2024年管全回转钻孔咬合灌注桩施工工法

全套管全回转钻孔咬合桩施工工法简介陈建海（徐州盾安重工机械制造有限企业徐州221000）摘要：全套管全回转钻机是一种可以驱動套管做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，重要针對于地下围护构造如地铁站、地下智能車库、地下建筑构造、水库加固挡水墙等施工等，施工次序為先施工B桩两侧的两根桩体A桩，然後运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，浇筑混凝土後形成咬合桩。关键詞：全套管全回转钻孔咬合桩工法一、全套管全回转钻机简介全套管全回转钻机（見图一）是集全液压動力和传動、机電液联合控制于一体、可以驱動套管做360度回转的的新型钻机，压入套管和挖掘同步進行，具有新型、高效、环境保护的钻進技术，近年来在都市地铁、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、钢筋混凝土构造等障碍還没有清除的状况下实現灌注桩、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無障碍穿越各类桩基础，处理了复杂特殊环境工况下的施工难題。图一全套管全回转钻机全套管全回转钻机包括動力站、工作装置和辅助钻具三大部分。動力站為外置，工作装置包括底座、動力支承平台、立柱、升降平台和套管夹紧装置，底座内有支腿油缸進行调平。拉拔油缸、液压馬达、变速箱、夹紧油缸和齿轮传動装置是传递動力到套管的重要装置，驱動套管回转、上升和下降的。辅助钻具包括多种规格的套管、抓斗、多頭抓爪、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為:运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減少，边回转边压入，同步运用冲抓斗、冲击锤挖掘取土或旋挖钻取土，直至套管下到桩端持力层為止。挖掘完毕後立即進行挖掘深度的测定，并确认桩端持力层，然後清除虚土。成孔後将钢筋笼放入，接著将导管竖立在钻孔中心，最终灌注混凝土成桩。全套管全回转钻机重要针對高回填地层、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進成孔、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進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，可有效對岩层進行切削，且套管自身具有护壁作用，無需回填块石或另下保护护筒，即可在完毕成桩作业，目前国内已完毕深度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、無噪音、無振動，安全性能高；2、不使用泥浆，作业面洁净，可防止泥浆進入混凝土中的也許性，成桩质量高，有助于提高混凝土對钢筋的握裹力；施工時可以很直观的鉴别地层及岩石特性；钻進速度快，對于一般土层，可达14m/小時左右；钻進深度大，根据地层状况，最深可到达120米以上；成孔垂直度便于掌握，垂直度可以精确到1/500；不易产生塌孔現象，成孔质量高；8、成孔直径原则，充盈系数小，与其他成孔措施相比，可节省大量混凝土用量；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點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构造、止水帷幕和主体承重构造，配合多种类型抓斗，可在多种土层、强風化与中風化岩层中施工，合用于多种直径、深度在60米以内的桩孔施工。重要针對于地下围护构造如地铁站、地下智能車库、地下建筑构造、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點1）防止了采用超缓凝混凝土咬合桩（软咬合）工艺在完毕切割咬合時，轻易产生相邻孔混凝土管涌現象的发生而导致质量事故，同步由于采用了常规混凝土，減少了對混凝土的规定，节省了成本。2）由于采用硬切割工艺，容許混凝土A桩强度正常发展，無需依赖缓凝剂控制混凝土强度，并且不會出現由于單桩成桩時间過長（超過超缓凝剂可以控制的混凝土凝結時间），A桩混凝土强度過高导致無法進行B桩咬合施工的弊病。3）當碰到较坚硬的大面积地下障碍物時，全回转钻机成桩的過程中可以直接清除地下岩层及障碍物，到达一次成桩。4）全套管全回转钻机施工中自身具有止水护壁功能，無需另加护壁措施，是一种节能环境保护的是施工工艺。5）根据抓斗取土深度，可确切分清土层，选择合适的桩端持力层。6）孔内所取泥土，含水量较低，以便外运，并且無泥浆污染环境的忧虑；施工現場整洁文明，市区内施工极為合适。7）對沉降及变位轻易控制，可以紧邻相近的建筑物、地下管线施工。8）全回转的跟管钻進与其他掘進措施比较，有效的防止了孔内流沙、涌泥，并可進行嵌岩，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行切割咬合，全套管的护孔方式保证了桩间紧密咬合，桩砼凝成一体，形成良好的整体持续构造。10）配筋率较低，這是由于钻孔咬合桩可以采用钢筋混凝土桩和素混凝土桩间隔布置的排列方式；11）抗渗能力更强，這是由于钻孔咬合桩是持续施工的，桩间不存在施工缝，而地下持续墙分幅接頭处的施工缝往往是防渗的微弱环节；12）施工灵活，這是由于钻孔咬合桩施工時可根据需要转折变线，更适合于施工某些平面多变的几何图形或呈多种弧形的基坑。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，在桩与桩之间形成互相咬合排列的一种基坑支护构造（图二），為便于切割，桩的排列方式一般為一根第一序列桩即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，施工時先施工A桩後施工B桩，待A桩混凝土到达一定强度後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現咬合成孔（图三），然後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為了保证全套管钻孔软切割咬合桩底部有足够的咬合量，应對其孔口的定位误差進行严格的控制，孔口定位误差的容許值可按表1来進行选择。