全套管全回转钻机在钻孔咬合灌注桩施工中的应用

1、全套管全回转钻孔咬合桩施工工法简介陈建海 金立源 （徐州盾安重工机械制造有限公司 徐州泉山开发区 221000）(陈建海：联系电话1305202989 邮箱)（金立源：联系电话：邮箱）摘要：全套管全回转钻机是一种可以驱动套管做360度回转的全套管施工设备，全套管全回转钻孔咬合桩是近年来在我国区应用和发展起来的一项新技术，主要针对于地下围护结构如地铁站、地下智能车库、地下建筑结构、水库加固挡水墙等施工等，施工顺序为先施工B桩两侧的两根桩体A桩，然后利用全套管全回转钻机的切割能力切割掉相邻A桩相交部分的混凝土，浇筑混凝土后形成咬合桩。 关键词：全套管全回转 钻孔咬合桩 工法一、全套管全回转钻机简介

2、 全套管全回转钻机（见图一）是集全液压动力和传动、机电液联合控制于一体、可以驱动套管做360度回转的的新型钻机，压入套管和挖掘同时进行，具有新型、高效、环保的钻进技术，近年来在城市地铁、深基坑围护咬合桩、废桩（地下障碍）的清理、高铁、道桥、城建桩施工、水库水坝加固等项目中得到广泛的应用。全套管全回转钻机适合在卵、漂石地层、含溶洞地层、厚流沙地层、强缩颈地层、残留各类桩基础、钢筋混凝土结构等障碍还没有清除的情况下实现灌注桩、置换桩、柱列式桩排挡土墙的施工以及清除地下障碍五保证顶管及盾构隧道无障碍穿越各类桩基础，解决了复杂特殊环境工况下的施工难题。图一 全套管全回转钻机全套管全回转钻机包括动力站、

3、工作装置和辅助钻具三大部分。动力站为外置，工作装置包括底座、动力支承平台、立柱、升降平台和套管夹紧装置，底座内有支腿油缸进行调平。拉拔油缸、液压马达、变速箱、夹紧油缸和齿轮传动装置是传递动力到套管的主要装置，驱动套管回转、上升和下降的。辅助钻具包括各种规格的套管、抓斗、多头抓爪、重锤等。二、全套管全回转钻机施工工艺原理全套管全回转钻机施工工艺原理为:利用全套管全回转钻机的回转装置的回转使钢套管与土层间的摩阻力大大减少，边回转边压入，同时利用冲抓斗、冲击锤挖掘取土或旋挖钻取土，直至套管下到桩端持力层为止。挖掘完毕后立即进行挖掘深度的测定，并确认桩端持力层，然后清除虚土。成孔后将钢筋笼放入，接着将

4、导管竖立在钻孔中心，最后灌注混凝土成桩。全套管全回转钻机主要针对高回填地层、岩溶地层、地下水丰富的砂层、卵砾石地层以及沿海地区软基或硬岩地区钻进成孔、复杂破碎的填石填海地层、沿海滩涂等特殊地层和复杂环境进行全套管成孔灌注桩施工。由于钻机具有强大的扭矩、压入力，可有效对岩层进行切削，且套管本身具有护壁作用，无需回填块石或另下保护护筒，即可在完成成桩作业，目前国内已完成深度120米以上的桩基施工。全套管全回转钻机施工具有一下优势：1、无噪音、无振动，安全性能高；2、不使用泥浆，作业面干净，可避免泥浆进入混凝土中的可能性，成桩质量高，有利于提高混凝土对钢筋的握裹力；3、 施工时可以很直观的判别地层及

5、岩石特性；4、 钻进速度快，对于一般土层，可达14m/小时左右； 5、 钻进深度大，根据地层情况，最深可达到120米以上；6、 成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精确到1/500；7、 不易产生塌孔现象，成孔质量高；8、成孔直径标准，充盈系数小，与其它成孔方法相比，可节约大量混凝土用量；9、清孔彻底，速度快，孔底钻渣可清至30mm左右。 三、全套管全回转钻孔咬合桩施工工法要点1、应用领域 全套管全回转钻孔咬合桩可用于基坑工程的挡墙结构、止水帷幕和主体承重结构，配合各种类型抓斗，可在各种土层、强风化与中风化岩层中施工，适用于各种直径、深度在60米以内的桩孔施工。主要针对于地下围护结构如地铁站、地下智

