全護筒旋挖灌注樁施工技術的應用

李士海，王艷梅，趙 慷

（1．北京振沖工程股份有限公司，北京 100102；2．中國地質裝備總公司，北京 100102）

旋挖鉆機因其具有裝機功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機動靈活、施工效率高、環保等特點，配合適宜的鉆具及護壁措施，基本上適用于任何地質條件。全護筒施工工藝在鉆孔灌注樁施工技術中扮演著重要的角色，一些特殊的地層、部位必須選擇使用這種工藝。針對沙特延布海岸線開發一期、二期－樁基工程，在采用常規的旋挖成孔工藝或靜態泥漿護壁工藝很難順利完成成孔的施工的情況下，為了更好地發揮旋挖鉆機的優點，采用液壓振動錘一次性埋設全長護筒旋挖工藝，取得了良好的效果。

1 工程概況

沙特延布海岸線開發工程一、二期項目位于沙特阿拉伯西海岸第二大港口城市延布，本項目主要建設旅游用人工島、人工海岸、沙灘景觀以及港池疏浚、海岸吹填造陸、邊坡維護、海橋梁等。其中橋梁、短海墻、擋土墻下的基礎以及長海墻下的部分基礎為灌注樁施工。灌注樁數量共1100根，樁徑為1m，設計樁長為20m和23m，從施工作業面計算的空樁長度為7m左右，即孔深為27m和29m。

施工區域內地層變化較大，主要地層情況為：0～15m，軟塑到流塑深褐色淤泥，含大量的細砂；15～18m，很松散，灰色，不良級配的卵石夾雜砂、淤泥和貝殼；18～25m，非常密實，灰褐色，不良級配的砂，含有粉土及礫石；25m～36m，密實到非常密實，乳白色，粉質砂礫，部分區域出現珊瑚礁。場區處于紅海沿岸，樁位距海岸線15m左右，水位1．5m左右，施工過程受潮水變化影響較大。

2 主要設備和機具

全護筒旋挖灌注樁成孔過程中，主要需要以下設備和器具：SR220旋挖鉆機、螺旋轉頭和雙開門桶鉆、100t履帶吊、ICE815振動錘，澆注用泵車，護筒（直焊縫鋼管外徑1000mm、壁厚12．7mm）以及一些輔助工具等。

3 施工方法

3．1 工藝原理

該工藝的基本原理是先對施放好的樁位開孔1～1．5m（鉆深不宜超過地下初見水位，以防坍孔），再利用吊車攜帶的液壓振動錘及全長護筒，在液壓振動錘振動下埋設護筒，埋設過程中并以水平尺測定護筒的垂直度；護筒在高頻液壓振動錘的振動下一次性埋設到設計標高。根據地層選用不同旋挖鉆具作業至設計樁低標高，最后放入鋼筋籠，進行混凝土澆筑。澆注混凝土完成后，立即用振動錘起拔護筒2m左右，按照本現場施工經驗進行第二次補澆混凝土以保證在護筒起拔過程中混凝土的下降面最終標高符合設計標高，最后用振動錘在振動狀態下起拔護筒。

3．2 工藝流程

全護筒旋挖灌注樁施工工藝流程如圖1所示。

圖1 全護筒旋挖灌注樁施工工藝流程圖

3．3 全護筒制作準備

全護筒灌注樁施工工藝采用外徑40吋、厚度12．7mm的標準鋼管作為本工程的臨時鋼護筒。一般情況下為方便運輸和加工，標準鋼管的長度為12m，為達到本工程全護筒的工程需要，在施工前需對鋼管進行現場加工，

首先，根據施工區域內樁的設計長度，護筒需要對接到達樁的深度。要求對接口處采用坡口焊接，焊縫飽滿；鋼管同心保證垂直度；為保證剛度，在接口處外加4塊長40cm、寬20cm鋼板進行加固。

其次，為保證上口在液壓振動錘液壓夾的強力作用下不產生變形和下口在護筒振動埋設過程中不產生變形，在護筒上下口都采用加強措施，即在口部采用40cm長度的包邊。要求包邊鋼板緊貼在護筒周圍。

