旋挖循环全护筒跟进成桩工艺在桥梁工程中的应用

唐金仕

(重庆曾家岩大桥建设管理有限公司，重庆 400060)

在松软的回填地层、流塑状的海泥和软土地层、岩溶地层的桩基基础施工采取的旋挖钻机施工工艺大致可分为：旋挖无护壁干钻孔、旋挖泥浆护壁钻孔、传统(振动锤)全护筒跟进钻孔。而旋挖钻机循环全护筒跟进成孔基础施工较旋挖无护壁干钻孔[1]、旋挖泥浆护壁钻孔、传统(振动锤)全护筒跟进钻孔，具有以下特点：1) 采用全回转钢护筒套管机跟进，施工噪音较小，护筒壁厚、自重大，套管机扭矩大，钢护筒在不遇到较大孤石的情况下，较易进入回填土层，可对孔壁进行有效保护，能保证成孔质量[2]；2) 在混凝土浇筑过程中，钢护筒可同步拔岀，护筒可循环周转，相对成本较小，且因护筒始终埋入混凝土面，成桩质量及混凝土超耗量能有效控制[3]；3) 无需泥浆护壁，无泥水、污水泄漏、渗漏，环保；4) 全钢护筒跟进为随挖随护，每开挖一定深度后及时跟进钢护筒，可有效避免现场塌孔，防止地表沉降，成孔、成桩质量好[4]。基于以上优点，该工艺从根本上可解决孔底沉渣、不稳定地层塌孔等问题，且施工中无需泥浆，地下水污染低，并可施工斜桩[5]。循环全护筒跟进施工工艺因独特的优势，市场需求和应用越来越广。旋挖钻机循环全护筒跟进成桩工艺结合旋挖钻钻进工艺和循环全程钢护筒跟进技术，是一种新型桩基基础施工工艺。

1 旋挖钻机循环全护筒跟进成桩流程

1.1 适用条件

旋挖钻机循环全护筒跟进成桩工艺主要用于以下地质环境和施工周边环境。

1) 地下水丰富、土石回填、流塑状的淤泥、海泥、流砂等软弱地质情况的基础工程[6]。

2) 环保要求严格、干孔施工或泥浆护壁施工受限、施工场地周边有高层建筑物或地铁站[7]等复杂环境要求的基础工程[8]。

1.2 工艺流程

1) 旋挖钻机进行开挖钻孔，达到预定深度；2) 利用钻机的护筒驱动器下设底节护筒至预定深度；3) 旋挖机短螺旋钻头在护筒内取土钻孔，一直钻至底节护筒底部以下预定深度处；4) 旋挖钻机驱动护筒使底节护筒切土下沉到钻孔底，当露出地面护筒长度达到预定时，接长标准节护筒；5) 依次重复3)、4)步骤，钻至设计要求孔深后，用旋挖钻具清除孔底浮土，并放入钢筋笼；6) 进行混凝土浇筑；7) 全回转套管钻机与吊车配合起拔护筒，逐节拆卸护筒(循环使用护筒)。该工艺成桩流程如图1所示。

图1 旋挖钻机循环全护筒跟进成桩流程

2 工程实例

2.1 工程概况

重庆曾家岩大桥长滨路立交共设A、B、C、E四条匝道桥。立交桥设计桩基均为钻孔灌注桩。场地处于长江北岸岸坡地带，地形以单面坡为主，工程区内为第四系人工填土，主要由已建市政道路和两侧小区施工回填形成，由粉质粘土夹建筑垃圾、砂岩、泥岩块石、碎石以及少量生活垃圾等组成，覆盖厚度大，基岩为砂岩、泥岩互层的河湖相碎屑岩，地下水富水性受岩性及裂隙发育程度控制。

2.2 施工工艺选择

重庆曾家岩大桥长滨路立交地段回填土埋深较大，且临近长江岸边，地质情况较复杂。通过对旋挖干钻成孔、旋挖泥浆护壁成孔、桩外地表注浆预加固成孔、传统(振动锤)钢护筒跟进成孔、旋挖循环全护筒跟进成桩5种工艺进行现场试验比选，旋挖循环全护筒跟进成工艺较前4种工艺能有效克服：1) 旋挖无护壁干钻成孔工艺面临的塌孔、缩孔及孤石等不利地质条件下机械1次成孔的难题[9]；2) 旋挖泥浆护壁成孔工艺存在的泥浆循环系统占用施工场地大，施工污水、泥浆水渗漏与泄漏污染地下水及长江水源问题[10]；3) 桩外地表注浆预加固成孔工艺常遇到的注浆孔钻孔塌孔、跟管困难且与地下水流动注浆液蓄存及有效固结的难题；4) 传统(振动锤)钢护筒跟进成孔存在钢护筒施工噪音大、速度慢，下设难度大，且1次性投入成本高的问题[11]。

旋挖钻机循环全护筒跟进成桩工艺是旋挖钻钻进工艺[12]和循环全程钢护筒跟进钻孔，并跟随混凝土浇筑顶拔护筒[13]相结合的一种新型桩基基础施工工艺，因此选择其作为本工程的成桩工艺。

2.3 现场施工工艺流程与步骤

2.3.1 施工工艺流程

旋挖钻机循环全护筒跟进成桩现场施工工艺流程如图2所示。

图2 旋挖钻机循环全护筒跟进成桩现场施工工艺流程

2.3.2 施工步骤

1) 施工准备

对场地进行平整、压实或硬化，确保场地承载力满足旋挖钻机作业要求。

2) 测量放线定位

复核测量控制点，定出各桩位中心点，以双向十字线控制桩中心。开钻前必须先校核钻头的中心是否与桩位中心重合。在施工过程中还须经常检测钻具位置有无发生变化，以保证孔位的正确。

