逆作法旋挖擴(kuò)底與先插鋼管柱定位施工技術(shù)

李 超

（深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

鉆孔灌注樁作為鋼管柱的下部結(jié)構(gòu)，其承載能力決定整個上部結(jié)構(gòu)的承受能力；為提高灌注樁的承載力，通常樁端持力層須進(jìn)入巖層中。而當(dāng)場地上部覆蓋土層超厚（大于60m）時，灌注樁持力層進(jìn)入巖層時往往鉆孔超深，使鉆進(jìn)成孔、清孔、灌注成樁難度大，導(dǎo)致鉆進(jìn)時間長、成樁質(zhì)量難保證以及綜合成本高。

深圳灣口岸站為地下2層車站，車站底板埋深約19.5m。右線長337m，左線長329m，標(biāo)準(zhǔn)寬度35.2m，配線段寬度22.3m~23.8m。設(shè)3個出入口，4個疏散口、3組風(fēng)亭。車站采用蓋挖逆作法施工，蓋挖逆筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1800@1450mm全葷套管咬合樁，豎向支撐構(gòu)件為鋼立柱，鋼立柱下設(shè)置樁基礎(chǔ)，車站使用階段兼做抗拔樁。為保證灌注樁成樁質(zhì)量，保證鋼管結(jié)構(gòu)樁的施工精度，項目優(yōu)化采取直徑2m擴(kuò)底灌注樁，樁端持力層選擇為土狀強風(fēng)化巖，樁承載力比非擴(kuò)底樁提高4倍，孔深大大減少，成孔、成樁質(zhì)量更可靠；同時，采用可調(diào)節(jié)螺桿式平臺使鋼管柱與工具柱現(xiàn)場對接，保證對接精度滿足設(shè)計要求；另外，采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)精準(zhǔn)定位，既能節(jié)約工程成本，又能達(dá)到施工精度的要求，取得了顯著的成效。

1 工藝原理

該基坑逆作法旋挖擴(kuò)底與先插鋼管柱組合結(jié)構(gòu)全回轉(zhuǎn)定位施工方法，主要由旋挖擴(kuò)底、鋼管柱對接平臺以及全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)定位等3項關(guān)鍵技術(shù)組合而成。

1.1 旋挖擴(kuò)底施工工藝原理

鉆孔擴(kuò)底灌注樁利用鉆孔達(dá)到所要求的持力層后，在樁端換用專用擴(kuò)底鉆頭將樁端直徑擴(kuò)大，則樁的極限承載力與沒有擴(kuò)大頭的灌注樁的極限承載力相比大幅度增加，如果工程設(shè)計要求樁身直徑擴(kuò)大2倍，樁的極限承載力將為非擴(kuò)大頭樁的極限承載力的4倍。

在土層鉆進(jìn)時采用普通旋挖筒鉆，孔底開挖到設(shè)計標(biāo)高后，更換擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行擴(kuò)底段施工。在擴(kuò)底施工中，引進(jìn)新型液壓式擴(kuò)底工藝，其采用全液壓式切削挖掘，分上部斜面和下部立面二段分別擴(kuò)底，擴(kuò)底過程中電腦全程監(jiān)控擴(kuò)底實時數(shù)據(jù)，達(dá)到擴(kuò)底工效高、擴(kuò)底質(zhì)量可靠的效果，如圖1所

圖1 斜面和立面分段擴(kuò)底

示。

1.2 工具柱與鋼管柱對接平臺工藝原理

工具柱與鋼管柱對接時，在現(xiàn)場加工場地設(shè)置專用對接平臺，專用對接平臺采用手動絲桿升降架，按4.5m間距設(shè)置。手動絲桿升降架包括帶底板的螺桿、帶升降旋轉(zhuǎn)手柄的套筒螺母和帶鋼管套筒的工字鋼支承架。對接時通過手動調(diào)節(jié)絲桿升降架來實現(xiàn)鋼管柱和工具柱的水平位置的調(diào)整。

