濱海及高地下水位地區旋挖鉆機全護筒樁施工技術應用

王秉磊，王守美，曹雪，王震震

[摘要]為確保鉆孔灌注樁的施工質量，在濱海及高地下水位地區，由于鉆機在成孔過程中易出現坍孔、沉渣回流及難以成孔等不利因素，因而開發了全護筒施工技術，通過應用全回轉鉆機的回轉裝置帶動鋼套筒邊旋轉邊壓入地面，而后在套筒內取土，再放入鋼筋籠，澆筑混凝土的方法，研究了該施工技術的創新性與可行性，實踐結果表明，該種施工方式不僅能保證旋挖抗浮樁的施工質量，成樁速度快、質量好，操作工藝簡便快捷且經濟效益顯著。

[關鍵詞]高地下水位； 抗??； 旋挖；全護筒樁； 質量； 經濟效益

[中國分類號]TU753.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]B

0引言

隨著我國經濟建設的不斷發展，城市建設規模不斷擴大，在樁基礎施工過程中，全護筒旋挖灌注樁施工技術以其施工速度快，樁位控制精準，垂直度能夠得到有效確保，在樁澆筑過程中，能及時拔起護筒及導管，因而在高地下水位及濱海地區避免了塌孔，成樁質量優良。

1工程概況

山東大學青島藍谷健康產業園工程，位于青島藍谷鰲山衛辦事處山大路以南、鳳凰山以北，總建筑面積100 546.25 m2，其中地上建筑面積76 910 m2，地下23 636.25 m2，地上建筑為門診醫技/心血管中心綜合樓、康復中心、腫瘤中心、生殖中心/后勤辦公，共4個單體，并由4個平臺連廊相連。地下除獨立地下車庫外，門診醫技/心血管綜合樓、康復中心、腫瘤中心下設1層地下室并連為一體，局部為人防地下室。

本工程樁基采用抗浮樁，樁基總數共計127根，為600 mm、800 mm、1 000 mm的灌注樁，樁基設計等級為甲級，設計以中風化花崗巖或中風化煌斑巖作為樁端持力層，樁底端進入持力層深度不小于1倍樁直徑，且有效樁長不小于設計要求。

2樁基施工技術要點

通過鉆機提供的旋轉動力，旋轉壓入鋼護套管，再利用旋挖鉆機在護筒內取土，直至鋼護筒壓至基底設計標高，待下壓過程結束后迅速進行孔深測量，而后會同設計、監理單位確定樁端持力層，清除基底殘渣，吊放鋼筋籠，并將混凝土注漿導管豎立在鉆孔中心位置，澆筑混凝土成樁，其特點有：

（1）旋轉鉆機通過計算機精準控制，且鉆機操作手在駕駛室內作業，勞動作業強度大大改善。

（2）旋轉鉆機動力由液壓提供，其特點：功率大，鉆進速度快且在施工過程中，計算機能自動糾偏桅桿傾斜角度，使鉆孔的傾斜度控制在0.8%之內，確保成孔質量。

（3）全護筒成孔樁由于能循環重復利用，相應降低了基礎工程施工造價，成孔便捷可靠。

（4）在成孔過程中，由于采用全過程鋼護套管護壁，避免了灌注樁縮頸等施工質量事故且低噪音、無振動，安全性能高。

（5）該施工技術應用于濱海地區及地下水位較高等地質條件較為復雜的地層但不適用于較硬巖層的施工。

3工藝原理

3.1鉆機全護筒工作原理

鉆機的動力頭護筒驅動裝置與鋼護筒端頭連接，鋼護筒由8～10 mm厚鋼板卷制焊接制作，長度為1.8～2.2 m，上、下護筒采用平頭螺栓連接，通過回轉與搖動機構將鋼護筒壓入地下，在第一節護筒上安裝護筒靴頭，靴頭是由碳化鎢鋼制作而成，這樣便于穿透堅硬地下土層［1］。

當鋼護筒在旋壓地下之后，逐節連接鋼護套筒，直至鉆孔完畢，成孔結束后，要迅速進行樁底清渣，驗收合格后及時灌注混凝土，而后順序拔出鋼護筒，轉入后續樁位施工。

3.2鉆機鉆孔作業原理

旋挖鉆機按施工圖紙就位后，先對桅桿傾斜度進行修正，在鉆機上落下鉆頭至地面10 cm左右，然后開動液壓機提供回轉動力，使鉆機開鉆，當鉆頭深入土層一定深度后，提升鉆頭，進入排渣施工程序，當旋轉下來的巖土在充滿鉆頭80%左右的空隙時，啟動電機反向運轉排渣，排渣結束后，轉盤回歸原位置，進行下一步鉆進循環，用挖掘機配合自卸渣土車完成土方外運。

