全套管法技术在钻孔咬合桩围护结构施工中的应用

1、全套管法技术在钻孔咬合桩围护结构施工中的应用 刘雪教 （深圳中铁二局工程有限公司 深圳 518034）摘要 深圳地铁在国内首次采用钻孔咬合桩围护结构，根据钻孔咬合桩围护结构的特性和对各种钻孔桩施工方法的比较，引进了钻孔咬合桩全套管施工法，现已在深圳地铁工程中得到了广泛运用，并取得了成功经验。关键词： 全套管法 套管钻机 咬合桩1 采用钻孔咬合桩全套管法施工的原由1.1 工程概况金田站至益田站区间的明挖基坑采用钻孔咬合桩支护。钻孔桩的桩径为1.0m，间距为0.8m，咬合部分厚为100mm。钻孔咬合桩采用钢筋砼桩和素桩砼桩间隔布置，素砼桩深入基坑底3m，钢筋砼桩深入基坑底7m。1.2 工程地质区间

2、范围内各层地质如下：a. 第四系全新统人工堆积层（Q4ml）粘土：坚硬硬塑，夹有砂砾、碎石、块石，厚06.6m。粉质粘土(Q4ml):可塑坚硬，夹有砂砾、碎石、块石，厚010.5m。b. 第四系全新统冲积层（Q4al）粉质粘土：坚硬流塑，厚0.03.9m。淤泥质粉质粘土：流塑。中砂：松散，饱和为地震可液化层，厚0.02.6m。砾砂：稍密中密，饱和，厚07.4m。c. 第四系中更新统残积层（Q2el）砾质粘性土：坚硬可塑，厚0.012.8m。d. 燕山期花岗岩（53）全风化：岩芯呈土夹砂状，厚09.8m。强风化：岩芯呈砂砾状、砂土状。厚6.0m。d. 不良地质现象软土：素填土下分布着厚约3.8m

3、的淤泥质粉质粘土，工程性质差。1.3 水文地质特征勘探期间地下水埋深3.16.3m,为第四系孔隙潜水,主要补给来源为大气降水,地下水水温26.027.4,水位变幅0.51.5m。经取样化验,地下水对砼结构具弱硫酸盐性腐蚀,弱分解性腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。1.4 施工方法比较及选择区间围护钻孔桩的数量较大（共约1148根），如采用常用的正、反转循环钻孔法及冲击钻孔法，都不能满足钻孔咬合桩的技术要求, 桩身质量和桩的咬合质量难以保证,且环境污染大。经过认真比较钻孔方法，区间的围护桩决定采用全套管施工法。全套管施工方法同其他钻孔方法比较而言，具有以下优点：噪声低，振动小；用套管护壁，孔壁不会坍落

4、，可靠近既有建筑物施工；易于控制桩断面尺寸形状；可挖掘小于套管内径13的石块；因使用套管护壁，挖掘土中的含水比例小，较容易处理孔底虚土，且对环境的污染小；钻机有导向纠偏机构，桩的垂直度容易控制。全套管法也有一定的局限性，主要是：套管钻机自重大，采用全套管施工需要有较大场地，工地边界到边桩中心的距离也要求较大，此外，对场地地面的承载力要求也高一些。但在本工程上由于场地较开阔，便于采用全套管法施工，故综合以上特点，决定采用全套管法施工钻孔咬合桩。2 全套管法施工原理 全套管施工法（贝诺特（Benoto）灌注桩施工法）利用摇动装置的摇动，使钢套管与土层间的摩阻力大大减少，在摇动套管的同时并压入套管，

5、再利用冲抓斗挖掘取土，直至套管下到桩端持力层为止。成孔后在套管内放入钢筋笼，再在钻孔中心下导管，灌注混凝土成桩，最后拔出导管。3 全套管法施工程序3.1 场地准备为确保钻机安装及作业的稳定，施工作业场地地面要求平整，对软弱的地面硬化处理。3.2 开孔和钻机就位开孔前测量人员对排桩孔位进行定位放样，复核后并作出标记。开孔采用人工进行，以防施工过程中破坏地下管线。开孔后检查孔位后，施工孔口护圈钢筋混凝土。钻机在桩孔上就位，安装第一节套管，使其对准所设标记，并在套管两个垂直方向架经纬仪，找好机械设备的水平度，控制套管的垂直度。3.3 套管压入及钻进在套管钻机就位后，开始进行套管埋设和钻进作业。施工过

