全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)咬合樁施工技術(shù)應(yīng)用

張立光 ，蔣海波

（1.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083；2.天津市水下隧道建設(shè)與運(yùn)維技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300461）

0 引言

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)是可以驅(qū)動(dòng)套管做360°回轉(zhuǎn)的新型鉆機(jī)，壓入套管和挖掘同時(shí)進(jìn)行，具有新型、高效、環(huán)保的鉆進(jìn)技術(shù)。全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)主要適用于特殊地層和復(fù)雜環(huán)境的灌注樁施工。由于鉆機(jī)具有強(qiáng)大的扭矩、壓入力，可有效對(duì)巖層進(jìn)行切削，且套管本身具有護(hù)壁作用，無(wú)需回填塊石或另下護(hù)筒，目前國(guó)內(nèi)全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)已實(shí)現(xiàn)深度120 m 以上的樁基施工。大連灣海底隧道建設(shè)工程的沉管預(yù)制場(chǎng)包含東、西兩個(gè)塢室，塢室內(nèi)長(zhǎng)480 m，北側(cè)寬135 m，南側(cè)寬74.7 m，基坑開(kāi)挖深達(dá)17 m。采用直徑1.0 m 咬合樁支護(hù)，最長(zhǎng)樁長(zhǎng)約20 m；工程所在地為臨?；靥顓^(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，回填區(qū)下方為巖石，上方回填土含有雜填土、素填土、粉煤灰等土質(zhì)，雜填土層含有建筑垃圾較多、粒徑較大（最大粒徑在80 cm），素填土層含有碎石較多（最大含量在40%），粉煤灰層松散、飽和，受振動(dòng)后易液化，巖面起伏不平，溶溝、溶槽、溶洞較發(fā)育。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，咬合樁采用了“全套管全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)+超緩凝型混凝土”的施工方案。

1 施工工藝

咬合樁的排列方式為兩個(gè)素混凝土樁（即I 序樁）之間依靠一個(gè)鋼筋混凝土樁相咬合，施工時(shí)先將兩個(gè)素樁施工完成，利用素樁為超緩凝型混凝土的特性，實(shí)現(xiàn)葷樁（即II 序樁）施工時(shí)對(duì)素樁進(jìn)行相嵌部分軟切割，最終灌注葷樁實(shí)現(xiàn)素樁與葷樁的咬合，使之具有良好的防滲作用，從而形成整體連續(xù)的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)[1-4]，施工工藝見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝圖Fig.1 Construction technology

2 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)在成樁的過(guò)程中可以直接清除地下巖層及障礙物，達(dá)到一次成樁，且更適用于施工平面多變的幾何圖形或呈各種弧形的基坑。具體的技術(shù)應(yīng)用如下：

2.1 快速定位及就位

因鉆機(jī)自重較大，鉆機(jī)精確就位時(shí)間長(zhǎng)，為了加快鉆機(jī)駐位，研發(fā)了快速定位裝置，見(jiàn)圖2，以提高鉆機(jī)就位效率，節(jié)省鉆機(jī)就位時(shí)間。

圖2 輔助定位架Fig.2 Auxiliary positioning frame

1）將全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)定位盤(pán)與全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)連接成整體，定位盤(pán)與全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)采用鎖鏈連接固定[5]。

2）根據(jù)咬合樁導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)，加工定位架，定位架安裝在導(dǎo)向槽樁位孔內(nèi)自穩(wěn)固，定位架外伸定位邊部分根據(jù)全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)底座外輪廓尺寸制作，定位架采用5 cm×5 cm 角鋼及扁鋼制作，以輕便、可人工安放為原則。

3）全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)移位時(shí)，首先人工將定位架安放在前方樁位導(dǎo)向槽內(nèi)，起吊全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)底部已連接定位盤(pán)。人工輔助鉆機(jī)緩緩就位[6-7]。

2.2 成孔垂直度

咬合樁的咬合厚度，直接關(guān)系到連接各樁形成整體，并決定圍護(hù)的抗?jié)B止水效果。而樁身垂直度又影響到相鄰兩樁間的咬合厚度。咬合樁設(shè)計(jì)要求的垂直度控制在0.3%以?xún)?nèi)，采用全回轉(zhuǎn)工藝，樁身可達(dá)到0.2%垂直度[5，8]。施工中要控制好垂直度，注重以下2 個(gè)環(huán)節(jié)：

1）成孔前的套管檢查

由于套管壓入地層是靠主機(jī)液壓油缸行程完成的，每次壓入深度約500 mm，套管每節(jié)長(zhǎng)度6 m，可以邊壓入邊糾偏，進(jìn)行全過(guò)程的垂直度控制。

2）成孔中的垂直度監(jiān)測(cè)和檢查

地面監(jiān)測(cè)在地面沿正交方向布置2 臺(tái)經(jīng)緯儀，每根樁成孔過(guò)程中，同步監(jiān)測(cè)鉆機(jī)上外露套管的垂直度，應(yīng)自始至終不間斷。

