紧邻地铁全回转全套管钻机成孔灌注桩施工

紧邻地铁全回转全套管钻机成孔灌注桩施工

陈韬1 ,刘益名2 ,徐勇2

1成都兴城投资集团有限公司  四川成都  610000 

2四川公路桥梁建设集团有限公司  四川成都  610000

【摘要】为探讨紧邻地铁全回转全套管钻机成孔灌注桩技术，采用实际案例结合理论实践的方法，立足全回转全套管钻机的特点和优势，分析了此项技术在紧邻地铁桥梁工程施工中的应用要点。分析结果表明，在紧邻地铁桥梁工程施工中应用桩基施工的因素比较多，质量要求高，全回转全套管钻机成孔灌注桩施工技术具有振动小、施工速度快等优势，可很好的满足紧邻地铁桥梁基础施工的要求，值得推广和应用。

【关键词】紧邻地铁；全回转；全套管；钻机；灌注桩

【引言】全回转全套管钻机是一种新颖的钻孔灌注桩施工技术，相比于传统钻机，全回转全套管钻机虽然结构组成比较复杂，但具有更加广泛的应用范围。在复杂地质条件下、跨越既有建筑、紧邻既有建筑等工程项目施工中都可以发挥出应有的应用效果。可按照设计图纸都要进行钻孔施工，而且钻孔施工中产生的振动比较小，可解决传统钻机泥浆排放和污染问题，具有良好的发展前景。

1、工程概述

拟新建武青南路主线跨线桥1座，人行天桥2座,既有桥梁改造共2座(栏杆堰桥及大兴桥）。武青南路跨线桥起点桩号K3+936.170，终点桩号K4+280.830，中心桩号为K4+108结构采用（3x35mPC）简支小箱梁+(35m+63m+35m）连续钢-混组合梁。桥长 344.66m;桥梁宽度为24.5m;下部结构采用现浇双柱式桥墩配桩基础，埋置式桥台;桥梁平面位于曲线上，曲线半径2300m，立面处于-5.00%～5.00%的变坡段。拟改造线路位于成都市中心地带，交通繁忙，楼宇密集，商贸发达，场地及周边地下管线、地下构筑物及周边建（构）筑物较多，两侧均为既有建（构）筑物，包括居民住宅小区、商业综合体、医院等，道路下方有地铁运营线路3号线，道路线路与地铁运营9号线和7号线相交，场地环境条件总体较复杂。

2、全回转全套管钻机的特点和优势

全回转全套管钻机是一种高效、便捷的成孔灌注桩施工设备。该机器通过全回转设计，能够在狭小的工作场地内进行高效的施工操作。其具有以下优点：

1）全回转设计，可以在狭窄的空间内完成施工，节省施工空间和成本。

2）配备了先进的液压系统，使得机器的动力性能更加出色。

3）可以进行不同深度和直径的孔洞加工，适应各种工程需要。

4）具有自动换钻杆和快速拆卸的功能，方便了操作和维护。

3、全回转全套管钻机成孔灌注桩施工要点

3.1全回转套管机就位

为保证全回转全套管钻机成孔灌注桩施工质量，在进行钻机就位之前， 需要对施工现场进行全方位的平整、稳固处理，以免钻进进入施工现场后，在重力的作用下，发生不均匀沉降，引发倒机施工。针对软弱地基需要进行换填或者是强夯处理，为钻机就位提供良好条件。在进行钻机就位操作时，为降低附件地铁站造成的影响，需要严格遵循以下原则：

1）严禁影响履带吊车的定位，以及物件吊放施工。

2）严禁影响施工区域内其他作业和交通。

3）严格按照测量放线定位的结果进行布设。

4）需要充分考虑地面荷载对地铁结构造成的不良影响，避免钻机在地铁正上方活动。

钻机定位器中心需要和钻孔灌注桩的中心在同一条铅垂线上，并调整钻机的水平度，提升套管的垂直度，多次调整钻机中心，对准桩位中心，并由现场监理进行验收，验收合格后才能进行钢套管的安装操作。

3.2钢套管安装

当全回转全套管钻机就位之后，需要对桩基平面位置进行复核，保证偏差处于允许范围后，方可进行钢套管安装，本工程钢套管采用壁厚为2cm钢管，直径满足设计要求。钢套管安装完成后还需要对垂直度进行检测，可采用固定锤球法进行钢套管安装的垂直度检查，满足要求后再进行开孔作业。

3.3成孔

本工程地质条件为砂砾石区，和地铁3号线隧道盾构相邻，在钻孔施工中需要考虑地下水水位，为避免发生流沙管涌以及对地铁盾构区造成较大扰动的问题，需要采用套管先行的钻孔方法。保证钢套管钻入深度大于钢套管内土体面的高度。每节套管连接完成后，详细检查垂直度，通过全回转钻机的回转装置，措施套管进行360°旋转，以降低套管和土体之间的摩擦阻力。钢套管旋转完成后，及时利用套管端部的刀齿切割土体，压入土体中后，再进行正常作业【1】。