4工藝流程和操作要點

4.1工藝流程

為確保旋挖抗浮護筒灌注樁施工質量［2］，需嚴格按照已獲總包、監理單位批準的專項施工方案進行施工，施工工藝流程如圖1所示。

4.2操作要點

4.2.1施工準備

該旋挖鉆機屬重型機械設備，工作時總重95 t，全高23.23 m，履帶展開寬度4.4 m，該鉆機場內移動時，由于重量大且重心偏高，桅桿需直立，不能折疊，因而對場地道路平整度要求較高，且堅實可靠，場內施工區域所有架空電線均要求清理完畢，無妨礙鉆機移動等不利因素，鉆機開行線路方向，道路寬度要保證不小于6.0 m，如有坡度角度不大于12°，同時現場還需布置好渣土外運車輛的臨時施工道路，該道路要求堅實可靠，否則渣土車易出現側翻事故［3］。

4.2.2樁位布設

根據施工圖紙的坐標基準點和樁位平面圖，使用全站儀對樁孔進行定位放線，并作出顯著標志，由監理（建設）及相關單位復核驗線［4］。

樁基施工中要做好對中心樁的保護，護樁設4個，圍繞中心樁在縱、橫2個方向上布設，以有利于司機從車上觀測樁位定位，護樁離中心樁距離相等，直徑1 m的樁可取2.5 m，將小鐵釘釘在打入地面的木樁上，做精確標志。

4.2.3鉆機就位

鉆機入場前，先要對施工場地進行大致平整，如場地不夠堅硬，可在鉆機行進方向鋪設厚鋼板，要確保鉆機不能產生移位和傾斜，同時注意鉆機鉆進方向要平行于車體履帶方向，嚴禁垂直布設。

由施工總承包單位會同業主、監理、樁基公司技術人員共同對樁位中心線進行檢測，樁位誤差不能大于5 mm，并簽字認可，而后方可開始施工作業。

4.2.4首節護筒布置

待首節護筒旋轉壓入地面以下15 cm左右時，要及時檢查護筒的傾斜度，用全站儀校核垂直度，如不滿足要求，要及時修正處理。

4.2.5連接護筒

護筒入場后，要放置在距離孔口不遠的地方，以利于鋼護套筒對接作業，當首節護筒壓入地面一定深度后，使用卷揚機再提升第二節護筒，用平頭螺栓對接，而后開啟護筒驅動馬達，將兩節護筒旋壓入土，護筒頂部要高于地面50～70 cm，避免地面塌孔。

4.2.6清渣

鉆機在施工時，會源源不斷產生渣土，要及時進行清運，否則會影響鉆機的正常工作，應配置一臺挖掘機配合倒運渣土，在不同的地質地區，由于土質堅硬程度不同，鉆進速度有快有慢，因而渣土的排渣速度也不同，通常渣土的排放速度在5～10 m3/h之間，在成孔滿足設計要求后，要及時組織技術人員對成孔質量進行驗收。

4.2.7樁位吊放鋼筋籠

鉆孔至設計深度并經過檢驗合格后，將綁扎好的鋼筋籠吊起，及時下放到孔內，鋼筋籠的制作及焊接現場要考慮在孔口較近的地方進行，考慮的因素主要有：抗浮樁的上部鋼筋長度要確保符合施工圖紙要求且不影響起吊、不占用鉆機作業時間及混凝土澆灌時間，從而有利于加快工程進度。

如遇樁長超過吊車起吊高度的鋼筋籠時，需在孔口附近分2節進行鋼筋籠焊接接長作業，為縮短入孔時間，可采用多臺電焊機單面施焊，降低焊接作業復雜性，從而確保焊接質量，如圖2所示。

4.2.8導管吊放

鋼筋籠吊放入樁位后，要在樁位孔上方安放固定導管的井字架，其要求是井字架中心居于樁孔中心之上且堅固水平，預先在井口附近拼接好3～5節導管，這樣有利于縮短鉆機副卷揚機的吊裝時間。

導管要提前進行密閉性試驗，通常試水壓力為0.8～1.2 MPa，目的是檢查導管的密閉性以及法蘭盤有否變形及漏水，導管采用吊車安裝人工配合，精準就位，要避免碰撞鋼筋籠和孔壁，安裝時用吊車先將導管放至孔底，待導管放入樁孔底部后，再上提35～55 cm，導管高度確定后，用枕木調整導管卡盤高度，用卡盤將導管卡住，以避免導管在以后提升過程中導管口掛在鋼筋籠的鋼筋上造成導管無法提升或鋼筋籠上浮。

4.2.9混凝土的灌注與拔管

對于孔內混凝土的灌注，要提前處理孔內沉渣，若沉渣超過80 mm，要及時清渣，而后方能開始灌注，初次灌注量應將漏斗和儲料斗內全部盛滿混凝土，以保證灌下后的混凝土頂面能夠掩埋導管1 m以上［5］。

