中铁九局集团第四工程有限公司 辽宁沈阳 110000
摘要：由于全回旋钻机施工技术存在土体扰动小等优点，非常适合在居民区附近进行桩基施工时采用，本次以沈阳市东陵路高架桥临近地铁桩基施工为例，对回旋钻机施工流程和技术要点进行了分析阐述。
关键词：临近；地铁桩基；全回旋钻机；施工技术
引言
当前在很多城市建设中都存在建设临近人员密集区域，土体扰动影响大的特点，因此在进行建筑工程桩基施工中，就必须寻求一种能够减少土体扰动，对周围环境建筑影响较小的桩基施工技术，在沈阳市东陵路高架桥的建设中为了减少对地铁工程的影响，使用了全回旋钻机施工技术进行施工，对于建筑工程的施工效率具有一定的促进作用。
1全套管钻孔桩施工工程概况
本工程东陵路高架桥加宽段的A3-A6桥墩基础位于地铁1号线控制红线内；其中A6桥墩基础通过调整承台角度、墩桩偏心等方法可实现桩基础外边缘距离地铁盾构区间外边缘距离大于等于3米（详见平面图）； A3桩距离地铁最近，由于跨越地下22KV电力管廊，现初步设计距离地铁区间1.56米；A4承台该处存在管线排迁、建筑动迁等问题，为避让地下管线采用跨越地铁区间，桩基础距离地铁区间为2.86~3.16米；A5桩基距离地铁区间为2.91米；根据地铁相关施工图资料可知，该处地铁区间为盾构施工工艺，地铁盾构顶距地面埋深约16-17米，区间高度为6米，区间宽度为6米，共分南北两个盾构区间。
本次全套管钻孔桩A3、A5、A6直径均为1500mm，桩长均为30m。A4桩径为1000mm，桩长为30m。两种桩桩底深度约为地面下方33m。本工程全套管施工桩基共计10根。
2工程特点、重点、难点分析
2.1本工程由于靠近地铁、且离居民区、高架桥较近，钻孔桩方式采用全套管旋挖钻机进行施工，由于该施工工艺使用以钢套管护壁形式进行地底成孔、制桩，故能极大限度的减少对土体扰动，从而确保地铁以及周边居民区的安全。
2.2考虑本次施工非常接近运营的地铁1号线，并存在部分施工区域为轨道交通1#线轨道区间中间。故而在此区域施工过程中我部将严格控制钻进速度以及钻进深度，并且充分利用时空效应、减少施工以及施工等待对地铁周边的土体造成扰动破坏。
2.3根据现场勘探报告，钻孔桩区域地底存在大量管线，以及原存在地表下方的地下水。且无法排除地下是否存在不明障碍物，如岩块、遗留结构等。如遇该情况，，必将增加施工难度以及工期。
3施工方法与技术措施
3.1前期场地平整
由于施工现场大部分在现有道路上，现场场地较为平整，对拆迁影响的位置需进行清理。由于靠近地铁1号线进行施工，因此最大限度确保场地达到一定的平整性、密实性以达到减少对地铁造成的变形。拟采用钢板（长6m*宽1.8m厚20mm）对目标施工区域按施工现场实际情况进行铺设。场地平整及铺设钢板、加大吊车支垫等措施为确保120T吊车，以及全套管旋转钻机等设备停放在施工场地的平稳性。使全套管旋转钻机摆放平整、满足套管钻入的垂直度要求。避免套管在钻进过程中偏离预计孔位，以及120T吊车在进行吊装作业中因场地的下陷而产生安全隐患。
3.2测量放样
3.2.1建立二级控制网及轴线网
根据业主单位提供的首级控制网，汇同监理单位，在施工场地内不受本阶段施工影响处采用全站仪坐标测量法设立二级控制网点（不少于3个点）和轴线网。二级控制网用于为受破坏可能性较大的下一级控制网的恢复提供基准，同时也可直接引用该级控制网中的控制点测量重要的或关键的测量工序。二级控制网设置在工程现场相对稳定处，且需考虑使用方便。布点位置由测量人员经过现场踏勘后确定，外业测量结束后对数据进行闭合和平差。
3.2.2平面定位