地铁3号线区间隧道位于稍密及中密的卵石层中，按照现场跟进套管旋转沉入压力情况，再结合本工程地质条件，当钢套管在沉入土体1~3m后，对套管内的土体进行取土作业，一直钻进到深度的深度。钻进时通过地铁隧道盾构区间时，需要采用减压操作，缓慢旋转沉入的方法，以确保降低全回转全套管钻机成孔灌注桩施工对地铁盾构区间管片造成的扰动。跟进钢套管旋转沉入并取土到设计是深度之后，停止继续沉入，剩余桩基部分可采用旋挖钻机来成孔。

3.4成孔质量监测和纠偏

边成孔，边进行钢套管的垂直度监测，每沉入3m后，就需要开展一次垂直度监测。在穿越地铁隧道结构区域时，每沉入1m就需要进行一次测量。若垂直度超过了设计允许的范围，要立即停止沉入，并进行纠偏调整。监测时可采用两台经纬仪进行双向控制，以保证成孔的吹制度化小于0.3%H（H为钻孔的深度）。

当钢套管沉入深度超过3m时，需要对外露部分进行东西或者南北两侧的垂直度监测。当沉入深度在3~5m之间时，若垂直度偏差超过1.5cm，需要将钢套管拔出1m后，利用全回转全套管钻机自身携带的液压钳对跟进的钢套管进行水平调整，必须保证钢套管的垂直度。当沉入深度超过5m，若垂直度偏差超过允许值，仅凭水平调整设置无法有效纠偏，需要在跟进钢套管起拔之前，采用合格砂砾石对桩孔进行回填处理，回填1~3m后，起拔钢套管，为避免发生流沙管涌，以及绕动地铁度区间土体的问题，跟进钢套管内的回填砂砾石顶面高度最少需要超过跟进钢套管底口1.2m以上，如此循环往复，直到全部完成纠偏为止【2】。

3.4管线保护

本工程施工现场管线较多，其中包括了既有自来水管、电力、通信、军缆、燃气雨污水等管线，所以在进行桩基施工的时候，为了确保管线的安全，需要对其采取保护措施。在对管道进行保护之前，应首先征询管道权利人的意见，对管道权利人的意见进行处理。在桩基础施工中，若管道位于桩基础以外的一方，则应在有条件的前提下，尽可能避免管道的一方施工。旋挖钻机施工不能避免管线，管线顶覆土厚度为0.5~1 m时，顶面铺设3 cm厚的钢板进行保护，钢板长宽9*6 m，约210处需21块钢板周转循环。当管线的顶覆土厚度超过1 m的时候，旋挖机的行走过程暂时不做处理，在钻机站在上面钻孔的时候，可以垫上上述的钢板再进行作业。

3.5钢筋笼施工

按照设计图纸加工制作钢筋笼，制作钢筋笼的钢筋需要进行质量检测，并做好除锈、去油处理，钢筋笼分节制作，运输到施工现场后通过25t汽车吊将钢筋笼垂直放入到钻孔中。本工程采用的钢筋笼吊装施工工艺流程如图1所示：

                         图1 钢筋笼吊装施工工艺流程图

为避免钢筋笼在吊装时因为受力不均匀引起钢筋笼变形问题，本工程在钢筋笼起吊施工中，在顶部通过横担对称设置了2个吊点，用于主钩垂直吊装，下部每隔6m布置一个吊点，共计布置2个吊点，通过副钩将钢筋笼理气，吊点主要布置在直径为28mm的加强筋位置。钢筋笼吊点起吊示意图如图2所示：

图2 钢筋笼吊点起吊示意图

钢筋笼起吊前，检查钢筋笼各个焊点的焊接情况，确认对吊点位置进行了加强焊接处理。对吊车须检查钢丝绳的完好情况，挂钩要有卡扣。通过调整吊车四个支点的位置使吊车保持在一个平面上后才能起吊。

3.6混凝土浇筑

本工程灌注桩伸入承台的深度达到15cm，在进行混凝土灌注施工中，需要在桩顶标高基础上进行超高浇筑，超高浇筑的部分接桩前需要进行凿除，残余桩头应无松散层和薄弱合同内，在混凝土灌注桩的施工中，必须严格控制好混凝土的强度和坍落度，以全面提升混凝土浇筑质量。为降低对地铁工程造成的影响，混凝土浇筑要尽量避开地铁运营时段，以防止出现混凝土离析情况。本工程混凝土灌注施工中采用导管灌注方法，边灌注，边提升导管，控制好导管提升的速度，避免导管管头超过混凝土浇筑面【3】。

