全套管法鉆孔樁在復(fù)雜地層中的成孔技術(shù)

陳劍波

摘 要：本工程為澳門筷子基E及F地區(qū)公共社屋基礎(chǔ)施工，項(xiàng)目地點(diǎn)位于澳門筷子基社屋填海區(qū)，項(xiàng)目主要施工任務(wù)為鉆孔樁施工，樁徑為1m、2m，設(shè)計(jì)為嵌巖樁，地層以回填土，海平面砂層，微風(fēng)化花崗石基巖。設(shè)計(jì)要求樁底無沉淀，百分之百取芯驗(yàn)證混凝土與基巖交接面，且穿過地層多孤石，采用套管隨清水鉆鉆進(jìn)跟進(jìn)到巖面的成孔方法，這種方法對陸地復(fù)雜底層嵌巖樁有很好的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：全套管 清水鉆 復(fù)雜底層 嵌巖

1.工程概況

項(xiàng)目工程主體為澳門筷子基E及F地區(qū)公共社屋基礎(chǔ)施工，工程項(xiàng)目位于澳門筷子基社屋填海區(qū)，本項(xiàng)目主要施工內(nèi)容為鉆孔樁施工。

本工程施工主要內(nèi)容為：項(xiàng)目主要施工涉及兩種直徑的超長陸地嵌巖鉆孔樁，直徑分別為1.0m和2.0m。直徑1.0m和2.0m鉆孔樁分別為24根和42根，本文重點(diǎn)說明的的是直徑2.0m的鉆孔樁，樁長根據(jù)每根樁位處超前地質(zhì)鉆孔勘探情況確定，嵌巖深度5.5m，樁長最短75米，最長105米，任一米內(nèi)的基巖取芯率（TCR）須大于90%，基巖之單軸抗壓強(qiáng)度（UCS）須不少于25MPa或點(diǎn)荷載強(qiáng)度指數(shù){IS（50）}不少于1MPa，實(shí)際基巖單軸抗壓強(qiáng)度在80～130MPa，最多的孤石9層。

2.鉆孔樁施工

2. 1總體施工方案

鉆孔樁施工采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)配Φ1000mm、Φ2000mm套管來施工，使用150t履帶吊起吊沖抓斗，將套管內(nèi)的土體和巖層清除，套管跟進(jìn)至基巖面，由旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)至樁底標(biāo)高。

2.2鉆孔樁施工主要設(shè)備

鉆孔樁主要設(shè)備為：全回旋鉆機(jī)DTR2605H、150t履帶吊機(jī)、沖抓斗、擴(kuò)孔鉆頭以及旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)。

2.3鉆孔工藝流程

現(xiàn)場場地準(zhǔn)備→鉆機(jī)就位→下套管→抓出泥土→RCD機(jī)配擴(kuò)孔鉆孔→下放鋼筋籠→拔套管邊澆筑混凝土→移機(jī)。

3.鉆孔樁施工3. 1鉆機(jī)對位

根據(jù)設(shè)計(jì)提供的基準(zhǔn)點(diǎn)，將鉆孔樁中心點(diǎn)精確引至地面，并用紅油漆標(biāo)記，在樁位周邊鋪設(shè)跑板增大地基承載力，然后將全回旋鉆機(jī)對位，對準(zhǔn)中心下放套管。

3.2全回旋鉆機(jī)鉆孔

（1）套管制作

根據(jù)本工程特點(diǎn)，采取Φ1000mm、Φ2000mm套管，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)長度6m，調(diào)整節(jié)長度4m、2m、1m，采用內(nèi)六角高強(qiáng)螺栓連接。底節(jié)套管刀頭應(yīng)選擇進(jìn)口合金鋼刀頭，且刀頭伸出套管內(nèi)外各20mm。

（2）鉆機(jī)鉆進(jìn)