灌注樁開始施工后要連續不停歇施工，嚴禁發生初凝現象，同時注意埋入混凝土的導管深度不小于1.8 m，也不能大于3.5 m，并注意觀察孔內返漿情況，若返漿不暢，可適當提升導管，但必須保證導管的埋置深度，防止縮頸與斷樁。

導管提升到一定高度后，在保證導管的埋置深度的前提下，拆除1～2節，以免漏斗太高影響正常灌注。拆除導管的動作要快，間歇時間要盡量短，間斷時間不宜超過1 h。

當混凝土灌注到離樁設計標高0.8 m左右時，控制最后一次灌注量，要使混凝土面標高高出樁頂1 m左右，以確保樁頭質量［6］。

在澆灌過程中，要按規范留置足夠混凝土標準試件，單根樁的混凝土應連續灌注。當灌注過程發生意外中斷時，要取得設計單位意見后方可后續施工，在樁施工完畢后，要對樁頭及時養護，并清理現場，保持場地整潔、有序，并做好施工隱蔽驗收記錄。

5質量控制措施

（1）灌注樁用的原材料和混凝土強度必須符合設計要求和施工規范的規定。

（2）施工必須確保設計樁長及樁端進入持力層的深度，進樁以樁端進入持力層深度及設計樁長雙向控制，并保證樁凈長。

（3）樁基礎施工過程中，應在成孔后、導管安放好后二次清理孔底沉渣，清孔后沉渣厚度不得大于50 mm。并應立即灌注水下混凝土。實際澆注混凝土量嚴禁小于計算體積。

（4）灌注后的樁頂標高及浮漿的處理必須符合設計要求和施工規范的規定。

（5）施工允許偏差見表1。

6安全措施

（1）施工前進行技術交底和安全生產教育，旋挖鉆機使用前，應對操作人員進行上崗培訓，嚴禁違章操作。設備在投入使用前應全面檢修，確保設備狀態良好。

（2）由于旋挖機設備在工作狀態下重心較高，為防止傾覆事故發生，除要求操作人員嚴格按規程操作外，對場內轉移路徑要有專人指揮及引導。

（3）鉆機鉆孔結束后、在孔口混凝土灌注前，要在孔口作出明顯警示標志，防止無關人員誤墜孔內。

（4）在鉆孔施工中，由于吊車使用較多進出頻繁，要求作業人員嚴格按照操作規程作業，并作好安全防護。

（5）現場機械施工用電要指定專業電工嚴格管理，嚴禁私拉亂接。

（6）夜間施工必須有良好的照明，遇6級以上大風時禁止進行旋挖鉆孔作業。

7環保措施

（1）現場施工機械要選用低噪，廢氣排放達標型，渣土運輸過程中必須全封閉，出場車輛要在大門口洗車臺進行沖洗干凈，防止污染場外環境。

（2）在生活區的布置上，要依據施工作業人員數量，合理調配進出場時間，盡可能減少生活區人員規模，減少對環境的破壞。

（3）對入場人員要進行環保教育，強化施工作業人員的環保意識，在施工現場指定位置設置垃圾回收裝置，各類垃圾要分類存放，施工廢水經沉淀后可用于場地內路面灑水降塵。

8經濟效益分析

旋挖灌注樁：共計127根，總長度127×7 m/根=889 m

旋挖機：施工速度4 根/d，平均7 m/根，總長28 m/d

施工工期：889 m÷28 m/d=32 d

旋挖灌注樁是沖孔灌注樁施工效率的5倍，若采用沖孔灌注樁，總工期為：32×5=160 d

節約工期：160-32=128 d

采用旋挖護筒施工抗浮樁節約費用：3000元/臺班×3臺班/d×128 d=115.2萬元

9結束語

旋挖全護筒抗浮樁施工技術其優點是：安全性高、低噪音、無振動，在成孔過程中由于有鋼套管護壁避免了縮頸及塌孔施工事故，成孔質量好，依靠全回轉鉆機自身強大的扭矩和壓力，施工速度快，成孔垂直度高，由于不使用泥漿，從而避免了泥漿混入混凝土的可能，周邊作業區域 干凈，減少了環境污染，達到了環保要求，提高了現場綠色文明施工程度，是一種較理想的施工工藝，同時也為企業創造了顯著的經濟和社會效益。

參考文獻

［1］劉小虎，羅建鵬，宋修平，等.基于靜載試驗的樁基優化設計［J］. 建筑施工，2018，40（325）：648-649.

［2］王國慶，潘巍，張雙，等.喀斯特地貌地區中樁基礎施工技術應用研究［J］. 建筑技術開發，2018，45（16）：105-106.

［3］噴擴錐臺壓灌樁技術標準：T/CECS 657-2020［S］.

［4］劉其賢.房屋建筑工程質量常見問題防治措施［M］. 濟南： 山東科學技術出版社， 2020.

［5］建筑樁基技術規范：JGJ94-2008［S］.

［6］建筑地基基礎施工規范：GB51004-2015［S］.