利用首级控制网、二级控制网或轴线网，采用全站仪坐标测量法确定桩位，并且应更换控制点采用全站仪坐标测量法进行复核，或用卷尺测量出两个桩位间的直线距离，与理论距离进行对比来复核。
3.2.3水准点
现场水准点必须引测在永久性或非永久性的建筑物或构筑物上，且距离不得大于100m，需满足施工现场范围内通视，通视水准点不得少于2个。
3.2.4测量规程
A）控制点、水准点等测量标志，均应严格保护好，做好醒目标志，并作好记录。
B）桩位位置放样、标高引测均通过自检、现场监理、建设单位复核，验收合格后方可施工。
C）控制误差小于5mm，桩位误差小于10mm。
D）在工程施工过程中，定期对控制网进行复测，对于地面变形沉降或其他因素导致的控制点移位及时进行修正。
3.3钻机就位和开钻
3.3.1地铁区间上方土体承载能力的保证措施及钻机、起重设备面积的确定本工程桩基施工采用重型的设备有2种，分别为旋挖钻机，重38T，120T履带式起重机，重110T。
（1）机具设备的占地面积
旋挖钻机占地尺寸约为5m×7m，吊车单根履带占地尺寸为7.29m×0.8m。采用的路基箱板铺设分摊设备每平方米设备的自重。路基箱板尺寸为1.8m×6m=10.8㎡。以设备最宽位置摆放：7.29m吊机单根履带长度÷1.8m路基箱板≈4块。吊机含有2根履带，因此所需8块路基箱板。8块路基箱板面积为86.4平方米。
（2）区间上方承载能力验算及保证措施
按每平方米受力2吨计算，能够承受172.8吨的设备。综上所述，即使按最不利考虑在吊机起吊旋挖钻机时（110+38=148T）仍在可控范围内。因此不会对地铁造成影响。所有大型设备尽可能远离在地铁正上方施工，即使在暂停施工或休息阶段，所有大型设备将会停放到相对离地铁较远的位置待命，以减小施工对地铁区间带来影响。
3.3.2桩位定点及开钻准备
首先钻孔桩的套管采用Φ1500内径的双壁钢套管，在成孔套管使用前，应进行每节套管顺直度的检查，顺直度偏差应小于1/500，并检查每节接口处是否平顺，钢套管底部锯齿型钛合金刀头是否镶嵌。然后由测量人员对设计钻孔位进行精确放样，复核后并作出标记。定位钢板按标记安放并固定（定位钢板上含有导向）。吊机起吊全套管钻机以定位钢板进行就位，就位后利用钢筋搭设转盘上十字中心，并用铅垂观察转盘中心与定位钢板十字中心是否吻合方可进行施工（偏差值小于3/1000的D），如诺不吻合，则重复上述步骤，直至中心吻合。就位完成后调整好设备的水平度，并随时观察和控制套管的垂直度使之不低于施工规范要求。钻机就位后，开始安装支撑反力架。反力架作用是防止全套管钻机进行旋转的过程中产生位移，从而影响成孔精度。特别需要注意的是钻进开始前必须对套管垂直度再次复测，避免下述情况发生：
图1套管垂直度示意图
3.4全套管钻孔桩试成孔
由于全套管钻孔桩规范中描述所需完成1根钻孔桩试成孔。暂定钻孔桩孔位相对地铁较远部位进行钻孔桩试成孔。试成孔深度为30m，且按编号连续进行。试成孔的目的如下：检验机械设备动力的完好性、垂直度情况；检验钢套管的密封性，此处紧邻地铁，如套管接缝处出现渗水现象，将会引起地铁盾构处的水土流失而发生沉降，对此将采取调换套管或灌水平衡的方式处理；检验地层与地质报告的差异情况、不明障碍物的分布情况，以及承压水层的影响；检验施工工艺的合理性；检验操作人员的操作熟练程度；检验施工对地铁区域的影响程度（通过检测手段）。
3.5套管压入及钻进
在钻机就位后，开始进行套管的埋设和钻进作业。钻进过程依靠钻机自身液压力以及自重进行压入。施工过程中每节套管压入的精度都将直接影响钻孔的施工质量。每节套管放入夹管装置，收缩夹管液压缸（抱箍），利用钻机和导向纠偏装置将套管的垂直精度调整到要求的范围内。钻进过程中随时利用设备自带的水平监测系统检验套管垂直度，并每孔三次在套管的两个垂直方向架设经纬仪进行垂直度复核控制。抱箍夹紧时，特别需注意套管与抱箍之间是否存在杂物。
