巖溶區(qū)長樁全回轉鉆機護筒置換法施工技術

趙敏聰

（中鐵北京工程局集團有限公司，北京 102308）

0.引言

近年來，隨著我國西南地區(qū)高速鐵路建設規(guī)模的迅速擴大，喀斯特地貌地區(qū)的橋梁基礎工程施工技術難題日益突出，如何確保高速鐵路巖溶區(qū)長大樁基的施工安全、質量及進度，成為西南地區(qū)高鐵橋梁施工的關鍵問題。該地區(qū)某高鐵橋梁長樁施工時利用全套管全回轉鉆機成孔并輔以其他相關設備配合，形成了一套完整的施工工藝。

1.工程概況

某高鐵橋梁鉆孔樁均位于巖溶強烈發(fā)育地段，溶洞形態(tài)為黏土全充填、半充填、無充填，且呈串珠式發(fā)育，其中最大設計樁長79m、最大鉆孔深度85m，最大單個溶度高度達到54.42m。前期施工采用傳統(tǒng)的沖擊鉆成孔工藝，施工過程多次出現(xiàn)地表塌陷、孔內坍塌、漏漿、卡鉆埋鉆等情況，多次采用回填黏土片石、回填水泥、跟進鋼護筒等措施，由于溶洞處理難度極大最終均未能順利成孔，樁基工程施工難度及安全質量風險極大。

2.工藝原理

全套管全回轉鉆機是集全液壓動力和傳動、機電液聯(lián)合控制于一體、可以驅動套管做360°回轉的新型鉆機，壓入套管和鉆進同時進行，具有新型、高效、環(huán)保的特點，可以高效解決特殊環(huán)境、復雜巖溶地質條件下的樁基施工難題。

依靠旋挖轉、沖抓斗或沖擊鉆輔助全回轉全套管鉆機進行樁基鉆孔施工[1]，本項目采用旋挖鉆輔助全回轉全套管鉆機的施工設備組合方式(如圖1所示），施工原理為利用大型液壓動力站帶動全回轉鉆機，鉆機夾持壁厚5cm雙壁合金鋼套管360°旋轉壓切作業(yè)，底節(jié)鋼套管底端設置壓輪或截齒鉆頭，同時兼?zhèn)溷@頭功能，鋼套管接長旋入與鉆進施工同步進行，旋挖鉆隨后跟進取芯成孔，成孔后跟進壁厚2cm普通鋼護筒并置換拔出鋼套管，在鋼護筒置換拔出鋼套管的同時，采用碎石填充密實鋼套管與鋼護筒之間環(huán)形縫隙，以免造成鉆孔樁孔壁擾動，鋼套管內徑應大于樁徑20cm為宜，跟進鋼護筒內徑與樁徑相同即可，成孔過程中鋼套管接長均采用履帶吊配合人工方式。

圖1 全套管全回轉鉆機

3.工藝特點

相對于傳統(tǒng)沖擊鉆、旋挖鉆施工工藝，全套管全回轉施工工藝具有成孔工效高、安全風險低、成樁質量有保障、對周邊環(huán)境干擾小、復雜溶洞處治效果好等特點；同時在全套管全回轉鉆機成孔后，采用鋼護筒將鉆機套管置換，鉆機套管可重復利用，有效的降低了成本。

4.施工關鍵技術

4.1 鉆機安裝

4.1.1 全回轉鉆機底座就位

作業(yè)平臺填筑、平整完成后，為防止全回轉鉆機就位后因平臺發(fā)生不均勻沉降而發(fā)生傾斜，在作業(yè)平臺滿設鋼板，根據(jù)樁位放樣位置，吊裝鉆機底座就位，利用鉆機自帶調平系統(tǒng)調整鉆機底座頂面保持平面，測量人員對鉆機底座中心位置進行復測、根據(jù)復測結果調整位置，復核無誤后可進行鉆機上部機具安裝。

4.1.2 全回轉鉆機就位

全回轉鉆機底座頂面水平狀態(tài)、底座中心位置校核無誤后，安裝全回轉鉆機[2]，然后利用鉆機上的調平系統(tǒng)使鉆機中心與孔位中心重合，鉆機就位后開始吊裝鋼套管（如圖2所示）。

4.2 鉆進施工

4.2.1 鉆頭配置

鉆頭采用壁厚50mm鋼套管鉆頭，套管內徑一般比設計孔樁直徑大200mm，標準節(jié)長5m（如圖3所示），適當配置短節(jié)作為調整節(jié)，套管底節(jié)鋼套管底部端頭設置壓輪或截齒鉆頭，同時兼做鉆進鉆頭使用，巖質較軟時采用截齒鉆頭，巖質較硬時采用壓輪鉆頭。

圖3 全回轉鉆機鉆頭

4.2.2 鉆進成孔

全回轉鉆機安裝、定位完成后開始鉆進，鋼套管旋入深度約3m時使用旋挖鉆機鉆取套管內的鉆渣，循環(huán)作業(yè)鉆進至設計孔深，過程中始終保持套管超前取芯深度2m[3]。鋼套管外露1.5m～2m便于鋼套管的接長、安裝，每節(jié)套管連接后檢查垂直度，必要時進行糾偏，持續(xù)鉆至設計孔底標高。施工過程中作業(yè)人員每日對鉆機和鋼套管垂直度及中心偏差進行復測2次以上，保證垂直度偏差不大于1%，中心偏差小于5mm的要求，并形成記錄（如圖4所示）。

