承壓水區(qū)百米樁基分級鋼套管跟進(jìn)施工技術(shù)

郜 建 忠

(中鐵三局集團(tuán)有限公司,山西 晉中　030600)

1　概述

新建鐵路成都至蘭州線太平站四線大橋(D9K180+276)橫跨古堰塞湖淤積體和太平泥石流主溝，全長323.07 m，橋位設(shè)置車站，按左、右兩座橋梁分修，全橋按柱樁設(shè)計(jì)。樁基依次穿過泥石流堆積層、近百米厚古堰塞湖淤積體松軟土層和下伏深埋高承壓水，進(jìn)入弱風(fēng)化(W2)基巖。承壓水分布廣泛且補(bǔ)給來源豐富，壓力超過1.0 MPa，無法采用井點(diǎn)降水等常規(guī)方法有效降低承壓水水位，且古堰塞湖淤積體松軟土自穩(wěn)性較差，縮徑、坍孔現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，無法采用常規(guī)方法成樁。為攻克超百米鉆孔樁及高承壓水兩大技術(shù)難題，確保橋梁施工順利完成，施工過程中集中技術(shù)力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，順利完成了該橋高承壓水區(qū)百米樁基施工，總結(jié)形成了承壓水區(qū)百米樁基分級鋼套管跟進(jìn)施工技術(shù)，解決了太平站四線大橋深厚松軟土地基環(huán)境百米鉆孔樁及高承壓水施工的技術(shù)難題。

2　施工技術(shù)特點(diǎn)

1)突破了普通護(hù)筒下沉受復(fù)雜地層或入巖及振動(dòng)下沉設(shè)備動(dòng)力限制的局限性，采用大套小的分級跟進(jìn)鋼套管的施工方法，提高鋼套管回旋壓入地層深度。

2)采用回轉(zhuǎn)式套管鉆機(jī)先將底部鋼套管分段回旋壓入地層，在鋼套管內(nèi)取土石成孔，無需泥漿護(hù)壁，有效減小了振動(dòng)、噪聲污染和降低了環(huán)境污染。

3)成孔施工按照“先護(hù)后挖、隨護(hù)隨挖”的順序，直至套管下到樁端為止，施工全程在鋼套管的保護(hù)下成孔、成樁，減小樁底沉碴，有效防止坍孔，減小縮徑、斷樁施工風(fēng)險(xiǎn)，提高了樁基混凝土質(zhì)量。

4)與傳統(tǒng)施工方法相比，該技術(shù)受地層影響較小，遇巖溶、高承壓水及不允許沉降或較強(qiáng)振動(dòng)等復(fù)雜環(huán)境，成樁工效指標(biāo)快速、穩(wěn)定。

3　技術(shù)應(yīng)用范圍

適用于樁基穿越高承壓水、巖溶、深厚軟基等復(fù)雜地層環(huán)境及樁長超過60 m的超長樁基施工；也適用于普通樁基工程施工及樁基工程周圍存在對振動(dòng)、噪聲、沉降、環(huán)保有特殊要求的環(huán)境。

4　技術(shù)原理

利用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)“拔樁清障”原理，運(yùn)用垂直下壓頂推機(jī)理將底端配有刀座、刀頭的鋼套管回旋壓入地層，在鋼套管內(nèi)取土成孔；灌注混凝土?xí)r，若不存在高承壓水或巖溶等復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境影響，可采用一邊灌注混凝土一邊拔出鋼套管的方法，拔出的鋼套管可循環(huán)利用。為減小鋼套管側(cè)摩阻力，減小套管壁厚和優(yōu)化套管材質(zhì)，從而減輕鋼套管自重及減少投資，采用減小套管有效接觸面積的原則，利用“大套小”鋼套管分級原則將超長樁基鋼套管進(jìn)行分級的原理，有效的解決了超百米鉆孔樁及高承壓水的技術(shù)難題，提高了設(shè)備的適用深度和范圍。

5　施工工藝流程及操作要點(diǎn)

5.1　施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

5.2　操作要點(diǎn)