6、能车库、地下建筑结构、水库加固挡水墙等施工等。 2、全套管全回转钻孔咬合桩施工工艺特点 1）避免了采用超缓凝混凝土咬合桩（软咬合）工艺在完成切割咬合时，容易产生相邻孔混凝土管涌现象的发生而造成质量事故，同时由于采用了常规混凝土，降低了对混凝土的要求，节约了成本。 2）由于采用硬切割工艺，允许混凝土A桩强度正常发展，无需依赖缓凝剂控制混凝土强度，并且不会出现由于单桩成桩时间过长（超过超缓凝剂能够控制的混凝土凝结时间），A桩混凝土强度过高导致无法进行B桩咬合施工的弊病。 3）当遇到较坚硬的大面积地下障碍物时，全回转钻机成桩的过程中可以直接清除地下岩层及障碍物，达到一次成桩。 4）全套管全回转钻机施

7、工中本身具有止水护壁功能，无需另加护壁措施，是一种节能环保的是施工工艺。 5）根据抓斗取土深度，可确切分清土层，选择适宜的桩端持力层。 6）孔内所取泥土，含水量较低，方便外运，而且无泥浆污染环境的忧虑；施工现场整洁文明，市区内施工极为合适。7） 对沉降及变位容易控制，能够紧邻相近的建筑物、地下管线施工。 8） 全回转的跟管钻进与其他掘进方法比较，有效的防止了孔内流沙、涌泥，并可进行嵌岩，保证了成桩质量。 9） 第二次施工的桩在已成的第一次两桩间实施切割咬合，全套管的护孔方式保证了桩间紧密咬合，桩砼凝成一体，形成良好的整体连续结构。 10）配筋率较低，这是因为钻孔咬合桩可以采用钢筋混凝土桩和素混

8、凝土桩间隔布置的排列方式； 11）抗渗能力更强，这是因为钻孔咬合桩是连续施工的，桩间不存在施工缝，而地下连续墙分幅接头处的施工缝往往是防渗的薄弱环节； 12）施工灵活，这是因为钻孔咬合桩施工时可根据需要转折变线，更适合于施工一些平面多变的几何图形或呈各种弧形的基坑。3、全套管全回转钻孔咬合桩施工工艺原理 全套管全回转钻孔咬合桩是采用全套管全回转钻机钻孔施工，在桩与桩之间形成相互咬合排列的一种基坑支护结构（图二），为便于切割，桩的排列方式一般为一根第一序列桩即 A 桩（素混凝土桩或矩形钢筋笼混凝土桩）和一根第二序列桩即 B 桩（圆形钢筋笼混凝土桩）间隔布置，施工时先施工 A 桩后施工 B 桩，待

9、A桩混凝土达到一定强度后用全套管全回转钻机切割掉相邻 A 桩相交部分的混凝土实现咬合成孔（图三），然后下放钢筋笼浇灌混凝土形成咬合桩（图四）。图二 全套管全回转钻孔咬合桩施工工艺流程图图三 全套管全回转钻孔咬合桩施工工艺原理图图四 全套管全回转钻机钻孔咬合桩配筋示意图4、全套管全回转钻孔孔口定位误差的控制为了保证全套管钻孔软切割咬合桩底部有足够的咬合量，应对其孔口的定位误差进行严格的控制，孔口定位误差的允许值可按表1来进行选择。表1：桩位误差允许值（注：表中孔口定位误差允许值单位以mm计） 桩 长咬合厚度10m以下1015m15m以上100mm±10±10±101

10、50mm±15±10±10200mm±20±15±10为了有效地提高孔口的定位精度，应在全套管钻孔切割咬合桩桩顶以上设置混凝土或钢筋混凝土导墙，导墙上定位孔的直径D宜比桩径d大 1020mm（图五），导墙导墙高度6080mm。钻机就位后，将第一节套管插入定位孔并检查调整，使套管周围与定位孔之间的空隙保持均匀。图五 钻孔咬合桩导墙平面布置示意图5、全套管全回转钻孔咬合桩咬合厚度的确定相邻桩之间的咬合厚度d根据桩长来选取，桩越短咬合厚度越小（最小不宜小100mm），桩越长咬合厚度越大，按下式进行计算（公式意义在于保证桩底的最小设计咬合厚度

11、不小于50mm）：d2（kl+q）50mm式中 l桩长k桩的垂直度；q孔口定位误差容许值；d钻孔咬合桩的设计咬合厚度；。 6、桩体垂直度的控制地面硬化（施做导墙）；机器的水平调整；套管的顺直度检查和校正 ；成孔过程中套管垂直度监测和检查。采用全套管钻机施工钻孔咬合桩有以下两个显著优点：1）成孔精度可以得到有效控制，这是由于套管压入地层是靠主机液压油缸行程完成的，每次压入深度约 500mm，套管每节长度6m，可以边压入边纠偏，进行全过程的垂直度控制。2）成孔垂直度检测可在套管内进行，使检测工作变得更为方便、更易控制且有直观感。这是其他种类的咬合桩无法比拟的。7、注意“管涌”的控制根据地质报告，随

