全套管全回转钻孔咬合桩施工技术

全套管全回转钻孔咬合桩施工技术

陈志刚

陈志刚

中铁二十二局集团第五工程有限公司400700

摘要：全套管全回转钻机是一种可以驱动套管做360度回转的全套管施工设备，全套管全回转钻孔咬合桩是近年来在我国应用和发展起来的一项新技术，主要应用于地铁站、地下车库等深基坑围护结构、水库加固挡水墙等，施工顺序为先施工钢筋砼桩（B桩）两侧的两根素砼桩（A桩），然后利用全套管全回转钻机的切割能力切割掉相邻素砼桩相交部分的混凝土，浇筑混凝土后形成咬合桩。

关键词：全套管全回转钻孔咬合桩工法

1、工程概况

大连地铁东～海区间起止里程为DK0+355.8～DK1+073.566，左线含长链1.702m，短链0.32m，区间全长719.236m。区间左右线线间距为13～5m，区间起点段设有交叉渡线。DK0+710.000里程设联通门，DKO+960.000处设人防段线路。区间从海之韵站到东海站一路上坡，纵断面最大纵坡坡度为14.137‰，最小纵坡坡道为2‰，区间结构最大覆土厚度为9.1m，最小覆土厚度为3.4m。

1.1、围护结构设计概况

区间采用明挖顺筑法施工，围护结构采用Φ1200全套管咬合桩，兼做止水帷幕，标准段A桩与B桩交错布置，相互咬合，咬合厚度250mm，桩中心间距950mm，最大深度30.94m，最小深度为10.92m，共计1530根，其中A桩769根，B桩761根。

1.2、工程地质情况

桩基穿越地层主要为人工堆积素填土、淤泥、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉砂、强风化板岩，桩底位于强风化板岩。

1.3、水文地质情况

场地内按赋存条件分为空隙水及基岩裂隙水，场地地下水类型为潜水。孔隙水主要赋存于素填土、粉砂中。素填土成分不均匀，渗透性差异较大，略具承压水。同时，本场地为填海区，距离海岸线较近，贯通性较好，孔隙水为海水，水量丰富。

2、全套管全回转钻机施工工艺原理

2.1、咬合桩施工原理

钻孔咬合桩采用机械钻孔施工，桩与桩之间相互咬合排列的一种基坑围护结构。施工主要采用“套管钻机+超缓凝砼”方案。钻孔咬合桩的排列方式采用：第一序A桩和第二序B桩间隔；先施工A桩，后施工B桩，A桩砼采用超缓凝砼，要求必须在A桩砼初凝之前完成B桩的施工，B桩施工时，利用套管钻机的切割能力切割掉相邻A桩的部分砼，则实现了咬合。

2.2、施工流程

采用全套管桩基预先跳桩施工第一序桩(A1、A3......)，在第一序桩灌注C15水下混凝土素桩未初凝前（初凝时间不得小于60h，终凝时间不大于70h），第二序桩(B1、B2......)跟进完成钻进并浇筑混凝土，使一、二序桩的混凝土融合在一起呈嵌入咬合状态而形成一个连续、整体的排桩结构，钻孔咬合桩施工工艺如图所示。

全套管全回转钻孔咬合桩施工工艺流程图

3、全套管全回转钻机施工方法

3.1测量放线

采用导线与三角测量相结合的方法，沿设计线路的两侧建立控制网，经监理工程师复测，并签字同意后方可使用。每个控制点都作好精心保护，在施工中每10天要进行一次复测，一旦出现偏差及时进行修正恢复。

场内使用的临时水准点，依据业主提供的基准点和高程引入场内并认真加以保护，临时水准点和高程的引入需经监理工程师复核，并签字同意后方可使用。

依据设计图纸计算各桩位的坐标，并确定每个桩孔与相邻控制点的位置关系。经复核无误后在施工现场内实地放出，同时以桩中心为交点，在纵向和横向埋设好护桩，桩位经监理工程师复核并签字同意后方可进行下步施工。