每节套管连接好并检查垂直度后，通过全回转钻机的回转装置使套管进行不小于360°的旋转，以减少套管与土体的摩擦阻力，并随即利用套管端部的刀齿切割土体或障碍物（碎石或抛石），压入土中，开始正常作业。通过观测设备上的扭矩表，以此判断套管钻入情况，分别了解处于受压或不受压的状态。
当套管压入至桩底位置后便可进行抓土作业，如遇特殊情况如地底障碍物过大，影响钻进速度，可考虑抓取部分土以便减少钻进中的阻力。套管施工中接管高度为钻机机高+1.2m，以便施工人员接管。
抓土过程中实时监测地下土体标高，利用绳尺量取地面套管高度(h上)以及套管内部深度(H)，然后反算地下入土深度。
图2孔内土体标高计算示意图
计算式：H=h（上）+h（下）在利用冲抓斗抓除套管内土体时，如遇到大块的障碍物，则利用重锤进行破碎后抓出。
3.6抓土清孔
依次连接、旋转、压入套管，消除套管内部杂物，清孔至地面下方30m。
3.6.1钻孔桩成孔施工
据本工程的实际情况，因本工程土层情况较好，但是存在地下水含水层，在钻孔桩施工时穿过地下水层时，应确保套管的密封性，保障管内没有渗水等情况。施工过程中仍需密切注意。
3.6.2成孔监测
在成孔过程中，必须随时进行钢套管的垂直度的监测，特别是第一节套管钻进时，监测可采用两台经纬仪或两个锤球双向控制，确保垂直度小于1/300。
3.6.3纠偏措施
在成孔过程中无可避免的可能产生偏差，因此针对成孔偏差将采取下述程序进行纠偏：
（1）由于孔径为φ1000mm、φ1500mm，故无法吊入笼子使施工人员进入孔内，故在每节套管成孔完毕后，对地面套管外露部分进行东西、南北两侧通过铅垂测量倾斜度。
（2）套管入土深度<5m：起拔套管100mm，利用钻机自身水平调整设施进行水平调整，务必确保套管的垂直度，并利用铅垂复测。
（3）套管入土深度>5m：由于套管打设已到一定深度，地底孔位已形成相应的“轨道”，利用水平调整设施已无法完全纠偏，故起拔套管至入土深度<5m,然后根据套管入土深度<5m纠偏方式进行套管纠偏。
3.7清孔
由于使用全套管钻机做钻孔灌注桩效果较好，如届时沉渣厚度满足要求（100mm），则无须进行清孔处理，如届时沉渣厚度不满足要求，则在下放导管后进行清孔，其清孔方式参照钻孔灌注桩第二次清孔。
3.8钢筋笼加工及吊装
3.8.1钢筋笼的加工
按照设计要求进行钢筋笼制作，并按照相关规范进行验收，且在自检合格的前提下，通知监理方对钢筋笼进行验收。
3.8.2钢筋笼固定措施：
钢筋笼笼固定措施：其一，钢筋笼每6米一道、每道东西南北4向各设1个钢筋耳筋限位保护层，确保钢筋笼始终定位在孔内中心位置。其二，钢筋笼底部安装抗浮钢板或者钢筋网片，防止钢筋笼上浮。其三，钢筋笼顶部预留吊筋。其四，钢筋笼连接采用采用套筒连接，并按50%接头错开。
3.8.3钢筋笼的起吊，就位和对接
根据现场实际情况，钢筋笼采用整节笼安装，如条件不满足，则采用分节制作安装。为确保钢筋起吊时不变形，分节安装的采用两吊点起吊，第一吊点设在钢筋笼的上端，第二吊点设在钢筋笼的中点到三分之一点之间。同时起吊两个吊点，使钢筋笼离开地面2m左右，第二吊点停吊，继续起第一吊点，使钢筋笼垂直，解除第二吊点，将钢筋笼徐徐放入钻孔中，并临时托卡于孔口，以便于第二节钢筋笼对接。解除起吊钢丝绳，用同样方法将第二节钢筋笼吊于孔口上方，然后采用帮条焊接。每根桩由2～3个电焊工进行焊接。每节钢筋笼对接同时,需对预埋的声测管同时进行对接,对接采用丝牙接头，确保每根管子连接准确且注意在电焊时不应将注浆管点破，造成漏浆而使预埋管报废。