1.3 全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)定位施工

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)調(diào)至指定位置，調(diào)水平、校準(zhǔn)中心位置。利用全回轉(zhuǎn)設(shè)備和萬能平臺的液壓控制系統(tǒng)加持抱緊鋼管結(jié)構(gòu)柱的工具柱，根據(jù)“兩點一線”的原理，調(diào)整傾角傳感器顯示儀上讀數(shù)，作為鋼管結(jié)構(gòu)柱垂直的初始狀態(tài)。全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)垂直方向有兩層夾緊裝置，調(diào)節(jié)上下兩層裝置，兩點確定一條直線原理，可保證鋼管柱豎向的精確度。

調(diào)整精平全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)平臺，鉆機(jī)主副夾（輔助夾緊裝置為副夾，楔形夾緊裝置為主夾）夾緊鋼管柱，松開副夾，利用主夾緩緩下放鋼管柱，當(dāng)?shù)竭_(dá)一個行程后，副夾夾緊鋼管柱，主夾松開，主夾上升原先位置，如此反復(fù)，直至將鋼管柱下放到設(shè)計標(biāo)高，原理如圖2所示。在鋼管結(jié)構(gòu)柱下插過程中，通過傾角傳感器配套的顯示儀實時監(jiān)控鋼管結(jié)構(gòu)柱的垂直狀態(tài)，如有偏差可以利用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行精確微調(diào)。

圖2 全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)下放鋼管柱原理

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

基坑逆作法旋挖擴(kuò)底與先插鋼管柱組合結(jié)構(gòu)全回轉(zhuǎn)定位施工工藝流程如圖3所示。

圖3 工藝流程圖

2.2 施工操作要點

清理場地，按照設(shè)計和規(guī)范要求，對樁孔周圍和鋼管柱加工場進(jìn)行硬化處理。

機(jī)械設(shè)備按照施工要求進(jìn)場，鋼管柱、工具柱、鋼筋等按施工計劃進(jìn)場和場地規(guī)劃堆放。

根據(jù)樁位平面設(shè)計圖坐標(biāo)、高程控制點標(biāo)高進(jìn)行樁孔放線定位，施工放樣測量確定灌注樁樁位中心點后做好標(biāo)識。

根據(jù)十字交叉定位方法，安放4個控制樁，以4個控制樁為基準(zhǔn)埋設(shè)鋼護(hù)筒；護(hù)筒高出地面300 mm，并利用四個控制樁復(fù)核護(hù)筒中心點；護(hù)筒固定復(fù)測樁位無誤后，用黏土分層回填夯實，以保證其垂直度及防止泥漿流失及位移、掉落。

在樁位復(fù)核正確、護(hù)筒埋設(shè)符合要求后，旋挖鉆機(jī)就位準(zhǔn)確后開始鉆進(jìn)。旋挖機(jī)自身帶有孔深和垂直度監(jiān)測系統(tǒng)，鉆孔作業(yè)過程中實時關(guān)注鉆孔深度和垂直度等控制指標(biāo)，如有偏差及時進(jìn)行調(diào)整。

旋挖直孔段鉆進(jìn)采用撈渣鉆頭，在鉆進(jìn)時，調(diào)配好泥漿參數(shù)，保證泥漿護(hù)壁效果，鉆進(jìn)至設(shè)計樁底標(biāo)高要求終孔，終孔完成用平底撈砂鉆頭進(jìn)行第一次清孔。

直孔開挖到設(shè)計標(biāo)高后，更換擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行擴(kuò)底段挖掘，先進(jìn)行擴(kuò)底段上部斜面挖掘，然后進(jìn)行擴(kuò)底段下部里面挖掘。

擴(kuò)底鉆進(jìn)時，先將擴(kuò)底鉆頭下放至擴(kuò)底位置，然后進(jìn)行慢速旋轉(zhuǎn)并加壓，使擴(kuò)底鉆頭緩慢張開并進(jìn)行斜面擴(kuò)底作業(yè)；擴(kuò)底鉆頭完全張開后斜面擴(kuò)底完成，然后進(jìn)行立面擴(kuò)底施工，擴(kuò)底過程中電腦全程監(jiān)控擴(kuò)底實時數(shù)據(jù)。擴(kuò)地完成后在原位不加壓快速旋轉(zhuǎn)10 min后，停止旋轉(zhuǎn)緩慢勻速提出鉆頭。