5.2.1施工準(zhǔn)備

編制鐵路工程高承壓水區(qū)百米樁基分級鋼套管跟進(jìn)施工工藝專項(xiàng)施工方案和作業(yè)指導(dǎo)書，對施工作業(yè)人員和管理人員進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)交底，尤其是對諸如巖溶、高承壓水、粉細(xì)砂層或流塑地層等特殊地質(zhì)地層情況向套管鉆機(jī)操作手進(jìn)行詳細(xì)交底，并將鋼套管焊接作業(yè)、刀頭焊接方式等關(guān)鍵工序操作要點(diǎn)及應(yīng)急處置措施等向現(xiàn)場作業(yè)人員和管理人員進(jìn)行交底。

5.2.2設(shè)備基礎(chǔ)處理及鉆機(jī)定位

為防止套管鉆機(jī)不均勻沉降，造成套管鉆機(jī)機(jī)臺水平傾斜，影響成孔、成樁垂直精度，在套管鉆機(jī)基礎(chǔ)平面范圍內(nèi)采用30 cm厚碎石或塊石壓實(shí)找平，然后在找平層上方依次鋪設(shè)兩塊9 000 mm×2 000 mm×50 mm鋼板和兩塊1 200 mm×6 000 mm×300 mm路基箱，鋼板與路基箱形成井字形狀。為確保受力均衡，反力架尾部下方也鋪設(shè)一塊9 000 mm×2 000 mm×50 mm鋼板作為傳力裝置。

采用全站儀放樣樁位，并在樁周外側(cè)設(shè)置樁位十字保護(hù)樁，便于施工過程中適時(shí)檢查樁孔中心。鉆機(jī)對位時(shí)采用設(shè)備定位板先進(jìn)行粗略定位，通過吊車移位鉆機(jī)大致對中后，再采用設(shè)備液壓系統(tǒng)進(jìn)行精確定位。調(diào)整鉆機(jī)機(jī)臺的水平度，以保證套管的垂直度，反復(fù)調(diào)整鉆機(jī)中心與樁位中心，使套管鉆機(jī)的定位器中心與樁位中心對齊，樁孔位中心允許偏差不得大于50 mm。

5.2.3鋼套管加工運(yùn)輸

鋼套管采用廠制定尺規(guī)格，考慮現(xiàn)場使用和道路運(yùn)輸情況，單節(jié)長度一般為6 m或12 m；結(jié)合全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)設(shè)備的回轉(zhuǎn)扭矩力、地層摩阻力及套管鉆進(jìn)深度等實(shí)際情況，對套管材質(zhì)、坡口等結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行綜合選型。本工程樁基鉆進(jìn)深度達(dá)115 m，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比選，最終采用Q460C高強(qiáng)合金鋼制作鋼套管；Ⅰ級鋼套管直徑2 m、壁4 cm，Ⅱ級鋼套管直徑1.5 m、壁厚3 cm。

5.2.4吊裝焊接鋼套管

套管鉆機(jī)對準(zhǔn)就位后，即可安裝下放鋼套管。在鋼套管出廠前，應(yīng)進(jìn)行單根或全樁套管順直度的檢查、校正和焊接坡口修正。套管鉆機(jī)就位后，首先吊裝底管定位、對中整平。底管下部廠制焊接刀筒，刀筒下部依次焊接刀座和刀頭，刀頭數(shù)量與套管周長緊密相關(guān)，一般沿周長間隔20 cm～40 cm設(shè)置。刀頭刃口沿鋼套管徑向兩側(cè)交叉布置，形成鋸齒狀?，F(xiàn)場鋼套管拼裝焊接采用氣體保護(hù)焊接工藝及加勁連接技術(shù)。首先檢查和校正單節(jié)鋼套管的順直度，然后按樁長配置試拼檢查全樁鋼套管的垂直精度，做好焊接坡口修正并按序編號，施工時(shí)按試拼編號逐節(jié)拼裝連接。由于鋼套管現(xiàn)場連接垂直精度直接影響成孔質(zhì)量，在焊接過程中，應(yīng)高度注意溫度及風(fēng)雨等環(huán)境對焊縫質(zhì)量的影響。

