旋挖鉆機+搓管機工法在某項目中的運用

楊林 李章銀

摘 要：在特殊的地層條件下采用旋挖鉆機成孔時，常規(guī)的泥漿護壁、清水護壁可能無法徹底解決孔壁垮塌問題。采用旋挖鉆機+搓管機工法，將鋼護筒夾持在搓管機鉗口中，從而形成“硬護壁”，能夠有效解決深厚填土、淤泥質(zhì)土等特殊地層樁基成孔困難問題。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機+搓管機工法;成樁;施工工藝

中圖分類號：TU753.3文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）31-0111-04

Discussion on the Application of Rotary Drilling Rig + Pipe

Rolling Machine in a Project

YANG Lin LI Zhangyin

（Chengdu Surveying Geotechnical Research Institute Co.， Ltd. of MCC，Chengdu Sichuan 610023）

Abstract： When the rotary drilling rig is used in special formation conditions， the conventional mud wall protection and water wall protection may not completely solve the hole wall collapse problem. By adopting the construction method of rotary drilling rig and pipe rolling machine， the steel protecting cylinder is clamped in the tongs of the pipe rolling machine， thus forming a "hard wall protection"， which can effectively solve the problem of hole forming of pile foundation in deep fill， muddy soil and other special strata.

Keywords： rotary drilling rig + pipe rolling machine;pile forming;construction technology

在樁基施工時，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件選擇適宜的施工工藝和可靠的機械設(shè)備。在地層較穩(wěn)定時，樁基成孔可采用泥漿護壁，用不同比重的泥漿，平衡地下水和孔壁的側(cè)向土壓力，使孔壁保持不坍塌狀態(tài)。此施工工法被廣泛采用。但是，在各種回填土層、淤泥質(zhì)土層、溶洞空穴層、流沙層等一些特殊地層，采用泥漿護壁工法成樁十分困難。若采用旋挖鉆機+搓管機工法，將鋼護筒夾持在搓管機鉗口中，從而形成“硬護壁”，能夠有效解決一些特殊地層的樁基成孔問題[1]。

1 工程概況

擬建的某火車北站站前廣場的工程場地位于南充市順慶區(qū)火車北站，規(guī)劃用地面積208 601 m2。設(shè)計的地下建筑包含下沉集散大廳、下沉廣場、設(shè)備房、下沉商業(yè)、地下停車區(qū)等，為框架結(jié)構(gòu)，設(shè)兩層地下室（局部一層地下室）。本項目局部區(qū)域采用獨立柱基，大部分區(qū)域采用旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計樁數(shù)為2 578根，樁徑為1.0 m，樁身長度介于6.0～32.0 m，以中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖作為樁端持力層，單樁豎向抗壓承載力特征值為3 300 kN。本項目效果圖如圖1所示，樁基礎(chǔ)平面如圖2所示。

2 施工難點

2.1 回填土層及含淤泥質(zhì)粉土層成孔問題

地質(zhì)勘察報告顯示，本項目有561根樁的樁頂標高以下存在10～15 m填土，6～10 m含淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，樁施工長度為21～32 m。回填土層及含淤泥質(zhì)粉土層較厚，施工難度大，樁長將達32 m，下設(shè)鋼護筒長度將達25 m[2]。樁基剖面圖如圖3所示。

2.2 含淤泥質(zhì)粉土層縮徑問題

因部分區(qū)域含淤泥質(zhì)粉土層層厚較大，試樁施工時，在鋼筋籠下放過程中，出現(xiàn)了嚴重的縮徑問題，導(dǎo)致鋼筋籠無法正常下放，從而無法成樁。

2.3 沉渣清理

本工程部分區(qū)域樁基遭遇高填方，填方中夾雜一定量的地下水，樁身長度超過25 m，鋼筋籠需要分段焊接處理。單樁成孔、成樁時間均較長，樁底暴露時間過長將造成樁底土質(zhì)軟化、沉渣較厚難以清理，從而無法保證樁底沉渣滿足設(shè)計要求。

設(shè)計要求采用機械旋挖樁（泥漿護壁），在施工完成試樁后，發(fā)現(xiàn)局部回填土層填料為較大塊石，回填時未經(jīng)碾壓且松散，泥漿護壁漏漿嚴重，成孔效率低，樁身質(zhì)量得不到有效保障且施工成本高。經(jīng)過多次方案對比，決定對561根施工難度大的樁基采用旋挖鉆機+搓管機工法。

3 施工技術(shù)措施

3.1 旋挖鉆機+搓管機工法施工工藝流程

旋挖鉆機+搓管機工法施工工藝流程為：場地平整→測放樁位→設(shè)備就位→旋挖鉆機與搓管機連接完成→旋挖鉆機動力頭驅(qū)動鋼護筒→校正鋼護筒垂直度→旋挖鉆頭在鋼護筒掘進成孔→下放鋼筋籠→灌注混凝土→起拔鋼護筒[3]。