12、时观察孔内地下水和穿越砂层的动态，按少取土多压进的原则操作，做到套管超前；套管始终超前，抓土在后，抓土面离套管底的最小距离应保持在2d（d为桩径）以上，使孔内留足一定厚度的反压土层，防止管涌的产生；往孔内灌水，直灌到相当于承压水头的高度后再钻进。8、常用围护结构技术特性比较技术特征 挡土结构 水泥土搅拌桩SMW工法桩钻孔灌注桩加止水措施形成的组合桩全套管全回转钻孔合咬桩地下连续墙经济开挖深度(m)61061461510452040现场要求较少较少一般一般较高施工占地较大小较大小大施工工艺较简单较复杂较简单较复杂复杂环保要求废土外运少，对环保影响较小废土外运少，对环保影响较小泥浆对环保影响大噪声

13、低，无泥浆，对环保影响小泥浆对环保影响大整体刚度一般较大较大较大大抗渗漏较好较好一般好好桩(墙)体质量较好好一般好好技术成熟程度熟练熟练熟练熟练较熟练与永久结构关系临时结构临时结构可作为永久结构的一部分可作为永久结构的一部分永久结构或永久结构的一部分与结构抗浮关系与主体结构抗浮无关与主体结构抗浮无关与主体结构拉结，对主体结构抗浮有利与主体结构拉结，对主体结构抗浮有利与主体结构拉结，对主体结构抗浮有利费用低低一般一般高四、全回转全套管钻孔咬合桩施工案例 案例一：厦门市轨道交通 2 号线一期工程土建 1 标段二工区大兔屿风井硬咬合钻孔灌注桩1）工程地质概况本项目地层自上而下为碎裂状强风化砂质泥岩，

14、点荷载抗压强度为 34MPa；碎裂状强风化变质砂岩，点荷载抗压强度为 1017MPa。2）工程简况桩径 1500mm，咬合厚度 400mm，桩长 42m，开挖32m，采用全套管全回转钻机硬咬合桩施工工艺。3）施工单位昆明捷程桩工公司4）主要设备配置盾安重工 DTR2005H 全套管全回转钻机一台，100t 履带吊一台，嵌岩旋挖钻机一台。5）咬合桩配置咬合桩第一序列桩为素混凝土桩，混凝土强度等级为 C20；咬合桩第二序列桩为钢筋混凝土桩（荤桩），混凝土强度等级为 C35。6）施工工艺流程全回转全套管钻机对位冲抓取土、压管旋挖钻机嵌岩取土、压管测垂垂直度、测量孔深、清沉渣放导管、灌注混凝土拔管、桩

15、机移位打荤桩循环上述工序。7）施工难点施工难点是硬切割被咬合的桩时，垂直度控制困难，由于咬合面厚，强度高于周边土体，套管及钻斗容易跑偏，只能采取慢进尺，勤捞土、逐步下管，所以荤桩的施工时间偏长。通过一个月施工，正常施工素桩成孔时间需约 14 小时，荤桩成孔时间需约 28 小时。由于切割时间控制在 5 天以上，素桩混凝土 C20 强度可达 20MPa 左右，切割难度大。8）施工结果全回转全套管钻机成孔垂直度控制在1以内，满足设计要求。图六 大兔屿风井硬咬合钻孔灌注桩案例二：南京市地下管廊项目220kV秦淮滨南盾构区间5#盾构始发井咬合桩1）工程简况桩径 1200mm，咬合厚度 400mm，桩长

16、45m，采用全套管全回转钻机硬咬合桩施工工艺。2）施工单位江苏通州基础工程有限公司3）主要设备配置盾安重工 DTR2005H 、全套管DTR1505全套管全回转钻机各一台，100t 、80吨履带吊各一台。4）咬合桩配置咬合桩第一序列桩为素混凝土桩，混凝土强度等级为 C30；咬合桩第二序列桩为钢筋混凝土桩（荤桩），混凝土强度等级为 C35。5）施工工艺流程全回转全套管钻机对位冲抓取土、压管旋挖钻机嵌岩取土、压管测垂垂直度、测量孔深、清沉渣放导管、灌注混凝土拔管、桩机移位打荤桩循环上述工序。 6）施工结果经河海大学超声波垂直度检测，咬合桩垂直度达到0.8，满足设计要求。图七 开挖后的咬合桩 图八 技术人员检测垂直度参考文献1 沈保汉全套管冲抓取土灌注桩施工工法工程机械与维修，2010（8）2 沈保汉全套管钻孔咬合灌注桩施工工法，工程机械与维修，2015（04）增刊3 沈保汉盾安DTR全套管全回转钻机喀斯特地层大直径灌注桩施工工法工程机械与维修，2015（04）增刊4 陈建海，刘可可，全回转钻机在国内的发展与应用，新华书局，2016海峡两岸岩土工程/地工技术交流研讨会论文集5 沈保汉，刘波，刘富华贝诺特