在安放钢筋笼时将声测管绑扎在钢筋笼内侧，每节声测管在钢筋笼上的固定点不应少于4个（2m一处），声测管应相互平行。声测管顶部高出桩顶的距离不小于0.5m；声测管埋设完后应立即在管口加盖或堵头，以免异物入内。下放钢筋笼时注意对孔壁的影响，因接头较多，焊接时间较长，钢筋笼下放定位后，进行第二次清孔，达到设计要求，且得到监理认可后，应尽快不间断地浇筑混凝土。下放钢筋笼时如钢筋笼无法下放设计标高，用吊车将钢筋笼提拔，并重新扫孔后再安放钢筋笼。
3.9水下混凝土施工
3.9.1导管
选用5mm厚无缝钢管制作，内径250mm，底节尺寸定为3.5m，标准段每节2.5m，另有0.5m～1.0m长的辅助导管。接头采用快速螺旋接头并设置导向装置，防止挂住钢筋笼。
3.9.2料斗
钻孔灌注桩初灌量应满足设计及有关规范要求。混凝土初灌量应能保证混凝土灌入后，导管埋入混凝土深度不小于1.0m，导管内混凝土和管外泥浆柱应保持平衡。
混凝土初灌量按下图计算：
则：当孔径为1500，桩孔深度为35m时，应采用容积大于1.943m3的漏斗储料斗。孔径为1000，桩孔深度为30m时，按此计算，h1为0.0191m，应采用容积大于1.244m3的漏斗储料斗。
在导管内设置球胆作为隔水栓。施工时，采用8mm钢板加工漏斗，漏斗体积必须确保首批混凝土使导管埋入混凝土1.0m以上。
3.9.3水下混凝土浇筑
混凝土导管安置完毕后，利用导管卡扣固定在钢套筒顶部。并进行钢套管拔管检查，拔管采用钻机自身顶升架上顶，检查的目的在于检查套管起拔是否顺畅，起拔过程中钢筋笼是否跟管或转动，起拔量一般控制在10-20cm。
灌注前的准备包括上料及贮料斗用水湿润，进行现场混凝土坍落度试验并制作混凝土试块，如发现混凝土和易性变差、坍落度达不到规范要求，严禁直接将水注入混凝土罐车，该车混凝土应予退回，检查完毕一切正常后进行首次上料。首次上料应保证不得少于初灌量，首次灌注完成，混凝土导管应处在埋深2米以上的位置，首斗料下落完成后应试拔外套管（起拔量不超过10cm），检查钢筋笼是否跟管上浮，如发现跟管，应立即进行反压处理，如一切正常，才继续上料作业。每完成一斗混凝土或一车后均应进行起拔检查，起拔量不超过10cm，该过程一直延续至拆卸第一节外套管。
每一节外套管一次拔出时，混凝土导管应留在孔内，待套管完全拔出并拆除后，测量孔内混凝土面标高，根据需要进行混凝土补灌。灌完后拆除相应的混凝土导管。每一节混凝土灌注这一过程需约0.5～1小时左右。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。
3.10套管的拔除
钻孔桩钻孔完成后，亦即吊放钢筋笼、安装导管、清孔，浇筑砼开始后两小时内一次性拔除套管。故考虑上述情况，钻孔桩钢筋笼边浇筑砼边拔除套管。具体方式如下：
当混凝土浇筑了超过最底层一节套管3m以上，此时应开始第一次起拔第一节套管，拆除第一节套管后，外套管在混凝土内埋深不少于2米，混凝土导管埋深不少于2.5米。而如何拆除套管是此工艺中的难点。我们可以采取如下措施：
其一，吊车副钩吊住套管，利用钻机自身顶升装置将套管拔出地面，且主钩始终保持静止状态，确保钢筋笼的标高始终在同一高度。
其二，当套管拔出到下一节套管顶与原上一节套管顶部所在同一标高处（每节套管6m），转为由吊车副钩受力，钻机夹紧底部套管，拆除连接螺栓。由副钩将套管拎空500mm。露出吊环按置工作面，放置导管卡扣以及限位槽钢，固定导管以及钢筋笼，防止其下沉。然后脱卸主钩钢丝绳，由副钩吊住套管摆放至指定的套管堆放区。