3) 护筒设置及成孔

(1) 旋挖钻头精准定位后进行开挖以形成钻孔，达到预定深度后，在旋挖钻机的旋挖钻动力头上依次安装护筒驱动连接器、底节护筒，该护筒下端安装有环形排序的切削齿,便于护筒迅速、顺利地放入紧实度较高的沥青混凝土路面和地层中，然后把底节钢护筒置入精准位置，旋挖钻机驱动底节护筒切土下沉到预定深度[14]。

(2) 旋挖钻头在护筒内继续钻孔开挖至底节护筒底部下0.5 m处，旋挖钻机驱动底节护筒切土下沉到钻孔底，当露出地面标准节护筒长度接近0.5 m～1.0 m时，加接标准节护筒。依次重复钻孔开挖、底节护筒切土下沉、加接标准节护筒，直至底节护筒沉入稳定岩层(设计标高)为止[15]。现场安放全护筒跟进底节钢护筒如图3所示，现场底节钢护筒就位后开始旋挖示意如图4所示。

图3 安装有切削齿的底节钢护筒

图4 底节钢护筒置入精准位置

4) 吊放钢筋笼及导管与漏斗的安装

成孔后，用吊车吊放钢筋笼，待其定位验收合格后吊放钢导管，然后对导管与漏斗进行连接安装。

(1) 钢筋笼的制作。在钢筋加工场分节制作，节内钢筋采用套筒连接，施工现场节与节之间采用单面焊连接。钢筋笼采用胎具成型法，由人工缠绕绑扎。为确保钢筋笼在运输、吊装过程中不变形，钢筋笼制作时，在加劲圈筋中用Φ28钢筋制作十字钢筋与加劲圈筋焊接支撑。

(2) 钢筋笼的吊放。采用吊车起吊钢筋笼入孔，在顶部设置2个吊点(位置为顶部加强筋位置)用于垂直吊装，在每节钢筋笼中部设置1个吊点(加强筋位置)用于翻身起吊，如图5所示。

主钩提升，副吊配合，使钢筋笼垂直于地面，吊机吊笼入孔、定位；在第1节钢筋笼吊放完成后，起吊第2节至孔口，进行主筋焊接，焊接时上、下主筋位置对正，保持钢筋笼上下轴线一致，其具体操作是先连接一个方向的2根接头，然后稍提起，以使上下节钢筋笼在自重作用下垂直，再连接其它所有的接头，接头位置必须按50%接头数量错开连接,相邻2个接头间的距离不小于主筋直径的35倍，且不小于50 cm，焊接采用单面焊，焊缝长度为主筋直径的10倍；钢筋笼焊接前进行声测管和灌浆管安装；全部主筋焊接完成后，缠绕箍筋并梅花形点焊，经验收合格后方可匀速下放；依次从最下节往上吊装钢筋笼直至整个钢筋笼吊装完成。

图5 钢筋笼起吊示意

(3) 导管的安装。导管依次下放，并要记录好导管下置顺序、每根导管的长度、导管根数。下置导管时应防止碰撞钢筋笼，导管支撑架用型钢制作，支撑架支垫在钻孔平台上，用于支撑悬吊导管，如图6所示。

(4) 漏斗的安装。待导管连接完毕后，将漏斗与导管连接密实。钢筋笼吊放、导管及漏斗的安装施工步骤如图7所示。

5) 混凝土灌注及护筒起拔

采用混凝土泵车及钢导管灌注，护筒与导管埋入混凝土的深度一般控制在2 m～6 m范围内，护筒在混凝土浇筑过程中利用吊车及全回转套管钻机配合同步拔出，如图8所示，桩基混凝土灌注完成后拆除循环护筒系统。

图6 导管安装

图8 吊车配合全回转套管钻机起拔护筒

2.4 施工效果

本工程完成钻孔灌注桩(桩径分1.3 m、1.5 m及1.8 m三类，桩长为15 m～37.5 m)共93根，每根桩均机械1次成孔，单根桩成孔需要1 d～1.5 d，比预期工期提前15 d。后期桩基检测 93根，Ⅰ类桩91 根，Ⅱ类桩2根，经检验桩基均符合设计各项指标要求。

本工艺安装护筒时产生的噪音基本与旋挖钻机钻进时产生的噪音类似，护筒拔岀时产生的噪音则明显低于安装时所产生的噪音，整个施工过程中噪音控制满足环保要求。整个过程未使用泥浆护壁，施工场地及地下水未出现污水与泥浆水渗漏而引起污染水源的环保事件。

钢护筒下至稳定岩层后,孔壁保护效果好,桩位偏差、垂直度及沉渣厚度均能较好地满足规范要求，成桩质量得到有效保障；全护筒跟进让钻进施工对临近结构物起到隔离保护作用。

3 结束语

本工程灌注桩成孔主要采用循环全护筒跟进旋挖钻进相结合的新工艺，在无泥浆护壁、 地下水丰富流动且临近既有结构与地质软弱易塌孔的条件下快速完成灌注桩的施工，护筒的循环使用节约了费用，在施工安全、环保、进度和成本上取得了较好的效果。 旋挖钻机循环全护筒跟进成桩在施工安全、环保、进度和成本等方面具有的优势，在易塌孔(缩孔)的软弱地质、地下水丰富、临近既有结构物、水环保要求高且需要快速施工的情况下尤其适用，将是以后灌注桩基施工的发展方向。