6、程中，每节套管压入的精度直接影响排桩的施工质量。每节套管放入夹管装置，收缩夹管液压缸，使夹管装置将套管夹持住，利用钻机和导向与纠偏机构将套管的垂直精度调整到容许的范围内。并用垂球和经纬仪等，从两个垂直方向复核套管的垂直度。每节套管连接好并检查垂直度后，通过套管钻机的两个摇动臂上的摆动液压缸来回顶缩，夹管装置和套管即在一定的角度内以顺时针和逆时针方向转动，套管剪切土体，减少套管与土体间的摩阻力，套管逐渐压入土中，然后用锤式抓斗挖掘管中的土体。3.4 成孔依次连接、摇动和压入套管，直至套管下到设计桩长为止。挖掘完成后立即测定挖掘深度、确认桩端持力层，并采用抓斗清除孔底虚土。3.5 钢筋笼制安钢筋笼

7、的制作同传统的施工方法。对有钢筋的孔桩在验孔完后，将钢筋笼采用吊机放入孔内，并将钢筋笼固定到位。钢筋笼的接长采用焊接，同一截面接头数量要符合规范要求。素砼桩在验孔后，立即进入灌注砼施工。3.6 灌注混凝土排桩内的砼采用下导管法灌注，对桩内有水的排桩，桩身砼采用水下灌注方法。水下砼灌注用导管要根据孔深进行配管，导管的吊放采用吊车吊装，导管的接长加垫圈，防止灌注砼时出现漏气漏水，影响桩身砼的质量。灌注混凝土时，边灌注边拔导管和套管并控制导管和套管的拔升速度，保持与混凝土的灌注速度相同，且控制好导管和套管埋深，套管的埋深应保持在混凝土面下1m。3.7 套管钻机移位当砼浇注完后，拔出最后一节导管，钻机

8、移到下一根桩位置。 全套管施工法的施工流程见图1所示进行。图1 套管钻机成桩工艺流程图4 全套管法钻孔咬合桩施工顺序采用全套全套管法施工钻孔咬合桩，钻孔桩的施工顺序安排是钻孔咬合桩的技术关键，它与桩身混凝土的终凝时间的关系非常密切，就是后施工桩的成孔工序必须在先施工的桩的桩身混凝土终凝前完成，否则钻机的套管就不能切掉先施工桩的咬合部分的混凝土，钻孔咬合桩施工就会失败。根据我公司试验室可以配制成功终凝时间达72小时的超缓凝混凝土的技术，本工程钻孔咬合桩的施工顺序选用了如图2所示的施工顺序。图2 全套管法施工顺序图5 全套管法施工咬合桩施工措施和难点a.从图2 中可知，在钻挖4号中间桩的孔时，需将

9、已灌好的相邻桩与4号桩搭接部分的砼削掉，4号桩孔应在1号、2号等桩砼终凝前钻挖，按照每12小时成一根桩的施工进度，故要求1号、2号桩芯砼的终凝时间应大于48小时。b.全套管钻孔咬合桩施工法，最重要的是保证桩施工的连续不间断性。在施工中若遇机械故障或其它原因停工时，桩施工会被中断，被咬合的桩芯砼已具有一定强度，可能发生套管切割相邻桩砼困难而不能预先压入套管，则应先用冲抓斗超挖400500mm，然后用20kN的凿岩锥，将相邻桩咬合部分的砼先行击碎，再压套管，但这种做法应该避免。c.埋设第一、二节套管的竖直度，是决定桩孔垂直度的关键，其桩身垂直度应保证在1/300以上。在套管压入过程中，用经纬仪或测锤不断校核垂直度。当套管垂直度相差不大时，固定下夹具，利用上夹具来调整垂直度；当套管垂直度相差较大时，一般应拨出来重新埋设，有时也可将钻机向前后左右移动一下使之对中。d.一般土质的场合，套管刃尖可先行压进，也可与挖掘底面保持几乎同等深度压进。在不易坍塌的土质中，套管压进困难时，采取某种程度的超挖措施。e.在饱和松砂中和地下水位以下厚细砂层中成孔，采用抓斗抓进和摇动套管同时进行的方法。f.在套管内挖掘土层时，碰到坚硬土岩和风化岩硬层时严禁用锤式抓斗冲击硬层，应用十字凿锤将硬层有效地破碎后，才能继续挖掘。6