高水位碎石層雙動(dòng)力全護(hù)筒跟進(jìn)鉆孔樁施工技術(shù)

武永珍

（中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

濟(jì)南市軌道交通R3 線一期土建工程孟家莊站，為地下雙層島式車站，車站主體呈南北走向，全長(zhǎng)300.9m，車站底板埋深約17.69m，頂板覆土約2.63～3.93m，地處高水位碎石層地區(qū)，緊鄰孟家水庫(kù)最高水位高出基坑底部約7m，施工地形十分復(fù)雜。施工中，創(chuàng)新性采用內(nèi)插式預(yù)制混凝土方樁新型復(fù)合基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，是目前國(guó)內(nèi)首次在地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中采用裝配式施工工藝，目前尚無(wú)可供直接借鑒和參考的工程案例，其施工工藝仍處于探索完善階段，是全線的重點(diǎn)控制性工程。

2 施工特點(diǎn)

1）針對(duì)內(nèi)插式預(yù)制混凝土方樁新型復(fù)合基坑圍護(hù)施工精度高，高水位碎石土層鉆孔樁施工過(guò)程中，塌孔嚴(yán)重、鉆孔垂直度難以控制等施工難點(diǎn)，研究應(yīng)用了全液壓驅(qū)動(dòng)雙動(dòng)力頭螺旋鉆孔機(jī)，采用長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)同時(shí)全護(hù)筒跟進(jìn)的施工方法，外側(cè)動(dòng)力頭和內(nèi)側(cè)動(dòng)力頭可進(jìn)行同軸逆向旋轉(zhuǎn)，確保扭轉(zhuǎn)反力自平衡，同時(shí)外側(cè)動(dòng)力頭和內(nèi)側(cè)動(dòng)力頭可以上下分離，通過(guò)內(nèi)側(cè)動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺旋鉆桿鉆孔，外側(cè)動(dòng)力頭逆向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鋼護(hù)筒同步跟進(jìn)，達(dá)到護(hù)壁的目的，避免鉆孔坍塌。

2）鉆孔過(guò)程可實(shí)現(xiàn)水平微調(diào)、垂直自動(dòng)調(diào)整，確保在高水位碎石土地層條件下高效率成孔，鉆進(jìn)效率約0.9m/min。

3）針對(duì)下部巖層螺旋鉆桿轉(zhuǎn)進(jìn)困難的問(wèn)題，在螺旋鉆桿底部安裝大直徑氣動(dòng)潛孔錘，對(duì)下部巖層進(jìn)行沖擊破碎，利用螺旋鉆桿使碎石土運(yùn)輸?shù)降偷孛?，直到轉(zhuǎn)進(jìn)至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。

4）采用全螺旋鉆進(jìn)同時(shí)全護(hù)筒跟進(jìn)的施工方法，施工成孔不需進(jìn)行造漿護(hù)壁，不對(duì)周邊土體產(chǎn)生污染，環(huán)保效益顯著。

5）待混凝土灌注1h 后利用外側(cè)動(dòng)力頭將護(hù)筒垂直拔出，可循環(huán)使用。

3 施工工藝原理

全液壓驅(qū)動(dòng)雙動(dòng)力頭螺旋鉆孔機(jī)如圖1 所示，高水位碎石層鉆孔樁全護(hù)筒同步跟進(jìn)施工工藝流程如圖2 所示。

1.事件起因的多樣性。由于我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新階段，就業(yè)結(jié)構(gòu)性矛盾突出，養(yǎng)老、醫(yī)療、住房、教育、收入分配、食品藥品安全等不盡人意的問(wèn)題依然多如牛毛，生產(chǎn)安全重特大事故也時(shí)有發(fā)生。從網(wǎng)絡(luò)、新聞媒體報(bào)道和一些學(xué)者對(duì)群體性事件的分析來(lái)看，近幾年我國(guó)行政執(zhí)法行為引起的群體性公共事件，大部分與群眾切身利益密切相關(guān)，主要集中于城市和農(nóng)村的征地強(qiáng)拆問(wèn)題，征地補(bǔ)償和拆遷后的政府安置問(wèn)題，環(huán)境污染項(xiàng)目引發(fā)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，農(nóng)民政治參與渠道堵塞問(wèn)題，公民利益表達(dá)渠道堵塞問(wèn)題，社會(huì)治安問(wèn)題以及民族、宗教間的信仰問(wèn)題及利益矛盾激化問(wèn)題等等。

圖1 全液壓驅(qū)動(dòng)雙動(dòng)力頭螺旋鉆孔機(jī)

圖2 施工工藝流程圖

1）全液壓驅(qū)動(dòng)雙動(dòng)力頭螺旋鉆孔機(jī)工作時(shí)內(nèi)側(cè)動(dòng)力頭與外側(cè)動(dòng)力頭同軸逆向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反作用力自身可以達(dá)到平衡。當(dāng)內(nèi)側(cè)動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)螺旋鉆桿鉆孔，外側(cè)動(dòng)力頭逆向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鋼護(hù)筒同步跟進(jìn)，達(dá)到護(hù)壁的目的，避免鉆孔坍塌，同時(shí)可及時(shí)對(duì)孔樁垂直度進(jìn)行糾偏，實(shí)現(xiàn)了鉆孔過(guò)程水平微調(diào)、垂直自動(dòng)調(diào)整，成孔精度高、速度快，適用于素填土、雜填土、粘性土、砂土等一般地層，且適和砂卵礫石層，碎石土等復(fù)雜地層。

2）內(nèi)、外動(dòng)力頭控制方式為獨(dú)立控制，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)任一動(dòng)力頭，鉆機(jī)可以像普通的旋挖鉆機(jī)、長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)一樣進(jìn)行施工。