3.2 設(shè)備就位

設(shè)備落地的基礎(chǔ)地面要平行、垂直于縱向軸線。吊裝就位前，需要測放樁位并做好標記，畫好機組就位的中心線，按線吊裝放置設(shè)備，確保搓管樁機底盤孔中心與定位標記同心、準確。機組吊裝就位后，仔細做好機組各設(shè)備的連接安裝工作，確保各設(shè)備連接安裝可靠。吊裝首節(jié)帶切削的鋼護筒時，需要將搓管樁機鉗口平行提升（舉升缸同步提升）到較高位置約400 mm，同時調(diào)整調(diào)節(jié)缸。鉗口圓要同心于底盤圓或與定位標記同心。鉗口打開，吊車將首節(jié)鋼護筒垂直置于搓管樁機鉗口內(nèi)，縮緊夾緊缸，將鋼護筒夾緊。然后，操作舉升缸緩步下壓，緊跟著調(diào)整調(diào)節(jié)缸前后回縮和調(diào)整舉升缸左右升降，使首節(jié)鋼護筒垂直精度達到施工技術(shù)標準后再進行下壓搓管動作。第一個行程完成后，再進行下一個行程動作（松開鉗口、提升鉗口、同時伸出調(diào)節(jié)缸、鉗口夾緊，舉升缸左右調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)缸前后調(diào)整護鋼護筒的垂直度），調(diào)整垂直度一般要求在壓進1～1.5 m完成。

3.3 搓管鉆進

搓管鉆進過程中，必須根據(jù)地層的地質(zhì)情況采用不同的鉆進方式。

3.3.1 回填土層鉆進。在鉆進過程中，保證鋼護筒內(nèi)始終有±200 mm的土層，以充分照顧到鋼護筒進尺速度，減少取土阻力。

3.3.2 含淤泥質(zhì)粉土土層鉆進。鋼護筒進入地層1 m左右后，開始孔內(nèi)取土，在鉆進過程中，鋼護筒內(nèi)始終有1 m左右的土層。這樣做主要是防止孔內(nèi)土太軟，在地下的土壓下，軟土涌入套筒內(nèi)，造成不進尺。

鋼護筒鉆進時，當(dāng)首節(jié)鋼護筒鉆進到鉗口部位上剩下1.2 m左右時，應(yīng)進行接鋼護筒作業(yè)。接鋼護筒時，先將第一節(jié)吊環(huán)解下，再將第二節(jié)鋼護筒吊運到鉗口上方，第二節(jié)鋼護筒長度依據(jù)地層、進尺、場地大小等具體現(xiàn)場情況確定，首節(jié)鋼護筒一般以6 m為宜，其余鋼護筒分別為3、2、1、0.5 m。將鋼護筒待接的兩個接頭清理干凈不得有雜物存留，螺扣部分涂抹黃油，檢查密封圈到位無損壞，將接頭對中插入，將螺栓依次對角上緊，不得有松動現(xiàn)象，否則啟拔鋼護筒時螺栓絲扣會損壞，嚴重情況下會使螺栓脫絲，導(dǎo)致部分鋼護筒掉落在孔內(nèi)，造成較大經(jīng)濟損失。

3.4 下放鋼筋籠

將鋼筋籠吊到孔位上方，對準孔位、扶穩(wěn)，緩慢下放，依靠第一吊點的滑輪和鋼筋籠自重，眼觀使鋼筋籠中心和鉆孔的中心一致。第一節(jié)鋼筋籠利用架立筋臨時固定在孔口護筒上口部位，然后吊起第二節(jié)鋼筋籠，對準位置用焊接。焊接時可以使用多臺電焊機同時進行焊接。鋼筋籠下放如圖4所示。

3.5 混凝土灌注

為確保灌注的順利進行，灌注混凝土前要首先準確計算出首批混凝土的方量、導(dǎo)管埋置深度（≥1.0 m）和填充導(dǎo)管底部的需要。灌注混凝土前，再一次檢查孔內(nèi)沉渣厚度，確保施工質(zhì)量。在測得沉渣厚度滿足要求后0.5 h內(nèi)必須灌注混凝土，并一次性灌注完畢。導(dǎo)管底部距孔底距離宜為300～500 mm。初灌量應(yīng)使導(dǎo)管一次埋入混凝土面以下0.8 m以上，確定首批混凝土的灌注方量，確保導(dǎo)管初次埋置深度的需要。每車混凝土灌注完成或預(yù)計拔導(dǎo)管前量測孔內(nèi)砼面位置，以便及時調(diào)整導(dǎo)管埋深。混凝土澆筑過程中嚴格按照樁混凝土每50 m3留置一組試塊，并且每根樁不少于一組。灌注完的樁標高應(yīng)比設(shè)計標高高出80～100 cm，高出部分在砼強度在80%以上后采用人工利用風(fēng)鎬鑿除，鑿除時防止損毀樁身。