孔內(nèi)檢查每節(jié)套管壓完后安裝下一節(jié)套管之前，都要用線錘進(jìn)行套管內(nèi)垂直度檢查。

井徑儀抽檢鉆孔完成后，下放鋼筋籠前，由專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)套管成孔全樁長(zhǎng)進(jìn)行垂直度檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)抽檢總樁數(shù)的10%。

3） 糾偏

成孔中當(dāng)發(fā)現(xiàn)有機(jī)身傾斜或套管偏斜跡象時(shí)，必須立即進(jìn)行糾偏。

2.3 成孔過(guò)程中防“繞流管涌”

在樁鉆孔咬合處于緩凝中的素樁時(shí)，可能會(huì)發(fā)生流動(dòng)狀態(tài)的素樁超緩凝混凝土從樁咬合重合處涌入葷樁套管內(nèi)，造成“繞流管涌”。為防止“繞流管涌”，可通過(guò)以下環(huán)節(jié)控制：

1）套管超前

葷樁套管應(yīng)超前孔底2 m，即套管內(nèi)取土面與套管管底相對(duì)高差>2 m。增加高差以增大繞流路徑，提高摩阻力以減小管涌可能。

2）觀察鄰樁

葷樁成孔中，應(yīng)密切注意觀察，與其兩側(cè)相鄰咬合的素樁混凝土頂面是否下陷，葷樁套管內(nèi)所取土是否全部為混凝土。在葷樁成孔接近樁底時(shí)，發(fā)生管涌可能性最大，應(yīng)特別注意觀察。

3）下壓套管

增加高差若出現(xiàn)葷樁“繞流管涌”情況，應(yīng)立即停止葷樁套管內(nèi)取土，并同時(shí)盡量下壓套管，以增加套管管底與取土面的高差。

2.4 澆混凝土?xí)r拔套管和混凝土導(dǎo)管要求

應(yīng)注意確保套管埋入混凝土內(nèi)深度始終≥2.5 m。拆除咬合樁套管過(guò)程中，可以同步拆除相同長(zhǎng)度的混凝土導(dǎo)管?；炷翆?dǎo)管埋在混凝土內(nèi)的深度，以3～5 m 為宜，不宜過(guò)深，以防止混凝土澆搗困難堵塞導(dǎo)管，最小不小于2 m。

2.5 單樁完成后防止導(dǎo)墻下陷措施

樁孔澆灌完混凝土后，因設(shè)計(jì)樁頂混凝土面距離導(dǎo)墻面還有一段距離，需向孔內(nèi)回填黃砂至導(dǎo)墻面，并澆水濕潤(rùn)分層回填振動(dòng)密實(shí)。防止因?yàn)樘坠馨纬龊?，?dǎo)墻面下孔口附近的原地表雜填土塌落到樁孔內(nèi)，導(dǎo)致導(dǎo)墻塌陷鉆機(jī)傾斜樁身不垂直。

3 應(yīng)用效果

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)已成功應(yīng)用于大連灣海底隧道沉管預(yù)制場(chǎng)咬合樁止水施工，見(jiàn)圖3。經(jīng)檢驗(yàn)，樁體垂直度均能夠達(dá)到0.2%以?xún)?nèi)，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的0.3%以?xún)?nèi)的要求。全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)護(hù)筒底部配有合金刀頭，可以切割入巖，護(hù)筒入巖效率約為0.5 m/h。應(yīng)用效果良好。從整個(gè)工程應(yīng)用來(lái)看，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)可以切割大塊石、斜巖區(qū)域、可單邊切割斜巖、護(hù)筒可以垂直進(jìn)入、不發(fā)生傾斜。在溶洞區(qū)域，可以跟進(jìn)至溶洞內(nèi)部，防止混凝土擴(kuò)孔大，損耗大，成樁質(zhì)量高，有利于提高混凝土對(duì)鋼筋的握裹力。施工時(shí)還可以很直觀的判別地層及巖石特性，不易產(chǎn)生塌孔現(xiàn)象，成孔質(zhì)量高，成孔直徑標(biāo)準(zhǔn)，充盈系數(shù)小，與其它成孔方法相比，可節(jié)約混凝土用量。

圖3 全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)施工Fig.3 Construction of 360 degree rotator drill

4 結(jié)語(yǔ)

在大連灣海底隧道建設(shè)工程沉管預(yù)制場(chǎng)咬合樁施工的實(shí)際應(yīng)用，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)適合在卵、漂石地層、含溶洞地層、厚流沙地層、強(qiáng)縮頸地層等各類(lèi)地質(zhì)中進(jìn)行樁基施工，解決了復(fù)雜特殊環(huán)境工況下的施工難題。通過(guò)總結(jié)、優(yōu)化，解決樁基垂直度及咬合相關(guān)難題，為后續(xù)止水施工提供了質(zhì)量保證，施工效果較好，對(duì)今后類(lèi)似工程具有良好的借鑒意義。