全護(hù)筒旋挖灌注樁施工技術(shù)的應(yīng)用

李士海，王艷梅，趙 慷

（1．北京振沖工程股份有限公司，北京 100102；2．中國地質(zhì)裝備總公司，北京 100102）

旋挖鉆機(jī)因其具有裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機(jī)動(dòng)靈活、施工效率高、環(huán)保等特點(diǎn)，配合適宜的鉆具及護(hù)壁措施，基本上適用于任何地質(zhì)條件。全護(hù)筒施工工藝在鉆孔灌注樁施工技術(shù)中扮演著重要的角色，一些特殊的地層、部位必須選擇使用這種工藝。針對(duì)沙特延布海岸線開發(fā)一期、二期－樁基工程，在采用常規(guī)的旋挖成孔工藝或靜態(tài)泥漿護(hù)壁工藝很難順利完成成孔的施工的情況下，為了更好地發(fā)揮旋挖鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，采用液壓振動(dòng)錘一次性埋設(shè)全長(zhǎng)護(hù)筒旋挖工藝，取得了良好的效果。

1 工程概況

沙特延布海岸線開發(fā)工程一、二期項(xiàng)目位于沙特阿拉伯西海岸第二大港口城市延布，本項(xiàng)目主要建設(shè)旅游用人工島、人工海岸、沙灘景觀以及港池疏浚、海岸吹填造陸、邊坡維護(hù)、海橋梁等。其中橋梁、短海墻、擋土墻下的基礎(chǔ)以及長(zhǎng)海墻下的部分基礎(chǔ)為灌注樁施工。灌注樁數(shù)量共1100根，樁徑為1m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為20m和23m，從施工作業(yè)面計(jì)算的空樁長(zhǎng)度為7m左右，即孔深為27m和29m。

施工區(qū)域內(nèi)地層變化較大，主要地層情況為：0～15m，軟塑到流塑深褐色淤泥，含大量的細(xì)砂；15～18m，很松散，灰色，不良級(jí)配的卵石夾雜砂、淤泥和貝殼；18～25m，非常密實(shí)，灰褐色，不良級(jí)配的砂，含有粉土及礫石；25m～36m，密實(shí)到非常密實(shí)，乳白色，粉質(zhì)砂礫，部分區(qū)域出現(xiàn)珊瑚礁。場(chǎng)區(qū)處于紅海沿岸，樁位距海岸線15m左右，水位1．5m左右，施工過程受潮水變化影響較大。

2 主要設(shè)備和機(jī)具

全護(hù)筒旋挖灌注樁成孔過程中，主要需要以下設(shè)備和器具：SR220旋挖鉆機(jī)、螺旋轉(zhuǎn)頭和雙開門桶鉆、100t履帶吊、ICE815振動(dòng)錘，澆注用泵車，護(hù)筒（直焊縫鋼管外徑1000mm、壁厚12．7mm）以及一些輔助工具等。

3 施工方法

3．1 工藝原理

該工藝的基本原理是先對(duì)施放好的樁位開孔1～1．5m（鉆深不宜超過地下初見水位，以防坍孔），再利用吊車攜帶的液壓振動(dòng)錘及全長(zhǎng)護(hù)筒，在液壓振動(dòng)錘振動(dòng)下埋設(shè)護(hù)筒，埋設(shè)過程中并以水平尺測(cè)定護(hù)筒的垂直度；護(hù)筒在高頻液壓振動(dòng)錘的振動(dòng)下一次性埋設(shè)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。根據(jù)地層選用不同旋挖鉆具作業(yè)至設(shè)計(jì)樁低標(biāo)高，最后放入鋼筋籠，進(jìn)行混凝土澆筑。澆注混凝土完成后，立即用振動(dòng)錘起拔護(hù)筒2m左右，按照本現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行第二次補(bǔ)澆混凝土以保證在護(hù)筒起拔過程中混凝土的下降面最終標(biāo)高符合設(shè)計(jì)標(biāo)高，最后用振動(dòng)錘在振動(dòng)狀態(tài)下起拔護(hù)筒。

3．2 工藝流程

全護(hù)筒旋挖灌注樁施工工藝流程如圖1所示。

圖1 全護(hù)筒旋挖灌注樁施工工藝流程圖

3．3 全護(hù)筒制作準(zhǔn)備

全護(hù)筒灌注樁施工工藝采用外徑40吋、厚度12．7mm的標(biāo)準(zhǔn)鋼管作為本工程的臨時(shí)鋼護(hù)筒。一般情況下為方便運(yùn)輸和加工，標(biāo)準(zhǔn)鋼管的長(zhǎng)度為12m，為達(dá)到本工程全護(hù)筒的工程需要，在施工前需對(duì)鋼管進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)加工，