圖4 鋼套管安裝及鉆進作業(yè)

4.3 護筒置換

4.3.1 內護筒加工

鋼護筒制作加工集中在車間進行，加工完成后統(tǒng)一分節(jié)運至現(xiàn)場，護筒內徑取值為樁基直徑，壁厚均為20mm、節(jié)長3m。每節(jié)鋼護筒上端需加工2組對稱的吊裝孔，孔徑不小于3cm（如圖5所示）。

圖5 內護筒加工及安裝

4.3.2 內護筒安裝

鉆進至設計孔深后，現(xiàn)場技術員使用測繩量測孔深，地質核驗確認終孔后方可進行內置鋼護筒安裝作業(yè)，鋼護筒安裝時采用制定好的十字吊架平穩(wěn)吊裝鋼護筒，利用全回轉鉆機平臺及履帶吊完成鋼護筒下放工作。每節(jié)鋼護筒下放時借助全站儀量測垂直度，滿足要求后進行鋼護筒焊接。兩節(jié)鋼護筒環(huán)向接縫焊接時必須采用厚度大于2cm的加勁鋼板進行加強連接，每道環(huán)向接縫加強連接鋼板不少于6處，確保護筒安裝過程中穩(wěn)固不脫焊。

4.3.3 鋼套管置換旋出

在內護筒下放完成后，再次校核、調整內護筒垂直度及孔口中心偏位，符合要求后開始置換旋出鋼套管，全回轉鉆機反向加壓旋轉鋼套筒，將鋼套筒進行逐節(jié)旋出、拆卸。由于內置鋼護筒和鋼套管之間存在環(huán)形縫隙，為避免鋼套管旋出過程中發(fā)生孔壁回縮及地表沉降，同時確保鋼護筒不因受到孔壁擠壓而產(chǎn)生偏位，在鋼套管拔出過程中及時采用碎石逐節(jié)填塞鋼護筒和鋼套管間形成的環(huán)形縫隙，碎石粒徑選擇0mm～5mm，全過程勻速拔除鋼套筒并持續(xù)填塞碎石，直至鋼套管全部拔出且將縫隙填塞至孔口頂部為止。

4.4 鋼筋籠吊裝及混凝土灌注

4.4.1 鋼筋籠吊裝

鋼筋籠骨架在鋼筋加工場內分節(jié)制作并運送至現(xiàn)場。使用履帶吊進行鋼筋籠吊放，鋼筋籠入孔時應對準孔徑，保持垂直，第一節(jié)鋼筋籠吊至最上端一道加勁箍筋位置時，穿進20工字鋼作為扁擔梁，將鋼筋骨架臨時支撐在孔口工字鋼上，再起吊第二節(jié)骨架與第一節(jié)骨架連接，主筋接頭采用冷擠壓套筒連接，對接時上、下主筋位置對齊，保持鋼筋籠上下軸線一致。接頭擠壓完成后，骨架吊高，抽出支撐工字鋼后，下放骨架。如此循環(huán)，使骨架下至設計標高。聲測管的布置及數(shù)量必須滿足設計要求（樁長≥40m，樁徑≤2m），與鋼筋籠一起吊放。聲測管要求全封閉，管內注入清水并無其他異物，聲測管與鋼筋籠一起分段連接采用套管絲扣連接，管口高出設計樁頂50cm，底部為設計樁底。每根聲測管高度保持一致。

4.4.2 混凝土灌注

采用導管法進行水下砼的灌注。導管用直徑300mm的鋼管，壁厚3mm，導管節(jié)長為0.5m、1m、1.5m、3m，根據(jù)計算所得首批封底混凝土數(shù)量做好導管配置方案，短節(jié)導管作為調節(jié)導管配置與上端，標準節(jié)先行安裝下放。導管為絲扣連接，接頭處采用橡膠圈密封防水。導管使用前，應進行接長氣密性試驗。下導管時防止碰撞鋼筋籠，導管支撐架用型鋼制作，支撐架支墊在鉆孔平臺上，用于支撐懸吊導管。混凝土灌注期間使用履帶吊吊放拆卸導管，及時測量復核孔內混凝土頂面高度[4]，做好詳細的混凝土現(xiàn)場灌注記錄，并準確計算導管實際埋入砼的深度，同時以灌入的混凝土數(shù)量校對混凝土入孔狀況，正確指揮導管的提升和拆除[5]。

5.結語

該高鐵在橋梁長樁施工過程全套管全回轉鉆機的使用，有效解決了巖溶強烈發(fā)育地段橋梁超長樁施工難題，為工程施工工期提供了有力的保障，采用內置護筒置換套管的方法，改變了以往套管鉆頭一次性使用的傳統(tǒng)，節(jié)約了工程的施工成本，經(jīng)濟效益顯著，該施工方法可供類似工程借鑒。