其三，当套管摆放完毕，主钩仍是吊住吊环以及导管。拆除限位槽钢以及导管卡扣。继续混凝土浇注。
3.11土石方外运
钻机套管下沉过程中， 120T吊车利用冲抓斗进行取土作业，继而产生的渣土暂时堆放在施工区域内的渣土临时堆放点，或直接用土方车进行渣土外运工作。具体情况根据现场实际情况进行确定。
4钻孔桩施工控制要点
钻孔桩桩体内钢筋不均匀分布而达到在相同配筋量的情况下，获得最大抗弯强度，从而获得较好的经济利益。因此，钻孔桩的技术要点可归纳为垂直度、混凝土的缓凝时间、混凝土材料的均一性和钢筋笼的定位等。
4.1桩体垂直度控制
4.1.1 桩体垂直度控制目标
垂直度≤1/300。
4.1.2 就位对中
桩机就位后先进行初步对中，采用吊线锤过机械下压中心支点与桩位中心对中，对中后，根据需要调节机械各支腿油缸，使机械操作平面水平。水平调整完成后，再次对中，根据本次对中结果，再次平面移动对中，对中完成后，支起各支腿油缸，对中完成，对中误差应小于1cm。
4.2监测
吊装完第一节套管后，应在机械平面两个90度方向设置吊线锤，对套管垂直度进行监测，在套管下沉过程中，监测人员全过程跟踪。发现问题马上进行纠偏。操作人员应随时检查机械操作平面的水平情况，发现问题及时纠正。
4.3混凝土的缓凝时间
混凝土采用商品混凝土。采用常规的水下混凝土即可，在施工过程中，对不同批号的水泥及不同批号的外加剂，应提前做好配合比试验。
4.4混凝土的和易性及均一性
水下混凝土灌注要求混凝土的坍落度在180mm±20mm之间，每车混凝土均应现场做坍落试验并予记录，如发现混凝土坍落度不能达标，严禁现场将清水注入混凝土罐车搅拌后再用，作为不合格产品，该车混凝土应退回厂家。每次出料时，上料斗上应有10cm间距的格栅状钢筋滤网，防止混凝土罐车内流出块石及水泥结晶体堵塞混凝土导管。
混凝土应充分搅拌，防止部分混凝土砂率过高或过低，过高或过低砂率的直接后果是该部分混凝土的和易性发生改变，使得钢筋笼有可能跟管上浮。因此，现场混凝土应充分搅拌。
4.5钢筋笼的制作与安装
钢筋笼的制作应严格按设计图纸的要求，焊接牢固，不得有虚焊、脱焊，在钢筋笼底部应加设5毫米厚的抗浮钢板。钢筋笼四周应设置定位滚轮。保证在钢筋安放时顺畅。
钢筋笼起吊时采用四点双钩缓慢起吊，逐步倒点下放，不得使钢筋笼发生变形，在钢筋笼下放过程中，逐步调整钢筋笼方向。为保证钢筋笼定位准确，每个钢筋笼就位前均应绑上测绳，在外套管起拨过程中，监测钢筋笼是否上浮。
4.6超挖控制
常规钻孔桩采用凝混凝土对于桩体施工需超深，防止发生管涌现象，对于本工程施工的钻孔桩为靠近地铁1号线位置。因此无需进行旋挖钻机超深打设钢管，一般为深于桩低1m左右即可。
4.7纠偏
如因地层原因或其它原因，使得桩孔垂直度大于规定值，此时应拨管纠偏，对钻孔桩，可采用回填砂后拨管纠偏的办法处理，根据需要量回填完成后，拨管校正套管垂直度并迅速开始重新开钻进行施工。
结束语
总之，对于临近地铁的桩基施工，选择施工技术的一个重要标准就是对地铁工程的影响较小，本次施工使用的全回旋钻机对于施工效率的提升具有一定的促进作用，且能减少土体扰动，而在施工中要提升纠偏和超挖控制等管理能力，只有这样才能保证桩基施工的质量。
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论文作者:梁吉秋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第14期
论文发表时间:2017/10/9
标签：套管论文; 钢筋论文; 混凝土论文; 钻机论文; 钻孔论文; 地铁论文; 导管论文; 《建筑学研究前沿》2017年第14期论文;