摘要：本文结合云山大桥东侧高架桥工程，分析全套管全回旋钻机在遇到较大溶洞钻孔桩施工时的成桩技术，着重描述钻机的新工艺技术的施工过程，分析钻机在复杂地质中的钻进机理和特点，找出其优势所在。
关键词：全套管；全回旋；钻孔灌注桩；工程施工；较大溶洞
1 项目工程概况
广州市花都区云山大桥东侧高架工程，位于广州市花都区，为城市主干道。路线呈东西走向，西起点顺接云山大桥2#墩，沿现状云山大道与建设路、公园前路和花城路呈十字交叉；东止于茶园路与花城路之间，路线全长约1.2km。
2 全套管全回旋钻机
2.1 钻机介绍
本工程使用的全套管全回旋钻机是由上海重远建设提供，是集全液压动力和传动、机电液联合控制于一体、可以驱动套管做360度回转的新型钻机，压入套管和钻进同时进行，具有新型、高效、环保的特点，尤其适用于复杂地质的桩基施工难题。
2.2 钻进原理
全套管钻进一般是指利用套管钻机对孔内套管施加扭矩和垂直荷载。其主要原理是利用楔型夹紧机构将回转钻机的回转支承环与钢套管固定。夹紧结构与钢套管的抱紧与松开，由夹紧油缸以及抱环上的楔形块调节，夹紧油缸上下升降时，楔型块也随之升降，有效的将回转支撑系统和钢套管咬合，保证钢套管不会掉落，并提供驱动力。套管转动动力由液压马达提供，转动过程中，环形齿轮在液压马达的驱动下带动回转支承在钢套管周围转动，由此带动钢套管回转，使钢套管与周边土壁形成动摩擦面，边加转边压入，同时利用冲抓斗在套管内部进行钻掘取土，以降低套管内部土塞的摩阻力。
钻进过程中全孔套管护壁，没有泥浆和循环液，套管内进行干式钻掘取土。套管柱由多根套管通过接头连接，钻进中逐根加接套管直至设计桩深。
3 较大溶洞钻孔桩施工方案
3.1 较大溶洞桩基础施工方法
本工程23#墩地质最为复杂，桩基上部存在流砂层，流砂层较厚，基岩面起伏较大，岩溶相当发育，溶沟溶槽发育，局部上部覆盖层内发育土洞，溶洞最大27m深，埋深较大，呈串珠状发育，基本为未充填和半填充的溶洞，桩基为端承桩，岩石层较坚硬，且存在斜岩，施工难度较大。
采用一般施工方法施工过程中会出现许多问题难以解决，如泥浆护壁、斜岩面处理、垂直度控制、溶洞中的卡钻掉钻、地下承压水等一系列问题，本工程钻孔桩采用全套管全回旋钻机配用Φ1000mm～Φ1800mm套管施工，套管钻进至基岩面，使用履带吊起吊冲抓斗，在套管钻进过程中将套管内的土体、砂土及岩层清除。
3.2 主要施工设备、辅具
1）全套管全回旋钻机 型号：RT-200HH
2）履带吊 型号：BMS1000
3）钢套管 型号：1500mm
4）冲抓斗 型号：与钢套管匹配
5）冲击锤 型号：与钢套管匹配
6）楔形锤
7）刀头
3.3 设备施工流程
4 全套筒全回旋钻机成孔过程
4.1 钻机就位
在地面放出桩位点，然后将全回转钻机吊装对位，对准中心下放套管，偏差应不大于50mm。
4.2 钻进过程
严格控制第一节套管钻进的垂直度。为避免钻头与辅助夹盘的碰撞，先用主夹盘夹紧钢套管，收缩推力油缸落下套管。
4.2.1 入土层或砂层阶段
当套管处于入砂层阶段，将发动机设置在高速状态，套管利用自重压入，此时回转速度设置应调至高速档或中速档。对于软弱土层或砂层，宜使套管超前下沉，超过孔内开挖面2m以上，使抓斗仅在套管范围内取土，控制孔壁和开挖的垂直度。
当套管逐渐进入一般土层或硬质土层过程中，应根据套管的下进情况，将回转速度设置为中速或低速。对于大卵石层或硬质土层，宜超前下挖0.2~0.5m，以保证套管旋转压入下沉。