擴(kuò)底完成后，進(jìn)行第二次撈渣清孔；清孔時，換專用的撈渣平底鉆頭安裝撈砂鉆頭將擴(kuò)底段鉆渣進(jìn)行清除；如有必要可更換擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行擴(kuò)底位置掃孔，再換撈渣鉆頭撈渣，反復(fù)數(shù)次直至將沉渣清除。

清孔完成孔內(nèi)進(jìn)行孔深測量，各項指標(biāo)都達(dá)到設(shè)計要求后，做好資料記錄，現(xiàn)場終孔后驗收。

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)就位前，吊放定位平衡板，將定位平衡板吊放至護(hù)筒上方后，根據(jù)“雙層雙向定位”原理，調(diào)節(jié)定位平衡板，使平衡板中心點引出的鉛垂線與護(hù)筒引出的樁位中心點重合，此時即可保證定位平衡板和樁中心點位重合；并用全站儀對平衡板中心點位進(jìn)行復(fù)核。

定位平衡板定位后，將全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)吊放在平衡板設(shè)置的定位圓弧內(nèi)，并精確對中并校核鉆機(jī)的水平度。

根據(jù)設(shè)計，將支撐架按4 m~5 m的間距擺放在同一水平面上對準(zhǔn)中心線，然后將配好定長的主筋平直擺放在焊接支撐架上，將箍筋按設(shè)計要求套入主筋并保持與主筋垂直進(jìn)行點焊。

箍筋與主筋焊好后，將繞筋按規(guī)定間距繞于其上，并滿焊固定；鋼筋制作完成后，會同監(jiān)理工程師進(jìn)行隱蔽驗收并做好記錄。

鋼筋籠吊放采用100 t履帶吊為主副鉤同時起吊，設(shè)置4個起吊點，以保證鋼筋籠在起吊時不變形。吊放鋼筋籠入孔時應(yīng)對準(zhǔn)孔位，保持垂直，輕放、慢放入孔，不能左右旋轉(zhuǎn)。下放鋼筋籠時技術(shù)人員現(xiàn)場旁站，現(xiàn)場測量護(hù)筒頂標(biāo)高，并準(zhǔn)確計算吊筋長度，以控制鋼筋籠的樁頂標(biāo)高。

對接施工場地上布置等間距4.5 m的對螺栓升降架，共6個，定位在同一水平面上。對各升降架頂同標(biāo)高進(jìn)行校平后，采用吊車分別將對接的鋼管柱、工具柱吊放至對接架上，并采用螺栓連接固定。

在對接過程中，利用水準(zhǔn)儀進(jìn)行校平，并根據(jù)測量人員的校核結(jié)果，旋轉(zhuǎn)自動升降架的工字鋼支撐架兩端手動螺桿升降架手柄，保證對接精度。

鋼管結(jié)構(gòu)柱起吊前，在工具柱頂部的水平板上安置傾角傳感器。傾角傳感器通過連接傾斜顯示儀，能夠監(jiān)測鋼管結(jié)構(gòu)柱下插過程的垂直度，其控制精度控制在0.01度。

鋼管柱采用雙機(jī)側(cè)式抬吊，主吊和副吊置于鋼筋籠同一側(cè)邊，主吊使用50 t履帶吊作業(yè)。

鋼管柱起吊后穿過全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)中心，下放至入孔至設(shè)計灌注樁頂面上方200 cm的位置后，用測斜儀（測量精度＜0.1%）對鋼管柱進(jìn)行垂直度校準(zhǔn)，同步使用HCR-1500全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行精確微調(diào)，以保證鋼管柱的垂直度；然后，再用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)自帶的上夾持裝置抱緊鋼管柱，下夾持裝置松開開始安裝，一個行程后使用下夾持裝置對鋼管柱進(jìn)行夾持固定，松開全回轉(zhuǎn)的上夾持器，全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)回升復(fù)位，然后交替作業(yè)將鋼管柱安裝到位。