DTR2605H是一種全回轉(zhuǎn)的套管鉆進(jìn)機(jī)械，其主要原理是利用用楔型夾緊機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)支承環(huán)與鋼套管固定，夾緊結(jié)構(gòu)與鋼套管的抱緊與松開，由夾緊油缸以及抱環(huán)上的楔形塊調(diào)節(jié)，夾緊油缸上下升降時(shí)，楔型塊也隨之升降，有效的將回轉(zhuǎn)支撐系統(tǒng)和鋼套管咬合，保證鋼套管不會(huì)掉落，并提供驅(qū)動(dòng)力。套管轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力由液壓馬達(dá)提供，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，環(huán)形齒輪在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承在鋼套管周圍轉(zhuǎn)動(dòng)，由此帶動(dòng)鋼套管回轉(zhuǎn)，是鋼套管與周邊土壁形成動(dòng)摩擦面。

夾緊油缸位于鉆機(jī)的固定部分，與鉆機(jī)底座固定不參與套管的轉(zhuǎn)動(dòng)，其液壓管始終處于接通狀態(tài)，回轉(zhuǎn)時(shí)無需將夾緊裝置液壓管分離，提供可靠的握裹力，滿足連續(xù)施工條件。

套管插入初期（自重壓入）

套管插入初期的垂直度對套管后續(xù)鉆孔垂直度的影響呈線性關(guān)系，必須控制初期的套管垂直度。

鉆機(jī)夾緊第一節(jié)套管時(shí)，必須在吊機(jī)將套管多吊點(diǎn)對稱吊起，套管在豎直狀態(tài)下夾緊。

為避免鉆頭與輔助夾盤的碰撞，先用主夾盤夾緊鋼套管，收縮推力油缸落下套管。

套管開始入土階段，利用自重壓入，先將發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置在高速狀態(tài)，回轉(zhuǎn)速度設(shè)置為中等速度。將液壓動(dòng)力站的“壓入調(diào)整盤”向左旋轉(zhuǎn)到底，液壓回路打開，按下壓拔按鈕，不對推入油缸供油，套管在自重作用下下沉，套管可以在推力油缸的最大行程范圍內(nèi)下沉。

初期不過多的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)套管下壓，在鉆孔初期，反復(fù)上下動(dòng)作將使地基松動(dòng)，在鋼套管和土層之間形成空隙，配合自重進(jìn)行下壓。

自重作用下進(jìn)尺變慢時(shí)，逐步加大壓入力。

自重壓入時(shí)，壓入力計(jì)算公式為：

壓入力（自重）F=鉆機(jī)的一部分自重（W1）+套管自重（W2）

鉆孔后期（使用液壓進(jìn)行手動(dòng)壓入）

鉆孔中期，當(dāng)采用自重壓入速度變慢時(shí)，將液壓動(dòng)力站“壓入力調(diào)整盤”向右旋轉(zhuǎn)，液壓會(huì)逐步上升，此時(shí)壓拔鈕在置于“壓入”狀態(tài)時(shí)，液壓油缸向推力油缸供油，此時(shí)壓入模式轉(zhuǎn)為液壓壓入，此時(shí)壓入力計(jì)算公式為：

壓入力F=鉆機(jī)的一部分自重（1）+套管自重（W2）+液壓力（P）>周邊摩阻力（R）+前端阻力（D），若“壓入力調(diào)整盤”向右旋轉(zhuǎn)過多，液壓力過度上升，下部機(jī)架會(huì)出現(xiàn)浮起現(xiàn)象，此時(shí)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)將無法提供動(dòng)力，在下部機(jī)架浮起的瞬間，有時(shí)會(huì)增加使套管傾覆的負(fù)荷，導(dǎo)致套管垂直精度變差，因此應(yīng)在鉆機(jī)兩側(cè)放置配重或調(diào)整壓入力。

套管下沉1m后，及時(shí)用沖抓斗將混凝土碎石及泥土取出，以便減小套管在鉆進(jìn)下層土體的摩擦力。在進(jìn)入巖層時(shí)，利用螺旋鉆頭緩慢并持續(xù)鉆進(jìn)。

3.3孤石以及基巖鉆進(jìn)

套管碰到孤石面可用沖擊錘將孤石砸碎砸穿，當(dāng)無法砸碎時(shí)，可以用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆機(jī)配擴(kuò)孔鉆頭（可擴(kuò)1米孔，2米孔）進(jìn)行鉆進(jìn)。