3.7桩基检测

为验证全回转全套管钻机成孔灌注桩施工质量，施工结束后需要采用超声波进行100%的完整性监测。按照工程地质条件、设计情况、工程建设情况等进行合理安排桩基竖向承载力检测。

4、常见的问题和解决措施

虽然全回转全套管钻机成孔灌注桩施工技术在很多方面都有显著优势，但在实际施工中由于工序比较多，影响施工质量的因素多，任何一个细节把控不当，都会影响到最终的施工质量。因此，为保证全回转全套管钻机成孔灌注桩施工质量，还要对常见的问题进行分析和解决，本工程施工中遇到了如下问题。

4.1塌孔

引起全回转全套管钻机成孔灌注桩塌孔的主要原因是孔内水位高度不足，无法平衡水头压力。或者是钻孔中穿越砂层或者其他强透水层时，水源补给不及时，引起孔内水位快速下降【4】。

解决措施：在地面护筒埋设施工中，在护筒底部需要夯填上厚度不低于50cm的粘土，并夯打密实，放置护筒之后，还需要在护筒四周对称、分层回填夯实粘土，以免护筒发生变形和位移。孔内水位需要稳定地高出孔位水位1m以上，泥浆泵等钻孔配套设备有一定的安全系数，并有足够的备用设备，以备不时之需。

4.2钻孔倾斜

引起全回转全套管钻机成孔灌注桩钻孔倾斜的主要原因是场地平整度不足，坚实度不够，支架上钻孔施工中，支架的承载力不足，引起了不均匀沉降，从而引起了钻杆垂直度超过设计允许范围。钻机部件磨损严重，接头出现松动，钻杆出现了弯曲。

解决措施：在进行钻机就位施工中，需要保证转盘、底座水平，钻杆、钻头、桩孔中心在相同的一条垂直线上。在钻孔施工全过程中，需要加强保护，合理调整施工参数，以免在钻进时发生位移。施工场地需要平整坚实，支架的承载力需要通过预压试验来确定，及时消除支架的非弹性变形，若出现了不均匀沉降，要及时调整和处理。若偏斜过大，要及时回填粘土，并待粘土密实后，再重新钻进。整个钻孔过程中需要采用定位导向架对钻杆进行精确定位。

4.3钢筋笼上浮

在全回转全套管钻机成孔灌注桩施工中钢筋笼上浮也是常见的质量问题，引起钢筋笼上浮的主要原因是混凝土在进入钢筋笼底部时混凝土浇筑速度太快。或者是钢筋笼未采取有效的固定措施【5】。

解决措施：在进行混凝土浇筑时当混凝土浇筑量即将接近钢筋笼下端时，适当放慢混凝土浇筑速度，降低混凝土面上升的功能作用。当钢筋笼埋入到混凝土中有一深度后，再提升导管，以减少导管埋入深度，当导管下部高出钢筋笼下端适当的距离后，再以正常的速度进行浇筑。混凝土浇筑前，需要将钢筋笼固定在孔位护筒之上，以防止出现上浮现象。

【结束语】

综上所述，结合实际案例，分析了紧邻地铁全回转全套管钻机成孔灌注桩施工，分析结果表明，在紧邻地铁的桥梁桩基础施工中，传统钻孔灌注桩施工技术，对地铁隧道区间造成的影响和扰动比较大人，容易引起安全问题，而且施工质量难以控制。而采用全回转全套管钻机则可以有效解决这一问题。在施工中，全回转全套管钻机通常与其他机械设备一起使用，如振动锤、吊篮等。施工人员可以通过控制机器的液压系统和钻头的转速，实现不同深度和直径的孔洞加工，同时也可以对土壤进行处理，以确保桩基的稳定性。在成孔灌注桩施工过程中，全回转全套管钻机的效率高、速度快，能够大大缩短施工周期，提高工程质量和效益。

【参考文献】

[1]张军辉.海域大直径嵌岩钻孔灌注桩全套管施工技术[J].铁道建筑,2022,62(10):98-100+140.

[2]尹小康,刘克林,覃庄,赵兴辉,林煜焜.全套管全回转施工技术在岩溶地质钻孔灌注桩中应用[J].建设机械技术与管理,2022,35(S1):77-79.

[3]张云飞.邻近既有建筑物全套管回转钻机拔桩技术[J].铁道建筑技术,2021(04):148-151+181.

[4]刘璐袁.岩溶地质全套管全回转钻孔灌注桩施工[J].居舍,2021(07):66-67+69.

[5]李卓文,张秀川,张帅,吕宁,周金汉.基于全回转全套管工艺的密集障碍桩区钻孔灌注桩设计与施工[J].施工技术,2020,49(23):115-119.