跟管螺旋钻潜孔锤在丘陵滨海区域的应用

跟管螺旋钻潜孔锤在丘陵滨海区域的应用

袁名旺

中交二公局第三工程有限公司 陕西西安 710016

摘要：深基坑施工经常采用的围护体系大致分为：墙系统、桩系统，墙系统止水效果较好，桩系统需要结合止水帷幕。钻孔灌注桩+止水帷幕在基坑支护体系中应用较为广泛，围护桩施工的多种钻机，跟管螺旋钻杆潜孔锤克服了其它钻机的不足，文章结合深圳盐田区丘陵滨海区域地质条件下跟管螺旋钻杆潜孔锤施工灌注桩的使用情况进行阐述，为类似基岩基坑开挖支护施工提供实践依据。

关键词：跟管螺旋钻； 钻孔灌注桩；丘陵滨海区域；基坑施工

1.工程概况

1.1工程简介

深圳地铁8号线盐田西站位于深圳盐田港西侧。车站长度为309m、宽度21m，东端局部加宽，深度约17m。基坑采用“钻孔桩+内支撑+止水帷幕”的围护体系。

1.2地质条件

盐田区位于深圳市东部，地势北高南低，背山面海，属于低山丘陵滨海地势。盐田港车站原始地貌为由沙滩、沙堤、泻湖平原组成的基岩-沙砾质海岸，沙头角海湾后缘低丘陵为火山岩，从盐田往东至小梅沙等湾后缘的低丘陵基本由花岗岩构成。现状地表已被填挖成深盐路，地势较平坦，地面高程一般在3.76m～4.51m之间。基坑位置从上至下为路基填土、路基填碎石、路基填块石、以及原地层的卵石层、粉质粘土层、全风化凝灰岩层、砂土状强风化凝灰岩层、块状强风化凝灰岩层、中等风化凝灰层和微风化凝灰岩层等，基岩呈丘陵向滨海方向倾斜，沿基坑纵向起伏较大，基岩埋深较浅，硬度高。

2. 设备的选择

2.1设备选择原因

本车站位于深盐路主干道，连接东部和西部的主要交通要道，交通流量大，施工期间交通导改次数多，前期施工准备时间长，有效施工期短，截止到2017年10月只完成了北侧二分之一的围护桩，剩余工程量巨大。最早采用的成孔机械为冲击钻，施工速度极慢，施工效率低，施工机械数量多，成孔效率满足不了工期要求，同时施工泥浆处理困难，不能满足环保要求，市民投诉多。项目曾也采用旋挖钻施工，由于丘陵滨海区域的特殊地质地形条件，施工过程中采用的冲击钻机、旋挖钻、旋挖钻+牙轮钻、旋挖钻+气举牙轮钻、旋挖钻+集束式潜孔锤成速度与成孔质量均达不到工期目标和质量要求。项目部经过总结前期所采用钻机的优缺点，重新考察调查分析后研究决定采用全套管跟进的螺旋钻杆潜孔锤进行施工。

2.2螺旋钻杆潜孔锤介绍

本基坑后期桩基采用山河智能SWSD2512型螺旋钻杆潜孔锤钻机，该钻机为上下两个全液压不变功率的动力头，动力性能好、输出扭矩较大、过载能力好，工作性能优异。上下两个动力头可以上下分离独立各自运动、各自驱动内侧钻杆、潜孔锤和外侧套管逆向旋转钻孔。钻机工作时，内钻杆旋转钻进，外套管旋转跟进，钻渣沿着螺旋钻杆的螺旋叶片被旋出，从钻机的出料口卸渣，出来的钻渣挖掘机随即清理干净，若地下水少钻渣比较干，钻渣即可装车外运，若地下水比较丰富，钻渣需要打堆沥水后才能装车外运。

3.螺旋钻杆潜孔锤施工工艺

3.1施工工艺特点

3.1施工工艺

跟管螺旋钻杆潜孔锤施工工艺：

测量定位—钻机下钻+套管跟进—潜孔锤冲击岩层—成孔—捞渣、清孔—下放钢筋笼——灌注混凝土（按水下灌注）—拔除套管—成桩（检测）。

3.1.1施工准备

1. 在平整的场地采用全站仪放出桩位中心点，并设置骑马桩予以保护，骑马桩采用1米的钢筋用混凝土固定。护桩埋设好后要用钢卷尺对护桩、桩位中心进行复核，经监理工程师复测无误后方可施工。

2. 在开钻前，人工在桩位挖探确认桩位范围内没有市政管线后做好标记，并对钻机操作手进行书面交底，办理完施工前的各项签字手续。

施工操作手及辅助人员对施工用的挖掘机、空压机、钻机等进行检查确认机械状况良好，检查施工范围内的工作平台是否稳定，支腿位置地基承载力满足要求，办理好施工条件验收手续。