3）當(dāng)鉆桿鉆至巖層時(shí)，在螺旋鉆桿底部安裝大直徑氣動(dòng)潛孔錘，對(duì)下部巖層進(jìn)行沖擊破碎，利用螺旋鉆桿使碎石土運(yùn)輸?shù)降偷孛?，直到轉(zhuǎn)進(jìn)至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。

4 操作要點(diǎn)

4.1 測(cè)量放線定樁位

1）施工前，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)地面進(jìn)行整平，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，防止點(diǎn)位發(fā)生破壞，確保測(cè)量精度。

2）根據(jù)設(shè)計(jì)樁位圖圖紙，對(duì)圍護(hù)樁進(jìn)行編號(hào)，利用全站儀精確測(cè)量放線出對(duì)應(yīng)樁位。

4.2 螺旋鉆機(jī)就位調(diào)平

全液壓驅(qū)動(dòng)雙動(dòng)力頭螺旋鉆孔機(jī)就位后，檢查鉆桿垂直度，需從2 個(gè)相互垂直方向進(jìn)行檢查。深度顯示清零，回轉(zhuǎn)角度顯示清零。

4.3 雙動(dòng)力頭螺旋鉆進(jìn)成孔

1）內(nèi)側(cè)動(dòng)頭驅(qū)動(dòng)螺旋鉆桿，外側(cè)動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)鋼護(hù)筒，鋼護(hù)筒和螺旋鉆桿同步進(jìn)行逆向鉆進(jìn)（圖3）。

圖3 鋼護(hù)筒和螺旋鉆桿同部鉆進(jìn)

2）利用鋼護(hù)筒頂部邊緣專用“卡具”（圖4）與外側(cè)動(dòng)力頭進(jìn)行牢固連接，確保外側(cè)動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)鋼護(hù)筒時(shí)，護(hù)筒能夠順利同步跟進(jìn)及拔出，防止出現(xiàn)“打滑”現(xiàn)象。

圖4 護(hù)筒上邊緣焊接安裝“卡具”

3）鉆進(jìn)時(shí)，孔內(nèi)渣土沿著鉆桿上的螺旋葉片排出，鋼護(hù)筒上留有排渣孔，使用小挖機(jī)配合渣土清理（圖5）。

圖5 小挖機(jī)配合渣土清理

4）當(dāng)鉆桿鉆至巖層時(shí)，關(guān)閉外動(dòng)力頭，鋼護(hù)筒停止跟進(jìn)，在螺旋鉆桿底部安裝大直徑氣動(dòng)潛孔錘（圖6），對(duì)下部巖層進(jìn)行沖擊破碎，利用螺旋鉆桿使碎石土運(yùn)輸?shù)降偷孛?，直到轉(zhuǎn)進(jìn)至設(shè)計(jì)孔底標(biāo)高。

圖6 安裝大尺寸氣動(dòng)潛孔錘

4.4 清孔、注入混凝土成孔

1）鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，原位旋轉(zhuǎn)內(nèi)側(cè)動(dòng)力頭清除孔底沉渣，沉渣厚度小于50mm 并滿足設(shè)計(jì)要求后停止，然后邊提鉆，邊注漿，混凝土的泵送速度與螺旋鉆桿提升速度相匹配。

2）泵送混凝土根據(jù)每根樁基的設(shè)計(jì)需用量，提前按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行拌制。

4.5 提出護(hù)筒

成樁1h 后利用下動(dòng)力頭將護(hù)筒垂直拔出，拔出時(shí)護(hù)筒不得轉(zhuǎn)動(dòng)。

5 施工注意事項(xiàng)

1）護(hù)筒采用8mm 厚鋼板內(nèi)徑?1 100mm，確保護(hù)筒加工質(zhì)量。

2）鉆進(jìn)時(shí)，及時(shí)依據(jù)內(nèi)側(cè)動(dòng)力頭壓力顯示數(shù)值，對(duì)內(nèi)側(cè)卷?yè)P(yáng)放繩速度進(jìn)行調(diào)整。

3）長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)同時(shí)全護(hù)筒跟進(jìn)過(guò)程中，內(nèi)側(cè)動(dòng)力頭壓力宜低于24MPa。

6 技術(shù)應(yīng)用效果

1）內(nèi)插式預(yù)制混凝土方樁新型復(fù)合圍護(hù)樁采用全液壓驅(qū)動(dòng)雙動(dòng)力頭螺旋鉆孔機(jī)全螺旋鉆進(jìn)，同時(shí)全護(hù)筒跟進(jìn)的成孔方法，有效避免塌孔，鉆進(jìn)效率約0.9m/min。

2）采用長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)同時(shí)全護(hù)筒跟進(jìn)的施工方法，減少了采用泥漿護(hù)壁制漿池的臨時(shí)占地約100m2和后期水泥漿的處理費(fèi)用，杜絕了水泥漿對(duì)周圍環(huán)境的污染，符合國(guó)家所倡導(dǎo)的“工程建設(shè)節(jié)約環(huán)保，減污降耗”的社會(huì)要求。

3）待混凝土灌注1h 后利用外側(cè)動(dòng)力頭將護(hù)筒垂直拔出，可循環(huán)使用。

7 結(jié)語(yǔ)

全液壓驅(qū)動(dòng)雙動(dòng)力頭螺旋鉆孔機(jī)采用全螺旋鉆進(jìn)同時(shí)全護(hù)筒跟進(jìn)的施工方法，是一種高效、綠色、環(huán)保的新型施工技術(shù)，適用于素填土、雜填土、粘性土、砂土等一般地層，且適和砂卵礫石層，碎石土等復(fù)雜地層鉆孔樁施工，對(duì)同類型施工具有切實(shí)的指導(dǎo)意義，推廣應(yīng)用前景廣闊。