趙敏聰

（中鐵北京工程局集團有限公司，北京 102308）

0.引言

近年來，隨著我國西南地區(qū)高速鐵路建設規(guī)模的迅速擴大，喀斯特地貌地區(qū)的橋梁基礎工程施工技術(shù)難題日益突出，如何確保高速鐵路巖溶區(qū)長大樁基的施工安全、質(zhì)量及進度，成為西南地區(qū)高鐵橋梁施工的關(guān)鍵問題。該地區(qū)某高鐵橋梁長樁施工時利用全套管全回轉(zhuǎn)鉆機成孔并輔以其他相關(guān)設備配合，形成了一套完整的施工工藝。

1.工程概況

某高鐵橋梁鉆孔樁均位于巖溶強烈發(fā)育地段，溶洞形態(tài)為黏土全充填、半充填、無充填，且呈串珠式發(fā)育，其中最大設計樁長79m、最大鉆孔深度85m，最大單個溶度高度達到54.42m。前期施工采用傳統(tǒng)的沖擊鉆成孔工藝，施工過程多次出現(xiàn)地表塌陷、孔內(nèi)坍塌、漏漿、卡鉆埋鉆等情況，多次采用回填黏土片石、回填水泥、跟進鋼護筒等措施，由于溶洞處理難度極大最終均未能順利成孔，樁基工程施工難度及安全質(zhì)量風險極大。

2.工藝原理

全套管全回轉(zhuǎn)鉆機是集全液壓動力和傳動、機電液聯(lián)合控制于一體、可以驅(qū)動套管做360°回轉(zhuǎn)的新型鉆機，壓入套管和鉆進同時進行，具有新型、高效、環(huán)保的特點，可以高效解決特殊環(huán)境、復雜巖溶地質(zhì)條件下的樁基施工難題。

依靠旋挖轉(zhuǎn)、沖抓斗或沖擊鉆輔助全回轉(zhuǎn)全套管鉆機進行樁基鉆孔施工[1]，本項目采用旋挖鉆輔助全回轉(zhuǎn)全套管鉆機的施工設備組合方式(如圖1所示），施工原理為利用大型液壓動力站帶動全回轉(zhuǎn)鉆機，鉆機夾持壁厚5cm雙壁合金鋼套管360°旋轉(zhuǎn)壓切作業(yè)，底節(jié)鋼套管底端設置壓輪或截齒鉆頭，同時兼?zhèn)溷@頭功能，鋼套管接長旋入與鉆進施工同步進行，旋挖鉆隨后跟進取芯成孔，成孔后跟進壁厚2cm普通鋼護筒并置換拔出鋼套管，在鋼護筒置換拔出鋼套管的同時，采用碎石填充密實鋼套管與鋼護筒之間環(huán)形縫隙，以免造成鉆孔樁孔壁擾動，鋼套管內(nèi)徑應大于樁徑20cm為宜，跟進鋼護筒內(nèi)徑與樁徑相同即可，成孔過程中鋼套管接長均采用履帶吊配合人工方式。

圖1 全套管全回轉(zhuǎn)鉆機

3.工藝特點

相對于傳統(tǒng)沖擊鉆、旋挖鉆施工工藝，全套管全回轉(zhuǎn)施工工藝具有成孔工效高、安全風險低、成樁質(zhì)量有保障、對周邊環(huán)境干擾小、復雜溶洞處治效果好等特點；同時在全套管全回轉(zhuǎn)鉆機成孔后，采用鋼護筒將鉆機套管置換，鉆機套管可重復利用，有效的降低了成本。

4.施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 鉆機安裝

4.1.1 全回轉(zhuǎn)鉆機底座就位

作業(yè)平臺填筑、平整完成后，為防止全回轉(zhuǎn)鉆機就位后因平臺發(fā)生不均勻沉降而發(fā)生傾斜，在作業(yè)平臺滿設鋼板，根據(jù)樁位放樣位置，吊裝鉆機底座就位，利用鉆機自帶調(diào)平系統(tǒng)調(diào)整鉆機底座頂面保持平面，測量人員對鉆機底座中心位置進行復測、根據(jù)復測結(jié)果調(diào)整位置，復核無誤后可進行鉆機上部機具安裝。

4.1.2 全回轉(zhuǎn)鉆機就位

全回轉(zhuǎn)鉆機底座頂面水平狀態(tài)、底座中心位置校核無誤后，安裝全回轉(zhuǎn)鉆機[2]，然后利用鉆機上的調(diào)平系統(tǒng)使鉆機中心與孔位中心重合，鉆機就位后開始吊裝鋼套管（如圖2所示）。

4.2 鉆進施工

4.2.1 鉆頭配置

鉆頭采用壁厚50mm鋼套管鉆頭，套管內(nèi)徑一般比設計孔樁直徑大200mm，標準節(jié)長5m（如圖3所示），適當配置短節(jié)作為調(diào)整節(jié)，套管底節(jié)鋼套管底部端頭設置壓輪或截齒鉆頭，同時兼做鉆進鉆頭使用，巖質(zhì)較軟時采用截齒鉆頭，巖質(zhì)較硬時采用壓輪鉆頭。