3.1.2成孔

管跟螺旋钻杆潜孔锤钻机型号为山河智能SWSD2512强力多功能钻机，为国内先进设备；其配套设备有：29立方的空压机1台，配套桩径桩长的护筒4套，挖掘机1台，倒渣车1辆。排渣可由长螺旋钻杆旋转或提升排渣；护筒安装在下面的液压动力头上，在进入岩石前钻进时，护筒要与潜孔锤同步跟进，防止在土层、卵石层、砂层中钻进时塌孔，在砂卵石层中卡钻；套管的入岩深度要控制在入岩30cm左右。

钻进前首先启动空气压缩机，等到气压上升到12Mpa时，潜孔锤会旋转振动，启动钻机上下动力头开始钻孔。慢速启动冲击，防止偏孔，护筒随即跟进，防止坍孔、卡钻或埋钻。护筒入岩30cm左右关闭下动力头，内动力头驱动潜孔锤冲钻至设计孔深。冲钻匀速慢进，入岩吃力时抬升潜孔锤30cm左右，重新启动振动冲击锤进尺，进入岩层后每进尺4m左右，抬升螺旋杆排钻渣1次，一直达到设计孔深。达到设计深度后用12Mpa压力清孔3分钟左右，提升螺旋杆排除钻渣。

3.1.3清孔

潜孔锤钻进作业完成后，现场要做好沉渣测量记录，要实时测量孔内沉渣厚度，确认是否存在异常，若沉渣异常变化（沉渣变厚）需及时停止清孔作业，再采用潜孔锤机把护筒继续下压一段（增加其入岩深度），防止塌孔持续发生，孔深及孔底沉渣经检验符合要求后终孔。

当检测沉渣厚度>50mm时，应将潜孔锤再次下入孔内进行第二次请孔，直到满足实际要求。

3.1.4钢筋笼制作与吊装

钢筋笼在钢筋棚内整节制作运输车运至现场吊车整体安装，现场要专人指挥，钢筋笼缓慢入孔，注意不要碰触孔壁，控制好顶标高和中心位置，采用骑马桩校核桩的中心与钢筋笼中心一致，检查无误后将钢筋固定牢固。

3.1.5浇筑混凝土

采取水下灌注的方式进行桩基浇筑，混凝土采用商品混凝土。混凝土钢筋笼就位后，经监理工程师验收合格后，安装经试压合格的导管，漏斗的容积要保证首批混凝土的量满足桩基封底达到导管埋深1m以上。灌注过程中注意导管埋深，每次拆除导管前必须测量混凝土的深度计算导管埋深，以防超拔导管造成断桩，匀速浇筑混凝土，直至混凝土顶面标高高于设计桩顶标高1m以上。

3.1.6套管起拔

当桩基混凝土灌注完成，检查混凝土顶面标高高于设计标高1m以上后，采用60型激振式振动锤将套管拔出。在混凝土浇筑完成30-60分钟时拔出护筒，拔管要先振后拔，缓慢拔起。

3.2优缺点

该钻机通过外侧套管和潜孔锤的组合，配置供气系统，能在卵石层、漂石层及坚硬岩层等地质条件下实现大直径全断面、快速高效打孔入岩。双动力头驱动螺旋钻杆辅助排渣、外套管旋转跟进护臂，形成近乎封闭的排渣通道，气量泄露少、排渣顺畅、孔型规整、钻进速度快效率高。

（1）综合来看，在相同条件下SWSD2512强力多功能钻机在入岩后的钻进速度约在3.8m～4.6m/h，相比较前期所用设备施工进度有了显著的提高，而且施工过程控制相对简单。

（2）外侧套管和潜孔锤的组合成孔拔出潜孔锤后，底部沉渣无法全部吹出，需要旋挖机配合捞出剩余沉渣，SWSD2512多功能钻机本身体量就很大，加上潜孔锤动力配备的4~5台25m3的空压机，再加上旋挖机后所占空间就比较大，因此，采用此种工艺需要的工作面相对较大，项目实施时需提前筹划，考虑各工序之间的转换搭接。

（3）在刚引进的过程中也出现了混凝土充盈率较大、成孔后超灌量不够造成桩头过低及严重塌孔等现象，经过认真分析，是主要由于施工过程中潜孔锤钻进速度过快，套筒没有及时跟进造成周围孔壁扰动较大，部分段落塌孔以及施工过程中把控不到位等原因造成。针对这些现象，