當(dāng)套管到達(dá)基巖面時(shí)采用旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆進(jìn)，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)鉆頭中心設(shè)出渣管，同時(shí)采用空氣吸泥法將碎渣排出。碎渣和水經(jīng)過泥漿分離器進(jìn)入沉淀層，水經(jīng)沉淀后循環(huán)進(jìn)行孔內(nèi)，直至沉渣符合要求。

3.4成孔驗(yàn)收

鉆孔樁鉆孔完成后，利用氣舉反循環(huán)進(jìn)行清孔，清孔為清水清孔，水樣要求無明顯沉淀物，24小時(shí)靜止后僅允許存在輕微絮狀物。

3.5鋼筋籠加工、下放

鋼筋籠在專門的加工場地加工，場地內(nèi)采取長線法制作工藝，設(shè)置三條生產(chǎn)線，機(jī)械化作業(yè)，分節(jié)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場下放，鋼筋籠加工胎膜為移動(dòng)式鋼筋骨架，方便使用。現(xiàn)場根據(jù)樁徑大小，鋼筋籠運(yùn)至樁位處，用履帶吊起吊安裝。鋼筋籠所用鋼材要有產(chǎn)品合格證和現(xiàn)場抽檢復(fù)查資料，并滿足澳門《鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)章》。

鋼筋骨架采在鋼筋車間分節(jié)制造，現(xiàn)場機(jī)械連接成整體下放。分節(jié)長度按以下原則確定：在起重能力范圍內(nèi)盡量減少鋼筋骨架的節(jié)段數(shù)，減少成孔放置時(shí)間，縮短成孔后到混凝土灌注間的時(shí)間間隔，減少安裝工作量。

混凝土采用水下混凝土，坍落度18～22cm，溫度不得大于35度，初凝時(shí)間20小時(shí)，混凝土灌注應(yīng)連續(xù)，并在初凝前完成所有灌注工作。

4.成孔檢測

混凝土澆筑14天后，進(jìn)行樁基質(zhì)量檢測，檢測分兩種檢測方法：超聲波檢測法，以及鉆孔取芯驗(yàn)證樁底結(jié)合情況。

4. 1超聲波檢測

依據(jù)樁基檢測情況，對澆筑完達(dá)到齡期的鉆孔樁進(jìn)行評(píng)定，對不合格的樁給出處理建議。樁的分類如下：

Ⅰ類樁：各檢測剖面的聲學(xué)參數(shù)均無異常，無聲速低于低限值異常。

Ⅱ類樁：某一檢測剖面?zhèn)€別測點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常、無聲速低于低限值異常。

Ⅲ類樁：某一檢測剖面連續(xù)多個(gè)測點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常；兩個(gè)或兩個(gè)以上檢測剖面在同一深度測點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常；局部混凝土聲速出現(xiàn)低于低限值異常。

4.2鉆芯驗(yàn)證

每根樁樁頂安裝取芯鉆機(jī)，通過Ф100mm金屬管鉆取樁底與巖石交界面混凝土和巖芯進(jìn)行檢測，并按照要求裝訂檢測報(bào)告。

5.結(jié)語

全套管鉆孔樁施工技術(shù)鮮為境內(nèi)項(xiàng)目所使用，但是其適用范圍廣，且安全質(zhì)量可靠，適應(yīng)復(fù)雜地層，不會(huì)出現(xiàn)塌孔以及孔底沉渣，這種施工方法有別于傳統(tǒng)工藝，鉆孔均在鋼套管內(nèi)進(jìn)行，無塌孔風(fēng)險(xiǎn)，且無泥漿，成樁質(zhì)量以及安全風(fēng)險(xiǎn)均在可控范圍。這種大直徑嵌巖樁施工方法在基礎(chǔ)施工中具有施工周期短，施工噪音小等優(yōu)勢，對國內(nèi)類似工程有著巨大的借鑒作用，能產(chǎn)生巨大的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。但是全套管施工也存在套管卡管無法回收以及在水上作業(yè)回收套管難等缺點(diǎn)，這些值得我們在后續(xù)的施工中仔細(xì)研究解決。

參考文獻(xiàn)：

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