉渣，檢查孔深

當孔深度達到設計要求后，及時清孔并檢查沉渣厚度。若厚度大于20 cm，則繼續清孔直至符合要求，可將抓斗輕輕放至孔底將沉渣清完。確定孔深后，及時向監理工程師報驗，檢測孔的沉渣和深度（利用鋼套管標高和測繩計算樁孔的沉渣和深度，鋼套管標高與測繩長度之差為沉渣厚度，注意經常進行測繩標定檢查）。樁成孔期間，利用施工間歇時間，進行土石方外運，避免土石方堆在現場影響后續施工。

2.9 制作、吊放鋼筋籠

制作鋼筋籠之前應首先清除鋼筋表面污垢和銹蝕，當鋼筋籠長度大于8 m時，需要分節制作安裝，根據設計樁長以及鋼筋搭接長度下料。為防止水下混凝土灌注過程中產生鋼筋籠上浮現象，在鋼筋籠底焊接一塊比鋼筋籠直徑略小的厚8 mm薄鋼板增加其抗浮力（圖3）。

圖3 鋼筋籠截面示意

鋼筋籠利用履帶吊整籠吊裝，采用三點起吊法。首先采用大鉤將鋼筋籠平行吊起，平移至樁孔處，然后利用小鉤和大鉤配合將鋼筋籠慢慢豎起至垂直，之后將鋼筋籠一次性放入孔中。鋼筋籠吊放至設計標高后，調整鋼筋籠周圍鋼筋定位環，保證鋼筋籠軸線與樁孔中心線重合，并確保主鋼筋的凈保護層滿足設計要求。

2.10 安放導管，澆筑混凝土

由于依托項目地下水位較高，為防止發生管涌問題，下壓過程中保證鋼套管超前支護2～4 m，在套管內補水平衡套管內外水壓力，防止管涌現象（圖4）。

澆筑時采用導管法，其首批灌入的混凝土必須經計算確定，一方面是使澆入的混凝土具有一定的沖擊量，將導管內的泥漿或水排出；另一方面是保證導管埋入混凝土的深度不小于0.8 m。

2.11 拔出導管及鋼套管

隨混凝土面上升適時拔高套管和導管，逐步拆除套管和導管。根據導管埋深情況，每次拆除1～2節導管，導管拆除后應立即沖洗干凈，以便下次使用。套管提升時，參考試樁數據，澆筑過程中控制套管起拔速度為0.45 m3/min。在套管外壁標識刻度線，定時（10 min）將套管外壁刻度線數據與管內液面復測數據進行對比，慢慢上拔并左右搖晃，使混凝土能流入套管所占空間，同時注意觀察鋼筋籠有無上浮，套管埋深應控制在2～4 m。

為保證設計樁頂混凝土質量，混凝土灌注至樁頂標高以上0.5 m。因套管上拔后樁孔存在一定程度的擴孔，最后1節套管上拔前應測定當前混凝土面標高，對所需混凝土進行估量，確保滿足樁頂設計標高和超灌要求。完全拔出套管和導管后，樁頂混凝土不良部分要鑿掉，保證設計范圍內的樁體不受損傷，并不留松散層。

2.12 樁基檢測

混凝土灌注施工完成后，待樁身達到設計強度100%且不小于15 MPa時，按規范對基樁進行低應變、聲波透射和鉆芯等樁身完整性檢測。

3 效益分析

3.1 社會效益

應用該技術的社會效益如下：施工過程噪聲低、振動小、環保效果好；鉆機為自行式，便于移動轉場，適合城區施工；最快施工速度可達14 m/h，能夠極大地縮短施工工期；超前支護保證成孔質量可控，得到業主和社會各界的一致好評，為公司贏得了市場；為房建工程在復雜軟土地層條件下的鉆孔施工提供了可靠的經驗參考。

3.2 經濟效益

以樁長超過30 m的灌注樁為例，在工期、人工、材料、機械等方面，將該技術與初期在此區域采用的傳統施工方式進行數據統計和比較。傳統方法施工的一般工期為12 d，個別樁甚至超過2個月；采用本技術在復雜軟弱地層條件下施工的一般工期為3.5 d，且施工過程中不會遇到坍孔，不會受到斜巖的影響，無需回填片石糾偏。

總體而言，造價節省效果較為顯著，總節省費用構成如下：項目采用包清工方式，傳統施工工藝為750元/m3，全回轉鉆進施工為2 000元/m3，相同工效下設備配比為4∶1，全回轉節省1 000元/m3；另外，傳統施工需要回填片石，全回轉施工不需要回填，樁溶洞平均長9 m，每根樁節省4 800元；全回轉混凝土充盈系數低，以1.5 m樁徑、30 m長工程樁施工計算，節約混凝土費用11 133元。

4 結語

全回轉全套管鉆孔施工技術在房建樁基工程中的應用，有效解決了傳統沖孔灌注樁在復雜軟弱地層條件下施工所產生的坍孔、頸縮、卡鉆等問題，能夠有效提升成樁質量、縮短施工工期、節約施工成本，在滿足設計要求的同時，也為復雜軟弱地層條件下的樁基礎施工提供了借鑒。