首先，根據(jù)施工區(qū)域內(nèi)樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，護(hù)筒需要對(duì)接到達(dá)樁的深度。要求對(duì)接口處采用坡口焊接，焊縫飽滿；鋼管同心保證垂直度；為保證剛度，在接口處外加4塊長(zhǎng)40cm、寬20cm鋼板進(jìn)行加固。

其次，為保證上口在液壓振動(dòng)錘液壓夾的強(qiáng)力作用下不產(chǎn)生變形和下口在護(hù)筒振動(dòng)埋設(shè)過程中不產(chǎn)生變形，在護(hù)筒上下口都采用加強(qiáng)措施，即在口部采用40cm長(zhǎng)度的包邊。要求包邊鋼板緊貼在護(hù)筒周圍。

3．4 施工工序

（1）測(cè)量定位。先對(duì)樁位放線定位，定出樁位后，插釬標(biāo)識(shí)；

（2）吊車就位。下護(hù)筒前，將樁位在一定距離處，垂直引出2個(gè)控制樁點(diǎn)，以便于下護(hù)筒時(shí)進(jìn)行樁位校準(zhǔn)。為保證初始的垂直度，需鉆機(jī)提前開孔。吊車攜帶振沖錘及護(hù)筒，使振動(dòng)錘和護(hù)筒處于懸垂的狀態(tài)下，平穩(wěn)放到開好的孔的孔口，測(cè)量2個(gè)控制樁點(diǎn)到護(hù)筒最小距離，控制護(hù)筒圓心和樁位一致；

（3）下護(hù)筒。就位后，首先啟動(dòng)液壓振動(dòng)錘的低頻檔，隨著護(hù)筒貫入深度的加大和貫入地層難度的需要，逐步增加振動(dòng)錘的頻率。護(hù)筒下沉過程中，上部15m范圍內(nèi)每隔5m，停振動(dòng)錘一次，采用水平尺測(cè)量護(hù)筒的垂直度，測(cè)量樁位控制點(diǎn)到護(hù)筒的最小距離，以保證垂直度和樁位偏差。保證護(hù)筒埋設(shè)后符合設(shè)計(jì)要求；

（4）鉆孔。護(hù)筒埋設(shè)完成，經(jīng)驗(yàn)收護(hù)筒口中心符合樁位偏差要求后，旋挖鉆機(jī)就位鉆孔。鉆桿鉆進(jìn)過程中，保持鉆桿勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，保證取土斗底部土體不被擠壓破壞，順利進(jìn)入斗體中，泥層采用短螺旋直接取土，砂卵石層采用筒鉆鉆取，盡量減少護(hù)筒內(nèi)的虛浮的土粒及松散狀態(tài)的砂、卵石，有助于縮短清孔效率。鉆出的泥土用鏟車及時(shí)清理出施工區(qū)域；鉆進(jìn)過程中，應(yīng)當(dāng)注入清水以平衡護(hù)筒內(nèi)外的水壓力和便于取土。

（5）終孔測(cè)量。當(dāng)鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)要求深度后，用密封較好雙開門桶型鉆頭清孔，后提起鉆桿，測(cè)量孔深，并在澆注前測(cè)量孔底沉渣厚度；

（6）下鋼筋籠。用吊車起吊并下放鋼筋籠；

（7）下導(dǎo)管。用吊車下導(dǎo)管，導(dǎo)管的長(zhǎng)度需滿足澆注要求；

（8）澆注。利用混泥土泵車進(jìn)行混凝土澆注；

（9）測(cè)量樁身混凝土的頂面標(biāo)高，達(dá)到要求后停止?jié)沧?，拔出?dǎo)管；

（10）鉆機(jī)移位至下一個(gè)樁位，進(jìn)行開孔鉆進(jìn)；

（11）一次性拔出剛澆注完混凝土試樁孔內(nèi)的護(hù)筒，移位到下一個(gè)樁位。在護(hù)筒起拔過程中，根據(jù)需要可用泵車補(bǔ)充混凝土，以保證設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高。

4 關(guān)鍵點(diǎn)控制及常見問題的處理

4．1 樁位控制

樁位控制分兩步，分別是樁位坐標(biāo)點(diǎn)控制和護(hù)筒控制。樁位坐標(biāo)點(diǎn)放樣偏移量誤差允許2cm，護(hù)筒偏移量誤差即成樁偏移量誤差，應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖紙要求的樁位偏移量。