3.6 起拔剛護筒

每段鋼護筒起拔前，必須計算鋼護筒拔出后混凝土面高于孔內(nèi)鋼護筒底面3～6m，禁止鋼護筒拔出過程中孔內(nèi)混凝土面低于鋼護筒底口，這樣會造成塌孔，形成斷樁，影響樁質(zhì)量，根據(jù)拔出鋼護筒長度計算孔內(nèi)混凝土面的高度，切忌將鋼護筒內(nèi)混凝土一次性澆筑到孔口面才開始拔鋼護筒，那樣極易造成鋼護筒內(nèi)混凝土初凝，鋼護筒難以拔出，嚴重者鋼護筒埋孔，不能拔出，造成經(jīng)濟損失?；炷翝仓疽鈭D如圖5所示。

4 旋挖鉆機+搓管機工法與旋挖鉆機+泥漿護壁工法成本分析

旋挖鉆機+搓管機工法與旋挖鉆機+泥漿護壁工法的成孔工效和成本對比結(jié)果如表1所示。

4.1 成孔工效

以本項目561根樁為例分析，樁徑為1.0 m，樁長初步設(shè)為22～30 m，實際施工樁長為22～32 m。場地地質(zhì)情況由上至下分別為人工填土層、含淤泥質(zhì)黏土層和基巖層。其中基巖依據(jù)其風(fēng)化程度分為強風(fēng)化及中風(fēng)化兩個巖帶。樁端持力層為中風(fēng)化巖層。采用旋挖機+搓管機工法，每臺班（每臺班按12 h計算）成樁80 m，根據(jù)試樁采用的旋挖樁+泥漿護壁施工工藝每臺班成樁40 m。由此可以得出，旋挖機+搓管機工法在施工樁長較深、樁徑較小、巖層條件復(fù)雜的情況下，能最大限度地發(fā)揮優(yōu)越性。

4.2 成本分析

在相同地質(zhì)條件下，旋挖樁+泥漿護壁工法的施工成本低于旋挖機+搓管機工法，其單價差最大為150元/m。旋挖機+搓管機工法相對于旋挖樁+泥漿護壁工法而言，其成孔工效為后者的2倍，而成孔費用平均為后者的1.3倍。雖然旋挖機+搓管機工法的費用較高，但其成孔工效也大幅度提高，這對緩解工期壓力、保證如期完工是極為有利的。旋挖機+搓管機工法混凝土充盈系數(shù)為1.1～1.2，旋挖樁+泥漿護壁工法混凝土充盈系數(shù)為1.2～1.5，遇塌孔嚴重部位充盈系數(shù)不受控制，混凝土用量遠多于旋挖樁+搓管機工法。同時，旋挖機+搓管機工法產(chǎn)生的淤泥量大約是理論方量的1.3倍，且地下水位以上為干土，可降低運輸成本且運輸較為方便;旋挖樁+泥漿護壁工法產(chǎn)生的泥漿量大約是理論方量的2倍，運輸工程量增大且運輸不便，且環(huán)境污染大，水資源浪費嚴重，泥漿不易處理。

通過各方面的對比分析發(fā)現(xiàn)，與旋挖樁+泥漿護壁工法相比，旋挖機+搓管機工法成孔速度快，施工精度高，環(huán)境污染少，適用的地層和施工條件范圍廣，在成本略增加的情況下，其成孔工效可大幅度增加，極大程度上滿足了建筑對施工周期及施工質(zhì)量上的要求。雖然搓管機在設(shè)備上的一次性投入較大，但是在質(zhì)量、效率以及整體費用上考慮仍然是較為理想的施工工藝，能夠從根本上保證經(jīng)濟效益及施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

本文對旋挖鉆機+搓管機工法在高回填土及含淤泥質(zhì)粉土地層施工情況進行了介紹，解決了較復(fù)雜地質(zhì)條件下旋挖樁施工過程中存在的難點，較好地完成了工程基礎(chǔ)施工。同時，對類似地層采用不同工藝產(chǎn)生的成本進行了分析，能合理地指導(dǎo)項目施工，可為相關(guān)工程施工提供一定的參考。

參考文獻：

[1]劉兆榮，張明亮，羅實，等.全鋼護筒旋挖樁施工技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用[J].地基基礎(chǔ)，2019（10）：1790-1791.

[2]徐木新，歐茂武，唐旭.超長空樁段密集旋挖樁群在軟弱土層成孔施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2018（16）：99-100.

[3]龔清磊.旋挖成孔灌注樁施工特征分析及要點控制[J].價值工程，2019（20）：157-160.