3.2导槽施工

导槽采用C20砼，翼板全宽1.7m，厚0.5m，将导槽范围地面平整及夯实完成后，采用定型弧形模板，加固完成后，浇筑翼板混凝土，导槽平面图如图5-3、5-4所示。

导槽平面示意图

导槽模板示意图

导槽采用Φ12钢筋，纵、横向间距均为200mm。

导槽采用商品混凝土，人工入模，插入式振动棒振捣。在混凝土强度达到70%后拆模，拆模后立即加设对口撑，保证导槽在施工中保持稳定。混凝土养护期为7天，冬季注意覆盖保暖，不得洒水，养护期间严禁在导槽上堆放材料及机具设备，严禁任何车辆通行。

3.3钻机就位

钻机安放前，将桩孔周边地面夯平，确保钻机机身安放平稳，钻机就位时确保钻头中心及桩位中心在同一铅垂线上，其对中误差小于10mm；钻机就位后，测量护筒顶标高。同时填写报验单，经监理工程师对钻机的对中、钻杆垂直度检查验收合格后，方可钻进。正式钻孔前，钻机要先进行运转试验，检查钻机的稳定和机况，确保后面成孔施工能连续进行。具体如图5-6所示。

全套管钻机就位示意图

3.4成孔、取土

定位后，在导槽孔与钢套管之间用木塞固定，防止钢套管端头在施压时位移。吊装安放第一、第二节套管，埋设第一、第二节套管的垂直度是决定桩孔垂直度的关键，在套管压入过程中，用全站仪或测锤不断校核垂直度。当套管垂直度相差不大时，固定钻机下夹具，利用钻机上夹具来调整垂直度；当套管垂直度相差较大时，一般应拔出套管来重新埋设，有时也可将钻机前后左右移动一下使之对中。取土成孔先压入带刃尖的第一节套管（每节套管长度为8m），压入深度约2.5～3m，然后用抓斗从套管内取土，一边抓土，一边下压套管，要始终保持套管底口超前于取土面且深度不小于2.5m；第一节套管全部压入土中后（地面以上要留1.5m，以便于接管）检测成孔垂直度，如不合格则进行纠偏调整，如合格则安装第二节套管。下压取土，直到设计孔底标高。

3.5吊装钢筋笼

咬合桩钢筋笼主筋采用套筒连接，加强箍筋采用双面搭接焊，螺旋筋和主筋连接采用电弧点焊焊接。为防止钢筋笼在灌注混凝土过程中上浮，在加工钢筋笼时预先在钢筋笼底部焊接抗浮钢板。

钢筋笼焊接完成后，经自检合格后，报监理验收。验收合格并经监理许可，才能进行钢筋笼吊装。用100T履带吊机主副钩三点起吊、人工扶笼入孔、缓慢下放入孔。

3.6混凝土灌注

本工程咬合桩采用厂拌商品C30（C15）混凝土,水下混凝土法灌注施工，灌注方式采用25t汽车吊+导管系统。开始灌注混凝土时，应先灌入2～3m3混凝土（约2m深），然后将套管搓动后提升20～30cm，以确定机械上拔力是否满足要求。不能满足时，则应采用起重机辅助起吊。灌注过程中应确保混凝土高出套管端口不小于2m，防止上拔过快造成断桩事故。

⑴水下混凝土灌注准备

首先安设导管，位置保持居中，导管下口与孔底保留30～50cm左右。灌注首批混凝土之前在漏斗中放入隔水喉塞，然后再放入首批混凝土。

⑵水下混凝土灌注过程

在确认储存量备足后，吊车立即提起喉塞。灌注首批混凝土量使导管埋入混凝土中深度不小于1.0m。在首批混凝土灌注正常后，连续不断灌注，灌注过程中用测锤测探混凝土面高度，推算导管下端埋入混凝土深度，并做好记录，正确指导导管的提升和拆除。直至导管下端埋入混凝土的深度达到4m时，提升导管，然后再继续灌注。