表1：桩位误差容許值（注：表中孔口定位误差容許值單位以mm计）桩長咬合厚度10m如下10～15m15m以上100mm±10±10±10150mm±15±10±10200mm±20±15±10為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宜比桩径大30～50mm（图五）。钻机就位後，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确实定相邻桩之间的咬合厚度d根据桩長来选用，桩越短咬合厚度越小（最小不适宜小100mm），桩越長咬合厚度越大，按下式進行计算（公式意义在于保证桩底的最小设计咬合厚度不不不小于50mm）：d－2（kl+q）≥50mm式中l—桩長k—桩的垂直度；q—孔口定位误差容許值；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；成孔過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如下两個明显長处：1）成孔精度可以得到有效控制，這是由于套管压入地层是靠主机液压油缸行程完毕的，每次压入深度约700mm，套管每节長度6m，可以边压入边纠偏，進行全過程的垂直度控制。2）成孔垂直度检测可在套管内進行，使检测工作变得更為以便、更易控制且有直观感。這是其他种类的咬合桩無法比拟的。7、注意“管涌”的控制根据地质汇报，随時观测孔内地下水和穿越砂层的動态，按少取土多压進的原则操作，做到套管超前；套管一直超前，抓土在後，抓土面离套管底的最小距离应保持在2D（D為桩径）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，直灌到相称于承压水頭的高度後再钻進。8、常用围护构造技术特性比较技术特性挡土构造水泥土搅拌桩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持续墙經济開挖深度(m)6～106～146～1510～4520～40現場规定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朴较复杂较简朴较复杂复杂环境保护规定废土外运少，對环境保护影响较小废土外运少，對环境保护影响较小泥浆對环境保护影响大噪声低，無泥浆，對环境保护影响小泥浆對环境保护影响大整体刚度一般较大较大较大大抗渗漏很好很好一般好好桩(墙)体质量很好好一般好好技术成熟程度纯熟纯熟纯熟纯熟较纯熟与永久构造关系临時构造临時构造可作為永久构造的一部分可作為永久构造的一部分永久构造或永久构造的一部分与构造抗浮关系与主体构造抗浮無关与主体构造抗浮無关与主体构造拉結，對主体构造抗浮有利与主体构造拉結，對主体构造抗浮有利与主体构造拉結，對主体构造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標段二工区大兔屿風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為碎裂状强風化砂质泥岩，點荷载抗压强度為3~4MPa；碎裂状强風化变质砂岩，點荷载抗压强度為10~17MPa。2）工程简况桩径1500mm，咬合厚度400mm，桩長42m，開挖32m，采用全套管全回转钻机硬咬合桩施工工艺。3）施工單位昆明捷程桩工企业4）重要设备配置盾安重工DTRH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為素混凝土桩，混凝土强度等级為C20；咬合桩第二序列桩為钢筋混凝土桩（荤桩），混凝土强度等级為C35。6）施工工艺流程全回转全套管钻机對位→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。7）施工难點施工难點是硬切割被咬合的桩時，垂直度控制困难，由于咬合面厚，强度高于周围土体，套管及钻斗轻易跑偏，只能采用慢進尺，勤捞土、逐渐下管，因此荤桩的施工時间偏長。通過一种月施工，正常施工素桩成孔時间需约14小時，荤桩成孔時间需约28小時。由于切割時间控制在5天以上，素桩混凝土C20强度可达20MPa左右，切割难度大。8）施工成果全回转全套管钻机成孔垂直度控制在1‰以内，满足设计规定。图六大兔屿風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，桩長45m，采用全套管全回转钻机硬咬合桩施工工艺。2）施工單位江苏通州基础工程有限企业3）重要设备配置盾安重工DTRH、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為素混凝土桩，混凝土强度等级為C30；咬合桩第二序列桩為钢筋混凝土桩（荤桩），混凝土强度等级為C35。5）施工工艺流程全回转全套管钻机對位→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）施工成果經河海大學超声波垂直度检测，咬合桩垂直度到达0.8‰，满足设计规定。图七開挖後的咬合桩图八技术人员检测垂直度参照文献[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，（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，（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，（04）增刊．[4]陈建海，刘可可，全回转钻机在国内的发展与应用，新华書局，海峡两岸岩土工程/地工技术交流研讨會论文集．[5]沈保汉，刘波，刘富华．贝诺特灌注桩施工技术的新