3．4 施工工序

（1）測量定位。先對樁位放線定位，定出樁位后，插釬標識；

（2）吊車就位。下護筒前，將樁位在一定距離處，垂直引出2個控制樁點，以便于下護筒時進行樁位校準。為保證初始的垂直度，需鉆機提前開孔。吊車攜帶振沖錘及護筒，使振動錘和護筒處于懸垂的狀態下，平穩放到開好的孔的孔口，測量2個控制樁點到護筒最小距離，控制護筒圓心和樁位一致；

（3）下護筒。就位后，首先啟動液壓振動錘的低頻檔，隨著護筒貫入深度的加大和貫入地層難度的需要，逐步增加振動錘的頻率。護筒下沉過程中，上部15m范圍內每隔5m，停振動錘一次，采用水平尺測量護筒的垂直度，測量樁位控制點到護筒的最小距離，以保證垂直度和樁位偏差。保證護筒埋設后符合設計要求；

（4）鉆孔。護筒埋設完成，經驗收護筒口中心符合樁位偏差要求后，旋挖鉆機就位鉆孔。鉆桿鉆進過程中，保持鉆桿勻速轉動，保證取土斗底部土體不被擠壓破壞，順利進入斗體中，泥層采用短螺旋直接取土，砂卵石層采用筒鉆鉆取，盡量減少護筒內的虛浮的土粒及松散狀態的砂、卵石，有助于縮短清孔效率。鉆出的泥土用鏟車及時清理出施工區域；鉆進過程中，應當注入清水以平衡護筒內外的水壓力和便于取土。

（5）終孔測量。當鉆進達到設計要求深度后，用密封較好雙開門桶型鉆頭清孔，后提起鉆桿，測量孔深，并在澆注前測量孔底沉渣厚度；

（6）下鋼筋籠。用吊車起吊并下放鋼筋籠；

（7）下導管。用吊車下導管，導管的長度需滿足澆注要求；

（8）澆注。利用混泥土泵車進行混凝土澆注；

（9）測量樁身混凝土的頂面標高，達到要求后停止澆注，拔出導管；

（10）鉆機移位至下一個樁位，進行開孔鉆進；

（11）一次性拔出剛澆注完混凝土試樁孔內的護筒，移位到下一個樁位。在護筒起拔過程中，根據需要可用泵車補充混凝土，以保證設計樁頂標高。

4 關鍵點控制及常見問題的處理

4．1 樁位控制

樁位控制分兩步，分別是樁位坐標點控制和護筒控制。樁位坐標點放樣偏移量誤差允許2cm，護筒偏移量誤差即成樁偏移量誤差，應符合設計圖紙要求的樁位偏移量。

（1）樁位坐標點：測量員按設計樁位坐標進行放線，確定樁位坐標點打入鋼釬做為標記。

（2）護筒控制：護筒埋設過程中，在檢驗護筒垂直度的同時檢驗護筒外徑到引出控制點的距離，如檢測超出現偏差，在振動錘的振動的情況下，上拔護筒直至符合樁位控制偏差要求，再低頻下沉；如經過上下幾次仍不能超出樁位偏差，則再上提至符合偏差時的高度，在護筒外側一側填大石塊，抵抗護筒埋設過程中的跑偏現象。護筒打設完畢后，測量員對護筒中心坐標邊進行定位，檢查護筒中心點與設計樁位坐標點的偏移量是否符合設計要求。

4．2 垂直度控制

由于該工程使用的護筒長度較長，護筒垂直度的控制顯得尤為重要，護筒的垂直度直接關系到成樁質量和成孔鉆進的順利進展。在打設護筒時，按照以下步驟控制護筒的垂直度，以保證護筒打入在垂直度規范規定允許范圍內。

（1）在原樁位垂直方向上引設2點，計算出各點據護筒外壁的距離，在打設護筒過程中，隨時校核護筒外壁到控制點的距離，如果發生變化，及時通知吊車手，停止下沉，起拔調整至符合要求。

（2）用水平尺或者地質羅盤測量護筒的垂直度，測量頻率為15m以內，每5m測量一次，以后為10m測量一次。

（3）在護筒下沉過程，在開始的10m范圍內，吊車吊鉤處于拉緊狀態，使護筒處于懸垂狀態緩慢下沉。

4．3 護筒埋設困難的問題

采取全護筒護壁施工工藝，施工場地地層復雜，尤其卵礫石層和珊瑚礁層埋藏深度不定，可追尋的規律性較小，受地層地質條件的影響較大，該工程施工的難點就在于護筒的埋設。根據此種情況，制定以下保證措施：