（1）樁位坐標(biāo)點(diǎn)：測(cè)量員按設(shè)計(jì)樁位坐標(biāo)進(jìn)行放線，確定樁位坐標(biāo)點(diǎn)打入鋼釬做為標(biāo)記。

（2）護(hù)筒控制：護(hù)筒埋設(shè)過程中，在檢驗(yàn)護(hù)筒垂直度的同時(shí)檢驗(yàn)護(hù)筒外徑到引出控制點(diǎn)的距離，如檢測(cè)超出現(xiàn)偏差，在振動(dòng)錘的振動(dòng)的情況下，上拔護(hù)筒直至符合樁位控制偏差要求，再低頻下沉；如經(jīng)過上下幾次仍不能超出樁位偏差，則再上提至符合偏差時(shí)的高度，在護(hù)筒外側(cè)一側(cè)填大石塊，抵抗護(hù)筒埋設(shè)過程中的跑偏現(xiàn)象。護(hù)筒打設(shè)完畢后，測(cè)量員對(duì)護(hù)筒中心坐標(biāo)邊進(jìn)行定位，檢查護(hù)筒中心點(diǎn)與設(shè)計(jì)樁位坐標(biāo)點(diǎn)的偏移量是否符合設(shè)計(jì)要求。

4．2 垂直度控制

由于該工程使用的護(hù)筒長(zhǎng)度較長(zhǎng)，護(hù)筒垂直度的控制顯得尤為重要，護(hù)筒的垂直度直接關(guān)系到成樁質(zhì)量和成孔鉆進(jìn)的順利進(jìn)展。在打設(shè)護(hù)筒時(shí)，按照以下步驟控制護(hù)筒的垂直度，以保證護(hù)筒打入在垂直度規(guī)范規(guī)定允許范圍內(nèi)。

（1）在原樁位垂直方向上引設(shè)2點(diǎn)，計(jì)算出各點(diǎn)據(jù)護(hù)筒外壁的距離，在打設(shè)護(hù)筒過程中，隨時(shí)校核護(hù)筒外壁到控制點(diǎn)的距離，如果發(fā)生變化，及時(shí)通知吊車手，停止下沉，起拔調(diào)整至符合要求。

（2）用水平尺或者地質(zhì)羅盤測(cè)量護(hù)筒的垂直度，測(cè)量頻率為15m以內(nèi)，每5m測(cè)量一次，以后為10m測(cè)量一次。

（3）在護(hù)筒下沉過程，在開始的10m范圍內(nèi)，吊車吊鉤處于拉緊狀態(tài)，使護(hù)筒處于懸垂?fàn)顟B(tài)緩慢下沉。

4．3 護(hù)筒埋設(shè)困難的問題

采取全護(hù)筒護(hù)壁施工工藝，施工場(chǎng)地地層復(fù)雜，尤其卵礫石層和珊瑚礁層埋藏深度不定，可追尋的規(guī)律性較小，受地層地質(zhì)條件的影響較大，該工程施工的難點(diǎn)就在于護(hù)筒的埋設(shè)。根據(jù)此種情況，制定以下保證措施：

（1）護(hù)筒能一次性打入到位，鉆機(jī)直接正常鉆進(jìn)。

（2）護(hù)筒不能一次性打入到位，護(hù)筒在地面上露置，且露置的高度不大于4．5m，此高度鉆機(jī)也能工作，只是每次上下鉆具時(shí)費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，成孔難度和時(shí)間增加。當(dāng)鉆進(jìn)到護(hù)筒底端時(shí)，采用二次下沉護(hù)筒至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（3）護(hù)筒不能一次性埋設(shè)到位，護(hù)筒在地面上露置，且露置的高度大于4．5m（旋挖鉆機(jī)鉆頭的最大提升高度），并且下端地層容易塌孔。需要用短護(hù)筒接力，短護(hù)筒接力的方式是，首先用合適長(zhǎng)度的短護(hù)筒打入，護(hù)筒打入后鉆機(jī)挖取出護(hù)筒內(nèi)的土體及用螺旋鉆將護(hù)筒下端附件的硬層攪松動(dòng)，但不取出，然后將短護(hù)筒拔出，將鉆孔所需要的全程護(hù)筒打入，鉆機(jī)就能正常鉆孔。

（4）護(hù)筒不能一次性埋設(shè)到位，護(hù)筒在地面上露置，且露置的高度大于4．5m，并且下端地層為珊瑚礁地層，采用護(hù)筒埋設(shè)到珊瑚礁地層內(nèi)為止。