圖3 全回轉(zhuǎn)鉆機鉆頭

4.2.2 鉆進成孔

全回轉(zhuǎn)鉆機安裝、定位完成后開始鉆進，鋼套管旋入深度約3m時使用旋挖鉆機鉆取套管內(nèi)的鉆渣，循環(huán)作業(yè)鉆進至設計孔深，過程中始終保持套管超前取芯深度2m[3]。鋼套管外露1.5m～2m便于鋼套管的接長、安裝，每節(jié)套管連接后檢查垂直度，必要時進行糾偏，持續(xù)鉆至設計孔底標高。施工過程中作業(yè)人員每日對鉆機和鋼套管垂直度及中心偏差進行復測2次以上，保證垂直度偏差不大于1%，中心偏差小于5mm的要求，并形成記錄（如圖4所示）。

圖4 鋼套管安裝及鉆進作業(yè)

4.3 護筒置換

4.3.1 內(nèi)護筒加工

鋼護筒制作加工集中在車間進行，加工完成后統(tǒng)一分節(jié)運至現(xiàn)場，護筒內(nèi)徑取值為樁基直徑，壁厚均為20mm、節(jié)長3m。每節(jié)鋼護筒上端需加工2組對稱的吊裝孔，孔徑不小于3cm（如圖5所示）。

圖5 內(nèi)護筒加工及安裝

4.3.2 內(nèi)護筒安裝

鉆進至設計孔深后，現(xiàn)場技術(shù)員使用測繩量測孔深，地質(zhì)核驗確認終孔后方可進行內(nèi)置鋼護筒安裝作業(yè)，鋼護筒安裝時采用制定好的十字吊架平穩(wěn)吊裝鋼護筒，利用全回轉(zhuǎn)鉆機平臺及履帶吊完成鋼護筒下放工作。每節(jié)鋼護筒下放時借助全站儀量測垂直度，滿足要求后進行鋼護筒焊接。兩節(jié)鋼護筒環(huán)向接縫焊接時必須采用厚度大于2cm的加勁鋼板進行加強連接，每道環(huán)向接縫加強連接鋼板不少于6處，確保護筒安裝過程中穩(wěn)固不脫焊。

4.3.3 鋼套管置換旋出

在內(nèi)護筒下放完成后，再次校核、調(diào)整內(nèi)護筒垂直度及孔口中心偏位，符合要求后開始置換旋出鋼套管，全回轉(zhuǎn)鉆機反向加壓旋轉(zhuǎn)鋼套筒，將鋼套筒進行逐節(jié)旋出、拆卸。由于內(nèi)置鋼護筒和鋼套管之間存在環(huán)形縫隙，為避免鋼套管旋出過程中發(fā)生孔壁回縮及地表沉降，同時確保鋼護筒不因受到孔壁擠壓而產(chǎn)生偏位，在鋼套管拔出過程中及時采用碎石逐節(jié)填塞鋼護筒和鋼套管間形成的環(huán)形縫隙，碎石粒徑選擇0mm～5mm，全過程勻速拔除鋼套筒并持續(xù)填塞碎石，直至鋼套管全部拔出且將縫隙填塞至孔口頂部為止。

4.4 鋼筋籠吊裝及混凝土灌注

4.4.1 鋼筋籠吊裝

鋼筋籠骨架在鋼筋加工場內(nèi)分節(jié)制作并運送至現(xiàn)場。使用履帶吊進行鋼筋籠吊放，鋼筋籠入孔時應對準孔徑，保持垂直，第一節(jié)鋼筋籠吊至最上端一道加勁箍筋位置時，穿進20工字鋼作為扁擔梁，將鋼筋骨架臨時支撐在孔口工字鋼上，再起吊第二節(jié)骨架與第一節(jié)骨架連接，主筋接頭采用冷擠壓套筒連接，對接時上、下主筋位置對齊，保持鋼筋籠上下軸線一致。接頭擠壓完成后，骨架吊高，抽出支撐工字鋼后，下放骨架。如此循環(huán)，使骨架下至設計標高。聲測管的布置及數(shù)量必須滿足設計要求（樁長≥40m，樁徑≤2m），與鋼筋籠一起吊放。聲測管要求全封閉，管內(nèi)注入清水并無其他異物，聲測管與鋼筋籠一起分段連接采用套管絲扣連接，管口高出設計樁頂50cm，底部為設計樁底。每根聲測管高度保持一致。

4.4.2 混凝土灌注

采用導管法進行水下砼的灌注。導管用直徑300mm的鋼管，壁厚3mm，導管節(jié)長為0.5m、1m、1.5m、3m，根據(jù)計算所得首批封底混凝土數(shù)量做好導管配置方案，短節(jié)導管作為調(diào)節(jié)導管配置與上端，標準節(jié)先行安裝下放。導管為絲扣連接，接頭處采用橡膠圈密封防水。導管使用前，應進行接長氣密性試驗。下導管時防止碰撞鋼筋籠，導管支撐架用型鋼制作，支撐架支墊在鉆孔平臺上，用于支撐懸吊導管?；炷凉嘧⑵陂g使用履帶吊吊放拆卸導管，及時測量復核孔內(nèi)混凝土頂面高度[4]，做好詳細的混凝土現(xiàn)場灌注記錄，并準確計算導管實際埋入砼的深度，同時以灌入的混凝土數(shù)量校對混凝土入孔狀況，正確指揮導管的提升和拆除[5]。

5.結(jié)語

該高鐵在橋梁長樁施工過程全套管全回轉(zhuǎn)鉆機的使用，有效解決了巖溶強烈發(fā)育地段橋梁超長樁施工難題，為工程施工工期提供了有力的保障，采用內(nèi)置護筒置換套管的方法，改變了以往套管鉆頭一次性使用的傳統(tǒng)，節(jié)約了工程的施工成本，經(jīng)濟效益顯著，該施工方法可供類似工程借鑒。