（1）護筒能一次性打入到位，鉆機直接正常鉆進。

（2）護筒不能一次性打入到位，護筒在地面上露置，且露置的高度不大于4．5m，此高度鉆機也能工作，只是每次上下鉆具時費時較長，成孔難度和時間增加。當鉆進到護筒底端時，采用二次下沉護筒至設計標高。

（3）護筒不能一次性埋設到位，護筒在地面上露置，且露置的高度大于4．5m（旋挖鉆機鉆頭的最大提升高度），并且下端地層容易塌孔。需要用短護筒接力，短護筒接力的方式是，首先用合適長度的短護筒打入，護筒打入后鉆機挖取出護筒內的土體及用螺旋鉆將護筒下端附件的硬層攪松動，但不取出，然后將短護筒拔出，將鉆孔所需要的全程護筒打入，鉆機就能正常鉆孔。

（4）護筒不能一次性埋設到位，護筒在地面上露置，且露置的高度大于4．5m，并且下端地層為珊瑚礁地層，采用護筒埋設到珊瑚礁地層內為止。

4．4 護筒起拔困難的問題

本工程的護筒埋設深度較深，護筒起拔不及時或者其它原因，則將造成護筒浪費，對于護筒起拔的問題根據不同區域采用以下措施：

（1）造孔到設計深度剩余2～3m的位置時，利用吊車振動錘上下活動護筒，活動幅度不超過1m，活動次數3～4次，此時從吊車數據顯示的起拔力基本等于液壓振動錘和護筒的值。

（2）起拔護筒的時間一般在澆注完成后0．5～1h，特殊情況下，不超過初凝時間。起拔鋼護筒初期要用振動錘振動起拔，所用吊具、索具必須安全可靠，禁止超負荷運轉。起拔要緩慢，吊機提升力要適中，不可以將振動錘減震彈簧完全壓縮，避免損壞振動錘和鋼護筒。起拔全過程要求吊機天輪－振動錘－鋼護筒軸線成一直線。當吊機可以直接拔起鋼護筒時，可以停止振動錘直接用吊機起拔。

5 結束語

結合本項目的工程實踐，對于全護筒灌注樁施工技術總結出以下幾點：

5．1 采用液壓振動錘

本工程采用液壓振動錘對于該工程是較好的方案：

（1）該高頻液壓振動錘功率高，機械穩定性好，高頻振動利于護筒埋設。

（2）吊車配合振動錘，在設備有足夠能力的前提下，不受空間限制，可以高空自由松放護筒，一次性埋設護筒，提前拼接好護筒，對于同樣深度的樁，不需要每根都拼接。

（3）液壓振動錘功率大、頻率高，并且可以變頻，針對不同地層采用不同的頻率。

5．2 一次性埋設護筒

本工程采用全護筒一次性埋設護筒，提高了施工功效，避免了由于施工過程中連接護筒所需的時間，避免了起拔過程中連接不牢固可能下節脫落的現象。

5．3 全護筒工藝的優點

（1）適用地層廣。

（2）孔底沉渣有保證，可控。

（3）成孔質量有保證，不塌孔，減少孔中事故，同時也是對鉆機的保護。

（4）可以不使用淡水和膨潤土，施工用水取用海水，且就地取用、方便。

（5）節省泥漿系統，不受泥漿供應體系的限制。（6）棄渣、棄漿量減小。

（7）現場的文明施工得到提高。

（8）環保方面不再受泥漿污染的影響。

5．4 全護筒工藝的缺點

（1）安裝、起拔難度加大，對于珊瑚礁出現早的埋藏淺地層，護筒埋設可能不到位。

（2）設備性能要求高。

（3）護筒長度太長，起拔安裝及吊車行走安全隱患大。

（4）一次性投入護筒，投入成本大。

［1］ 高紀兵，何平，等．蘇通大橋北索塔墩大直徑超長鋼護筒施沉工藝［J］．施工技術，2005增刊．

［2］ 王愛民，郝勇，等．旋挖鉆機長（全）護筒護設方法的探討［J］．巖土工程界，2005（03）．

［3］ 曾衛兵，詹天宇，張宏同．全護筒灌注樁的施工［J］．筑路機械與施工機械化，2001（3）．