⑶水下混凝土灌注技术要求

①首批混凝土灌注量保证导管底口埋入混凝土中不小于1.0m，灌注过程中混凝土面高出导管下口2.0m。

②混凝土浇筑保持连续进行，浇筑过程中勤量测、勤拆管，始终保持导管埋深在2.0～6.0m左右，同时根据测量结果判断孔内有无异常情况。严禁将导管提出混凝土面，形成断桩。

③在灌注过程中，当导管内混凝土不满，含有空气时，后续的混凝土徐徐灌入漏斗和导管，不得将混凝土整斗从上而下倾入管内，以免在管内形成高压气囊，挤出管节的橡胶密封垫。

④在灌注将近结束时，由于导管内混凝土柱高度减小，超压力降低，而导管外的泥浆及所含碴土的稠度和比重增大。如出现混凝土上升困难时，可在孔内加水稀释泥浆，也可掏出部分沉淀物，使灌注快速进行。在最后一次拔管时，要缓慢提拔导管，以免孔内上部泥浆压入桩中。

3.7拔管成桩

一边灌注混凝土一边拔管，应注意始终保持套管底低于混凝土面2m以上。

为了保证全套管咬合桩底部有足够的咬合量，应对其孔口的定位误差进行严格的控制，孔口定位误差的允许值可按表1来进行选择。

表1孔口定位误差允许值

注：表中孔口定位误差允许值单位以毫米计。

4、结语

全套管全回转钻机咬合桩工艺有以下特点：

（1）避免了采用超缓凝混凝土咬合桩工艺在完成切割咬合时，容易产生相邻孔混凝土管涌现象的发生而造成质量事故，同时由于采用了常规混凝土，降低了对混凝土的要求，节约了成本。

（2）由于采用硬切割工艺，允许混凝土A桩强度正常发展，无需依赖缓凝剂控制混凝土强度，并且不会出现由于单桩成桩时间过长（超过超缓凝剂能够控制的混凝土凝结时间），A桩混凝土强度过高导致无法进行B桩咬合施工的弊病。

（3）当遇到较坚硬的大面积地下障碍物时，全回转钻机成桩的过程中可以直接清除地下岩层及障碍物，达到一次成桩。

（4）全套管全回转钻机施工中本身具有止水护壁功能，无需另加护壁措施，是一种节能环保的是施工工艺。

（5）根据抓斗取土深度，可确切分清土层，选择适宜的桩端持力层。

（6）孔内所取泥土，含水量较低，方便外运，而且无泥浆污染环境的忧虑；施工现场整洁文明，市区内施工极为合适。

（7）对沉降及变位容易控制，能够紧邻相近的建筑物、地下管线施工。

（8）全回转的跟管钻进及其他掘进方法，有效的防止了孔内流沙、涌泥，并可进行嵌岩，保证了成桩质量。

（9）第二次施工的桩在已成的第一次两桩间实施切割咬合，全套管的护孔方式保证了桩间紧密咬合，桩砼凝成一体，形成良好的整体连续结构。

（10）配筋率较低，因为钻孔咬合桩采用钢筋混凝土桩和素混凝土桩间隔布置的排列方式；

（11）抗渗能力更强，这是因为钻孔咬合桩是连续施工的，桩间不存在施工缝，而地下连续墙分幅接头处的施工缝往往是防渗的薄弱环节；

（12）施工灵活，这是因为钻孔咬合桩施工时可根据需要转折变线，更适合于施工一些平面多变的几何图形或呈各种弧形的基坑。

参考文献:

[1]沈保汉．全套管冲抓取土灌注桩施工工法．工程机械与维修，2010（8）．

[2]陈建海，刘可可，全回转钻机在国内的发展与应用，新华书局，2016海峡两岸岩土工程/地工技术交流研讨会论文集．

[3]王安龙．钻孔咬合桩—地铁工程围护结构新型式．铁道工程学报，2003（3）．

[4]沈明初，王勇．钻孔咬合桩施工工艺及常见问题处理．建筑技术开发，2008（10）．

[5]刘建国．钻孔咬合桩设计与施工．铁道工程学报，2001（6）．