深厚回填土地层超深桩基360°全回转全套管施工技术

张艳涛，陈富东，卢智强，吴治刚，彭 成

（1. 中建隧道有限公司，重庆 401320；2. 中南大学，土木工程学院，湖南 长沙 410075）

旋挖和冲击是常用的深长桩基成孔方式，但当遇到高水位深厚回填土地层时，采用这2种成孔方式往往会产生一系列成孔困难、周边环境影响不易控制等问题。当采用旋挖成孔，深厚回填土地层的塌孔可能性极大，特别是当回填土未固结时，容易出现地陷的现象，周边环境影响较大，工程工期及工程质量均难以保证。如万博商务区工程中采用旋挖法在大厚度块石回填土中钻孔施工时出现了严重的塌孔事故［1］。而当采用冲击成孔，充盈系数大，工程造价较高，若周边存在敏感建筑物，其施工冲击会对现有建筑物产生较大的震动影响，施工过程中危险系数较大［2］。如文献［3］就专门报道了某建筑工程采用冲击成孔施工时，强大的震动冲击引起周围居民强烈不满的案例。可见，无论是从工程本身的质量安全出发，还是从工程周边环境的响应方面考虑，桩基成孔方式的选择均显得十分重要［4］。

为此，笔者结合重庆轨道交通9号线台商工业园出入段线段桩基工程，分别从设备效能、工艺工法、经济效益等方面开展攻关研究和工程实践，优选地提出和采用360°全回转全套管桩基施工技术。本文重点阐述了该技术的施工工艺、质量控制标准、成桩质量检测等方面的内容，以期为类似工程提供借鉴。

1 工程概况及重难点分析

重庆交通轨道9号线台商工业园出入段YRCDK0+306.22～YRCDK0+539.86以及YRCD K0+894.425～YRCDK1+87.845里程范围位于深厚回填区，回填厚度约15～63m，未经夯实处理，土体结构疏散多孔，含有较大孤石，局部含有建筑垃圾。地下水位高，桩基埋入地下水位约为22～47m。该工程结构桩共计231根，桩径为1.0～1.2m，设计最大桩长65m，见图1。与此同时，本工程周边存在诸如电力隧道、污水管线等敏感性建筑，在钻孔施工期间需要保证它们一直处于正常的运营状态。

图1 重庆交通轨道9号线台商工业园出入段纵断面图

2017年12月，按原设计方案采用旋挖机械进行钻孔施工。期间，出现严重的塌孔现象，揭露地层条件为典型的土石混填地层，无自稳能力，且地下水位较原勘测地下水位高。

综合可见，本工程存在所处环境复杂、地层条件差、工作量大、工期紧等施工重、难点，且原设计采用的旋挖钻施工技术难以满足当前工程的实际需要。为此，项目承担单位组织了多次学术研讨和专家论证，分别从设备效能、工艺工法、经济效益等方面开展了攻关研究和工程实践。最终，优选地提出和采用了360°全回转全套管桩基施工技术。

2 360°全回转全套管桩基施工技术原理

结合本项目的实际地质、环境特征，成桩施工过程中必须解决钻进和护壁同步作业，为此通过比选研究，确定选用全回转套管机进行作业。其基本原理（见图2）为：

（1）旋转切割：全回转套管机在作业时产生下压力和扭矩，驱动钢套管向下转动，管口的钻头在旋转过程中对土体进行切割，从而套管不断地往下钻进。

（2）护壁：钢套管自身具有较大的刚度，在设备的垂直下压力作用下保持其在旋转钻进过程中与土体紧密贴合，从而起到了护壁的作用。

（3）成孔：在钢套管的护壁作用下，用冲、抓头将管内的土体不断地取出，从而形成了所需的桩孔。

图2 360°全回转全套管施工技术原理

3 360°全回转全套管桩基施工工艺流程与作业要点

360°全回转全套管桩基施工工艺流程如图3。

3.1 施工准备

（1）本施工组织设计中确定的施工组织机构各部门人员集中到位，明确施工准备目标，按项目部各人员的主要职能运行，完成对桩基作业人员的组织准备。

图3 360°全回转全套管桩基施工工艺流程

（2）完成对施工机械（具）的保养调试及清洁，保证在进场前机械（具）性能、状态良好。本技术所涉及的主要仪器设备见表1。全套管全回转设备调试和检查项目包括：①钻机各连接螺栓无松动现象；②燃油、润滑油、液压油、冷却水无渗漏现象；③各部钢丝绳无损坏和锈蚀，连接正确；④液压装置工作有效；⑤套管和浇注管内侧无明显的变形和损伤，未被混凝土粘结。