4．4 護(hù)筒起拔困難的問題

本工程的護(hù)筒埋設(shè)深度較深，護(hù)筒起拔不及時(shí)或者其它原因，則將造成護(hù)筒浪費(fèi)，對(duì)于護(hù)筒起拔的問題根據(jù)不同區(qū)域采用以下措施：

（1）造孔到設(shè)計(jì)深度剩余2～3m的位置時(shí)，利用吊車振動(dòng)錘上下活動(dòng)護(hù)筒，活動(dòng)幅度不超過1m，活動(dòng)次數(shù)3～4次，此時(shí)從吊車數(shù)據(jù)顯示的起拔力基本等于液壓振動(dòng)錘和護(hù)筒的值。

（2）起拔護(hù)筒的時(shí)間一般在澆注完成后0．5～1h，特殊情況下，不超過初凝時(shí)間。起拔鋼護(hù)筒初期要用振動(dòng)錘振動(dòng)起拔，所用吊具、索具必須安全可靠，禁止超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。起拔要緩慢，吊機(jī)提升力要適中，不可以將振動(dòng)錘減震彈簧完全壓縮，避免損壞振動(dòng)錘和鋼護(hù)筒。起拔全過程要求吊機(jī)天輪－振動(dòng)錘－鋼護(hù)筒軸線成一直線。當(dāng)?shù)鯔C(jī)可以直接拔起鋼護(hù)筒時(shí)，可以停止振動(dòng)錘直接用吊機(jī)起拔。

5 結(jié)束語

結(jié)合本項(xiàng)目的工程實(shí)踐，對(duì)于全護(hù)筒灌注樁施工技術(shù)總結(jié)出以下幾點(diǎn)：

5．1 采用液壓振動(dòng)錘

本工程采用液壓振動(dòng)錘對(duì)于該工程是較好的方案：

（1）該高頻液壓振動(dòng)錘功率高，機(jī)械穩(wěn)定性好，高頻振動(dòng)利于護(hù)筒埋設(shè)。

（2）吊車配合振動(dòng)錘，在設(shè)備有足夠能力的前提下，不受空間限制，可以高空自由松放護(hù)筒，一次性埋設(shè)護(hù)筒，提前拼接好護(hù)筒，對(duì)于同樣深度的樁，不需要每根都拼接。

（3）液壓振動(dòng)錘功率大、頻率高，并且可以變頻，針對(duì)不同地層采用不同的頻率。

5．2 一次性埋設(shè)護(hù)筒

本工程采用全護(hù)筒一次性埋設(shè)護(hù)筒，提高了施工功效，避免了由于施工過程中連接護(hù)筒所需的時(shí)間，避免了起拔過程中連接不牢固可能下節(jié)脫落的現(xiàn)象。

5．3 全護(hù)筒工藝的優(yōu)點(diǎn)

（1）適用地層廣。

（2）孔底沉渣有保證，可控。

（3）成孔質(zhì)量有保證，不塌孔，減少孔中事故，同時(shí)也是對(duì)鉆機(jī)的保護(hù)。

（4）可以不使用淡水和膨潤土，施工用水取用海水，且就地取用、方便。

（5）節(jié)省泥漿系統(tǒng)，不受泥漿供應(yīng)體系的限制。（6）棄渣、棄漿量減小。

（7）現(xiàn)場(chǎng)的文明施工得到提高。

（8）環(huán)保方面不再受泥漿污染的影響。

5．4 全護(hù)筒工藝的缺點(diǎn)

（1）安裝、起拔難度加大，對(duì)于珊瑚礁出現(xiàn)早的埋藏淺地層，護(hù)筒埋設(shè)可能不到位。

（2）設(shè)備性能要求高。

（3）護(hù)筒長(zhǎng)度太長(zhǎng)，起拔安裝及吊車行走安全隱患大。

（4）一次性投入護(hù)筒，投入成本大。

［1］ 高紀(jì)兵，何平，等．蘇通大橋北索塔墩大直徑超長(zhǎng)鋼護(hù)筒施沉工藝［J］．施工技術(shù)，2005增刊．

［2］ 王愛民，郝勇，等．旋挖鉆機(jī)長(zhǎng)（全）護(hù)筒護(hù)設(shè)方法的探討［J］．巖土工程界，2005（03）．

［3］ 曾衛(wèi)兵，詹天宇，張宏同．全護(hù)筒灌注樁的施工［J］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2001（3）．