5.2.5現(xiàn)場套管拼接焊縫檢測

鋼套管在下沉過程中承受巨大的扭力和抵抗強(qiáng)大的扭矩，現(xiàn)場拼接焊縫的質(zhì)量和密閉性是影響成孔、成樁的關(guān)鍵因素。鋼套管接頭采用氣體保護(hù)焊施焊完畢并打磨后，經(jīng)自然冷卻，采用焊縫超聲波探傷儀檢測合格并經(jīng)現(xiàn)場驗(yàn)收后，方可回旋下壓該節(jié)鋼套管。

5.2.6鋼套管垂直精度控制

鋼套管吊裝拼裝焊接及回旋下壓鉆進(jìn)取土(石)過程中，需全程觀察調(diào)整套管垂直度，以保證最終成孔垂直精度和成樁質(zhì)量。現(xiàn)場可采用固定錘球或全站儀雙向檢測等方式，對套管管節(jié)進(jìn)行垂直精度監(jiān)測修正，滿足要求后方可開始回轉(zhuǎn)下壓套管成孔。

5.2.7取土(石)成孔

樁基樁底嵌入基巖，施工工藝按照以下方式進(jìn)行：

1)抓斗抓出基巖上部土體；

2)套管旋轉(zhuǎn)切削基巖一定深度，提升套管至巖面，用沖錘破碎基巖；

3)套管旋轉(zhuǎn)下壓至原切削處，破碎的基巖通過抓斗實(shí)施清除；

4)重復(fù)循環(huán)上述工序，直至達(dá)到設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高。

在現(xiàn)場實(shí)施時(shí)，本工程為達(dá)到封堵基巖面以下高承壓水的效果，采用鋼套管超鉆入巖6 m～10 m形成“巖塞”的工藝技術(shù)方法，最終有效阻隔和封堵了超長樁基側(cè)面和樁底的高承壓水。

5.2.8清孔、下籠、灌樁等

超長樁基鋼筋籠自重大，需要對鋼筋籠吊環(huán)和吊裝方案進(jìn)行獨(dú)立驗(yàn)算，考慮到鋼筋籠自重較大，需要根據(jù)實(shí)際情況加大或加密鋼筋籠環(huán)向定位鋼筋的直徑或數(shù)量。必要時(shí)，可另單獨(dú)增設(shè)克服起吊風(fēng)險(xiǎn)的措施。百米深樁灌注混凝土導(dǎo)管在混凝土灌注過程中，尤其是底部導(dǎo)管承受著巨大的混凝土膨脹擠壓力，導(dǎo)管宜采用無縫焊管制造，導(dǎo)管連接絲扣采用整體鑄造工藝，防止混凝土壓力過大導(dǎo)致爆管。灌注樁身混凝土?xí)r，鋼套管拔出時(shí)，原則上可以視設(shè)備功率、混凝土性能等綜合因素確定，一般保證鋼套管埋入新澆筑混凝土1.5 m～5 m為宜。

5.2.9套管鉆機(jī)移位

樁身混凝土灌注完成，且導(dǎo)管、鋼套管全部拔出或完成單樁全部施工任務(wù)后，即可將套管鉆機(jī)吊裝移位至下一樁位施工。

6　結(jié)語

該技術(shù)順利完成了古堰塞湖深厚淤積體、高承壓水區(qū)百米樁基施工，能夠解決超深、坍孔、縮徑、高承壓水和溶洞等諸多難題的超長樁基施工，鋼套管跟進(jìn)能夠避免斷樁等質(zhì)量事故；該工藝無振動(dòng)，對鄰近建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)和地層無擾動(dòng)、安全性能高，且鉆進(jìn)速度快；分級鋼套管跟進(jìn)不需泥漿靜壓護(hù)壁，無污染、無噪聲，滿足職業(yè)健康和節(jié)能環(huán)保方面的要求。且核心技術(shù)設(shè)備簡易，便于組織，社會、環(huán)保節(jié)能效益顯著。隨著對環(huán)保要求的提高，泥漿靜壓工藝污染環(huán)境或其他施工工藝對周邊環(huán)境干擾大的缺點(diǎn)日益突顯，隨著科學(xué)進(jìn)步和深長樁基數(shù)量的增加，超長樁基分級鋼套管跟進(jìn)施工工藝必然具有廣闊的應(yīng)用前景。