（3）各种材料准备齐全，完成材料的购买及购买计划，保证施工时各种材料及时到位。具体包括：水泥、骨料、粉煤灰、钢筋、混凝土外加剂、混凝土用水等。

（4）规划、组织好运输力量，对进场道路、路线进行考察、落实，平整场地。

3.2 测量放样及设备就位

根据设计图，以建设单位提供的控制点为定位依据，采用全站仪进行测量，定出拟施工桩位，并在桩位中心用红漆三角标志和钢筋做好保护。

表1 主要机械设备一览表

将钻机的定位器中心与钻孔灌注桩桩位中心对齐，并调整钻机的水平度，反复调整使钻机在中心与桩位中心对准。

3.3 套管安装及钻进施工

桩机就位后，利用起吊机将钢套管安装至钻孔设备的中心孔洞中。钢套管安装好后，采用固定锤球或经纬仪双向进行垂直度复测。垂直度应小于0.5%，满足要求开始成孔，见图4。

套管安装就位后，启动360°全回转全套管设备。钢套管在设备的下压力和扭转力作用下逐渐往下沉入，见图5。当钢套管下沉至设计深度后，利用冲抓斗将套管内的土取出。当地下水位较高时，为防止流沙管涌现象的出现，应尽可能将钢套管钻深超过钢套管内的土体面。根据施工的实际情况，如发生流沙时，可采用水、泥浆或黏土球进行稳压并快速通过。值得注意的是，钻孔过程中要随时用经纬仪校正垂直度（＜1%）。

图4 套管安装

图5 钻孔作业

3.4 吊放钢筋笼

在吊装钢筋笼前应对钢筋笼进行检查，检查内容包括长度、直径、焊点变形等是否满足设计要求，检查满足要求后可开始吊装。吊装采用履带式起重机3点缓慢起吊，严防钢筋笼变形。钢筋笼分多节吊装时，为保证钢筋焊接质量，接头必须满足设计及施工规范要求。钢筋笼的保护块采用滚轮式的高强度水泥砂浆保护块，防止起拔钢套管时将钢筋笼带上。同时，在钢筋笼顶部绑上测绳以便在拔钢套管时可实时监控钢筋笼的情况。钢筋笼外径与钢套管内径应有一定的空隙，空隙一般不小于50mm。

3.5 浇筑混凝土

（1）安装混凝土导管：混凝土灌注导管必须进行闭水试验，闭水试验压力不少于3MPa。混凝土导管采用Φ300螺纹联接钢导管，各节导管应扣紧以防止漏气堵管，混凝土导管底端离孔底约300～500mm。

（2）灌注混凝土：混凝土导管安置完毕后，开始浇筑混凝土。灌注过程要连续进行，不得中断，尽量缩短灌注时间，以防止桩孔内顶层混凝土失去流动性，提升困难，造成质量事故。单桩混凝土灌注时间不宜超过8h。重复上述过程，直至孔内混凝土浇筑至设计标高，灌完后拆除混凝土导管。每次拆除的混凝土导管应马上进行清水冲洗，为下次混凝土灌注准备。

4 360°全回转全套管桩基施工质量控制标准

4.1 质量检测项目及标准

桩基施工过程中各项目应满足以下规范的要求：JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》、JGJ18-2012《钢筋焊接及验收规程》、GB50204-2015《混凝土结构工程施工施工质量验收规范》、JTG/TF50-2011《公路桥涵施工技术规范》。360°全回转全套管成桩主要检查项目见表2。

表2 主要检测项目

4.2 桩基质量检测

（1）采用静载试验对桩基的竖向承载力进行检测。根据规范，单桩竖向静载试验的检测数量不应小于总桩数的1%，且不应小于3根。

（2）采用低应变法检测桩基的完整性，因为该测试方法能够保证桩身质量。抽样数量不应小于总桩数的5%，且不少于5根。

（3）采用超声波投射法检测桩身的均匀性。超声波投射法的检测数量不少于总桩数的30%，且不少于10根。

5 结束语

本文以重庆轨道交通9号线台商工业园出入段线段桩基工程为背景，针对深厚回填土地层钻孔施工存在的易塌孔、环境响应敏感等问题，提出了360°全回转全套管桩基施工技术，并进行了工程实践。实践证明：该技术具有防塌孔、缩颈等优势，成孔质量好，垂直度可精确到1/500；无需泥浆护壁，无噪音，无振动，对周边环境扰动小；可适用于富水软弱地质、岩溶地区等各类易塌孔地层中桩径为Φ500～Φ2000mm的钻孔灌注桩施工，特别适用于环境控制严格的超深桩基成孔施工，最大成孔深度可达120m，且可实现斜桩成孔施工。在依托工程施工完成的231根深桩基质量全部合格，取得了良好的社会、环境和经济效益，具有很好的推广应用价值。