在鋼管柱定位過程中，全過程采用測量儀器測量鋼管柱的垂直度和水平標(biāo)高，同步觀察測斜儀顯示的精度，滿足設(shè)計精度要求后用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)將鋼管樁固定。

在鋼管柱下放完成、灌注混凝土前，安放灌注導(dǎo)管，并利用導(dǎo)管進(jìn)行第三次清孔，清孔采用氣舉反循環(huán)，清孔過程實時檢查泥漿指標(biāo)。清孔滿足要求后進(jìn)行灌注，根據(jù)灌注樁擴(kuò)底段的直徑及深度，選擇直徑為300 mm（外徑）導(dǎo)管灌注混凝土。根據(jù)擴(kuò)底段的直徑初灌采用4 m大料斗進(jìn)行，保證初灌的導(dǎo)管埋深不小于1 m。在灌注過程中定期測量導(dǎo)管的混凝土埋管深度，根據(jù)埋管情況拔除導(dǎo)管，導(dǎo)管埋管不超過4 m；在混凝土灌注至鋼管結(jié)構(gòu)柱頂斷面并超灌800 mm后停止灌注。

灌注完成后，待混凝土終凝達(dá)到設(shè)計強度，用吊車將全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)調(diào)離孔位；起吊前松開主夾（楔形夾緊裝置），副夾（輔助夾緊裝置）加緊。起吊過程中設(shè)專業(yè)指揮人員，避免起吊過程中碰撞工具柱。

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)調(diào)離后，平衡板副夾（輔助夾緊裝置）松開，在定位平衡板上對鋼管柱外側(cè)進(jìn)行回填，回填材料選用級配碎石。

回填過程采用鏟運車將碎石運送至孔口附近，采用人工回填；回填按照工具柱四周位置均勻分層回填，回填至工具柱底部位置。

采用泥漿泵將工具柱內(nèi)的泥漿抽空，保證露出鋼管柱和工具柱銜接位置。泥漿抽空后，安排專業(yè)人員下到工具柱底拆除對接螺栓；拆除前，往工具柱內(nèi)送風(fēng)，再采用氧氣氣割將工具柱和鋼管柱的連接螺栓拆除。拆除完成后，將工具柱吊出。

全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)平衡板吊移后，采用碎石、水泥土或磚渣等將樁孔空孔段回填。在回填過程中，采用泥漿泵及時將剩余泥漿進(jìn)行回收利用，嚴(yán)禁泥漿隨意流淌，污染環(huán)境?；靥钔瓿珊螅捎猛跈C(jī)進(jìn)行碾壓平整并做好警示標(biāo)志，防止大型機(jī)械進(jìn)入造成安全事故。

3 結(jié)語

該技術(shù)通過專用擴(kuò)底鉆頭進(jìn)行擴(kuò)底，在相同承載力的要求下，基礎(chǔ)樁持力層由塊狀強風(fēng)化改為土狀強風(fēng)化，減少基礎(chǔ)樁的工程量；采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行鋼管柱定位，快捷準(zhǔn)確，大大提升了施工效率。采用螺桿手動調(diào)節(jié)升降平臺實施工具柱與鋼管柱的現(xiàn)場對接，操作方便，定位準(zhǔn)確；根據(jù)二點定位的原理，通過全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)平臺自身的上下兩套液壓定位裝置，交替進(jìn)行鋼管柱的抱緊下插作業(yè)，在保證平臺定位和水平精度情況下將鋼管柱精確下放到設(shè)計位置，實現(xiàn)了高精度對接和定位。適用于巖層埋深較深、樁端持力層為強風(fēng)化的擴(kuò)底灌注樁施工和鋼管結(jié)構(gòu)柱先插法定位施工。

該技術(shù)屬于深基坑支護(hù)工程鋼管柱施工領(lǐng)域，在工序管理、生產(chǎn)效率、施工事故成本控制等方面都突顯出了顯著的效果，避免了鋼管柱焊接效率低、鋼管柱吊放精度不夠精確的問題，為鋼管柱的施工提供了一種創(chuàng)新、實用的工藝技術(shù)，減少了事故處理時間，加快了施工進(jìn)度，具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義和推廣價值。