3.3控制措施：

（1）潜孔锤开钻前预先确认护筒垂直度，及时用靠尺或其他手段判断确认；

（2）预先确认孔位处是否存在管线及废弃管线（特别是雨、污水等废弃管线），发现废弃管线，及时两端封堵，防止护筒拔出后造成孔内混凝土流失，引起桩头不足现象的发生；

（3）潜孔锤开钻时（即路面层钻进时），确认外露螺旋钻杆尺寸，路面层钻进完成后，护筒超前钻进，超前量按不小于 1.5m 控制（现场可通过观察外露螺旋数量判断护筒超前量）；

（4）潜孔锤在土层钻进时，需持续保持小风压（即不大于3台空压机供气），同时做好防护工作，防止渣土飞溅；护筒进尺抵住岩面后，护筒停止钻进，潜孔锤继续跟进（即同护筒超前量从1.5m减少至0m），在此过程中持续小风压，待潜孔锤在岩面破除钻进0～0.4m过程中，潜孔锤破岩同护筒跟进同时进行，待护筒进入岩面以下 0.3m 左右后，护筒停止进尺，潜孔锤方可开始大风压作业（即开启 4～5 台空压机）。

（5）潜孔锤钻进作业完成后，现场要做好沉渣测量记录，采用旋挖钻情况作业时，要实时测量孔内沉渣厚度，确认是否存在异常，若沉渣异常变化（沉渣变厚）需及时停止清孔作业，再采用潜孔锤机把护筒继续下压一段（增加其入岩深度），防止塌孔持续发生。

（6）再继续清孔作业，若塌孔持续发生，则必须停止清孔作业，及时采用泥浆（或渣土）回灌，并保证泥浆液面高度，延缓塌孔的发生，同时上报技术部门，待现场制定具体处理方案后，方可进行下一工序作业。

（7）桩基灌注作业时，应充分考虑超灌高度，特别对于成孔作业期间有异常情况的桩应加强关注，防止断桩发生，若发生断桩时，现场应根据实际情况及时解决处理，对于突发情况现场应督促作业队做好现场应急处置准备和应急物资设备储备。

（8）潜孔锤作业应跳孔作业，按钻孔桩施工要求控制至少保持净距 2~3 个孔位进行施工，防止窜孔。

(9)因潜孔锤作业期间震动较大，临近桩桩身混凝土强度增长期受震动会严重影响后期桩身质量，同时还应保持下个桩作业时尽量的桩基至少已完成浇筑不少于48小时，方可临近钻孔作业。

4、与其他钻孔设备相比较的工艺特点

（1）施工速度快，成桩效率高

（2）施工质量容易控制，成桩质量好

（3）无循环泥浆，现场文明施工环境好

（4）综合成本低，社会效益好

相比较其他方式成孔，采用套筒螺旋钻的优点表现在：施工速度快，单机综合效率高；极少出现机械故障和组织协调问题，孔内事故极少；充盈系数小，其他方式成孔在同条件的地层中的充盈系数平均在1.15～1.2之间，而套筒螺旋钻成孔的充盈系数平均在1.1左右。

5、后续改进

从现场施工记录数据来看，在潜孔锤入岩前基本上都有10m～12m的人工回填碎石层、卵石层、全风化岩或者强风化岩。在此类地层中采用全套管螺旋潜孔锤钻机钻进发挥不了潜孔锤应有的性能，且极易造成塌孔，同时在设备使用上也是一种浪费。

为了更好的发挥全套管螺旋潜孔锤钻机的优势，在后续的类似施工中拟采用两种组合交替使用的方式进行作业，即先用螺旋钻杆钻头+外侧套管钻进软弱地层，待达到硬岩岩面后改用潜孔锤+外侧套管作业。

螺旋钻杆、钻头与外侧套管双重组合钻孔，外侧套管护壁，钻杆连续排土，整体刚性强、钻削力大、成孔精度高，应对人工回填碎石层、卵石层、强风化岩或者中风化岩类岩层，能最大发挥设备的优异性能，从而加快施工进度，降低工程成本，钻进期间可以不使用大型空压机，比潜孔锤钻进可节省燃油消耗一半左右（特别是对于软弱地层相对较厚的桩更为明显），同时也减少了高压气体对套管外软弱的地层扰动避免塌孔风险，减少了混凝土的超灌量。

6.结语

经过多方比较全套管跟进螺旋潜孔锤设备，是深厚硬岩条件下一种安全、高效的钻孔灌注桩施工设备，具有施工速度快、安全环保、性能可靠、效率高等优点。它可适合于深厚硬岩桩基施工，能加快施工效率，但目前施工成本略高，我想随着该技术的推广使用，未来成本也会大幅度下降。

作者简介： 袁名旺 男 1976年生（现年44岁），大学本科，毕业于哈尔滨工业大学 ，现供职于中交二公局三公司（陕西 西安），高级工程师职称。