4.2.2 入岩层阶段
当套管下入至中风化、微风化岩层时，应将回转速度设置为低速档。
对于强风化岩层或特硬质土层，可使用十字冲击锤将岩层砸碎砸穿，再用抓斗将碎石提出孔外，宜超挖0.5~1m后套管下进，以不超过十字锤本身高度为宜，保证桩孔的垂直度。
4.3 成孔验收
根据城市桥梁工程施工与质量验收规范来检验成孔效果。钻孔桩是全套管跟进钻孔，桩位偏差应小于50mm；套管的内径不小于设计值；孔深不小于设计值；垂直度：由第一节套管控制垂直下层后，在钻机两侧放置配重或调整压力保证桩孔的垂直度，采用锤球吊法。
4.4 钢筋笼下放及砼浇筑
钢筋笼验收合格后分节拉至桩位处，由履带吊安装。
在灌注砼前，要做好防止钢筋笼上浮措施，防止因提升套管造成钢筋笼上浮。
浇筑采用水下砼导管灌注，塌落度控制在180~220mm，混凝土灌注应连续，应在混凝土达到初凝前完成所有灌注工作。
5 全套管钻机在溶洞钻孔施工中的优势
5.1 施工特点
1）全套管起到了护壁作用，避免溶洞垮塌等安全隐患，能够有效的确保工程质量及施工安全。
2）在建筑物周边施工时，钻机通过套管回转对土体、岩石等进行切削，施工过程不产生振动，做到对周围地层无扰动，对周边建筑物影响最小。
3）针对不同的地质情况要求，通过采用专用刀头、调整刀头安装密度、安装方式、钻机回转速度、压入速度满足施工工况要求。
4）全套管全回转钻机具有良好的垂直度调节性能。
5）施工时可直观地判别土质、岩石特征，便于及时调整施工工艺参数。
6）成桩质量高，垂直度偏差小，使用套管成孔，孔壁不会坍落，避免了泥浆污染钢筋和进入混凝土的可能性，同时避免了桩身混凝土与土体间形成残存泥浆隔离膜（泥皮）的弊病。清孔彻底，孔底残渣少，提高了桩的承载力。
5.2 技术特点
1）垂直度高：垂直精度在千分之一以内；
2）无塌孔：全套管护壁，不会发生塌孔；
3）充盈系数小：对周边土层扰动小，充盈系数得到有效控制；
4）环保效果好：无需泥浆，切施工噪声大大降低；
5）安全可靠：可有效防止在遇到较大溶洞桩基础施工时，因击穿溶洞上层造成负压，从而造成溶洞塌陷的风险。
6）经济：可有效减少溶洞预处理，及钻孔桩施工时溶洞填充的费用。
6 结语
全套管钻孔桩施工技术方法目前国内项目使用较少，其适用范围广，安全质量可靠，适应复杂地层，尤其在岩溶地区钻孔桩施工中有较大优势，且具有施工周期短，施工噪音小等优势。
本工程施工中总结以下几点：
1）解决了岩溶地区成孔的难题，提供了一种创新的施工工艺。
2）垂直度高、无塌孔、入岩效率高、充盈系数小、操作安全可靠、环保效果好。
3）施工质量远高于其它方法，工期短；为在岩溶、斜岩地区桩基施工找到了一种更为有效的施工方法。
4）该工艺能较好地解决在岩溶地区泥浆护壁不适用、斜岩面的处理及垂直度较难控制、溶洞中的卡钻掉钻等事故频发等问题。
5）有效避免了因桩基础施工对周边建筑物造成的不良影响。
参考文献：
[1]渠基磊.全套管全回转钻机在岩溶地区大直径超长桩施工技术.《徐州盾安重工机械制造有限公司》
[2]宋志彬.全套管钻进机理和全回转套管钻机的研究.《中国地质大学（北京）工程技术学院》
论文作者:满鑫
论文发表刊物:《基层建设》2018年第8期
论文发表时间:2018/5/25
标签：套管论文; 钻机论文; 溶洞论文; 钻孔论文; 土层论文; 岩溶论文; 抓斗论文; 《基层建设》2018年第8期论文;